МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

(национальный исследовательский университет)» (МАИ)

Институт №2 «Аэрокосмические конструкции, технологии и системы управления»

Кафедра «Технология проектирования и производства двигателей летательных аппаратов»

КУРСОВАЯ РАБОТА

РАСЧЕТ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ ТЕПЛОВЫХ МАШИН

по дисциплине «ТЕРМОДИНАМИКА И ОСНОВЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ»

Студент:

Фамилия И.О.

Группа:

Полный номер группы

Преподаватель:

Фамилия И.О.

Отметка о выполнении (защиты) работы

Дата (защиты работы)

Москва 2016

Содержание

ЦЕЛЬ РАБОТЫ 3

Исходные данные 3

Дополнительные данные 3

Определяемые величины 3

Определение Параметров состояния рабочего тела (воздуха) в узловых точках цикла. 4

Расчёт параметров состояния рабочего тела в узловой точке 1: 4

Расчёт параметров состояния рабочего тела в узловой точке 2 4

Расчёт параметров состояния рабочего тела в узловой точке 3: 5

Расчёт параметров состояния рабочего тела в узловой точке 4: 5

Расчет параметров состояния в промежуточных точках 6

Расчет параметров p, v в промежуточных точках термодинамического цикла 6

Для процесса 1-2: 6

Для процесса 3-4: 6

Расчет параметров T, s в промежуточных точках термодинамического цикла 7

Для процесса 2-3: 7

Для процесса 4-1: 7

Определение величин, характеризующих процессы цикла 8

Для процесса 1-2 (политропный процесс) 8

Для процесса 2-3 (изохорный процесс) 8

Для процесса 3-4 (адиабатный процесс) 9

Для процесса 4-1 (изохорный процесс) 10

Определение величин, характеризующих цикл в целом 11

Расчет дополнительных точек 12

Расчет параметров p, v в дополнительных точках термодинамического цикла 12

Для процесса 1-2: 12

Для процесса 3-4: 12

Расчет параметров T, s в промежуточных точках термодинамического цикла 12

Для процесса 2-3: 12

Для процесса 4-1: 12

Построение рабочей и тепловой диаграмм исследуемого цикла 14

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Глубже понять основные закономерности процессов преобразования теплоты в механическую работу, принцип действия тепловых машин, получить необходимые практические навыки выполнения расчетов и анализа термодинамических циклов тепловых машин.

Исходные данные

Рабочее тело – воздух, в количестве 1 кг.

Для воздуха:

R = 0,287 ;

с_v = 0,712 .

Дополнительные данные

­­­­­­­

Определяемые величины

а) р; ν; Т и s для узловых точек цикла;

б) n; с; l; q; u; I; s и  для процессов цикла;

в) q подв.; q отв.; l_ц; q_ц; u_ц; I_ц; s_ц и _t для цикла в целом.

Определение Параметров состояния рабочего тела (воздуха) в узловых точках цикла.

В соответствии с формулой Майера (C_p=C_v+R) найдем теплоемкость газа в процессе при постоянном давлении:

Расчёт параметров состояния рабочего тела в узловой точке 1:

Заданные значения:

Исходя из уравнения состояния идеального газа находим удельный объем :

Рассчитаем энтропию воздуха по формуле , которая с учетом нормальных физических условий () имеет вид:

Расчёт параметров состояния рабочего тела в узловой точке 2

Пользуясь дополнительными данными найдем удельный объем :

Используя данный показатель политропы n=1,1 для процесса 1-2 найдем давление :

Исходя из уравнения состояния идеального газа находим температуру :

Рассчитаем энтропию воздуха по формуле

Расчёт параметров состояния рабочего тела в узловой точке 3:

По графику определяем, что процесс 2-3 протекает без изменения объема (изохорный процесс). Из этого делаем вывод, что

Так как процесс 3-4 адиабатный и показатель политропы n=1.4, находим давление используя формулу:

Исходя из уравнения состояния идеального газа находим термодинамическую температуру :

Рассчитаем энтропию воздуха по формуле

Расчёт параметров состояния рабочего тела в узловой точке 4:

Заданные значения:

По графику определяем, что процесс 4-1 протекает без изменения объема (изохорный процесс). Из этого делаем вывод, что

Исходя из уравнения состояния идеального газа находим термодинамическую температуру :

Расcчитаем энтропию воздуха по формуле

Учитывая, что процесс 3-4 адиабатный (),

Расчет параметров состояния в промежуточных точках

Расчет параметров p, v в промежуточных точках термодинамического цикла

Зададим по 3 промежуточные точки для процессов 1-2 и 3-4 в заданном цикле.

Для процесса 1-2:

Для процесса 3-4:

, т.к. процесс 3-4 адиабатный

Расчет параметров T, s в промежуточных точках термодинамического цикла

Зададим по 3 промежуточные точки для процессов 2-3 и 4-1 в заданном цикле

Используя уравнение выразим формулу для вычисления энтропии в промежуточных точках:

Для процесса 2-3:

Для процесса 4-1:

Определение величин, характеризующих процессы цикла

Для процесса 1-2 (политропный процесс)

Заданные значения:

Теплоемкость воздуха в рассматриваемом процессе определяем по формуле

Для определения работы воспользуемся формулой:

- происходит работа сжатия

Изменение внутренней энергии рассчитаем по формуле:

Количество отводимой теплоты в изотермическом процессе вычислим по формуле

Изменение энтальпии воздуха определяем по формуле

Изменение энтропии воздуха определяем по формуле

Коэффициент распределения тепла между внутренней энергией и совершаемой работой воздуха за процесс найдем по формуле

Для процесса 2-3 (изохорный процесс)

Заданные значения:

Теплоемкость воздуха в рассматриваемом процессе определяем по формуле

Так как процесс изохорный, работа газа равна нулю:

Количество подводимой теплоты в изохорном процессе вычислим по формуле

Изменение внутренней энергии найдем с помощью уравнения первого закона термодинамики

Изменение энтальпии воздуха определяем по формуле

Изменение энтропии воздуха определяем по формуле

Коэффициент распределения тепла между внутренней энергией и совершаемой работой воздуха за процесс найдем по формуле

Для процесса 3-4 (адиабатный процесс)

Заданные значения:

Так как данный процесс адиабатный, теплоемкость, изменение энтропии и количество тепла равны нулю

Работу расширения воздуха найдем по формуле

Изменение внутренней энергии найдем с помощью уравнения первого закона термодинамики

Изменение энтальпии воздуха определяем по формуле

Коэффициент распределения тепла между внутренней энергией и совершаемой работой воздуха за процесс найдем по формуле

Для процесса 4-1 (изохорный процесс)

Заданные значения:

Теплоемкость воздуха в рассматриваемом процессе определяем по формуле

Так как процесс изохорный, его работа будет равна нулю

Количество подводимой теплоты в изохорном процессе вычислим по формуле

Изменение внутренней энергии найдем с помощью уравнения первого закона термодинамики

Изменение энтальпии воздуха определяем по формуле

Изменение энтропии воздуха определяем по формуле

Коэффициент распределения тепла между внутренней энергией и совершаемой работой воздуха за процесс найдем по формуле

Определение величин, характеризующих цикл в целом

Находим количество подведенной и отведенной теплоты

Определяем работу воздуха за цикл. Так как работа в процессе 2-3 и 4-1 равна нулю, не учитываем ее при вычислении

Рассчитываем количество теплоты, превращенной в работу цикла

Так как конечное состояние газа в результате совершения цикла совпадает с начальным, изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии воздуха за цикл равно нулю

Находим термодинамический к.п.д. цикла, который характеризует степень совершенства преобразования теплоты в работу

Расчет дополнительных точек

Расчет параметров p, v в дополнительных точках термодинамического цикла

Для процесса 1-2:

Для процесса 3-4:

Расчет параметров T, s в промежуточных точках термодинамического цикла

Для процесса 2-3:

Для процесса 4-1:

Построение рабочей и тепловой диаграмм исследуемого цикла

n_1-2=1,1

n_2-3=- ∞

n_3-4=k

n_4-1=+ ∞

n_1-2=1.1

n_3-4=k

n_2-3=-∞

n_4-1=+∞