Определение изменения в процессах цикла внутренней энергии и энтропии, подведенной и отведенной теплоты, полезной работы
Принципиальная схема и краткая характеристика теплового двигателя
Рисунок 1 – Принципиальная схема поршневого ДВС
Основным элементом любого поршневого двигателя является цилиндр 4 с поршнем 5, соединённым посредством кривошипно-шатунного механизма с внешним потребителем работы. Цилиндр (или блок цилиндров) монтируется на верхней части картера 1, а сверху закрыт крышкой, в которой установлены впускной 2 и выпускной 3 клапаны и электрическая свеча зажигания (в карбюраторном и газовом двигателях) или форсунка (в дизеле). В зарубашечном пространстве цилиндра и его головки циркулирует охлаждающая жидкость.
В картере монтируется коленчатый вал, кривошип 7 которого подвижно соединён с шатуном 6. Верхняя головка шатуна сочленена с поршнем, который совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение в цилиндре.
2 Изображение цикла в координатах p - V и T - s и определение удельного объема, давления и температуры в характерных точках цикла
Обобщенный цикл газовых двигателей в системах координат p-V и T-s показан на рисунке 2.
Рисунок 2 – Обобщенный цикл газовых двигателей
Этот цикл состоит из следующих термодинамических процессов:
1-2 – адиабатный процесс сжатия РТ (в цилиндре ДВС или в компрессоре ГТД), 
;
2-2' – изохорный подвод теплоты, V=const;
2'-3 – изобарный подвод теплоты, p=const;
3-4 – процесс адиабатного расширения РТ (в цилиндре ДВС или в каналах проточной части турбины), ;
|
|
|
4-4' – изохорный отвод теплоты (в ДВС), V=const;
4'-1 – изобарный отвод теплоты (в турбинах и реактивных двигателях), p=const.
Т.к. по условию в расчетно-графической работе, наименование цикла тепловой машины – ДВС с подводом теплоты при v=const, то процессы 2'-3 и 4'-1 будут отсутствовать. Цикл ДВС изображен на рисунке 3.
Рисунок 3 – Цикл ДВС с подводом теплоты при v=const
 |
Этот цикл состоит из следующих термодинамических процессов:
1-2 – адиабатный процесс сжатия РТ (в цилиндре ДВС) , 
;
2-3 – изохорный подвод теплоты, v=const;
3-4 – процесс адиабатного расширения РТ (в цилиндре ДВС), ;
4-1 – изохорный отвод теплоты , v=const.
Обозначим некоторые характеристические параметры цикла:
- степень сжатия в процессе 1-2;
- степень повышения давления при подводе теплоты q1;
- степень расширения РТ в процессе 3-4;
Рассмотрим последовательно процессы цикла и используя основные соотношения между параметрами в этих процессах, выразим температуры в характерных точках цикла через минимальную температуру T1 в начале процесса сжатия 1-2:
;
;
.
Подставим значение известной температуры T1, и с учетом того, что 
вычислим значения температур в характерных точках:
|
|
|
;
;
;
.
Рассмотрим последовательно процессы цикла и, используя основные соотношения между параметрами в этих процессах, определим давления и удельные объёмы в характерных точках цикла :
так как 
и 
, значит 
.
Тогда получим:
.
Уравнение состояния газа имеет вид:
Выразив из этого уравнения объем, получим:
Подставив данные, получим:
;
;
;
.
Выразив давление, получим:
Подставив данные, получим:
;
.
Определение изменения в процессах цикла внутренней энергии и энтропии, подведенной и отведенной теплоты, полезной работы
Определим количество подводимой и отводимой теплоты при условии постоянной теплоемкости РТ в процессе v=const (сv):
;
.
Определим изменение внутренней энергии в процессах цикла:
Δu1-2 = 
;
Δu2-3 = 
;
Δu3-4 = 
;
Δu4-1= 
.
Определим изменение энтропии в процессах цикла:
Δs1-2=0;
Δs2-3= 
;
Δs3-4=0;
Δs4-1= 
;
Определение полезной работы:
.
4 Определение коэффициента А и термического КПД цикла
Для ДВС с подводом тепла q1 при v=const А=1.
|
|
|
Определим термический КПД для ДВС с подводом тепла q1 при v=const:
;
Подставив значения, получим:
;
С другой стороны:
.
Сравним это значение с полученным ранее значением. Видим, что они совпадают.
5 Построение цикла в масштабе в системах координат p - V и T - s
Для построения графиков определим энтропию в точке 1:
Определим промежуточные точки адиабатных процессов,
вычислив величины удельных объёмов по формуле:
;
| 
| 
| 
| 
|
| 
| 
| 
| 
|
ЛИТЕРАТУРА
1. Расчетно-графические работы по теплотехнике (Методические указания для студентов вузов железнодорожного транспорта). Часть 1, под общей редакцией д.т.н. В.В. Харитонова: Гомель – 1986;
2. Теплотехника. Под редакцией А.П. Баскакова: Москва–1982;
3. О.М. Рабинович. Сборник задач по технической термодинамике: Москва–1973.
Дата добавления: 2020-12-12; просмотров: 51; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!