
Курсач
.docМИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧЕРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«НИЖЕГОРОДСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ИМ. Р.Е.АЛЕКСЕЕВА»
Кафедра «Энергетические установки и тепловые двигатели»
КУРСОВАЯ РАБОТА
на тему
«ИССЛЕДОВАНИЕ ПОЛИТРОПНОГО ПРОЦЕССА СЖАТИЯ ВОЗДУХА В ОДНОСТУПЕНЧАТОМ КОМПРЕССОРЕ. »
Выполнил: студент гр. 15-КС-1
Бормотов А.Д.
Проверил: Крайнов А.А.
Нижний Новгород
2017 год
Содержание:
Стр.
Введение…………………………………………………………………………...3
1 Первый закон термодинамики……...……..…………………………………...2
1.1 Политропный процесс и компрессор......…………..…………………..........6
1.2 Исследование политропного процесса сжатия в компрессоре………….....9
Введение
Термодинамика – наука, занимающаяся установлением связей между теплотой, работой и изменением состояния системы тел.
Термодинамика подразделяется на:
-
Техническая термодинамика (общая теория тепловых машин и апаратов)
-
Химическая термодинамика
-
Физическая термодинамика
Техническая термодинамика:
1) Тепловые двигатели: а) Двигатели внутреннего сгорания б) Газотурбинные двигатели в) Паротурбинные двигатели
2) Холодильные машины
3) Тепловые насосы
Основная задача технической термодинамики решить вопрос о получении наибольшей работы за счет заданного количества теплоты.
КПД тепловых двигателей рассчитывается по формуле:
Где: L – механическая работа. Q – теплота. Для холодильных машин:
Где:
- холодильный коэффициент.
Для тепловых
машин:
Где:
– отопительный коэффициент.
Рабочее
тело
– вещество с помощью которого совершаются
процессы совершения работы и переноса
теплоты. Рабочими телами являются газы
и пары.
Термодинамическая система – рабочее тело рассматриваемое в определенных границах. Все тела за пределами этих границ являются окружающей средой. Если рабочее тело рассматривается во взаимодействии с окружающей средой, то система называется расширенной. В технической термодинамике системы подразделяются на:
-
Изолированные – система через границу которой не передается ни теплота, ни работа, не масса рабочего тела.
-
Закрытые - система через границу которой может передаваться теплота и работа, а масса рабочего тела границ не пересекает.
-
Открытая - система через границу которой может передаваться теплота, работа и масса рабочего тела.
Термодинамическое свойство – любая физическая величина изменения которой зависят только от начального и конечного состояния системы. Термодинамические свойства подразделяются на:
-
Интенсивные – не зависящие от массы рабочего тела.
-
Экстенсивные – зависящие от массы рабочего тела.
Термодинамический процесс – изменение состояния системы заключающиеся в последовательном прохождении ее через рад состояний.
Процессы бывают:
-
Обратимые.
-
Не обратимые.
Термодинамический процесс называется обратимым если он может быть проведен в прямом и обратном направлении и при этом все изменения системы происходящие в прямой части в точности обращаются в обратной части, а в окружающих систему телах нет никаких изменений.
Причины необратимости термодинамических процессов:
-
Самопроизвольный переход теплоты от тел более нагретых к телам менее нагретым.
-
Неупругий удар и трение.
-
Самопроизвольный переход жидкостей или газов из области более высокого давления в область более низкого давления без совершения механического движения.
-
Самопроизвольная диффузия газов.
Обратимость – критерий совершенства термодинамического процесса.
Энергия – мера количественной оценки различных форм движения материи.
Виды энергии:
-
Механическая.
-
Химическая.
-
Ядерная.
-
Электромагнитная.
-
Термическая.
В закрытой системе под термической энергией понимается внутренняя энергияU[Дж]
В
открытой систем под термической энергией
понимается энтальпия
.
Способы обмена энергией:
Совершение
работы одного тела над другим .
Теплота.
Теплоемкость – физическое свойство тела измеряемое количеством теплоты затрачиваемом на нагрев единицы количества вещества на 1 кельвин.
Теплоемкости подразделяются на:
-
Массовую теплоемкость
-
Объёмную теплоемкость
-
Мольную теплоемкость
Теплоемкость зависит от:
-
Физических свойств газа.
-
Параметров состояния рабочего тела.
-
Характера протекающего процесса.
Истинная удельная теплоемкость – отношение бесконечно малого количества теплоты сообщаемого в бесконечно малом процессе.
1. Первый закон термодинамики
Первый закон термодинамики – энергия изолированной системы при любых происходящих в ней процессах может переходить одной формы в другую, но по величине остаётся неизменной.
Где: Q – теплота,
L – работа,
∆E – энергия системы;
Базисная формулировка первого закона термодинамики: Теплота, сообщаемая системе расходуется на изменение энергии системы и совершение работы.
Где: Q - теплота,
∆Е – изменение внутренней энергии,
L – работа.
Энергия закрытой системы обусловлена исключительно внутреннем (тепловым) состоянием рабочего тела и поэтому отожествляется с понятием внутренняя энергия.
Для
идеального газа ,
следовательно
Работа в закрытой системе может осуществляться только за счет изменения объема, по этому она называется работой расширения.
Математическое выражение для первого закона термодинамики: Теплота, сообщаемая закрытой термодинамической системе, расходуется на изменение внутренней энергии и совершения работы расширения.
Дифференциальная форма первого закона термодинамики для идеального газа:
Работа процесса в открытой системе совершается в потоке рабочего тела и называется располагаемой работой.
Располагаемая работа определяется суммой трех механических работ:
1)
Работа совершаемая впереди идущим
потоком.
2)
Работа в потоке.
3)
Работа против впереди идущего потока
Располагаемая работа может проявить себя в виде трех механических работ:
1) Техническая работа
2)
Изменение кинетической энергии рабочего
тела.
3)
Изменение положения рабочего тела.
Математическое выражение первого закона термодинамики в условиях открытой системы: Теплота сообщаемая открытой термодинамической системе, расходуется на изменение энтальпии и совершение предполагаемой работы.
Задание:
В одноступенчатом поршневом компрессоре воздух сжимается от давления – р1 , =0.1 МПа абс. при температуре - t1 =17°С до давления р2 =0,45 МПа абс.
Стенки цилиндра компрессора охлаждаются водой так, что процесс сжатия воздуха в компрессоре является политропным.
Показатель политропы сжатия -n =1,33
Производительность компрессора, измеренная по месту всасывания: V1 =300 м³/ҹ
Требуется определить:
-
Температуру сжатого воздуха - t2 °С.
-
Объем сжатого воздуха - V2 м³/ч.
-
Изменение внутренней энергии и энтальпии воздуха при сжатии.
-
Затрачиваемую работу в процессе и теоретически необходимую мощность для привода компрессора - N0 кВт.
-
Количество теплоты, отводимой от воздуха при сжатии, и, соответственно, количество охлаждающей воды - М кг/ч, полагая, что вода нагревается от 10°С до 20° С.
-
Диаметры всасывающего и нагнетательного воздухопроводов компрессора, принимая скорость в них - W= 12м/сек.
-
Построить графики процесса сжатия в pv-диаграмме.
-
Построить графики в 'Тs-диаграмме по точкам процесса сжатия, а также изобар, между которыми расположен процесс сжатия. Сделать соответствующее обозначение площадей под кривыми.
-
Указать характер превращения энергии. При исследовании принять:
-
В связи с изменением условий охлаждения стенок компрессора, показатель политропы сжатия увеличивается - уменьшается до n =1,05. Определить для новых условий температуру воздуха - t2 °С и количество отводимой теплоты q
Вывод: с уменьшением n от 1.33 до 1.05 температура воздуха не изменяется (17°С) количество отведенной теплоты изменилось с -19.924 до -107.918
Задание выдал: Крайнов. А. А