578

Расчёт термодинамических циклов

Курсовая

Физика

Исследование термодинамического цикла ДВС. Определение параметров рабочего тела в характерных точках цикла. Определение количества тепла участвующего в термодинамическом цикле. Определение параметров рабочего тела в характерных точках. Определение КПД паросиловой установки с учётом и без учёта работы насоса.

Русский

2013-01-06

3.66 MB

627 чел.

ЗАДАНИЕ

                       на курсовую работу по технической термодинамике

“Расчёт термодинамических циклов”

Студент:Винокуров Богдан Дмитриевич   ГруппаТП-10

Срок выполнения с ___________ по _____________2012 г.

Дата защиты__________ 2012 г.

Руководитель работы: Лебедев Александр Николаевич

Вариант№5

Задание:

  1.  Определить параметры рабочего тела в точках цикла ДВС (p,v,t).
  2.  Определить изменение энтропии в процессах.
  3.  Определить теплоту и работу во всех процессах.
  4.  Определить КПД цикла.
  5.   Построить графики цикла в pv и Ts координатах.
  6.   Расчетным и графическим путем показать влияние парметров цикла на работу цикла и КПД.
  7.  Определить параметры рабочего тела в характерных точках цикла Ренкина с перегревом пара.
  8.  Определить величины теоретической работы насоса и турбины.
  9.  Определить коэффициент полезного действия ПСУ с учетом работы насоса и без нее, проанализировать величину погрешности.


Исходные данные:

Давление -

Степень сжатия - =9,8

Степень повышения давления - λ = 2,1

Степень предварительного сжатия - ρ = 2,4

Газ – Аргон (Ar)

Масса одного кмоля газа  

Показатель адиабаты  - к =1,67

Давление в  конденсаторе -

Давление перегретого пара -

Температура перегретого пара -

Подпись студента _____________

Подпись руководителя работы ___________________


РЕФЕРАТ

Курсовая работа: 28страница , 4 диаграммы, 3  источника

Объектом исследования является термодинамический цикл ДВС и цикл Ренкина с перегревом пара.

В данной курсовой работе был произведен:

1.Расчет параметров рабочего тела в точках цикла Тринклера двигателя внутреннего сгорания, изменения энтальпии в процессах цикла, теплоты и работы во всех процессах, КПД цикла, влияние парметров цикла на работу цикла и КПД

2.Расчет параметров рабочего тела в характерных точках цикла Ренкина с            перегревом пара, теоретической работы насоса и турбины, КПД паросиловой установки с учетом работы насоса и без нее.

ТЕМПЕРАТУРА, ДАВЛЕНИЕ, ЭНТРОПИЯ, ОБЪЁМ, РАБОТА, ТЕПЛОТА, КПД, ГАЗ, ВОДА, ПЕРЕГРЕТЫЙ ВОДЯНОЙ ПАР

Винокуров Б.Д.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

ЧАСТЬ 1.Исследование термодинамического цикла ДВС 7

І.Определениетермодинамических характеристик рабочего тела 8

II.Определение параметров рабочего тела в характерных точках цикла 8

III.Определение количества тепла участвующего в термодинамическом цикле 13

IV.Определение работы цикла 13

V.Определение КПД цикла 14

VI.Построение графиков функции 15

ЧАСТЬ 2.РАСЧЁТ ЦИКЛА РЕНКИНА С ПЕРЕГРЕВОМ ПАРА 20

I.Определение параметров рабочего тела в характерных точках 21

II.Определение теоретической работы насоса и турбины 24

III.Определение КПД паросиловой установки с учётом и без учёта работы насоса 24

ВЫВОДЫ 26

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 27

 

ВВЕДЕНИЕ

Все тепловые машины (тепловые двигатели, теплосиловые установки, компрессоры, холодильные установки) работают по круговым процессам или циклам. Для термодинамического анализа работы таких машин важно знать условия, при которых осуществляется процесс преобразования теплоты в работу. Циклом называют круговой замкнутый процесс, совершающийся в тепловой машине, состояние цикла характеризуется начальным и конечным  значениями параметров.

В термодинамике циклы образуют из термодинамических процессов и графически изображают в системе координат, например, в системе PV или TS, где по оси абсцисс откладываются, в масштабе соответственно удельный объем и энтропия, а по оси ординат - абсолютное давление и температура.

Таким образом, термодинамический цикл, изображенный графически, представляет собой замкнутую фигуру, состоящую из ряда линий, каждая из которых отражает термодинамический процесс. Точки пересечения линий процессов называют характерными точками цикла. Характерная точка графически изображает конечное состояние газа одного процесса и начальное состояние следующего процесса. Циклы бывают обратимыми и не обратимыми.

В данной курсовой работе будем рассматривать циклы работы тепловых машин. Тепловой машиной называется устройство, преобразующее тепловую энергию в механическую работу (тепловой двигатель) или механическую работу в тепло (холодильник). Преобразование осуществляется за счёт изменения внутренней энергии рабочего тела — на практике обычно пара или газа. Основными элементами тепловой машины являются верхний и нижний источники тепла, а так же рабочее тело.

ЧАСТЬ 1.ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО ЦИКЛА ДВС

В тепловых машинах в результате совершения круговых термо-динамических процессов (циклов) происходит преобразование тепловой энергии в механическую работу. Для получения непрерывно работающего теплового двигателя необходимо иметь два источника теплоты: с горячей температурой Т1 и холодной температурой Т2, рабочее тело, участвующее в процессе преобразования тепломеханической энергии.     

Совершенство термодинамических циклов оценивается термическим КПД – отношением полезно использованной теплоты в цикле к затрачиваемой в цикле теплоте. Для определения степени совершенства преобразования теплоты в механическую работу используется прямой обратимый цикл Карно, состоящий из двух изотерм и двух адиабат.

Исследование теоретических циклов позволяет установить ряд важных факторов, влияющих на работу теплового двигателя и наметить пути их совершенствования с целью повышения термического КПД.

В качестве преобразователей тепловой энергии в механическую работу широкое применение получили поршневые двигатели внутреннего сгорания, где преобразование теплоты в работу осуществляется по трем следующим циклам :

- со сгоранием топлива при постоянном объеме (v=const) –   цикл Отто;

- со сгоранием топлива при постоянном давлении (p=const) – цикл Дизеля;

- со смешанным сгоранием топлива при (частично при v=const и частично при p=const) – цикл Тринклера

Одним из основных недостатков, присущих поршневым двигателям внутреннего сгорания, является необходимость кривошипно-шатунного механизма и маховика и неизбежная неравномерность работы, обусловливающие невозможность сосредоточения большей мощности в одном агрегате. Это ограничивает сферу применения поршневых двигателей.

Расчёты:

І.Определение термодинамических характеристик рабочего тела

1.Определение характеристической газовой постоянной:

μ-масса 1 кмоля газа, численно равная молекулярной массе газа выраженной

2.Определение теплоёмкости:

- в процессе при постоянном объёме

где k – показатель адиабаты для ( Ar )

- в процессе при постоянном давлении

II.Определение параметров рабочего тела в характерных точках цикла

1.Определение параметров в точке 1 :

- удельный объём:

- энтропия:

2.Определение параметров в точке 2 :

Процесс 1-2 адиабатное сжатие рабочего тела

- давление:

где

- температура:

- удельный объём:

- энтропия:

Так как процесс является адиабатным, то

3.Определение параметров в точке 3 :

Процесс 2-3– изохорный подвод тепла, следовательно

- давление:

где λ – степень повышения давления ( по условию

- Температура:

 

- энтропия:

где

4.Определение параметров в точке 4 :

Процесс 3-4 – изобарный подвод тепла, следовательно

- удельный объём:

где ρ – степень предварительного расширения ( по условию

- температура :

- энтропия :

где

5.Определение параметров в точке 5 :

Процесс 4-5 – процесс адиабатного расширения рабочего тела,  

Процесс 5-1 – изохорный отвод тепла, следовательно

- давление:

- температура:

6.Проверка правильности расчёта :

Относительная погрешность не должна превышать 0,5 %

III.Определение количества тепла участвующего в термодинамическом цикле

1.Колличество подведенного тепла:

2.Колличество отведенного тепла:

3.Колличество полезного тепла цикла:

IV.Определение работы цикла

Проверка правильности расчёта :

(относительная погрешность не должна превышать 0,5 %)

V. Определение КПД цикла

1.По общей формуле:

2.Через параметры цикла:

Проверка правильности расчёта:

Величина относительной погрешности не должна превышать 0,5%

VI. Построение графиков функции

1.Построение в P V координатах:

Для более точного построения графиков функций необходимо найти промежуточные точки

- процесс 1-2

18686,951

- процесс 4-5

2.Построение в T-S координатах:

- процесс 2-3

- процесс 3-4

- процесс 5-1

VII. Построение графиков зависимости КПД и работы цикла от параметров цикла

Подберём несколько значений ε:

Подберём несколько значений ε для работы цикла:

ЧАСТЬ 2.РАСЧЁТ ЦИКЛА РЕНКИНА С ПЕРЕГРЕВОМ ПАРА

Цикл Ренкина - теоретический термодинамический цикл паровой машины, состоящий из четырех основный операций:

-1- испарения жидкости при высоком давлении;

-2- расширения пара;

-3- конденсации пара;

-4- увеличения давления жидкости до начального значения.

Пар большого давления и температуры подается в сопловые аппараты турбины, где происходит превращение потенциальной энергии пара в кинетическую энергию потока пара (скорость потока – сверхзвуковая). Кинетическая энергия сверхзвукового потока превращается на лопатках турбины в кинетическую энергию вращения колеса турбины и в работу производства электроэнергии.

На рис. 1 показана одна турбина, на самом деле турбина имеет несколько ступеней расширения пара.

После турбины пар направляется в конденсатор. Это обычный теплообменник, внутри труб проходит охлаждающая вода, снаружи – водяной пар, который конденсируется, вода становится жидкой.

Схема установки (рис.1)

Расчёты:

I.Определение параметров рабочего тела в характерных точках

1.Определение параметров в точке 1:

 

2.определение параметров в точке 2:

3.Определение параметров в точке 3:

4.Определение параметров в точке 4:

5.Определение параметров в точке 5:

По интерполяционной формуле определяем остальные параметры:

6.определение параметров в точке 6:

II. Определение теоретической работы насоса и турбины

1.Определение теоретической работы насоса:

2.Определение теоретической работы турбины:

III. Определение КПД паросиловой установки с учётом и без учёта работы насоса

1.Определение КПД ПСУ с учётом работы насоса:

2.Определение КПД ПСУ без учёта работы насоса:

3.Проверка правильности расчёта:

 

ВЫВОДЫ

В первой части данной курсовой работы был проведен расчёт двигателя внутреннего сгорания со смешанным подводом тепла (цикл Тринклера). По исходным данным  были найдены все параметры в характерных точках цикл, а затем по этим параметрам были определены теплота и работа цикла, а так же КПД. По расчётным данным были построены графические зависимости.

Во второй части курсовой работы был проведен расчёт паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина с перегревом пара. По заданным параметрам рабочего тела по таблицам были найдены параметры в остальных точка. Полученная степень сухости меньше, чем 0,89 , что при использовании данного расчёта на практике может привести к износу установки. Для увеличения степени сухости следует увеличить температуру  

 

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

  1.  Конспект лекций по курсу “Техническая термодинамика ”
  2.  Ривкин С.Л., Александров А.А. “Теплофизические свойства воды и водяного пара”, Москва – 1980 – 425с.
  3.  М.П.Вукалович, Нвиков И.И. “Термодинамика”, Москва – 1972 – 671с.


МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ, МОЛОДЁЖИ И СПОРТА УКРАНЫ

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ВЫСШЕЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ

ДОНЕЦКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

                                                    Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

КУРСОВАЯ РАБОТА

по курсу «Техническая термодинамика»

На тему «Расчёт термодинамических циклов»

                                                                             Выполнил:  ст.гр. ТП-10

                                                                             Винокуров Б.Д.

                                                                             Проверил:  Лебедев А.Н.

Донецк 2012


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

16554. Определение размеров ОКР и величины микродеформаций методом аппроксимации 343.5 KB
  Лабораторная работа Определение размеров ОКР и величины микродеформаций методом аппроксимации Цель работы: Освоение метода определения размеров кристаллитов и величины микродеформаций дисперсных материалов по уширению интерференционных линий. В процессе вып...
16555. Первоначальные сведения и правила работы в табличном процессоре MS Excel’2000/2003 109 KB
  Лабораторная работа № 9 Тема: Первоначальные сведения и правила работы в табличном процессоре MS Excel’2000/2003. Цель работы: Освоить основные приемы работы с элементами электронной таблицы и форматирования в MS Excel’2000/2003. Содержание работы: Знакомство с меню и настройкам
16556. Графическая обработка данных в MS Excel’2000/2003 94 KB
  Лабораторная работа № 10 Тема: Графическая обработка данных в MS Excel’2000/2003. Цель работы: Освоить основные приемы графической обработки числовых данных в MS Excel’2000/2003. Содержание работы: Построение диаграмм по числовым данным в MS Excel’2000/2003. Выполнение основных операци...
16557. Простые и сложные вычисления в табличном процессоре MS Excel’2000/2003 152.5 KB
  Лабораторная работа № 11 Тема: Простые и сложные вычисления в табличном процессоре MS Excel’2000/2003. Цели работы: Закрепить прежние знания и умения по оформлению таблиц и построению диаграмм в MS Excel’2000/2003. Освоить применение относительной абсолютной и смешанной ссылок а т...
16558. Применение математических, статистических и логических функций, построение графиков в табличном процессоре MS Excel’2000/2003 215 KB
  Лабораторная работа № 12 Тема: Применение математических статистических и логических функций построение графиков в табличном процессоре MS Excel’2000/2003. Цели работы: Научиться пользоваться математическими некоторыми статистическими и логическими функциями в MS Excel’200...
16559. Структурирование и отбор данных в MS Excel’2000/200 131.5 KB
  Лабораторная работа № 13 Тема: Структурирование и отбор данных в MS Excel’2000/2003. Цели работы: Освоить структуризацию данных и основные операции по работе со списком в MS Excel’2000/2003. Содержание работы: Оформить список в таблице MS Excel’2000/2003. Осуществить операции с записями...
16560. Подведение итогов и отчетов по данным в ЭТ MS Excel 130.5 KB
  Лабораторная работа № 14 Тема: Подведение итогов и отчетов по данным в ЭТ MS Excel. Цели работы: Освоить применение основных команд по подведению итогов и составлению отчетов при работе со списком в MS Excel’2000/2003. Содержание работы: Подведения итогов в списке используя н
16561. Изучение основ технологического применения озона 171.5 KB
  Лабораторная работа № 1 Изучение основ технологического применения озона Цель работы Ознакомление с распространенными схемами технологического применения озона; Исследование выходных характеристик генератора озона; Изучение процесса растворения аб...
16562. Исследование работы барьерного озонатора 154 KB
  Лабораторная работа № 2 Исследование работы барьерного озонатора 1. Цель работы Ознакомление с конструкцией барьерного озонатора принципом его работы и выходными параметрами. Исследование режимов работы барьерного озонатора определение концентрации о...