- •Теплотехника
- •634003, Г. Томск, ул. Партизанская, 15. Общие методические указания
- •Литература
- •1.Программа дисциплины
- •1.1.Цель и задачи дисциплины
- •1.2.Основное содержание дисциплины
- •1.2.1.Введение
- •1.2.2. Основные понятия и определения термодинамики
- •Методические указания
- •1.2.3. Законы термодинамики
- •Методические указания
- •1.2.4. Термодинамические процессы
- •Методические указания
- •1.2.5. Реальные газы и пары
- •Методические указания
- •1.2.6. Влажный воздух
- •Методические указания
- •1.2.7. Термодинамика потока. Истечение и дросселирование газов я паров
- •Методические указания
- •1.2.8.Термодинамический анализ процессов в компрессорах
- •Методические указания
- •1.2.9.Циклы двигателей внутреннего сгорания
- •Методические указания
- •1.2.10.Циклы холодильных установок и термотрансформаторов
- •Методические указания
- •1.2.11 .Основные понятия и определения теплопередачи
- •Методические указания
- •1.2.12.Теплопроводность
- •Методические указания
- •1.2.13.Конвективный теплообмен
- •Методические указания
- •1.2.14. Теплообмен излучением
- •Методические указания
- •1.2.15.Основы расчета теплообменных аппаратов
- •Методические указания
- •1.2 1.2.16.Основы теплоснабжения
- •2.Курсовая работа
- •2.1Методические указания к курсовой работе
- •2.2 Задание к курсовой работе
- •2.2.1 Расчет турбонагнетателя двс
- •2.2.2. Расчет теоретического цикла двигателей внутреннего сгорания (двс)
- •2.2.3 Расчет водяного радиатора двс
- •Расчет температурного поля в стенке цилиндра двс
- •2.3 Контрольные вопросы
- •2.4 Примеры расчета задач
- •2.4.1. Расчет турбонагнетателя двс
- •2.4.2. Расчет теоретического цикла двигателя внутреннего сгорания
- •2.4.3. Расчет теплообменного аппарата ( водяного радиатора)
- •2.4.4. Расчет температурного поля в стенке цилиндра двс
- •2.4.5. Расчет радиационного теплообмена
- •Курсовая работа по « Теплотехнике»
2.4 Примеры расчета задач
2.4.1. Расчет турбонагнетателя двс
Задача 1. Атмосферный воздух при давлении =0,09МПа и температуре t0=150 С сжимается в турбонагнетателе по политропе с показателем политропы nсж= 1,2. Степень повышения давления в турбонагнетателе =Р1/Р0=1.30, КПД турбонагнетателя = 0,85. Расход воздуха через турбонагнетатель составляет G0=0,5 кг/с. Определить термические и калорические параметры воздуха перед турбонагнетателем и за ним. Найти работу, техническую работу и теплоту в процессе сжатия.
Вычислить теоретическую мощность, необходимую на привод турбонагнетателя и сравнить ее с мощность, необходимую на привод турбонагнетателя. при адиабатном и изотермическом сжатии воздуха в нем. Изобразить в масштабе процесс сжатия воздуха в турбонагнетателе в Рv- и Тs- диаграммах.
Вычислить действительную мощность, необходимую на привод турбонагнетателя
Решение задачи
Находим удельный объём воздуха перед всасыванием его в турбонагнетатель из уравнения состояния
v0 = RT0 / p0 = (287×288) / (0,09×106) = 0.918 м3 / кг,
где R постоянная газа рассчитывается по уравнению
R=R/=8314.4/29 = 287. кДж / (кг K);
Рабочее тело - воздух (воздух считается двухатомным газом; мольная масса =29 кг/кмоль; изобарная мольная теплоемкость mСр = 29,31 кДж/(кмоль×К); изохорная мольная теплоемкость mСv = 20,93 кДж/(кмоль×К); показатель адиабаты k = 1,4 [Приложение1]).
Расчет массовых теплоемкостей воздуха cp и cv
cv = mсv / m = 20,93 / 29 = 0,722 кДж/(кг×К);
cp = mср / m = 29,31 / 29 = 1,01 кДж/(кг×К);
Находим температуру и удельный объём воздуха за турбонагнетателем
р1=р0 =0,09×1,3=0,117 Мпа.
T1 = T0 (п-1) /п =288 1,3(1,2-1)/1,2= 301 К.
v1 = RT1 / p1 (287× 301) / (1,17 × 105) = 0,738 м3 / кг.
Рассчитываем калорические параметры (u, i, s) в начале и конце сжатия:
а) в начале сжатия:
u0 = cv×T0 = 0,722×288 = 208 кДж / кг;
i0 = cp × T0 = 1.01 × 288 = 291 кДж / кг;
s0 = cр × Ln (T0 / 273) - R×ln (ро) =
=1,01 × ln (288 / 273) – 0,287 × ln (0,9) =0,0842 кДж/(кг К),
в этом выражении давление р0 подставляется в бар.;
) в конце такта сжатия:
u1 = cv × T1 = 0,722 × 301 = 217 кДж / кг;
i1 = cp × T1 = 1,01 × 301 = 304 кДж / кг;
s1 = cp × ln (T1 / 273) - R × ln (P1) =
=1,01 × ln (301 / 273) - 0,287 × ln (1,17) = 0,0535 кДж/(кгК).
Отведенная теплота:
q 0-1 = cn (T1 – T0) = cv [(n - k) / (n - 1)]×(T1 – T0)
q 0-1 = 0,722 × (1,2 - 1,4) / (1,2 - 1) × (301 - 288) = - 9,38 кДж/кг.
Работа затраченная на сжатие воздуха
lсж0-1 = (R / (n-1)) × (Т0 – Т1)
lсж0-1 = (0,287/ (1,2 - 1))×(288 - 301) = -18,65 кДж / кг.
Располагаемая (техническая) работа:
lрасп.0-1 = lсж0-1 n = -18,65 1,2 = - 22,38 кДж / кг.
правильность расчета: q = lрасп. + Di,
q = - 22,38 + 13,0 = - 9,38 кДж / кг.
Теоретическая и действительная мощности привода турбонагнетателя
Ntk= G lрасп = 0,5 22,38 = 11,19 кВт,
Nд= Ntk / =11,19 /0,85 = 13,16 кВт.
Р
Т. K
б)
а)
Р,
МПа
0,12
0,11
0,10
0,09
0,08
1 310
300
290
280
270
1
lk 0
qk
0
s
0,6 0,7 0,8 0,9 1,0
0.05 0.06
0.07 0.08 0.09
Рис. 2,2 Сжатие воздуха в турбонагнетателе:
а) на pv- диаграмме; б) на Ts- диаграмме.
Располагаемая (техническая) работа при изотермическом процессе сжатия в компрессоре и теоретическая мощность привода турбонагнетателя:
l. = R × T0 × ln(p0/p1) = 0,287 × 288 × ln(0,09/1,17) = - 21,69кДж/кг N= G l. . = 0,5 × 21,69 = 10,85 кВт.
Располагаемая (техническая) работа при адиабатном процессе сжатия в турбонагнетателе и теоретическая мощность привода турбонагнетателя:
l. = (к×R ×Т0/ (к-1)) × (1- (p1/p0)(к-1)/к).
l. = ( 1,4×0,287×288 / (1,4-1)) × (1- (1,17/0,9)(1,4-1)/1,4) =
- 23,14кДж/кг
N= G l. . = 0,5 × 23,14 = 11,57 кВт.
Сравнивая мощности привода турбонагнетателя при политропном (n=1.2), изотермическом и адиабатном процессах сжатия воздуха видно, что выгодным процессом сжатия является изотермический, однако из-за небольшой поверхности теплообмена и быстроты протекания процесса сжатия осуществить изотермический процесс сжатия воздуха затруднительно, процесс сжатия осуществляется по политропе. Чем больше в процессе отводится теплоты, тем ближе он к изотермическому процессу сжатия воздуха в компрессоре.
Наддув двигателей является одним из наиболее эффективных методов улучшения удельных мощностей и весогабаритных показателей двигателей. Повышение плотности воздуха на впуске в двигатели увеличивает весовое наполнение цилиндров ДВС.
В дизелях повышение плотности воздуха позволяет одновременно увеличивать и подачу топлива. У карбюраторных двигателей увеличивается количество поступающей смеси.