Расчет и анализ идеального цикла ДВС со смешанным подводом теплоты

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине «Теплотехника»

 на тему:

"Расчет  и анализ идеального цикла  ДВС

со смешанным подводом теплоты"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

 

Расчетно-пояснительная записка к

Курсовой работе

по дисциплине «Теплотехника»

 на тему:

"Расчет  и анализ идеального цикла  ДВС

со смешанным подводом теплоты"

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Содержание

1. Задание…………………………………………………………………………3
2. Расчёт цикла ДВС со смешанным подводом теплоты……………………...5
1. Определение газовой постоянной и теплоёмкостей рабочего тела…….5
2. Определение параметров состояния рабочего тела……………………..8
3. Расчёт процессов цикла……………………………………………………10
4. Расчёт характеристик цикла……………………………………………….13
5. Исследование и анализ цикла со смешанным подводом теплоты………14

2.5.1 Анализ цикла со смешанным подводом теплоты…………………..17

3. Литература……………………………………………………………………...18
4. Приложение…………………………………………………………………….19

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание

Рассчитать идеальный цикл ДВС со смешанным подводом теплоты, включающий в соответствии с рисунком следующие термодинамические процессы: адиабатное сжатие рабочего тела 1-2, подвод теплоты по изохоре 2-3, подвод теплоты по изобаре 3-4, адиабатное расширение 4-5, отвод теплоты по изохоре 5-1.

 

Рис.1 Цикл ДВС со смешанным подводом теплоты.

Доли компонентов рабочего тела,%				ε	λ	ρ	T1,K	P1, MПa	№ вар
CO2	CO	H2O	N2
8,5	5,5	16	70	11,0	2,0	1,7	293	0,1	1

Таблица 1

 

 

 

2. Расчёт цикла ДВС со смешанным подводом теплоты

2.1 Определение газовой постоянной и теплоёмкостей рабочего тела

Молекулярную массу рабочего тела µ, представляющего собой смесь газов и паров воды, определяем по формуле:

  (1);

Где n – количество компонентов смеси;

       ri – объёмная доля i-ого компонента;

       µi – молекулярная масса i-ого компонента;

Определим молярные массы компонентов по таблице 2:

Таблица 2

Газ	Химическая формула	Молярная масса, кг/кмоль	Плотность, кг/м3	Газовая постоянная, Дж/(кг*К)
Воздух	-	29	1,293	287,0
Азот	N2	28	1,251	296,8
Кислород	O2	32	1,429	259,8
Водород	H2	2	0,089	4124,0
Монооксид углерода	CO	28	1,1997	296,9
Диоксид углерода	CO2	44	1,287	188,9
Водяной пар	H2O	18	1,804	461,0

 

 

 

 

µ(СО2)=44 кг/кмоль;

µ(СО)=28 кг/кмоль;

µ(H2O)=18 кг/кмоль;

µ(N2)=28 кг/кмоль;

Подставляя данные значения в формулу (1)  получим молекулярную массу  смеси газов:

;

Можем найти газовую постоянную по формуле:

(2);

Найдём:

 (3);

Массовые теплоёмкости при постоянном объёме сv, и при постоянном давлении сp определяем по формулам соответственно (4) и (5):

  (4);

  (5);

Где ri - объёмные доли компонентов;

  ,  -  молярная теплоёмкость при постоянном объёме и давлении,    зависящие только от атомности газов и определяемые по таблице (3);

Таблица 3

Атомность газа	Показатели
	,кДж/(кмоль*К)	, кДж/(кмоль*К)
Одноатомный	12,48	20,80
Двухатомный	20,80	29,12
Трёхатомный	29,30	37,60

 

 

Сосчитаем:

;

 

;

 

Показатель адиабаты определяют как величину численно равную отношению массовых теплоёмкостей смеси при постоянном давлении и объёме:

  (6).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.  Определение параметров состояния рабочего тела

 

Для определения параметров состояния рабочего тела последовательно для всех точек цикла рассчитаем: давление P, удельный объем Ѵ, температуру V и энтропию S.

 

1-2  Процесс  адиабатного сжатия.

    Точка 1

  (7);

  (8);

(9);

 

;

   Точка 2

  (11);

     (12);

 Так как процесс адиабатный то

 S2=S1= (13);

(14);

 

2-3 Процесс изохорного  нагревания.

   Точка 3

  (13);

   (14);

  (15);

  (16);

3-4 Процесс изобарного  нагревания.

   Точка 4

  (17);

  (18);

 

  (18);

  (19);

4-5 Процесс адиабатного  расширения

     Точка 5

  (20);

  (21);

  (22);

  (23);

 

Сведём результаты расчётов в таблицу:

 

Таблица 4

Обозначение параметров	Точки цикла
	1	2	3	4	5
P, МПа	0,1
Ѵ, м3/кг
T, К	293	700,5	1401
S, кДж/(кг*К)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. Расчёт процессов цикла

Для каждого процесса  определим: теплоёмкость С, изменение внутренней энергии ∆U и энтальпии ∆i, количество подведённой и отведённой теплоты q, работы расширения и сжатия l:

 

Процесс адиабатного сжатия 1-2

C=0 (24);

(25);

   (26);

   (27);

(28);

 

Процесс подвода теплоты по изохоре 2-3:

(29);

  (30);

(31);

 (32);

(33);

 

Подвод теплоты по изобаре 3-4:

  (34);

  (35);

  (36);

 

(37);

 

 

(38);

 

Процесс адиабатного расширения 4-5:

  (39);

  (40);

  (41);

  (42);

 

  (43);

Отвод теплоты по изохоре 5-1:

(44);

   (45);

  (46);

 

(47);

  (48);

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Сведём результаты расчётов в таблицу:

Таблица 5

Характеристики процессов	Процессы цикла
	1-2	2-3	3-4	4-5	5-1
	0		1,1238	0
	0		1102,1106	0	-753,9093
		0			0

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. Расчёт характеристик цикла

Выполним расчёт следующих характеристик:  количество подведённой g1 и отведённой g2 теплоты, количество теплоты g0, превращённой в работу lp, работу расширения и сжатия l0 и lс, среднее давление Pi и термический КПД ηt.

Поскольку подвод теплоты осуществляется в процессах 2-3 и 3-4, а отвод в процессе 5-1, то

(49);

  (50);

(51);

 

Расширение рабочего тела происходит в процессах 3-4 и 4-5, а сжатие – в процессе 1-2, поэтому:

(52);

(53);

(54);

Среднее давление и термический КПД определим как:

(55);

(56);

Для проверки повторно найдём термический КПД:

(57);

 

Относительная ошибка при вычислении составляет ∆=0,05 %;

Результаты расчётов сведём в таблицу 6:

 

Таблица 6

Характеристики цикла, кДж/кг
g1	g2	g0	lp	lc	l0	Pi,МПа	ηt,%

 

 

5.  Исследование и анализ цикла со смешанным подводом теплоты

Исследуем влияние степени сжатия ε, степени повышения давления λ и степени предварительного расширения ρ на термический КПД цикла ηt:

1. λ=const, ρ=const, εi=(0,75-1,25)ε с шагом 0,1:

 

ε1=0,75*11=8,25;ε2=0,85*11=9,35;

ε3=0,95*11=10,45;

ε4=1,05*11=11,55;

ε5=1,15*11=12,65;

ε6=1,25*11=13,75;

 

(58);

 

 

 

 

 

 

Сведём в таблицу:

 

Таблица 7

Термический КПД	Параметры цикла
	λ=const, ρ=const
	ε1	ε1	ε1	ε1	ε1	ε1
	50	52	54	55	57	58

 

 

2. ε=const, ρ=const, λi=(0,75-1,25)λ  с шагом 0,1:

λ1=0,75*2=1,5;

λ2=0,85*2=1,7;

λ3=0,95*2=1,9;

λ4=1,05*2=2,1;

λ5=1,15*2=2,3;

λ6=1,25*2=2,5;

 

(58);

 

 

 

 

 

 

 

Сведём в таблицу:

 

 

Таблица 8

Термический КПД	Параметры цикла
	ε=const, ρ=const
	λ1	λ2	λ3	λ4	λ5	λ6
	54,7	54,9	55	55,1	55,2	55,3