Пример выполнения расчетов в курсовой работе

Содержание

Введение

1. Теоретические основы термодинамического анализа циклов

1.1. Изохорный процесс

1.2. Изобарный процесс

1.3. Изотермический процесс

1.4. Адиабатный процесс

1.5. Политропный процесс

2. Варианты заданий

3. Пример выполнения расчетов в курсовой работе

4. Порядок оформления курсовой работы

Библиография

Приложение

 

Введение

 

Работа энергетических установок основана на реализации термодинамического цикла. Циклом называется замкнутый круговой процесс, при осуществлении которого рабочее тело, пройдя ряд последовательных состояний, возвращается в исходное состояние. Система непрерывного перевода теплоты в работу, путем осуществления кругового процесса в направлении по часовой стрелке, называется тепловым двигателем. Для определения параметров тепловых двигателей проводят анализ рабочего процесса двигателя.

В задании на курсовую работу приведены варианты рабочих диаграмм идеальных термодинамических циклов тепловых двигателей, которыми заменяют термодинамический процесс реального рабочего двигателя.

Задачами курсовой работы является проведение термодинамического исследования идеального цикла теплового двигателя; определения работы цикла , термического к.п.д. , индикаторного давления ,а также построения тепловой диаграммы процесса (в координатах ). Результаты необходимо представить в соответствии с рекомендуемым порядком выполнения и оформления.

 

1. Теоретические основы термодинамического анализа циклов [1]

Метод исследования анализа идеального термодинамического цикла основан на определении параметров состояния составляющих процессов и состоит в следующем:

1. Выводятся уравнения процесса, устанавливается взаимосвязь между начальными и конечными параметрами рабочего тела.

2. Находится работа процесса _.

3. Находится количества тепла .

4. Находится изменение внутренней энергии .

5. Находится изменение энтропии .

6. Цикл отображается в масштабе в рабочей и тепловой диаграммах.

Практический интерес представляют частные случаи изменения состояния газа, составляющие цикл: изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный и обобщающий политропный процессы.

Изохорный процесс

Изохорный процесс - процесс, происходящий в физической системе при постоянном объеме.

Рис.1 Изохорный процесс,

Уравнение изохорного процесса имеет вид: . Давления газа пропорционально абсолютным температурам:

 

(1)

 

В изохорном процессе работа расширения не совершается:

 

, т.к. , то . (2)

 

Из уравнения первого закона термодинамики следует:

 

(3)

 

Вся подведенная теплота расходуется на изменение внутренней энергии рабочего тела. При для двух значений температур ( и ):

 

(4)

 

Изменение энтропии изохорического процесса:

 

(5)

 

При изменение энтропии процесса для двух значений температур ( и ) определится:

 

(6)

 

Изобарный процесс

Изобарный процесс - процесс, происходящий в физической системе при постоянном внешнем давлении.

 

Рис. 2 Изобарный процесс,

 

Уравнение изобарного процесса имеет вид: .

Объемы газа пропорциональны абсолютным температурам:

 

(7)

 

В изобарном процессе совершается работа расширения:

 

(8)

 

Из уравнения первого закона термодинамики следует: ,

принимая , а при имеем:

(9)

 

Вся подведенная теплота расходуется на изменение энтальпии рабочего тела.

При для двух значений температур ( и ):

 

(10)

 

Изменение внутренней энергии изобарного процесса:

 

(11)

 

При для двух значений температур ( и ):

 

(12)

 

Изменение энтропии изобарного процесса:

 

(13)

При изменение энтропии процесса для двух значений температур ( и ) определится:

 

(14)

Изотермический процесс

Изотермический процесс - процесс, происходящий в физической системе при постоянной температуре.

 

Рис. 3 Изотермический процесс,

 

Уравнение изотермического процесса имеет вид: .

Давления обратно пропорциональны объемам газа:

 

(15)

 

В изотермическом процессе работа расширения:

 

(16)

 

В изотермическом процессе не происходит изменения внутренней энергии и энтальпии т.к. :

 

, (17)

 

следовательно , .

Из первого закона термодинамики . Все количество теплоты, подведенное к газу, затрачивается на совершение работы в процессе расширения:

 

(18)

 

Изменение энтропии изотермического процесса:

 

(19)

 

Изменение энтропии процесса для двух точек процесса:

 

(20)

Адиабатный процесс

Адиабатный процесс - процесс, происходящий в физической системе не получающей теплоту из вне и не отдающей ее, т.е. отсутствует теплообмен рабочего тела с окружающими системами.

Рис. 4 Адиабатный процесс,

 

Уравнение адиабатного процесса имеет вид: .

Давления обратно пропорциональны объемам в степени :

(21)

 

Коэффициент адиабаты: считается .

Работа расширения в адиабатном процессе:

 

(22)

 

Используя уравнение состояния и соотношения:

 

; ; ; ,

 

можно получить приведенные соотношения для работы расширения в адиабатном процессе:

 

(23)

В адиабатном процессе не происходит теплообмена рабочего тела с окружающими системами . Из первого закона термодинамики следует, что работа совершается только за счет изменения внутренней энергии:

 

(24)

При для двух значений температур ( и ):

 

(25)

 

Изменение энтропии в адиабатном процессе:

 

(26)

Энтропия является величиной постоянной .

Политропный процесс

Политропный процесс – термодинамический процесс изменения состояния физической системы, в течение которого сохраняется постоянство теплоемкости.

Рис.5 Сводные графики политропных процессов

 

Уравнение политропного процесса имеет вид: .

Давления обратно пропорциональны объемам в степени :

 

(27)

 

Коэффициент политропы считается для отдельно взятого процесса величиной постоянной значение которой могут изменятся .

При известный параметрах состояния:

 

(28)

 

Работа расширения в политропном процессе:

 

(29)

 

Используя уравнение состояния и соотношения:

 

; ; ; ,

 

можно получить приведенные соотношения для работы расширения в адиабатном процессе:

(30)

 

Изменение внутренней энергии в политропном процессе:

 

(31)

 

При для двух значений температур ( и ):

 

(32)

 

Изменение энтальпии в политропном процессе

 

(33)

 

При для двух значений температур ( и ):

 

(34)

 

Количество теплоты в политропном процессе:

 

(35)

 

При и для двух значений температур ( и ):

(36)

 

Изменение энтропии в политропном процессе:

 

(37)

 

Энтропия в политропном процессе определится по зависимости:

 

(38)

 

Политропный процесс обобщает всю совокупность основных термодинамических процессов.

 

Процесс
изохорный
изобарный
изотермический
адиабатный

 

Варианты заданий

В приведенных ниже вариантах заданий на курсовую работу рассматривается газовые циклы тепловых двигателей.

Основное допущение для термодинамического расчета газового цикла теплового двигателя: рабочим телом является атмосферный воздух не изменяющейся массой _.

Известные параметры воздуха при нормальных условиях: ; ; . Задается цикл в координатах _, без учета масштаба.

 

Требуется:

1. Определить параметры p, v, T, u, i для основных точек цикла.

2. Найти: n, _{, , , ,} для каждого процесса, входящего в состав цикла.

3. Определить работу цикла _, термический к.п.д. цикла и индикаторное давление .

4. Полученные данные поместить в сводные таблицы.

5. Построить цикл в координатах и _, соблюдая масштаб построения. Каждый процесс должен быть построен по двум-трем промежуточным точкам. При выполнении задания следует обратить внимание на физический смысл величин и их размерности.

Рис.2.1 Вариант 1 Рис.2.2 Вариант 2 Рис.2.3 Вариант 3

Рис.2.4 Вариант 4 Рис.2.5 Вариант 5 Рис.2.6 Вариант 6

 

Рис.2.7 Вариант 7 Рис.2.8 Вариант 8 Рис.2.9 Вариант 9

Рис.2.10 Вариант 10 Рис.2.11 Вариант 11 Рис.2.12 Вариант 12

Рис.2.13 Вариант 13 Рис.2.14 Вариант 14 Рис.2.15 Вариант 15

Рис.2.16 Вариант 16 Рис.2.17 Вариант 17 Рис.2.18 Вариант 18

 

Рис.2.19 Вариант 19 Рис.2.20 Вариант 20 Рис.2.21 Вариант 21

Рис.2.22 Вариант 22 Рис.2.23 Вариант 23 Рис.2.24 Вариант 24

Рис.2.25 Вариант 25 Рис.2.26 Вариант 26 Рис.2.27 Вариант 27

Рис.2.28 Вариант 28 Рис.2.29 Вариант 29 Рис.2.30 Вариант 30

Пример выполнения расчетов в курсовой работе