Весна 16 курс 3 ОрТОР / Теория АД / Термодинамика и теплопередача Никифоров А.И.-1

2

Ш87 (03)

Никифоров А. И. Термодинамика и теплопередача: Учебное пособие. Часть I .

Техническая термодинамика / Университет ГА. СПб., 2014.

Настоящее пособие написано в соответствии с рабочей программой дисциплины

«Термодинамика и теплопередача» и состоит из трех частей: часть I —«Техническая термодинамика»; часть II — «Основы газовой динамики ГТД»; часть III — «Теплопередача».

Нумерация глав сквозная.

В части I изложены основные понятия, определения и законы термодинамики;

основные положения исследования термодинамических процессов и идеальных циклов тепловых двигателей.

Изложение опирается на примеры из области авиационной техники; приведено большое колиество практических задач с решениями.

Учебное пособие предназначено для студентов авиационных вузов.

Библ. 22 назв.

Рецензенты:

Е. А. Куклев, д-р техн. наук, проф.

Р. Н. Кокошкин, канд. техн. наук, доц.

© Университет гражданской авиации, 2014

3

Часть I Техническая термодинамика

4

4.1.Понятие о круговых процессах (циклах). Прямой цикл (цикл тепловой машины)……………………………………………………………………………………… 112

4.2.Полезная работа цикла. Термический КПД цикла………………………………... 114

5.10.1.Идеальный цикл ДВС с подводом тепла при постоянном объеме (цикл Отто)……………………………………………………………............................................ 182

5.10.2.Идеальный цикл ДВС с подводом тепла при постоянном давлении (цикл Дизеля)………………………………………………………………………………………. 188

5.10.3.Сравнение циклов Отто и Дизеля………………………………………………. 192

5.10.4.Цикл ДВС со смешанным теплоподводом……………………………………... 194

8

Условные обозначения

Vп – скорость полета, м/с Н – высота полета, м (км)

М – число Маха (отношение скорости потока к скорости звука) а – скорость звука, м/с с – скорость потока, м/с

p – давление газа, Па (кПа) V – объем, м3

V – изменение объема, м3 υ – удельный объем, м3/кг ρ – плотность, кг/м3

t – температура по шкале Цельсия, °С

Т– абсолютная температура, К

Т– изменение абсолютной температуры, К E – энергия теплового движения частиц, Дж h – высота столба жидкости, м

°С – единица измерения температуры по шкале Цельсия °F – единица измерения температуры по шкале Фаренгейта °R – единица измерения температуры по шкале Ранкина

R – газовая постоянная, Дж/(кг·К)

Rμ, Rун – универсальная газовая постоянная, Дж/(кмоль·К) μ – масса одного киломоля газа, кг/кмоль

Vμ – объем одного киломоля газа, м3/кмоль

n – число молекул в единице объема, показатель политропы m – масса молекулы,

с2 – средняя квадратичная скорость поступательного движения молекул, м/с2

U – внутренняя энергия, Дж

U – изменение внутренней энергии, Дж ex – эксергия, Дж/кг

s – энтропия, Дж/К

s– удельная энтропия, Дж/(кг·К) s – изменение энтропии, Дж/К

L – удельная работа, Дж/кг

Q – количество теплоты, Дж

q – удельный подвод (отвод) теплоты, Дж/кг i – удельная энтальпия, Дж/кг

k, kг – показатель адиабаты для воздуха, газа

gi – массовая доля i-го компонента газа в смеси ri – объемная доля i-го компонента газа в смеси

С– теплоемкость рабочего тела, Дж/К

С– удельная теплоемкость рабочего тела, Дж/(кг·К)

Ссм – истинная удельная теплоемкость смеси, Дж/(кг·К)

9

Сi – истинная удельная теплоемкость данного компонента «чистого газа», Дж/(кг·К)

Сср – среднее значение удельной теплоемкости в интервале температур T1—T2 , Дж/(кг·К) W – термодинамическая вероятность

F – площадь проходного сечения, м2

G – секундный массовый расход, кг/с P – тяга двигателя, Н (кН)

N – мощность, Вт (кВт)

m ∙ c – количество движения, кг∙м/с

M – момент силы, Н·м; момент количества движения, кг∙м2/с u – окружная скорость, м/с

r – радиус, м

ω – угловая скорость, рад/с πк – степень повышения давления воздуха в компрессоре

πт – степень понижения давления газа в турбине πс – степень понижения давления газа в сопле

– критическая степень понижения давления газа

– располагаемая степень понижения давления газа в канале сопла π∑ – степень повышения (понижения) давления воздуха в двигателе Ө – степень подогрева воздуха в двигателе

ε – степень сжатия, холодильный коэффициент λ – степень повышения давления при подводе тепла ρ – степень расширения при отводе тепла

τ (λ) = Т/Т* – газодинамическая функция температуры π (λ) = p/p* – газодинамическая функция давления

ε (λ) = ρ/ρ* – газодинамическая функция плотности

Основные сечения потока

Н–Н – невозмущенный поток перед двигателем Вх–Вх – вход во входное устройство В–В – вход в компрессор К–К – выход из компрессора Г–Г – вход в турбину Т–Т – выход из турбины

С–С – выход из реактивного сопла Кр–Кр – критическое сечение

10

Сокращения

ТДС – термодинамические системы ГТД – газотурбинный двигатель ДВС – двигатель внутреннего сгорания ИТ – источники теплоты ИР – источники работы РТ – рабочее тело

КПД – коэффициент полезного действия

ммрт. ст. – миллиметры ртутного столба

ммводян. ст. – миллиметры водяного столба атм. – физическая атмосфера ЛА – летательный аппарат АД – авиационный двигатель СА – сопловой аппарат

МСА – международная стандартная атмосфера ЭВМ – электронные вычислительные машины