Расчетно-графическая работа №1

ДЕПАРТАМЕНТ ПО РЫБОЛОВСТВУ

Балтийская государственная академия

Рыбопромыслового флота.

 

ТЕПЛОТЕХНИКА

Методические указания

по выполнению расчетно-графических работ №1 и №2 по дисциплине для студентов специальностей 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство» и 190603«Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (Автомобильный транспорт)»

 

Калининград 2007
«Утверждаю»

Проректор по УР

___________

«____»________2007г.

 

Автор: Покровский Е.А., кандидат технических наук,

доцент кафедры судовых энергетических

установок БГА РФ.

 

 

Рассмотрено и одобрено на заседании кафедры СЭУ,

протокол №_____ от «____» ________ 2007 года.

 

Рецензент: Дмитриев И.М., кандидат технических наук, доцент

кафедры судовых энергетических установок БГА РФ.
ОГЛАВЛЕНИЕ

Общие организационно-методические указания……………………..4 Литература………………………………………………………………4 Расчетно-графическая работа №1……………………………………...5 Расчетно-графическая работа №2……………………………………..12 Приложение……………………………………………………………..16 Варианты заданий по технической термодинамике…………………..16 Варианты заданий по теплопередаче…………………………………..18

 

Общие организационно-методические указания

 

Методические указания составлены в соответствии с программой дисциплины «Теплотехника» для специальностей 190601 «Автомобили и автомобильное хозяйство» и 190603 «Сервис транспортных и технологических машин и оборудования (Автомобильный транспорт)»

Курс «Теплотехника» является общетехнической дисциплиной необходимой для усвоения специальных дисциплин и базируется на знаниях высшей математики, физики, химии.

Для более осмысленного усвоения материала по дисциплине необходимо вместе с изложенным материалом понять выводы основных зависимостей, запомнить их выражения, выполнить расчёты по этим зависимостям. С этой целью при изложении курса предлагаются для выполнения две расчетно-графические работы, задания к которым представлены в конце методических указаний. При их выполнении учащийся начинает понимать влияние отдельных, входящих в зависимости величин, на конечные результаты расчётов, лучше усваивает эти зависимости и весь изучаемый материал дисциплины. При работе над расчетно-графическими работами следует использовать рекомендуемую литературу. При выполнении задания следует обратить внимание на физический смысл величин и их размерности.

Все поясняющие записи следуют выполнять в соответствии со схемой: искомый параметр = расчётная зависимость = подстановка = конечное значение (единица измерения). Графическая часть работы оформляется на листе мм-бумаги формата А4 с максимальным его заполнением и соблюдением

ГОСТов 2.319 – 81, 2.307 - 68.

 

Литература

 

1. Арнольд Л.В., Михайловский Г.А., Селиверстов В.И. Техническая термодинамика и теплопередача: Учебник для вузов. - 2 - е изд. перераб. - М.: Высшая школа. 1979. - 446с.

2. Техническая термодинамика: Учебник для ВТУЗов под ред. В.И.Крутова - 2 - е изд. перераб. и доп. - М.: Высшая школа. 1981. -439с.

3. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. - М.: Машиностроение, 1973. - 344с.

4. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. - 2 - е изд., стереотип. - М.: Энергия, 1977. - 344с.

5. Краснощеков В.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. 4 - е изд., пререраб. И доп. - Л.: Энергия, 1980 - 228с.

6. Методические указания к выполнению исследовательских работ по дисциплине «Техническая термодинамика и теплопередача» - Калининград: БГА РФ 1995. - 78 с.

7. Домашние задания по дисциплине «Техническая термодинамика и теплопередача» для курсантов специальности 240500 «Эксплуатация судовых энергетических установок». - Калининград: БГА РФ 1988г. - 17с.

 

 

Расчетно-графическая работа №1

 

В этой работе требуется для 1 кг воздуха:

1. Определить параметры P,V, T, S,U,I для основных точек цикла.

2. Построить цикл: а) в координатах P—V, б) координатах T—S.

3. Найти l, ∆ s, q, ∆i, ∆u для каждого процесса, входящего в состав цикла.

4.Определить работу цикла l_ц, термический к. п. д. η_tи среднее индикаторное давление P _i. _.

Перед выполнением работы следует проработать соответствующие разделы рекомендуемой литературы, в которых подробно рассмотрены термодинамические циклы и их заданные процессы. Используя графические интерпретации заданных процессов важно выполнить предварительную прорисовку цикла на бумаге в координатах P-V и T-S. Далее требуется заполнить соответствующие графы таблицы согласно заданным значениям начальных и конечных точек процессов, сопровождая их поясняющими записями. Используя изученные по литературе закономерности связей между параметрами в заданных процессах надо добиться полного заполнения граф ниже изображённой таблицы, после чего можно выполнить прорисовку по точкам заданного цикла на мм-бумаге в координатах P-V и T-S, используя чертёжные принадлежности.

 

 

Таблица 1

Процесс	Начало	Конец	Р	V	T	∆u	∆s	∆i	l	q

 

Примечание: обозначения процессов в задании соответствуют следующим их названиям

S – адиабатный,

V – изохорный,

P – изобарный,

T – изотермический,

n – политропный.

 

Пример решения задания.

 

Даны параметры состояния рабочего тела (воздух) в начальных или конечных точках указанных процессов

P1=2,2

T1=500

T2=654

V3=0,12

P

S

V

T

 

что соответствует давлению и температуре в начальной точке изобарного процесса, соответственно P₁=2.2 мПа и Т₁=500 К; температуре в конечной точке этого же процесса T₂=654К; объёму в начале изохорного процесса, а также заданы процессы цикла: изобарный, адиабатный, изохорный, изотермический. Требуется найти все недостающие параметры цикла и его основные, выше указанные, характеристики.

Для решения задачи заполним поля таблицы в соответствии с заданием

(см. табл.1).

Таблица 1

Процесс	Начало	Конец	Р	V	T	∆u	∆s	∆i	l	q
P			2,2
S
			0.12
V
T

 

 

Далее, используя закономерности изменения параметров в процессах, продолжим заполнять графы таблицы (см. табл.2).

 

Таблица 2

Процесс	Начало	Конец	Р	V	T	∆u	∆s	∆i	l	q
P			2,2	0,0652
		2,2
S
			0.12
V
			0.12
T

 

и дополним некоторыми расчетами и свойствами этих процессов:

=

Подсчитываем – теплоёмкость при постоянном объёме.

Она численно равна =

Следующим шагом будет последовательное рассмотрение заданных участков цикла.

 

1) 1-2

 

т.к.

то

далее используя соотношение

Из данного равенства можно выразить величину . Она будет равна

 

2) 2-3. , где – показатель адиабаты.

Для адиабатного процесса характерно следующее уравнение:

В данном случае мы можем записать:

Выразив отсюда , получим

Также мы можем посчитать величину , которая составит:

 

3) 3-4 , для изохорного процесса справедливо отношение:

Отсюда можно выразить величину давления

=

 

4) 4-1.

 

5) Находим изменение удельной энтропии в заданных процессах:

Для удобства вычислений, допустим, что

Изменение энтропии находится по формуле , где

=

Так как процесс 2-3 адиабатный, происходит без теплообмена с окружающей средой, то справедливо записать

т.е.

Для проверки можно использовать следующий метод:

Таким образом, записав выражение , можно убедиться, что действительно . Основываясь на этом, можно сделать вывод о том, что расчеты изменения энтропии были сделаны правильно.

 

6) Следующим этапом следует вычислить работу изменения удельного объёма газа, а также изменение его внутренней энергии, энтальпии и теплоты.

 

1-2 процесс изобарный

Работа в процессе составит

Изменение энтальпии

Изменение внутренней энергии

Теплота в процессе

 

2-3 Процесс адиабатный.

Вся работа идёт на изменение внутренней энергии.

 

3-4 Процесс изохорный. Работа по изменению объёма не производится

4-1

 

Теперь можно заполнить оставшиеся графы таблицы (см. табл.3).

Таблица 3

Процесс	Начало	Конец	Р	V	T	∆u	∆s	∆i	l	q
P			2,2	0,065		113,6	0,2752	157,85	44,19	157,85
		2,2	0,085
S		-59,04		-82	59,04
		1,4	0,12
V		-54,612	-0,101	-75,85		-54,612
		1,2	0,12
T			-0,174		-87,48	-87,48
		2,2	0,065

 

 

7) Рассчитываем подведённое в цикле количество теплоты. В данном случае подведённое тепло

Отведённое количество теплоты равно

Судя по характерам подвода и отвода тепла, делаем вывод о том, что заданный цикл является прямым термодинамическим циклом.

Рассчитаем КПД цикла:

= 0,099

 

Подсчитываем среднее индикаторное давление в цикле:

Р_i = = =0.286 МПа

Где работа в цикле определится

lц = l ₁₂ +l ₂₃ +l ₃₄ + l ₄₁ = 44,19+59,04+0+(-87,48)=15,75 КДж/кг

 

Строим диаграммы с циклом в координатах P-V и T-S(см. рис.1 и 2).

 

Для проверки точности построения T-S диаграммы и точности определения КПД цикла, можно воспользоваться графическим методом подсчёта КПД, который основывается на расчётах соответствующих площадей.

Для нахождения КПД графическим методом для заданного цикла, можно воспользоваться следующей формулой:

где S₁ и S₂ площади, соответствующие площади цикла и площади под циклом в мм² (см. рис.2).