Курсовая работа по курсу «Техническая термодинамика»




Скачать 227.99 Kb.
НазваниеКурсовая работа по курсу «Техническая термодинамика»
Дата конвертации20.03.2013
Размер227.99 Kb.
ТипКурсовая


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ

МОЛОДЕЖИ И СПОРТА УКРАИНЫ


ГВУЗ Донецкий национальный технический университет


Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»


КУРСОВАЯ РАБОТА


по курсу «Техническая термодинамика»


Выполнил: ст.гр. ЭНМ-10

Константинов И.Г.

Проверил: доц. Лебедев А. Н.


Донецк 2012

ЗАДАНИЕ


на курсовую работу по технической термодинамике


Студент: Константинов Илья Георгиевич Группа ЭНМ-10

Срок выполнения с ___________ по _____________2012 г.

Дата защиты__________ 2012 г.

Руководитель работы: доцент Лебедев Александр Николаевич


1. Исследование термодинамического цикла ДВС

Идеальный газ совершает термодинамический цикл в следующей последовательности:

процесс 1-2 – адиабатное сжатие рабочего тела (= v1/v2 = 8,8)

процесс 2-3 – изохорный подвод тепла (= Р32 = 2,5)

процесс 3-4 – изобарный подвод тепла (= v4/v3 = 2,2)

процесс 4-5 – адиабатное расширение рабочего тела

процесс 5-1 – изохорный отвод тепла (v5 = v1)

Газ: N2O5.

Определить:

- параметры рабочего тела в точках цикла;

- изменение энтропии в процессах;

- теплоту и работу во всех процессах цикла;

- КПД цикла;

Построить графики и показать влияние параметров цикла на работу, теплоту и КПД цикла;

Начальные параметры рабочего тела: P1 = 2,6 бар, t1 = 16 0С.

2. Расчет цикла Ренкина с перегревом пара

Выполнить расчет цикла Ренкина и определить:

- параметры рабочего тела в характерных точках цикла;

- величины теоретической работы насоса и турбины;

- коэффициент полезного действия ПСУ с учетом и без учета работы насоса, проанализировать величину погрешности;

Параметры рабочего тела:

- давление в конденсаторе: 0,035 бар;

- давление перегретого пара 90 бар;

- температура перегретого пара 540 0C.


РЕФЕРАТ


Курсовая работа: страниц, рисунков, таблицы , 3 источника


Объект исследования – термодинамический цикл ДВС, цикл Ренкина с перегревом пара.


Цель работы – освоение методики расчета термодинамических циклов.


В данной курсовой работе был исследован:

1) термодинамический цикл ДВС, определены параметры рабочего тела в характерных точках цикла, энтропия, теплота и работа во всех процессах, КПД цикла;

2) цикл Ренкина с перегревом пара, определены параметры рабочего тела в характерных точках цикла, величины теоретический работы насоса и турбины, КПД ПСУ, проанализировано влияние работы насоса на общий КПД ПСУ;


ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ ЦИКЛ, ДВС, ПСУ, ЦИКЛ РЕНКИНА, ЭНТРОПИЯ, КПД.

СОДЕРЖАНИЕ


Введение……………………………………………………………………………...

1 Исследование термодинамического цикла ДВС

    1. Определение параметров рабочего тела в характерных точках цикла…….

    2. Определение изменения энтропии в процессах……………………………..

    3. Определение теплоты в процессах цикла……………………………………

    4. Определение работы цикла……………………………………………………

    5. Определение КПД цикла………………………………………………………

    6. Построение графиков функций……………………………………………….

    7. Построение графиков зависимости КПД и работы цикла от параметров цикла……………………………………………………………………………

2 Расчет цикла Ренкина с перегревом пара……………………………………..

2.1 Описание цикла Ренкина…………………………………………………...

2.2 Определение параметров рабочего тела в характерных точках цикла

2.3 Определение теоретической работы насоса и турбины…………………..

2.4 КПД цикла Ренкина…………………………………………………………

Выводы……………………………………………………………………………..

Перечень ссылок……………………………………………………………………


1 ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО ЦИКЛА ДВС



    1. Определение параметров рабочего тела в характерных точках цикла



Цикл Тринклера — термодинамический цикл, описывающий рабочий процесс дизельного двигателя со смешанным сгоранием. Объединяет в себе цикл Отто и цикл Дизеля.

Идеальный цикл Тринклера состоит из процессов:

 1—2 В рабочем цилиндре воздух адиабатически сжимается за счет инерции маховика, сидящего на валу двигателя, нагреваясь при этом до температуры, обеспечивающей воспламенение топливно-воздушной смеси.

 2—3 Сгорание части топлива в небольшом объеме форкамеры (V=const).

 3—4 Догорание оставшегося топлива в рабочем цилиндре (P=const).

 4—5 Адиабатическое расширение продуктов сгорания.

 5—1 Удаление выхлопных газов (V=const).

Схематически цикл изображен на рисунке 1.1


Рисунок 1.1 – Цикл Тринклера в PV и TS координатах


Определим параметры точек


Точка 1: P1 = 2,6 бар; t1 = 16 0С (по заданию).

Начальный объем рабочего тела, м3/кг, определим по уравнению состояния идеального газа:





где R – характеристическая газовая постоянная, кДж/(кгК);

- универсальная газовая постоянная, = 8314 кДж/(кмольК);

- молекулярная масса газа, для N2O5 = 142 + 165 = 108 кг/кмоль.




= 3485,9 кДж/кг; S1 = 6,7846 кДж/(кг·K).


Точка 2: процесс 1-2 – адиабатное сжатие рабочего тела (= v1/v2 = 8,8)


v2 = v1/мкг;

p2 = p1 · кПа;

Т2 = Т1 · ,3-1К


Точка 3: процесс 2-3 – изохорный подвод тепла ( = р32 = 2,5)


v3 = v2мкг

р3 = р2 · кПа;

Т3 = Т2 ·  К.


Точка 4: процесс 3-4 – изобарный подвод тепла (= v4/v3 = 2,2)


р4 = р3кПа;

v4 = v3мкг

Т4 = Т3 · К


Точка 5: процесс 4-5 – адиабатное расширение рабочего тела, процесс 5-1 – изохорный отвод тепла (v5 = v1)


v5 = v1 = 0,08561 мкг

p5 = p1 · · kкПа;

Т5 = Т1 · · kК

Выполним проверку правильности определения параметров точек по формуле:



Полученные значения газовой постоянной сравним с истинным,





Результаты расчета параметров точек сведем в таблицу 1.1

Таблица 1.1 – Параметры точек цикла и проверка правильности их расчета










P, Па

T, К

v , м3/кг

S , Дж/кг

Ri

%

Точка 1

260000

289,15

0,08561

-53,554

76,9794

-0,0051

Точка 2

4393400

555,22

0,00973

-53,554

76,9925

0,0119

Точка 3

10983502

1388,06

0,00973

181,571

76,9920

0,0112

Точка 4

10983502

3053,73

0,02140

444,589

76,9704

-0,0167

Точка 5

1811602

2014,72

0,08562

444,589

76,9880

0,0061



1.2 Определение изменения энтропии в процессах

Начальная энтропия рабочего тела определяется по формуле:




Процесс 1-2: Процесс является адиабатным, следовательно изменение энтропии равно нулю


S2 = S1 = -53,554 Дж/кг; S1-2 = 0


Процесс 2-3: Изохорный подвод тепла


S3 = S2 + Cv ln = -53,554 +256,6 ln 2,5 = 181,571 Дж/кг

S2-3 = S3 – S2 = 181,571 – (- 53,554) = 235,264 Дж/кг


Процесс 3-4: Изобарный подвод тепла


S4 = S3 + Cр ln = 181,571 +333,586 ln 2,2 = 444,589 Дж/кг

S3-4 = S4 – S3 = 444,589 - 181,571 = 263,018 Дж/кг


Процесс 4-5: Адиабатное расширение рабочего тела, следовательно изменение энтропии равно нулю


S5 = S4 = 444,589 Дж/кг; S4-5 = 0


Процесс 5-1: Изохорный отвод тепла, рабочее тело возвращается в исходное состояние


S5-1 = S1 – S5 = -53,554 – 444,589 = 498,145 Дж/кг


1.3 Определение теплоты в процессах цикла


Процесс 1-2: Процесс является адиабатным, следовательно тепло не подводится и не отводится


q1-2 = 0


Процесс 2-3: Изохорный подвод тепла


q2-3 = Cv (T3 - T2) = 256,6 (1388,1 – 555,2) = 213722,14 Дж/кг


Процесс 3-4: Изобарный подвод тепла


q3-4 = Cp (T4 – T3) = 333,6 (3053,7 - 1388,1) = 555632,14 Дж/кг


Процесс 4-5: Адиабатное расширение рабочего тела, следовательно тепло не подводится и не отводится


q4-5 = 0


Процесс 5-1: Изохорный отвод тепла, рабочее тело возвращается в исходное состояние


q5-1 = Cv (T5 – T1) = 256,6 (2014,7 – 3053,7) = 442787,39 Дж/кг


Общее количество тепла, подведенного в цикле:


q2-3 + q3-4 = 213722,14 + 555632,14 = 769354,98 Дж/кг


Общее количество тепла, отведенного в цикле равно q5-1 = 442787,39 Дж/кг




1.4 Определение работы цикла


Процесс 1-2: Процесс является адиабатным, работа процесса равна:


l1-2 =


Процесс 2-3: Изохорный подвод тепла, работа не производится


Процесс 3-4: Изобарный подвод тепла


l3-4 = Р3(v4 – v3) = 10983501,92 (0,02140-0,00973) = 128225,83 Дж/кг


Процесс 4-5: Адиабатное расширение рабочего тела


l4-5 =


Процесс 5-1: Изохорный отвод тепла, работа не производится


l5-1 = 0


1.5 Определение КПД цикла


КПД цикла можно определить по нескольким способам, например:


 = lц/qподв = (l1-2 + l3-4 + l4-5 ) / (q2-3 + q3-4) = (-68275,82 + 182225,83 +

+ 266617,58) / (213722,14 + 555632,14) = 0,4245 = 42,45%


Или





1.6 Построение графиков функций


Для построение графиков процессов в цикле в PV координатах требуется определить промежуточные точки в процессах 1-2 и 4-5 (Рисунок 1.1)

Для нахождения промежуточных точек разбиваем соответствующие процессы на четыре равных части. Например, в PV координатах для процесса 1-2:

v1-2 = v2 – v1





Для полученных промежуточных значений удельного объема определяем соответствующие значения давления по формуле:




Результаты расчета координат промежуточных точек сведем в

таблицу 1.2.

1.Построение в P-V координатах




v’

p’

v’’

p’’

v’’’

p’’’

Процесс 1-2

0,06664

978556

0,04767

1512615

0,02870

2925598

Процесс 4-5

0,06956

2372971

0,05351

3337481

0,03746

5306295

2.Построение в T-S координатах:




T’

s’

T’’

s’’

T’’’

s’’’

Процесс 2-3

763,4

28,163

971,6

90,046

1179,9

139,867

Процесс 3-4

1804,5

269,092

2220,9

338,357

2637,3

395,684

Процесс 5-1

720,5

180,740

1151,9

301,138

1583,3

382,760



1.6 Построение графиков зависимости КПД и работы цикла от параметров цикла

В качестве переменного параметра используем степень сжатия 

Возьмем значение 0,6; 0,8; 1,2; 1,4 от заданного. Что составит соответственно:

0,6 = 8,80,6 = 5,28

0,8 = 8,80,8 = 7,04

1,2 = 8,81,2 = 10,56

1,4 = 8,81,4 = 12,32


Определим величину термического КПД цикла со смешанным подвода тепла при этих значениях по формуле 



Величина q2 по-прежнему определяется соотношением

q2 = cv (T4 – T1)

тогда как величина q1 складывается из тепла, подводимого в изохорном процессе (q1l), и тепла, подводимого в изобарном процессе (q1ll),


q1 = q1l + q1ll

Очевидно, что


q1l = cv (T5 – T2)

q1ll = cр (T3 – T5)


Отсюда, для термического КПД цикла со смешанным подводом тепла получаем:



Или


Зная соотношения:









Наконец получим конечную формулу:














Определим работы цикла с изменившимся 

Так как параметр влияет только на работу, производимую в процессе

1-2, то посчитаем лишь эту самую изменившуюся часть:















2 РАСЧЕТ ЦИКЛА РЕНКИНА С ПЕРЕГРЕВОМ ПАРА


2.1 Описание цикла Ренкина

Простейшая паросиловая установка, в которой осуществляется цикл Ренкина, состоит из следующих элементов (рисунок 2.1): паровой котел, пароперегреватель, паровая турбина, электрогенератор, конденсатор, насос.

Цикл установки в T-S диаграмме показан на рисунке 2.2 (без учета необратимых потерь).


Рисунок 2.1 - Схема паросиловой установки


Рисунок 2.2 - Цикл Ренкина с перегревом пара


Процессы цикла Ренкина:

1-2 – адиабатное расширение пара в соплах и на рабочих лопатках турбины;

2-3 – изобарный отвод тепла и конденсация пара в конденсатора;

3-4 – адиабатное сжатие воды в насосе;

4-5 – нагрев воды в экономайзере;

5-6 – парообразование в испарительных трубах котла;

6-1 – перегрев пара в пароперегревателе.


2.2 Определение параметров рабочего тела в характерных точках цикла


Точка 1: P1 = 90 бар; Т1 = 540 0С (по заданию). Остальные параметры определяем по таблицам [1]. v1 = 0,03923 м3/кг; h1 = 3485,9 кДж/кг; s1 = 6,7846 кДж/(кг·K).

Точка 2: P1 = 0,035 бар (по заданию); Параметры пара на выходе из турбины находим по таблицам: на линии насыщения при давленип P2 = 3.5 кПа; h ″ = 2549.9 кДж/кг, s ″ = 8,5224 кДж/(кг·K), h ′ = 111,84 кДж/кг, s′ = 0,3907 кДж/(кг·K); v′ = 0,0010033 м3/кг; v″ = 39,48 м3/кг.

Степень сухости влажного пара в точке 2 при условии s1 = s2:





Значение энтальпии влажного пара в точке 2:




Удельный объем в точке два определим по формуле:


vx = (1-x) v′ + x v″ = (1 – 0,786) 0,0010033 + 0,78639,48 = 31,031 м3/кг

На HS диаграмме по заданному давлению P2 и S2 равному S1 (расширение пара адиабатное) Найдем: Т2 = 26,692 0С; s2 = 6,7846 кДж/(кг·K); v2 = 34 м3/кг;

Точка 3: P3 = P2 = 0,035 бар, Т3 = Т2 = 26,692 0C (конденсация пара является изобарно-изотермическим процессом). Остальные параметры определяем по таблицам [1]: h3 = 111,84 кДж/кг; s3 = 0,3907 кДж/(кг·K); v3 = 0,0010033 м3/кг;

Точка 4: Насос повышает давление конденсата до исходного: P4 = Р1 = 90 бар. Остальные параметры определяем по известным значениям давления и энтропии S4 = S3 = 0,3907 кДж/(кг·K) путем интерполяции: Т4 = 26,913 0С; h4 = 120,99 кДж/кг; v4 = 0,0009995 м3/кг;

Точка 5: На входе в парогенератор конденсат находится в состоянии насыщения. Его параметры: P5 = P4 = 90 бар (процесс парообразования изобарный), Т5 = 303,31 0C; h5 = 1364,2 кДж/кг; S5 = 3,2875 кДж/(кг·K); v5 = 0,0014179 м3/кг;

Точка 6: На входе в пароперегреватель пар находится в состоянии насыщения. Его параметры: P6 = P5 = 90 бар (процесс парообразования изобарно-изотермический), Т6 = Т5 = 303,31 0C; h6 = 2741,8 кДж/кг; S6 = 5,6773 кДж/(кг·K); v6 = 0,02046 м3/кг.


Рассчитанные параметры рабочего тела в характерных точках сведены в таблицу 2.1.

Таблица 2.1 - Значения параметров в характерных точках цикла




P, бар

t, 0С

h, кДж/кг

s, кДж/(кг·к)]

v, м3/кг

Точка 1

90

540

3485,9

6,7846

0,03923

Точка 2

0,035

26,692

2028

6,7846

31,031

Точка 3

0,035

26,692

111,84

0,3907

0,0010033

Точка 4

90

26,913

120,99

0,3907

0,0009995

Точка 5

90

303,31

1364,2

3,2875

0,0014179

Точка 6

90

303,31

2741,8

5,6773

0,02046



Процесс расширения пара в турбине схематически изображен на HS диаграмме (Рисунок 2.3)


2.3 Определение теоретической работы насоса и турбины


Работа турбины в обратимом процессе 1-2 равна:


lтурб = h1-h2 = 3485,9 – 2028 = 1457,9 кДж/кг


Работа насоса в процессе 3-4:


lнас = h4-h3 = 120,99 – 111,84 = 9,03 кДж/кг


2.4 КПД цикла Ренкина


КПД цикла с учетом работы насоса:


′


КПД цикла без учета работы насоса:





Относительная погрешность, связанная с учетом работы насоса составляет:


 =


Полученный результат показывает, что величина работы насоса много меньше работы турбины, поэтому при расчетах, не требующих повышенной точности, ею можно пренебрегать.

ВЫВОДЫ


В первой части курсовой работы был произведен расчет ДВС, работающего по циклу со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера).

По заданным начальным параметрам и характеристикам цикла были определены параметры рабочего тела в характерных точках, работа, теплота, изменение энтропии в процессах, КПД цикла. Были построены графики зависимостей работы и КПД цикла от его параметров.

Во второй части курсовой работы был проанализирован цикл Ренкина с перегревом пара. С помощью таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара и расчетов определены параметры рабочего тела в характерных точках цикла. Определены теоретическая работа турбины и насоса, найдено значение КПД цикла с учетом и без учета работы насоса.


ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК



  1. Ривкин С.Л., Александров А.А. - Теплофизические свойства воды и водяного пара. – М.: Энергоатомиздат, 1984.

  2. Конспект лекций по курсу «Техническая термодинамика».

  3. М.П.Вукалович, Новиков И.И. “Термодинамика”, Москва – 1972 – 671с

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Курсовая работа по курсу «Техническая термодинамика» iconКурсовая работа по курсу «Техническая термодинамика»
Построить графики и показать влияние параметров цикла на работу, теплоту и кпд цикла

Курсовая работа по курсу «Техническая термодинамика» iconСписок рекомендуемой литературы по курсу «Техническая термодинамика»
Коновалов В. И. Техническая термодинамика: учеб. / В. И. Коновалов; Федеральное агенство по образованию, гоувпо «Ивановский государственный...

Курсовая работа по курсу «Техническая термодинамика» iconТеоретичиские вопросы к экзамену по курсу тот (ттд) ч. 1
Укажите основные задачи, которые решает техническая термодинамика и ее место в теплоэнергетике

Курсовая работа по курсу «Техническая термодинамика» iconКарта компетенций дисциплины Техническая термодинамика
Карта компетенций дисциплины Техническая термодинамика базовой части профессионального цикла

Курсовая работа по курсу «Техническая термодинамика» icon«пермский государственный педагогический университет» Кафедра теоретической физики и компьютерного моделирования
Комплект учебно-методических материалов к учебному курсу «Техническая термодинамика»

Курсовая работа по курсу «Техническая термодинамика» iconЛитература по курсу ттд ч. 1 заочный факультет
Чухин И. М., Техническая термодинамика. Часть, Учебн пособие, игэу, 2006, 224 с. (есть на сайте каф. Тот)

Курсовая работа по курсу «Техническая термодинамика» iconТеоретические вопросы по курсу "Техническая термодинамика" часть 2
Изобразите обобщенную схему тепловой энергетической установки (тэу) и дайте краткую характеристику назначения каждого элемента этой...

Курсовая работа по курсу «Техническая термодинамика» iconВопросы по курсу “термодинамика и статистическая физика” часть I. Равновесная феноменологическая термодинамика
Калорическое и термические уравнения состояния. Независимые и зависимые параметры системы

Курсовая работа по курсу «Техническая термодинамика» iconМетодические указания к выполнению курсовой работы по курсу
В соответствии с учебным планом по курсу “Информационные технологии управления” студентами специальности “Государственное и муниципальное...

Курсовая работа по курсу «Техническая термодинамика» iconПособие к изучению дисциплины «Термодинамика и теплопередача» и выполнению контрольной работы для студентов 3 курса специальности 160901 «Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей» заочного обучения
Термодинамика и теплопередача” и выполнению контрольной работы издается в соответствии с рабочей программой этой дисциплины учебного...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница