Часть 1.Исследование термодинамического цикла двс
В тепловых машинах в результате совершения круговых термо-динамических процессов (циклов) происходит преобразование тепловой энергии в механическую работу. Для получения непрерывно работающего теплового двигателя необходимо иметь два источника теплоты: с горячей температурой Т1 и холодной температурой Т2, рабочее тело, участвующее в процессе преобразования тепломеханической энергии.
Совершенство термодинамических циклов оценивается термическим КПД – отношением полезно использованной теплоты в цикле к затрачиваемой в цикле теплоте. Для определения степени совершенства преобразования теплоты в механическую работу используется прямой обратимый цикл Карно, состоящий из двух изотерм и двух адиабат.
Исследование теоретических циклов позволяет установить ряд важных факторов, влияющих на работу теплового двигателя и наметить пути их совершенствования с целью повышения термического КПД.
В качестве преобразователей тепловой энергии в механическую работу широкое применение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания, где преобразование теплоты в работу осуществляется по трем следующим циклам :
- со сгоранием топлива при постоянном объеме (v=const) – цикл Отто;
- со сгоранием топлива при постоянном давлении (p=const) – цикл Дизеля;
- со смешанным сгоранием топлива при (частично при v=const и частично при p=const) – цикл Тринклера
Одним из основных недостатков, присущих поршневым двигателям внутреннего сгорания, является необходимость кривошипно-шатунного механизма и маховика и неизбежная неравномерность работы, обусловливающие невозможность сосредоточения большей мощности в одном агрегате. Это ограничивает сферу применения поршневых двигателей.
Расчёты:
І.Определениетермодинамических характеристик рабочего тела
1.Определение характеристической газовой постоянной:
μ-масса 1 кмоля газа, численно равная молекулярной массе газа выраженной
2.Определение теплоёмкости:
- в процессе при постоянном объёме
где
k
– показатель адиабаты для ( Ar
)
- в процессе при постоянном давлении
II.Определение параметров рабочего тела в характерных точках цикла
1.Определение параметров в точке 1 :
- удельный объём:
- энтропия:
2.Определение параметров в точке 2 :
Процесс 1-2 адиабатное сжатие рабочего тела
- давление:
где
- температура:
- удельный объём:
- энтропия:
Так
как процесс является адиабатным, то
3.Определение параметров в точке 3 :
Процесс 2-3– изохорный подвод тепла, следовательно
- давление:
где
λ – степень повышения давления ( по
условию
- Температура:
- энтропия:
где
4.Определение параметров в точке 4 :
Процесс 3-4 – изобарный подвод тепла, следовательно
- удельный объём:
где
ρ – степень предварительного расширения
( по условию
- температура :
- энтропия :
где
5.Определение параметров в точке 5 :
Процесс
4-5 – процесс адиабатного расширения
рабочего тела,
Процесс 5-1 – изохорный отвод тепла, следовательно
- давление:
- температура:
6.Проверка правильности расчёта :
Относительная погрешность не должна превышать 0,5 %
III.Определение количества тепла участвующего в термодинамическом цикле
1.Колличество подведенного тепла:
2.Колличество отведенного тепла:
3.Колличество полезного тепла цикла:
IV.Определение работы цикла
Проверка правильности расчёта :
(относительная
погрешность не должна превышать 0,5 %)
V.Определение КПД цикла
1.По общей формуле:
2.Через параметры цикла:
Проверка правильности расчёта:
Величина относительной погрешности не должна превышать 0,5%
VI.Построение графиков функции
1.Построение в PVкоординатах:
Для более точного построения графиков функций необходимо найти промежуточные точки
- процесс 1-2
18686,951
- процесс 4-5
2.Построение в T-Sкоординатах:
- процесс 2-3
- процесс 3-4
- процесс 5-1
VII.Построение графиков зависимости КПД и работы цикла от параметров цикла
Подберём несколько значений ε:
Подберём несколько значений ε для работы цикла:
ЧАСТЬ 2.РАСЧЁТ ЦИКЛА РЕНКИНА С ПЕРЕГРЕВОМ ПАРА
Цикл Ренкина - теоретический термодинамический цикл паровой машины, состоящий из четырех основный операций:
-1- испарения жидкости при высоком давлении;
-2- расширения пара;
-3- конденсации пара;
-4- увеличения давления жидкости до начального значения.
Пар большого давления и температуры подается в сопловые аппараты турбины, где происходит превращение потенциальной энергии пара в кинетическую энергию потока пара (скорость потока – сверхзвуковая). Кинетическая энергия сверхзвукового потока превращается на лопатках турбины в кинетическую энергию вращения колеса турбины и в работу производства электроэнергии.
На рис. 1 показана одна турбина, на самом деле турбина имеет несколько ступеней расширения пара.
После турбины пар направляется в конденсатор. Это обычный теплообменник, внутри труб проходит охлаждающая вода, снаружи – водяной пар, который конденсируется, вода становится жидкой.
Схема установки (рис.1)
Расчёты: