Расчет и исследование идеального цикла двигателя внутреннего сгорания

Размещено на http://www.allbest.ru/

РАСЧЕТ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИДЕАЛЬНОГО ЦИКЛА ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Задание. Рассчитать идеальный цикл ДВС со смешанным подводом теплоты (см. рисунок), включающий следующие термодинамические процессы рабочего тела: адиабатное сжатие 1-2, подвод теплоты по изохоре 2-3, подвод теплоты по изобаре 3-4, адиабатное расширение 4-5, отвод теплоты по изохоре 5-1.

Расчет цикла включает в себя следующие этапы:

- определение газовой постоянной рабочего тела;

- определение значений давления, .удельного объема, температуры, энтропии во всех точках цикла;

- определение для каждого из процессов, составляющих цикл, изменения внутренней энергии и энтальпии, значений теплоемкости, теплоты и работы процесса;

шанным подводом теплоты

- определение характеристик цикла в целом: количества подведенной и отведенной теплоты, среднего давления и термического КПД.

Исcледовать влияние степени сжатия, степени повышения давления и степени предварительного (изобарного) расширения на термический КПД цикла.

Исходные данные

Исходные данные выбираются из табл. 1 приложения в соответствии с порядковым номером в групповом журнале. При этом для студентов нечетных групп состав рабочего тела задан массовыми долями компонентов, для студентов четных групп - объемными долями. В число исходных данных входят также степень сжатия рабочего тела е = х₁ /х₂ , степень повышения давления при изохорном подводе теплоты л = Р₃/Р₄, степень предварительного расширения с = х₄/х₃ *Расчеты выполняются для рабочего тела массой 1 кг при исходных температуре Т₁ = 293 К и давлении Р₁ = 1,0 бар. Теплоемкости рабочего тела считаются постоянными, не зависящими от температуры. Выбранные исходные данные записать в табл. 1.1.

Таблица1.1 Исходные данные для расчета цикла ДВС

Решение:

Определение газовой постоянной и теплоемкостей рабочего тела.

Газовая постоянная рабочего тела (смеси газов) R, Дж/(кг-К), вычисляется по формуле:

R = 83 14/м ,

где м - молярная масса смеси, кг/кмоль.

Для вычисления используется следующая формула: ,

где - молярные массы компонентов смеси (по табл. 2 приложения), gi и r_i - соответственно массовые и объемные доли компонентов, n - количество компонентов смеси.

Массовые теплоемкости смеси при постоянном объеме c_v и при постоянном давлении c_p рассчитываются по следующим уравнениям:

и ,

где мC_vi и мс_рi - молярные теплоемкости компонентов смеси (принимаются постоянными, зависящими только от атомности газов, и выбираются по табл. 1.2). Показатель адиабаты К = С_p /C_v

=

1,38

Таблица 1.2 Теплоемкость газов , кДж/(кмоль^.К)

Определение параметров рабочего тела

Рассчитываются следующие параметры состояния рабочего тела во всех точках цикла: давление р, удельный объем х, температура Т и энтропия S. В точке 1: давление и температура известны (Р₁ и Т₁),

тогда х₁ = RT₁/P₁ S₁= (C_эlnT₁)/273 + (R lnэ₁м)/22,4

;

В точке 2: P₂ = P₁Э^к , э₂ = э₁/Э , T₂ = T₁Э^к-1 , S₂ = S₁;

; ;

В точке 3: ; ; ; ;

; ;

В точке 4: ; ; ; ;

; ;

В точке 5: ; ; ; ;

; ;

Результаты расчетов сводятся в табл. 1.3 и используются в дальнейшем для построения цикла в координатах P-V и T-S.

Таблица 1.3 Параметры рабочего тела

Расчет процессов цикла

Определяются следующие характеристики процессов: теплоемкость С, изменение внутренней энергии Дu, изменение энтальпииДi, количество подведенной или отведенной теплоты q, работа расширения или сжатия l. Для расчета используются соответствующие каждому процессу уравнения термодинамики.

- для процесса адиабатного сжатия 1-2:

C = 0, Дu = u₂ - u₁ =C_э (T₂ - T₁ ) , Дi = i₂ - i₁ = C_p (T₂ - T₁ )

R(T₁ - T₂)/ (к-1), q = 0

- для процесса подвода тепла по изохоре 2-3:

C = C_э , Дu = u₃ - u₂ = C_э (T₃ - T₂ ), Дi = i₃ - i₂ = C_p (T₃ - T₂ ), l=0 ,

q = C_э (T₃ - T₂ ),

- для процесса подвода теплоты по изобаре 3-4:

C = C_p , Дu =u₄ - u₃ = C_э (T₄ - T₃), Дi = i₄ - i₃ = C_p (T₄ - T₃ )

l = P₃ (э₄ - э₃) , q = C_p (T₄ - T₃ ).

- для процесса адиабатного расширения 4-5:

C =0; ; ; ;

- для процесса отвода тепла по изохоре 5-1:

C =; ; l=0; ;

Результаты сводятся в табл. 1 .4

Таблица 1.4 Характеристики процессов цикла

Расчет характеристик цикла

Определяются следующие характеристики цикла: количество подведенной теплоты q₁ количество отведенной теплоты q₂ , количество теплоты q₀ , превращенной в полезную работу, работа расширения l_p, работа сжатия l_сж, полезная работа l₀, термический КПД Ю_t, среднее давление P_t,.

Расчеты выполняются по следующим формулам:

q₁ = q_2-3 + q_3-4 , q₂ =q_5-1 ,q₀ = q₁ - q₂

?p = ?_3-4 + ?_4-5 , ?сж = ?_1-2 , ?₀ = ?p + ?сж

Юt = ?₀ /q₁ P_t = ?₀ /(э₁ - э₂)

кДж/кг; кДж/кг;

кДж/кг;

кДж/кг; кДж/кг;

кДж/кг;

;

Для того, чтобы убедиться в отсутствии расчетных ошибок, в заключение следует вычислить значение термического КПД по формуле:

Таблица 1.5 Характеристики цикла

двигатель теплота газовый адиабатный

Исследование цикла

Исследование цикла заключается в оценке влияния на термический КПД цикла Ю_t , степени сжатия Э , степени повышения давления л, и степени изобарного расширения с. Для этого по формуле вычисляются Ю_t , для нескольких значений Э в пределах от Э' = 0,75 Э до Э^” = 1,25 Э при постоянных (заданных ) л и с. Далее выполняются расчеты для нескольких значений с в пределах от с' = 0,75с до с' = 1,25с при постоянных ( заданных ) Э и л, а затем для нескольких значений л в пределах от л' = 0,75л до л” = 1,25л при постоянных (заданных ) Э и с. Результаты расчетов заносятся в табл.1.6.

Вычисляем

- для при и

- для при и

- для при и

- для при 7и

- для при и

- для при и

Таблица1.6 Результаты исследования цикла ДВС

Оформление работы

По данным табл.1.3 строится цикл в координатах P-V и T-S ( с соблюдением масштабов).

Размещено на Allbest.ru