Расчет некоторых параметров двигателя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача № 1

Задан объемный состав газовой смеси: , , . Определить массовый и мольный составы смеси, кажущуюся молекулярную массу, газовую постоянную, удельный объем и плотность смеси при давлении смеси p и температуре t. Определить также массовую, объемную и мольную теплоемкость смеси. При этом считать теплоемкость не зависящей от температуры, а мольные теплоемкости компонентов соответственно равны:

= 37,7 ;

= 37,7 ;

= 29,3 .

Массовая c и объемная теплоемкость связаны с мольной соответственно соотношениями:

c = ;

= .

Данные для расчета приняты по табл. 1.1

Таблица 1.1. Данные к задаче № 1

Вариант				P,МПа	t,
7	0,40	0,40	0,20	0,40	60

Решение

Находим молекулярную массу компонентов смеси:

= + 4 = 12 + 4 = 16 ;

= + 2 = 12 + 2 · 16 = 44 ;

= + = 12 + 16 = 28 .

Находим кажущуюся молекулярную массу смеси:

= + + = 16 · 0,40 + 44 · 0,40 + 28 · 0,20 = = 29,6 .

Определим массовые доли компонентов смеси:

= = = 0,216;

= = = 0,595;

= = = 0,189

Проверка:

+ + = 0,216 + 0,595 + 0,189 = 1

Находим мольные доли компонентов смеси.

Так как мольный состав смеси совпадает с объемным, то мольный доли равны:

= = 0,40;

= = 0,40;

= = 0,20.

Газовая постоянная смеси

= = = 280,9

где = 8314 - универсальная газовая постоянная.

Удельный объем смеси находим, используя уравнение состояния идеального газа:

= RT = R(t + 273);

= = = 0,225

Плотность смеси

= = = 4,44

Мольная и изобарная теплоемкость смеси

= + + =

= 37,7 · 0,40 + 37,7 · 0,40 + 29,3 · 0,20 = 36,02

Массовая изобарная теплоемкость

= = = 1,22

Объемная изобарная теплоемкость

= = = 1,61

Мольная изохорная теплоемкость смеси

= - = 36,02 - 8,314 = 27,71

Массовая изохорная теплоемкость смеси

= = = 0,936

Объемная изохорная теплоемкость смеси

= = = 1,237

Ответ:

= 0,216; = 0,595; = 0,189; = 0,40; = 0,40;

= 0,20; = 280,9 ; = 4,44 ; = 29,6 ;

= 36,02; = 1,22 ; = 1,61 ;

= 0,936 ; = 1,237 ; = 27,71 .

Задача № 2

Для отопления гаража используют трубу, по которой протекает горячая вода. Рассчитать конвективный коэффициент теплоотдачи и конвективный диаметр и длины трубы соответственно равна и l. Температура поверхности трубы , при этом температура воздуха в гараже должна составлять . Данные для расчета принять по табл. 2.1. теплофизические свойства воздуха определить по табл. 2.2.

Таблица 2.1. Данные к задаче № 2

Вариант	, м	l,м	,	,
7	0,14	8	80	19

Задание: определить конвективный тепловой поток от труб к воздуху гаража.

Решение

Тепловой поток на наружной поверхности трубы Q (Вт), передаваемый к воздуху, определяется так

Q = б(, (2.1)

где б - коэффициент теплоотдачи при свободном движении воздуха около трубы, ;

F - площадь наружной поверхности трубы, .

Критериальная зависимость для вычисления среднего коэффициента теплоотдачи при свободном движении воздуха имеет вид

= C, (2.2)

где постоянные C и n зависят от режима свободного движения воздуха и условий обтекания поверхности. Они являются функциями и горизонтальной трубы определяются по табл. 2.3.

Таблица 2.2. Теплофизические свойств воздуха

t,	,	,	,	б·,	µ·, Па·с	х·,
1	2	3	4	5	6	7	8
20	1,205	1,005	2,59	21,4	18,1	15,06	0,703

Таблица 2.3. Значение постоянных C и n

	C	n	Режим движения
	0,5	0,23	Ламинарный
	0,15	0,333	Турбулентный

, , , - критерии подобия Нуссельта, Грасгофа, Прандтля:

= ; = ,

где л - коэффициент теплопроводности воздуха, ;

g - ускорение свободного падения, g = 9,81 ;

в - коэффициент объемного расширения воздуха, в = , ;

х - коэффициент кинематической вязкости воздуха, .

В формуле (2.2) все физические свойства, входящие в критерии подобия, выбираются из табл. 2.2 при определяющей температуре воздуха вдали от поверхности теплообмена, а в качестве определяющегося размера - наружной диаметр трубы .

В рассматриваемом случае определяющая температура = 19.

При этой температуре для воздуха:

л = л · ; л = 0,0259 ;

х = 15,06 · ; = 0,703;

В = = 3,42 · .

Вычисляем значение комплекса:

· = · =

1,096 ·

Из табл. 2.3находим, что при вычисленном значении комплекса постоянные в расчетном уравнении (2.2) равны C = 0,5 и n = 0,25.

Тогда значение критерия Нуссельта составит

= 0,5 · = 28,30

Откуда

б = · = 28,30 · = 2,24 .

Площадь наружной поверхности трубы

F = = 3,14 · 0,14 · 8 = 3,52 .

Тогда тепловой поток, отдаваемый от наружной поверхности трубы к воздуху по формуле (2.1), будет равен

Q = · F = 6,08 · (80 - 19) · 3,52 = 1305,5 .

Ответ:

Q = 1305,5 .

Задача № 3

Задан состав твердого топлива на рабочую массу в %. Определить теоретически необходимое количество воздуха для горения, а также по формуле Д.И. Менделеева - низшую и высшую теплоту сгорания топлива, объемы и состав продуктов сгорания при , а также энтальпию продуктов сгорания при температуре . Данные для расчета принять по табл. 3.1.

Таблица 3.1. Данные к задаче № 3

Вариант
7	8,5	11,0	0,5	66,0	4,7	1,8	7,5	1,1	180

Решение. Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива вычисляется о формуле

= 0,089 · + 0,226 · + 0,033 · () =

= 0,089 · 66,0 + 0,226 · 4,7 + 0,033 · (0,5 - 7,5) = 6,7 .

Действительное необходимое количество воздуха

= 1,1 6,7 = 7,37 .

Низшая теплота сгорания 1 кг топлива по формуле Д.И. Менделеева

= 338 · - 108,5 · - - 25 · =

= 338 · 66,0 + 1025 · 4,7 - 108,5 · (0,5 - 7,5) - 25 · 8,5 = 27672,5 .

Высшая теплота сгорания

= + 225 + 25 · = 27672,5 + 225 + 25 · 8,5 = 28942,5 .

Теоретические объемы продуктов полного сгорания твердых топлив = 1 определяются по формулам:

- объем трехатомных газов

= 0,0187 · ( + 0,375 · ) = 0,0187 · (66,0 + 0,375 · 7,5) = 1,29 ;

- объем азота

= 0,79 · + 0,8 · = 0,79 · 6,7 + 0,8 · = 5,31 ;

- объем сухих газов

= + = 1,29 + 5,31 = 6,6 ;

- объем водяных паров

= 0,111 · + 0,0161 · = 0,111 · 4,7 + 0,0161 · 6,7 = 0,63 .

Полный объем газообразных продуктов сгорания 1 кг топлива при =1

= + = 6,6 + 0,63 = 7,23 .

Объем продуктов сгорания при = 1,2 определяется по формулам:

-объем сухих газов газовый смесь теплоотдача топливо

= + ( - 1) · = 6,6 + (1,2 - 1) · 6,7 = 7,94 ;

-объем водяных паров

= + 0,0161 · ( - 1) · = 0,63 + 0,0161 · (1,2 - 1) · 6,7 = 0,65 .

Полный объем продуктов сгорания

= + = 7,94 + 0,65 = 8,59 .

Энтальпия продуктов сгорания, , при =1 и температуре газов = 200 находиться по формуле

= · + · + · , (3.1)

где , , , - энтальпия соответственно 1 углекислого газа, азота и водяных паров (находиться по табл. 3.2 при = 200 ):

Таблица 3.2. Энтальпии газов, воздух и золы

200	360	261	304	267	169,1

Подставляя найденные значения энтальпии в уравнение (3.1), получаем

= 1,29 · 360 + 5,31 · 261 + 0,63 · 304 = 2041,83 .

Энтальпия воздуха, ,

= · ,

где - энтальпия воздуха при = 200

= 6,7 · 267 = 1788,9 .

Энтальпия продуктов сгорания при = 1,2 и = 200

+ ( - 1) · = 2041,83 + (1,2 - 1) · 1788,9 = 2399,61 .

Ответ:

= 6,7 ; = 27672,5 ; = 28942,5 ; = 1,29 ; = 5,31 ;

= 6,6 ; = 0,63 ; = 7,94 ; = 0,65 ; = 2041,83 ;

= 1788,9 ; = 2399,61 .

Задача № 4

Определить литровую мощность и удельный индикаторный расход топлива четырехцилиндрового (i = 4) четырехтактного ( = 4) двигателя, если среднее индикаторные давления равно (Па). Диаметр цилиндра D = 0,12 м, ход поршня S = 0,1 м, угловая скорость вращения коленчатого вала , (рад/с), механический и удельный расход топлива g = 0,008 кг/с.

Данные для расчета принять по табл. 4.1.

Таблица 4.1. Данные к задаче № 4

Вариант	,МПа	, рад/с
7	1,10	502	0,86

Решение

Находим рабочий объем цилиндра:

= = 3,14 · · = 1,13 ·

Частота вращения коленчатого вала

n = = = 319,7 .

Индикаторная мощность двигателя

=

где i - число цилиндров двигателя, i=4;

- такность двигателя, для четырехтактного двигателя = 4.

Тогда = = 79 кВт.

Эффективная мощность двигателя

= · = 79 · 0,86 = 68 кВт.

Литровая мощность двигателя

= = = 15044 .

Удельный индикаторный расход топлива

= = = 0,365 .

Ответ:

= 15044 ; = 0,365 .

Задача № 5

Одноцилиндровый одноступенчатый поршневой компрессор сжимает воздух от атмосферного давления = 0,1 МПа до требуемого давления . Определить эффективную мощность привода компрессора и необходимую мощность электродвигателя с запасом 10 % на перегрузку, если диаметр цилиндра D (м), ход поршня S (м), частота вращения вала N (об/с), относительный объем вредного пространства = 0,05 показатель политропы расширения остающегося во вредном объеме газа m, коэффициент, учитывающий, уменьшение давления газа при всасывании, =0,94 и эффективный адиабатный КПД компрессора = 0,75.

Данные для расчета принять по табл. 5.1.

Таблица 5.1. Данные к задаче № 5

Вариант	, МПа	D, м	S, м	N, об/с	m
7	0,8	0,15	0,15	9,17	1,35

Решение

Определяем степень повышения давления

л = = = 8

Объёмный КПД компрессора

= 1 - = 1 - 0,05 · = 0,827.

Коэффициент подачи компрессора

= · = 0,827 · 0,94 = 0,777.

Теоретическая подача компрессора

= · S · N = · 0,15 · 9,17 = 0,0243

Действительная подача компрессора

V = · = 0,0243 · 0,777 = 0,019

Теоретическая мощность привода компрессора при адиабатном сжатии

= · · = · · = 5,4 кВт.

Эффективная мощность привода компрессора

= = = 7,1 кВт.

Необходимая мощность электродвигателя с 10 процентным запасом перегрузки

= 1,1 · = 1,1 · 7,1 = 7,81 кВт.

Ответ:

= 7,1 кВт; = 7,81 кВт.

Задача № 6

Дано: цикл, отнесенный к 1 кг воздуха

Требуется:

1) определить параметры р, v, Т, u, h для основных точек цикла;

2) построить цикл: а) в координатах lgх - lgр;

б) в координатах р-х;

в) в координатах Т-s.

В координатах р-х и Т-s каждый процесс должен быть построен

по двум-трем промежуточным точкам;

3) найти n, с, Дu, Дh, Дs, q, l, a, b для каждого процесса

входящего в состав цикла;

5) определить работу цикла lц, термический кпд и среднее

индикаторное давление рi

Дано:

= 0,18 Мпа; = 0,3 Мпа; = 30; = 0,1 /кг; = 0,71; = 1,0.; R = 290 ; n=1,1

Точка 1

= = = 0,49/кг

Точка 2

=

= = 0,174

Р₂ = =1,03 Мпа

= = = 355,2 К

Точка 3

Т = const = Т₂ = Т₃ = 355,2 К

= = 0,34/кг

Точка 4

=

= = 1,495

Р₄ = =200668,9 = 0,2 Мпа

= = = 337,9 К

0,71 · 30 = 21,3 кДж/кг

1,0 · 30 = 30 кДж/кг

0,71 · 82,2 = 161,6 кДж/кг

1,0 · 82,2 = 82,2 кДж/кг

0,71 · 82,2 = 161,6 кДж/кг

1,0 · 82,2 = 82,2 кДж/кг

0,71 · 64,9 = 41,6 кДж/кг

1,0 · 64,9 = 64,9 кДж/кг

Результаты расчетов помещаем в таблицу 6.1

Таблица 6.1

	P, МПа	х, /кг	T, К	u, кДж/кг	h, кДж/кг
1	0,18	0,49	303	21,3	30
2	1,03	0,1	355,2	58,4	82,2
3	1,3	0,34	355,2	58,4	82,2
4	0,2	0,49	337,9	46,1	64,9

Для каждого цикла, входящего в процесс, найдем n, c, , , , q, l, a, b. Для политропного процесса 1 - 2

= =1,4

C = = 0,71 = -2,13 кДж/кг·К

= - = 58,4 - 21,3 = 37,1 кДж/кг

= = 82,2 - 30 = 52,2 кДж/кг

= = С ·ln = 2,13· ln = 0,339 кДж/кг

q = С ( = 2,13 (355,2303) = 111,2 кДж/кг

кДж/кг

= = 0,33

= = 1,33

Для изотермического процесса 2 - 3

кДж/кг

кДж/кг

q=T(

= = 58,4 - 58,4 = 0 кДж/кг

кДж/кг

Для политронного процесса 3 - 4

= 0,71 = 2,13 кДж/кг·К

= 46,1 58,4=12,3 кДж/кг

кДж/кг

кДж/кг

q = С ( кДж/кг

l = q = 36,85 (12,3) = 49,15 кДж/кг

a =

b =

Для изохорного процесса 4-1

кДж/кг

кДж/кг

a =

b =

Про- цесс	c, кДж/кг·К	n	кДж/кг	кДж/кг	кДж/кг	l, кДж/кг	q, кДж/кг	a	b
1 - 2	-2,13	1,1	37,1	52,2	-0,339	-148,3	-111,2	-0,33	1,33
2 - 3	0	1	0	0	0,355	0,126	126,1	0	0
3 - 4	-2,13		-12,3	-17,3	0,106	49,15	36,85	-0,33	1,33
4 - 1	0		-24,8	-34,9	-0,077	0	-24,8	1	0
Сум- ма			0	0	0	-99,02	26,95

Построение цикла.

Размещено на Allbest.ru