1 Цель работы

В углублении знаний студентов по курсу “Теоретические основы теплотехники” раздела “Техническая термодинамика”, освоении методики теплотехнических расчетов, изучение кон­струкции и принципа работы тепловых двигателей.

В процессе выполнения расчетно-графической работы студент должен приобрести практи­ческие навыки по расчету циклов тепловых двигателей и фор­мироваться как специалист для самостоя­тельного решения практических инженерных задач.

2 Методические указания к выполнению задания

К выполнению задания необходимо преступить после изучения соответствую­щего раздела дисциплины.

Данные для выполнения заданий выбираются из таблиц по номеру зачетной книжки, которые приведены на странице 12. Задания, выполненные, не по своему варианту не рассматри­ваются.

При выполнении заданий необходимо соблюдать требования стандарта СТО 0493582-003-2009 (Самостоятельная работа студента. Оформление текста руко­писи).

Поясняющие чертежи, графики и расчетные схемы выполняются с помощью чертежных инструментов на миллиметровке с учетом требований ЕСКД.

3 Циклы тепловых двигателей и установок

3.1 Обобщенный цикл теплового двигателя

Термодинамические циклы тепловых машин идеализируют следующим образом:

- все процессы являются обратимыми и протекают с одним и тем же количеством рабочего тела;

- химический состав рабочего тела постоянен;

- подвод теплоты к рабочему телу осуществляется через стенки цилиндра от верх­него источника теплоты;

- процесс сжатия и расширения рабочего тела являются адиабатными;

- теплота от рабочего тела передается через стенки цилиндра к нижнему (холод­ному) источнику теплоты;

- теплоемкость рабочего тела не зависит от температуры (c=const).

Рисунок 1 Диаграммы обобщенного цикла теплового двигателя

Любой цикл теплового двигателя может рассматриваться как частичный случай обобщенного цикла (рисунок 1).

Цикл состоит из адиабатного сжатия 1-2, изохорного подвода теплоты q₁' 2-3 и изобарного подвода теплоты q₁'' 3-4, адиабатного расширения 4-5, изохорного от­вода теплоты q₂' 5-6 и изобарного отвода теплоты q₂'' 6-1.

Параметрами, характеризующими цикл, являются степень сжатия ε=ν₁/ν₂ , степень повышения давления λ=Р₃/Р₂, степень предварительного расширения ρ=ν₄/ν₃, сте­пень падения давления λ_р=Р₅/Р₆, степень сокращения объема ε_υ=ν₆/ν₁.

Количество удельной теплоты, подведенной в цикле равно:

q₁=q₁’+q₁’’=c_υ(T₃-T₂)+c_р(T₄-T₃). (1)

Количество отведенной теплоты к холодному источнику записывается в виде:

q₂=q₂’+q₂’’=c_υ(T₅-T₁)+c_р(T₆-T₁), (2)

где, c_υ и c_р – соответственно удельная массовая теплоемкость рабочего тела, кДж/(кгК);

Т₁, Т₂, Т₃, Т₄, Т₅ и Т₆ – термодинамические температуры в характерных точках, К.

Эти величины можно подсчитать через параметры цикла. Так для адиабатного процесса 1-2 можно записать

Т₂/Т₁=(υ₁/υ₂)^К =ε^К-1 и Т₂=Т₁ε^К-1 (3)

где, ν₁ и ν₂ – объём камеры сгорания и полный объём цилиндра соответственно.

Для изохорного процесса 2-3 Т₃/Т₂=Р₃/Р₂=λ,

Т₃=Т₂λ=Т₁λε^К-1 (4)

При изобарном процессе 3-4 Т₄/Т₃=υ₄/υ₃=ρ,

Т₄=Т₃ρ=Т₁ρλε^К-1 (5)

При изохорном процессе 5-6 Т₅/Т₆=Р₅/Р₆=λ_р, откуда

Т₅=Т₆λ_р (6)

При изобарном процессе 6-1 Т₆/Т₁=υ₆/υ₁=ε_υ и

Т₆=Т₁ε_υ (7)

Если вместо Т₆ в формулу 6 подставим его значение, то

Т₅=Т₁ε_υλ_р (8)

Если в уравнения 1.1 и 1.2 вместо температур в характерных точках подставим их значения, выраженные параметрами цикла, то получим

q₁=c_υT₁ε^K-1(λ-1+Kλ(ρ-1)) (9)

q₂=c_υT₁(ε_υ(λ_p-1)+K(ε_υ-1)) (10)

Термический КПД цикла для тепловой машины равен

(11)

Работа цикла имеет вид:

W_Ц=q₁-q₂=c_υT₁(ε^K-1(λ-1+Kλ(ρ-1)))-ε_υ(λ_p-1)+K(ε_υ-1). (12)

или W_Ц=η_tq_1.. (13)