Файл: РР теплотехника методичка и рассчёты.doc

Методические указания к расчетной работе

по дисциплине «Теплотехника»

Введение

Расчетная работа по теплотехнике выполняется студентами с целью закрепления и углубления учебного материала, изучаемого в учебной дисциплине «Теплотехника». Она включает два раздела: 1) техническая термодинамика и 2) теплопередача. В каждом разделе даётся подробное описание двух тем. Выполнение работы поможет расширить знания об идеализированных циклах реальных машин и более глубоко изучить теорию тепломассообмена. Кроме того, на конкретных примерах, студенты смогут усвоить методику расчета: 1)важнейших процессов и циклов (ДВС и ПСУ); 2)теплопередачи, для плоских и цилиндрических многослойных стенок.

Выполнение работы является обязательным условием положительной аттестации студента на зачетах. Индивидуальное задание выдается каждому студенту в начале семестра, которое состоит из четырёх задач (по две на каждый раздел) и выполняется по индивидуальному варианту.

Чтобы успешно подготовиться и выполнить работу необходимо:

1. Внимательно ознакомиться с содержанием задач, выписать их для себя, вставляя в общий текст численные значения исходных данных из соответствующих таблиц. При этом учитывать, что первая часть исходных данных берется из таблицы по первой цифре варианта, а вторая – по второй.

2. По конспекту лекций изучить теоретический материал по соответствующим темам, обращая особое внимание на методики практических расчетов.

3. Провести черновой расчет задач с помощью калькулятора или на компьютере, если это необходимо, таблиц или h-s диаграммы, соблюдая последовательность расчетов и самопроверок такими же, какими они даются в приведенных ниже примерах. Если погрешности выполненных расчетов не будут превышать предельных уровней, после этого можно оформлять отчет о работе.

5. Оформить отчет по расчетной работе в соответствии с требованиями [6], ориентируясь при этом на приведенные в настоящей методической разработке примеры.

6. Если при подготовительной работе или в процессе расчетов возникают вопросы или неясности, студенту необходимо обращаться к преподавателю за консультациями,

7. Защитить работу руководителю РР.

Ниже приведен краткий перечень основных требований к оформлению отчета, вытекающих из [6]:

1. Отчет должен начинаться титульным листом, на второй странице размещается "Содержание", а завершается отчет списком использованной литературы.

2. Отчет должен быть напечатан на листах формата А4 (210  297, допускается на обеих сторонах листов с небольшими отклонениями по размерам).

3. Графический материал (эскизы, диаграммы, графики) также может быть напечатан или вычерчен на листах формата А4.

4. Все расчеты оформляются в развернутом виде: сначала записывается формула, далее знак равенства и численные значения всех входящих в формулу параметров в той же последовательности, в какой они стоят в формуле, далее знак равенства, результат вычисления и его размерность, если это размерная величина.

5. Все расчеты проводятся в международной системе измерения физических величин (система СИ). Справочные данные из устаревших учебников или справочников выписываются так, как они приведены в первоисточнике и сразу же переводятся в систему СИ.

6. Расчетные формулы должны сопровождаться лаконичными пояснениями, включающими и полную расшифровку всех принятых условных обозначений.

7. Все справочные величины и отдельные важнейшие теоретические положения должны сопровождаться ссылками на использованные литературные источники.

I. Техническая термодинамика

Тема 1. Цикл двс со смешанным подводом теплоты (цикл Дизеля-Тринклера)

Задача

Для цикла поршневого ДВС, заданного параметрами р₁,Т₁, ε, λ, ρ, n₁ и n₂, определить параметры всех характерных точек цикла, термодинамические характеристики каждого процесса и цикла в целом. Исследовать влияние заданного (см. табл. 1) параметра на величину термического КПД η_t и максимальной температуры Т_max при варьировании указанного параметра в пределах ± 20 %. По результатам расчетов построить графики зависимостей η_t и Т_max от варьируемого параметра, на основании которых сделать заключение об его оптимальном значении, принимая за предельно допустимое значение Т_max величину Т_пр. В качестве рабочего тела принимать сухой воздух. Исходные данные принять по табл. 1.

Исходные данные

Таблица 1

Краткое описание цикла двс со смешанным подводом теплоты (цикла Дизеля-Тринклера)

Для анализа задан цикл поршневого ДВС со смешанным подводом теплоты, который реализуется в современных быстроходных дизельных двигателях. Подробное описание такого цикла приведено в учебниках [1,3] и др., ниже приведено краткое описание.

На рис. 1 приведена идеализированная p-v диаграмма, наглядно отображающая основные процессы такого цикла. Во время хода впуска (на диаграмме не показан) атмосферный воздух, проходя через систему фильтров и открытый впускной клапан, поступает в цилиндр двигателя. В конце впуска (точка 1 на диаграмме) впускной клапан закрывается, и по мере перемещения поршня к верхней мертвой точке (ВМТ) происходит политропное сжатие воздуха (процесс 1-2). Ввиду быстротечности этого процесса характер его близок к адиабатному, температура воздуха к концу сжатия (точка 2) сильно увеличивается, в этот момент под большим давлением производят впрыск топлива, в мелкодисперсном виде. Топливо при высокой температуре воздуха, в который оно попадает, очень быстро испаряется и самовоспламеняется. Первые порции при этом сгорают практически мгновенно (процесс 3-4).

Для интенсификации процессов топливо часто впрыскивают в специальную предкамеру из жаростойкой стали, имеющую очень высокую температуру. Последующие порции топлива сгорают по мере их попадания в цилиндр во время перемещения поршня от ВМТ к НМТ (нижней мертвой точке). При этом давление в цилиндре практически не изменяется (процесс 3-4). Далее совершается политропное расширение продуктов сгорания (процесс 4-5), по окончании которого, когда поршень приходит в НМТ, открывается выпускной клапан (точка 5) и во время хода выталкивания продукты сгорания выбрасывается в атмосферу. Поскольку суммарная работа процессов всасывания и выталкивания практически равна нулю, идеализируя картину, их заменяют одним изохорным процессом отвода теплоты (процесс 5-1).

Рис.1. Р-ν диаграмма цикла Дизеля-Тринклера:

- q₁= q₁+ q ^//₁-подведённая теплота цикле;

- q₂- теплота, отведённая в теплоприёмник

Основными характеристиками цикла являются:

-степень сжатия ε = ν₁ / ν₂;

-степень повышения давления λ = p₃ / p₂;

-степень предварительного расширения ρ = ν₄ / ν₃;

-показатели политроп сжатия и расширения n₁ и n₂.

На рис. 2 показана диаграмма цикла Дизеля-Тринклера в координатах T ‑ s.

Рис.2. Т-s диаграмма цикла Дизеля-Тринклера

КПД цикла Дизеля-Тринклера или цикла со смешанным подводом теплоты определяется по формуле:

(1)

где k-показатель адиабаты.

Из определения КПД термического цикла и рис. 2 следует, что

Цикл со смешанным подводом теплоты является общим для циклов ДВС. Действительно, если λ = 1, то цикл со смешанным подводом теплоты превращается в цикл с изобарным подводом количества теплоты («чистый» цикл Дизеля), а его КПД будет определяться выражением:

(2)

Аналогично, если ρ = 1, то цикл со смешанным подводом теплоты превращается в цикл с изохорным подводом количества теплоты (цикл Отто), а его КПД будет:

(3)