Расчет термодинамических циклов тепловых машин - Методичка

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Методические указания к курсовой работе по курсу "Термодинамика"Курсовая работа направлена на усвоение основных положений термодинамики и позволяет студентам не только глубже понять основные закономерности процессов преобразования теплоты в механическую работу, а, следовательно, и принцип действия тепловых машин, но и получить необходимые практические навыки выполнения расчетов и анализа термодинамических циклов тепловых машин. При выполнении курсовой работы по термодинамике студенты рассчитывают замкнутый термодинамический процесс (цикл) по четырем составляющим его политропным участкам. В процессе выполнения курсовой работы по исходным данным требуется определить: 1) Параметры состояния рабочего тела (воздуха): давление р, удельный объем v, температуру Т и энтропию s во всех четырех узловых точках 1,2,3 и 4 цикла. 3) Показатель политропы n для каждого процесса цикла, теплоемкость cn и работу расширения (сжатия) l воздуха в рассчитываемом процессе, количество подведенной (отведенной) в нем теплоты q, а также изменение внутренней энергии ?u, изменение энтальпии ?i воздуха, коэффициент ? распределения тепла между внутренней энергией и совершаемой воздухом работой в рассматриваемом процессе данного цикла. 4) Работу lц воздуха за цикл, количество теплоты qподв, подведенной к воздуху извне за цикл, и теплоты qотв, отведенной от воздуха в охладитель в ходе совершения цикла, а также количество теплоты qц, превращенной в работу, изменения внутренней энергии ?uц, энтальпии ?iц и энтропии ?sц воздуха за цикл, термический к.п.д. ?t рассчитываемого цикла и термический к.п.д. ?tк, соответствующего ему цикла Карно.Приступая к выполнению курсовой работы, студенты должны проработать разделы, посвященные первому и второму законам термодинамики, а также исследованию политропных процессов и циклов, т.е. должны знать следующие основные соотношения термодинамики, справедливые для идеальных газов [1]: Уравнение состояния идеального газа pv = RT, (1) где R - газовая постоянная. Здесь и далее индексами "1" и "2" обозначены параметры состояния газа соответственно в начале и в конце рассматриваемого процесса. Здесь ?u - изменение внутренней энергии, которое для всех процессов идеального газа равно ?u = u2 - u1 = cv(T2 - T1), (5) где cv - теплоемкость газа в процессе при постоянном объеме, а l - работа расширения (сжатия) газа, которая во всех процессах, кроме изотермического, может быть определена из выражения l = (Т2 - Т1). Для определения работы газа в адиабатном процессе, кроме выражения (6) можно использовать следующую формулу l =-?u = cv(T1 - T2).В зависимости от исходных данных производят либо последовательный расчет параметров воздуха от точки 1 до точки 4 цикла, либо сначала определяют параметры воздуха в точках 1, 2, и 4, и лишь затем в точке 3 цикла. Порядок расчета следующий: а) определяют начальное состояние воздуха в точке 1, при этом давление, удельный объем или температура вычисляются по формуле (1), а энтропия воздуха - по формуле (16). Тогда формула (16) имеет вид: s1 - s0 = s1 = CP?ln - R?ln ; (17) б) определяют состояние воздуха в точке 2, при этом давление, удельный объем или температура воздуха находятся из уравнений (1) и (2). При этом, если заданными являются величины ?u2-3, ?i2-3 или q2-3, то сначала из уравнений (5), (9) или (11) определяют температуру воздуха в точке 3, а затем по заданным величинам давления или удельного объема, используя уравнения (1), (15) или (16), вычисляют остальные параметры в точке 3 цикла. Основные параметры в точке 4 определяют или из уравнений (18-20), описывающих связи между параметрами газа в точках 3 и 4 (когда в точке 4 задан лишь один параметр из трех и задан показатель политропы n3-4), или непосредственно из уравнения состояния (когда в точке 4 заданы два параметра из трех).б) состояние воздуха в точке 2 можно определить, используя соотношение , когда сначала по вычисленному значению v1 находится удельный объем v2, а затем по формуле (18) - давление Р2; температура Т2 находится из уравнения состояния (1); так как процесс 1-2 адиабатный (n = k), то изменение энтропии в этом процессе ?s1-2 = 0 (cn= 0) и s2 = s1; в) учитывая далее, что процесс 2-3 является изобарным (n = 0), находим давление Р3 = Р2, а так как при этом теплоемкость cn = cp, то по формуле (11) по заданному значению q2-3 и известной температуре Т2 вычисляем температуру воздуха Т3 в точке 3 цикла; энтропию s3 находим по формуле (15); г) учитывая, что процесс 4-1 изохорный (n = ?), находим удельный объем воздуха v4 = v1, а далее по заданному значению Р4 и вычисленному значению v4 определяем температуру Т4 в точке 4 цикла, энтропию воздуха s4 вычисляем по формуле (15), учитывая при этом, что теплоемкость газа в процессе 4-1 cn = cv. По вычисленным значениям параметров состояния воздуха в узловых и промежуточных точках цикла в масштабе строятся рабочая (рис.2.1.) и теп

Оглавление

1. Цель работы

2. Содержание задания и исходные данные

3. Подготовка к выполнению курсовой работы

4. Порядок выполнения работы

5. Пример выполнения курсовой работы

6. Отчетность по работе

Контрольные вопросы

Литература

1. Цель работы