- •Нижегородский государственный педагогический университет Автомобильный институт
- •Вариант №30
- •1. Основные допущения
- •2. Содержание контрольной работы и пояснительной записки
- •3.2. Краткое описание идеализированного цикла теплового двигателя
- •3.2.1. Термодинамический процесс политропного сжатия рабочего тела. Уравнения обмена механической и тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой. Энтропия рабочего тела
- •3.2.1.1. Уравнение термодинамического политропного процесса сжатия [1]
- •3.2.1.2. Энергия в механической форме, которой обмениваются рабочее тело и окружающая среда (в нашем случае это работа изменения объёма), описывается интегральным соотношением [1]
- •3.2.2. Термодинамический изохорный процесс подвода тепловой энергии
- •3.2.3. Термодинамический изобарный процесс подвода тепловой энергии
- •3.2.4. Термодинамический процесс политропного расширения рабочего тела
- •3.2.5. Термодинамический изохорный процесс отвода тепловой
- •4. Определение параметров двигателя
- •4.1. Результирующая работа цикла
- •4.2. Суммарная тепловая энергия цикла
- •4.3. Термический коэффициент полезного действия цикла
- •4.4. Среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторная мощность двигателя
- •4.5. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха
- •4.6. Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива
- •5. Индикаторная диаграмма цикла
- •6. Внешняя скоростная характеристика двигателя
- •7. Термодинамический расчет идеализированного цикла поршневого двс со смешанным процессом подвода тепловой энергии к рабочему телу
- •7.1. Исходные данные:
- •Значения параметров состояния рабочего тела в точке c (в конце процесса сжатия a-c)
- •7.3.2. Значения параметров состояния рабочего тела в точке у (в конце изохорного процесса подвода тепловой энергии c-y)
- •7.3.3. Значения параметров состояния рабочего тела в точке z (в конце изобарного процесса подвода тепловой энергии y-z)
- •7.4. Проверка правильности вычислений параметров состояния рабочего тала в характерных точках цикла
- •7.5. Результирующая работа цикла, среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторная мощность двигателя
- •7.6.2. Мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу из окружающей среды в изохорном термодинамическом процессе c-y
- •7.6.3. Мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, подведенной к рабочему телу из окружающей среды в изобарном термодинамическом процессе y z
- •7.6.4. Средние мольные теплоёмкости воздуха и обмен тепловой энергией между рабочим телом и окружающей средой в процессе политропного расширения z-b рабочего тела
- •7.6.5 Мольные теплоёмкости воздуха и количество тепловой энергии, отведенной от рабочего тела в окружающую среду в изохорном термодинамическом процессе b-a
- •7.7. Расчёт параметров двигателя
- •7.7.1. Термический коэффициент полезного действия цикла
- •7.7.2. Цикловой расход топлива, цикловой расход воздуха и коэффициент избытка воздуха
- •7.7.3 Расход топлива двигателем, мощность двигателя и его удельный расход топлива.
- •7.8. Построение индикаторной диаграммы цикла
- •7.8.1. Назначение и значимость индикаторной диаграммы цикла
- •7.8.2. Последовательность построения индикаторной диаграммы цикла и результаты расчётов параметров для построения диаграммы
- •7.9. Внешняя скоростная характеристика двигателя
- •7.9. Выводы
- •Приложение
- •2. Обозначения и единицы измерения физических величин, используемых в контрольной работе
- •3. Образец задания на контрольную работу
- •Волжский государственный инженерно-педагогический университет Автомобильный институт
- •Вариант №30
- •Литература
1. Основные допущения
В контрольной работе необходимо выполнить термодинамический расчёт идеализированного цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания и проанализировать результаты расчёта.
В соответствии со вторым законом термодинамики рассматривается замкнутый цикл двигателя с неизменным рабочим телом во всех термодинамических процессах, составляющих цикл.
Рабочее тело – воздух, подчиняющийся уравнению состояния идеального газа.
Расчёт выполняется с использованием средних мольных теплоёмкостей рабочего тела (воздуха), которые зависят только от температуры.
Термодинамические процессы, составляющие цикл, равновесные и обратимые, процессы сжатия и расширения – политропные.
С целью расчёта параметров двигателя, в исходные данные дополнительно включены число цилиндров двигателя, частота вращения его коленчатого вала и тактность двигателя.
2. Содержание контрольной работы и пояснительной записки
Содержание пояснительной записки к проекту.
Описать цикл двигателя и выполнить его термодинамический расчёт. Описание цикла должно быть основано на подробных комментариях термодинамических процессов, из которых образован цикл двигателя. В описании привести различные формы уравнений связи между параметрами состояния рабочего тела в этих термодинамических процессах, а также показать, как можно рассчитать работу рабочего тела и подведенную (отведенную) теплоту. Выполнить контроль точности термодинамического расчёта цикла двигателя.
В расчётной части:
а) определить параметры состояния рабочего тела в характерных точках цикла;
б) определить параметры состояния рабочего тела в дополнительных точках для построения индикаторной диаграммы цикла;
в) рассчитать работу рабочего тела и подведенную (отведенную) к нему теплоту во всех термодинамических процессах, составляющих цикл;
г) рассчитать результирующую работу рабочего тела, суммарную подведенную и отведенную теплоту в цикле, среднее индикаторное давление рабочего тела и индикаторную мощность двигателя;
д) рассчитать термический коэффициент полезного действия цикла и выполнить его сравнение с термическим коэффициентом полезного действия цикла Карно, реализованного в этом же диапазоне температур;
е) рассчитать цикловые расходы топлива и воздуха, а также коэффициент избытка воздуха;
з) построить индикаторную диаграмму цикла;
и) рассчитать и построить внешнюю скоростную характеристику двигателя, включая зависимость удельного расхода топлива от частоты вращения коленвала двигателя.
Изложение должно сопровождаться таблицами, в которые заносятся параметры, необходимые для построения индикаторной диаграммы цикла и внешней скоростной характеристики двигателя.
Вычисления выполнить с точностью:
температуры—до 1.0 К;
давления— до 0.1 кПа (100Па);
объема — до 0.001 л (0.001 дм3);
энергии, теплоты и работы —до 1 Дж;
мощности — до 1 кВт;
момента – до 1Нм;
мольной теплоемкости — до 0.01 Дж/(моль*К);
3. Математическое моделирование идеализированного цикла поршневого ДВС со смешанным процессом подвода тепловой энергии и с политропными процессами сжатия и расширения рабочего тела
Методика термодинамического расчета
3.1. Исходные данные
Рабочее тело — воздух, подчиняющийся законам идеального газа.
Давление рабочего тела в исходной точке “a” (начало процесса политропного сжатия) – Pа (рис. 1).
Температура рабочего тела в исходной точке - Tа.
Максимальный объем рабочего тела (полный объем цилиндра) - Vа.
Степень сжатия - ε — Vа/Vс (Vс –наименьший объём рабочего тела после политропного сжатия).
Степень повышения давления рабочего тела в изохорном процессе подвода тепловой энергии λ = Pу/Pс = Pz/Pc (Pс, Ру и Pz - давление рабочего тела в характерных точках цикла – см. рис.1).
Cтепень предварительного расширения рабочего тела в изобарном процессе подвода тепловой энергии к рабочему телу - ρ = Vz/Vс.
Показатель политропы сжатия рабочего тела (воздуха) –n1.
Показатель политропы расширения рабочего тела – n2.
Частота вращения коленчатого вала двигателя —N.
Число цилиндров в двигателе — i.
Тактность двигателя принята равной четырём.
.
Рис.1. Индикаторная
диаграмма термодинамического цикла с
изохорно – изобарным процессом подвода
энергии в тепловой форме