Принципиальная схема и краткая характеристика теплового двигателя. Изображение цикла в координатах p-V и T-s и определение удельного объема, давления и температуры в характерных точках цикла

СОДЕРЖАНИЕ

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ.. 2

1 Принципиальная схема и краткая характеристика теплового двигателя. 2

2 Изображение цикла в координатах p-V и T-s и определение удельного объема, давления и температуры в характерных точках цикла. 2

3 Определение изменения в процессах цикла внутренней энергии и энтропии, подведенной и отведенной теплоты, полезной работы.. 2

4 Определение коэффициента А и термического КПД цикла. 3

5 Построение цикла в масштабе в системах координат p-V и T-s. 3

ЛИТЕРАТУРА.. 4

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

Таблица 1 – Вариант задания расчетно-графической работы

Рабочее тело – смесь газов (продуктов сгорания), для которой , ,  и

1 Принципиальная схема и краткая характеристика теплового двигателя

В качестве преобразователей тепловой энергии в механическую работу широкое применение получили двигатели внутреннего сгорания (ДВС) и газотурбинные двигатели (ГТД). Рабочим телом в таких двигателях является смесь воздуха с продуктами сгорания топлива (обычно жидкого или газообразного). В ГТД горение топлива происходит в камере сгорания, а затем газы направляются на лопатки рабочих колес турбины. Конструктивные особенности и возможные способы сжигания топлива в ДВС и ГТД  сводят варианты процессов подвода и отвода тепла к двум: изохорному и изобарному.

2 Изображение цикла в координатах p-Vи T-sи 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 на расчетно-графическую работу, наименование цикла тепловой машины – ГТД с подводом теплоты при p=const, то процессы 2-2' и 4-4' будут отсутствовать. Цикл ГТД изображен на рисунке 3.

Рисунок 3 – Цикл ГТД с подводом теплоты при p=const

Этот цикл состоит из следующих термодинамических процессов:

1-2 – адиабатный процесс сжатия РТ (в компрессоре ГТД), ;

2-3 – изобарный подвод теплоты, p=const;

3-4 – процесс адиабатного расширения РТ (в каналах проточной части турбины), ;

4-1 – изобарный отвод теплоты (в турбинах и реактивных двигателях), p=const.

Обозначим некоторые характеристические параметры цикла:

 - степень сжатия в процессе 1-2;

 - степень повышения давления при сжатии, ;

 - степень предварительного расширения РТ 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, выразим давления в характерных точках цикла через минимальное давление p₁ в начале процесса сжатия 1-2:

Тогда с учетом того, что , а , получим:

.

Уравнение состояния газа имеет вид:

Выразив из этого уравнения объем, получим:

Подставив известные значения давлений и температур в характерных точках, найдем удельные объемы:

;

;

;

.

3 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 p=const (с_p):

;

.

4 Определение коэффициента А и термического КПД цикла

Определим коэффициент А:

;

Учитывая, что  и  эта формула примет вид:

.

Определим термический КПД:

;

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-Vи T-s

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.