Документ: 4509, страницы 16-20 | База учебных материалов

16

Продолжение таблицы 5

1	2	3	4	5	6	7

15	0,103	310	5,62	2,63	1,27	1,36

16	0,096	302	4,96	2,44	1,26	1,31

17	0,099	287	5,13	2,32	1,24	1,33

18	0,101	293	5,02	2,54	1,37	1,24

19	0,110	313	6,04	2,76	1,34	1,27

20	0,103	301	6,17	2,67	1,32	1,36

21	0,105	308	4,92	2,39	1,27	1,29

22	0,093	284	4,99	2,44	1,34	1,27

23	0,098	314	5,12	2,76	1,34	1,23

24	0,101	303	6,01	2,81	1,36	1,35

25	0,102	317	5,27	2,55	1,24	1,29

26	0,098	298	4,92	2,67	1,34	1,27

27	0,097	287	4,87	2,82	1,35	1,36

28	0,105	285	5,87	2,53	1,31	1,22

29	0,108	303	6,04	2,67	1,34	1,27

30	0,112	305	5,77	2,76	1,36	1,23

31	0,097	315	5,18	2,51	1,33	1,24

32	0,099	313	4,98	2,80	1,27	1,33

33	0,107	299	5,34	2,61	1,34	1,31

34	0,102	309	6,09	2,68	1,36	1,35

35	0,103	312	5,73	2,78	1,31	1,27

17

ПРИМЕР РАСЧЕТОВ И ОФОРМЛЕНИЯ ЗАДАНИЕ №1

Вариант I6

Цикл поршневого ДВС со смешанным подводом тепла задан параметрами p1 = 0,097 МПа, T1 = 303 и значениями величин = 15,3; =

1,29; = 1,36; n1 = 1,32; n2 = 1,27. Выполнить термодинамический анализ цикла и отдельных процессов (в соответствии с содержанием домашнего задания №1 по термодинамике).

1. Цикл со смешанным подводом тепла хорошо используется для описания и расчетов рабочих процессов современных быстроходных дизельных двигателей внутреннего сгорания автотракторного назначения. Физическое осуществление цикла производится поршневой машиной следующим образом.

Во время хода всасывания (процесс 1–а на р- диаграмме цикла) атмосферный воздух, проходя через систему фильтров и специальный всасывающий клапан, попадает в рабочий цилиндр двигателя. В конце всасывания (точка 1) всасывающий клапан закрывается и с перемещением к верхней мертвой точке происходит сжатие воздуха (процесс 1–2) Ввиду быстротечности этого процесса характер его близок к адиабатному, и температура воздуха в конце сжатия (точка 2) повышается на столько, что несколько превышает температуру самовоспламенения топлива. По окончании сжатия через специальную форсунку дизельное топливо впрыскивается, мелко распыливаясь, в небольшую предкамеру, расположенную в головке цилиндра, или в специальную камеру в рабочем поршне машины. Первые порции топлива в условиях высокой температуры и большого теплового излучения от стенок предкамеры практически мгновенно разлагаются, испаряются и сгорают (процесс 2–3). Давление в цилиндре при этом резко возрастает и с достаточной точностью первый этап подвода тепла можно описать изохорным процессом.

Основная масса топлива, впрыскиваемого в камеру, испаряется по мере поступления, перемешиваясь с продуктами сгорания, и эта смесь выбрасывается из предкамеры в основную камеру сгорания, где и происходит ее догорание по мере поступления. Этот второй этап подвода топлива уже проходит при перемещении поршня к нижней мертвой точке и практически не сопровождается повышением давления. С допустимой погрешностью его

18

описывают изобарным процессом (процесс 3–4). После сгорания смеси происходит расширение газообразных продуктов сгорания (процесс 4–5), и вслед за этим открывается выхлопной клапан, через который продукты сгорания во время процесса выталкивания (процесс 5–а) выбрасываются в атмосферу, унося с собой и часть тепла, подведенного к рабочему теплу. Далее цикл повторяется, вновь начинаясь с всасывания свежей порции воздуха.

Поскольку в процессах всасывания (а–1) и выталкивания (5–а) суммарная работа мало отличается от нуля, то идеализируя реальный цикл процессы газообмена заменяют одним изохорным процессом отвода тепла (процесс 5–1).

2. Определение параметров всех характерных точек цикла начнем с вычисления удельного объема газа в точке 1. Из уравнения Клапейрона – Менделеева [1]

				R T1							287 303							0.8965 м3 / кг ,
																		0.8965 м3 / кг ,
1					P					0.097 106
					P					0.097 106
						1
					где R 287												Дж		– газовая постоянная воздуха [1]
					где R 287											кг К			– газовая постоянная воздуха [1]
																кг К
					Определяем параметры точки 2
			1					0,8965						0,0586					м3 / кг .
	2		1											0,0586					м3 / кг .
	2								15,3
									15,3
					Процесс 1–2 политропный, с показателем политропы n1 .
Значит р n1													р		2		n1 , откуда
							1			1					2		2
											n1
р			р						1				р				n1 0,097 106 15,31.32							3,553 106 Па .
р			р										р				n1 0,097 106 15,31.32							3,553 106 Па .
		2	1						2						1
									2
					Величину T2												находим из уравнения состояния идеального газа
Т					р2		2					3,533 106 0,0586								725,4			К .
Т	2																			725,4			К .
	2						R										287
							R										287
					Параметр точки 3 начинаем рассчитывать с вычисления p3
р р						2	3,533 106 1,29 4,531 106															Па .
		3				2
					Процесс 2–3 изохорный, значит																		3			2	0,0586 м3 / кг , а так как [1]:
																							3			2
																					р3			Т3	,
																									,
																					р2			Т 2

19

откуда Т3 Т2 р3 Т2 725,4 1,29 935,8 К .

р2

Для точки 4 легко вычислить сначала удельный объем:

4	3	0,0586 1,36 0,0797 м3	/ кг .
4	3
	Процесс 3–4 изобарный, поэтому р			4	р 4,584 106	Па .
				4	3

Для изобарного процесса в соответствии с законом Гей-Люссака

												4				Т 4			,
												3				Т3			,
												3				Т3
откуда Т			4	Т	3	4 Т			3	935,8 1,36 1272,7 К .
			4		3		3		3
							3
		Удельный объем точки 5 одинаков с удельным объемом точки 1.
	5	0,8965					м3	/ кг .
	5	1
		Процесс 4–5 политропный. Для него
										р	4			n2	р		5			5	n2 ,
											4		4				5			5
							4	n2										1,.27
											6	0,0797										6
											6	0,0797										6
откуда р5				р4						4,584 10											0,212 10		Па .
откуда р5				р4			5			4,584 10											0,212 10		Па .
							5						0,8965

		Температуру в точке 5				найдем из уравнения состояния для этой точки:
		р	5		0,212 106 0,8965		662,2
Т		5	5					К .
Т	5	R			287			К .
	5

		Эту		же температуру		можно		вычислить, записав закон Шарля для

изохорного процесса 5–1 [1]:

										р1	Т1	,
										р5	Т5	,
										р5	Т5
откуда Т		Т			р5	303	0,212	106	662,2			К .
откуда Т	5	Т	1			303		106	662,2			К .
	5		1		р	0,097
					р	0,097
				1

Совпадение полученных результатов может служить свидетельством правильности проведенных вычислений и отсутствия арифметических ошибок.

3. Полный термодинамический расчет любого процесса включает вычисления тепла и работы за этот процесс, изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии. Для политропного процесса 1–2 количество тепла вычисляем по формуле [1]

20

q

C

T2

n1 K

T T

T1

1 2

m

n1 1

2 1

T2

где C

– средняя массовая теплоемкость в процессах при постоянном

m

T1

объеме в интервале температур от Т1

до Т 2 ;

К

С pm

– показатель адиабаты для процесса 1–2;

Cpm

T

– средняя

T

2

С m

1

массовая теплоемкость воздуха в процессах при p=const для того же интервала температур. Если принимать зависимости C m f (T ) и Cpm f (T ) линейными, то величины средних теплоемкостей воздуха легко вычислить по формулам [10]:

C

T2 0,7084 0,00009349

t1

t2

m

T1

2

и

t1

t2

,

Cpm

TT2 0,9952 0,00009349

2

1

где t1

и t2 – температура в начале и в конце процесса в C .

Проводим вычисления:

t1 T1

273 303 273 30 C ;

t2 T2

273 725,4 273 452,4 C ;

C

T2 0,7084 0,00009349

30 452,4

0,7309

кДж

;

m

T1

2

кг K

30 452,4

1,018

кДж

;

Cpm

TT2 0,9952 0,00009349

1

2

кг K

C m

1,018

K

1,392 .

C m

0,7309

Итак, тепло за процесс 1–2

q

C

T2

n1

K

T T 0,7309

1,32 1,392

725,4 303 69,16

кДж

.

T1

1 2

m

n1

1

2

1

1,32 1,0

кг

Работа в процессе 1–2 вычисляется по формуле [1]:

l		R	T	T	287 10 3		303 725,4 378,8	кДж	.

1 2	n1	1	1	2	1,32	1,0		кг

Материал: 4509

Смотрите также: