ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 14.12.2021
Просмотров: 1632
Скачиваний: 6
R = 0,26 кДж/(кг
×
К); k = 1,37; P
1
=0,1 Мпа; t
1
= 17
o
C; P
3
= 2 бар; D = 100 мм;
S = 90 мм; q
1p
= 400 кДж/кг; Р
5
= 2,6 бар;
w
= 188,4 рад/с; В = 2,5
×
10
-3
кг/с;
Q
р
н
= 34 МДж/кг. Теплоємності робочого тіла вважати сталими.
Розв’язування
Ізохорна теплоємність робочого тіла, кДж/(кг
×
К)
C
v
= R/(k-1) = 0,26 (1,37 –1) = 0,7.
Початковий питомий об’єм, м
3
/кг
v
1
= R
×
T
1
/P
1
= 0,26
×
290/100 = 0,754.
Температура робочого тіла в кінці робочого ходу, К
T
5
= P
5
×
v
5
/R = 260
×
0,754/0,26 = 754.
Температура газів в точці 4, К
T
4
= T
5
(P
4
/ P
5
)
(k-1)/k
= 754(26/2,6)
0,37/1,37
= 1403,4.
Температура газів після ізохорного підведення теплоти, К
T
3
= T
4
– q
1p
/C
p
= T
4
– q
1p
/(k
×
C
v
) = 1403,4 – 400/(1,37
×
0,7) = 986.
Міра попереднього розширення
r
= T
4
/T
3
= 1403,4/986 = 1,42.
Міра розширення (стиску)
e
= (T
4
/ T
5
)
1/k-1
= (1403,4/754)
1/(1,37-1)
= 7,6.
Зміна об’єму в процесі стиску, м
3
/кг
v
1
– v
2
=
D
v
12
= v
1
(1 – 1/
e
) = 0,754(1 – 1/7,6) = 0,654.
Температура після стиску, К
T
2
= T
1
×e
k-1
= 290
×
7,6
1,37-1
= 614.
Ізохорно підведена теплота, кДж/кг
Q
1v
= C
v
(T
2
– T
1
) = 0,7(986 - 614) = 260.
Загальна теплота, що підведена в циклі, кДж/кг
q
1
= q
1v
+ q
1p
= 260 + 400 = 660.
Теплота, яка відводиться в циклі, кДж/кг
q
2
= C
v
(T
5
– T
1
) = 0,7(754 - 290) = 324,8.
Теоретична робота циклу, кДж/кг
l
ц
= q
1
– q
2
= 660 – 324,8 = 335,2.
Термічний ККД циклу
h
t
= 1 – q
2
/q
1
= 1 – 335,2/660 = 0,492.
Середній індикаторний тиск, кПа
P
i
=
l
ц
/
D
v
12
= 335,2/0,654 = 512,5.
Частота обертання вала, 1/с
n
в
=
w
/2
p
= 188,4/(2
×
3,14) = 30.
Робочий об’єм циліндра, м
3
V
p
= 0,785
×
D
2
×
S = 0,785
×
0,1
×
0,09 = 0,706
×
10
-3
Індикаторна потужність двигуна, кВт
N
i
= 2 P
i
×
V
p
×
n
в
×
z/
t
= 2
×
512,5
×
0,706
×
10
-3
×
30
×
6/4 = 32,56.
Індикаторний ККД двигуна
h
i
= N
i
/(B
×
Q
р
н
) = 32,56/(2,5
×
10
-3
×
34
×
10
3
) = 0,383.
Задача 9.1.6.
Визначити параметри і витрату умовного палива
в комбінованому циклі ДВЗ з газотурбінним наддувом (рис.9.2). В
розрахунках прийняти: робоче тіло – повітря; Р
1
= 0,1 МПа; t
1
= 20
о
С;
b
= Р
2
/Р
1
= 2,6;
e
= v
2
/v
3
= 7;
l
= Р
4
/Р
3
= 2; теплоємності робочого тіла вважа-
ти сталими; N
ДВЗ
= 50 кВт.
Розв’язування
Питомий об’єм повітря на вході в компресор, м
3
/кг
v
1
= R
×
T
1
/P
1
= 0,287
×
293/100 = 0,841.
Тиск повітря за компресором, кПа
Р
1
= Р
2
×b
= 100
×
2,6 = 260.
Температура повітря за компресором, К
Т
2
= Т
1
×b
k
/
)
1
k
(
-
= 293
×
2,6
(1,4-1)/1,4
= 385.
Питомий об’єм повітря за компресором, м
3
/кг
v
2
= R
×
T
2
/P
2
= 0,287
×
385/260 = 0,425 = v
5
.
Рисунок 9.2 - Термодинамічний цикл ДВЗ з турбонаддувом на Р-V-діаграмі
та його принципова схема: ГТ – газова турбіна; К – компресор.
Параметри робочого тіла в точці 3:
питомий об’єм, м
3
/кг
v
3
= v
2
/
e
= 0,425/7 = 0,0607 = v
4
;
температура, К
Т
3
= Т
2
×e
k-1
= 385
×
7
1,4-1
= 838,5;
тиск, кПа
Р
3
= R
×
T
3
/v
3
= 0,287
×
838,5/0,0607 = 3964.
ДЗВ
T
1
T
2
K
ГТ
P
1
P
2
V
V
3
=V
4
V
2
=V
5
V
1
V
6
V
7
P
1
=P
7
P
2
=P
6
q
1
P
1
2
3
4
5
6
7
dq = 0
q
5-2
dq = 0
q
7-1
Параметри робочого тіла в точці 4:
тиск, кПа
Р
4
= Р
3
×l
= 3964
×
2 = 7928;
температура, К
Т
4
= Т
3
×l
= 838,5
×
2 = 1677.
Параметри робочого тіла в точці 5:
тиск, кПа
Р
5
= Р
4
/(v
5
/v
4
)
k
= P
4
/(v
2
/v
3
)
k
= 7928/(0,425/0,0607)
1,4
= 520;
температура, К
Т
5
= Т
4
/(v
5
/v
4
)
k-1
= 1677/(0,425/0,0607)
1,4-1
= 770.
Теплоємності робочого тіла, кДж/(кг
×
К)
C
v
= R/(k-1) = 0,287/(1,4-1) = 0,7175
C
p
= c
v
×
k = 0,7175
×
1,4
»
1.
Теплота, що підведена в циклі, кДж/кг
q
1
= q
3-4
= c
v
(T
4
– T
3
) = 0,7175(1677 – 838,5) = 601,6.
Теплота, яка підведена до газової турбіни, кДж/кг
q
5-2
= c
v
(T
5
– T
2
) = 0,7175(770 - 385) = 276.
Температура робочого тіла на вході в газову турбіну, К
Т
6
= Т
2
+ q
2-5
/c
p
= 385 + 276/1 = 661.
Питомий об’єм в точці 6, м
3
/кг
v
6
= v
2
(T
6
/T
2
) = 0,425(661/385) = 0,73.
Температура газів на виході з газової турбіни, К
Т
7
= Т
6
/
b
(k-1)/k
= 661/2,6
(1,4-1)/1,4
= 503,1.
Теплота, яка відведена з циклу, кДж/кг
q
2
= q
7-1
= C
p
(T
7
– T
1
) = 1 (503,1 - 293) = 210,1.
Термічний ККД циклу
h
t
= 1 – q
2
/q
1
= 1 – 210,1/601,6 = 0,65.
Питома витрата умовного палива, кг/кВт
×
год
b
у
= 0,123/
h
t
= 0,123/0,65 = 0,189.
Загальна витрата умовного палива, кг/с
B
у
= b
у
×
N
ДВЗ
/3,6 = 0,189
×
50/3600 = 1,575
×
10
-3
.
Витрата робочого тіла, кг/с
G = N
ДВЗ
/(q
1
– q
2
) = 50/(601,6 – 210,1) = 0,128.
9.2 Завдання для самостійної роботи
В процесі розв’язування задач вважати, що робочим тілом є повітря,
а теплоємністі мають сталі значення.
Задача 9.2.1
. Визначити термічний ККД, теоретичну потужність і
робочий об’єм циліндра чотирициліндрового чотиритактного дизельного
двигуна, якщо Р
1
= 0,1 МПа; Т
1
= 290 К;
e
= 17; Т
3
= 1700 К; підведена теп-
лота Q = 640000 кДж/год;
w
= 167,466 рад/с. Визначити також літрову по-
тужність (потужність веднесену до 1 л робочого об’єму циліндра).
Задача 9.2.2
. Чотирициліндровий двотактний дизельний двигун з
циліндрами діаметром D = 108 мм і ходом поршня 127 мм використо-
вується для привода компресора, який стискає 450 м
3
/год. повітря з пара-
метрами Р
1
= 0,1 МПа, t
1
= 10
о
С до тиску 3 МПа. Визначити витрату умов-
ного палива, якщо середньоіндикаторний тиск складає 720 кПа, швидкість
поршня 8,5 м/с; ККД компресора – 0,75; механічний ККД дизеля – 0,85.
Задача 9.2.3
. Визначити термічний ККД, теоретичну потужність чо-
тиритактного чотирициліндрового карбюраторного двигуна, якщо:
Р
1
= 0,105 МПа, t
1
= 10
о
С;
e
= 6; n = 720 об/хв.; витрата робочого палива
складає 0,1 кг на 1 кг робочого тіла; Q
р
н
= 34 мДж/кг.
Задача 9.2.4
. Визначити термічний ККД і витрату умовного палива в
чотирициліндровому чотиритактному дизельному двигуні з характеристи-
ками D = 105 мм; S = 125 мм, якщо: швидкість поршня 6 м/с; Р
1
= 1 бар; t
1
= 17
о
С; Р
3
= 5,2 МПа; Р
4
= 0,35 МПа.
Задача 9.2.5
. Для циклу ДВЗ зі змішаним підведенням теплоти і ха-
рактеристиками: D = 0,12 м; S = 0,14 м визначити термічний ККД і витрату
палива з теплотою згорання Q
р
н
= 40 мДж/кг; якщо кількість циліндрів – 6;
кількість тактів – 4; Р
1
= 740 мм.рт.ст.,
r
1
= 1,125 кг/м
3
; Р
3
= 5 МПа; Р
5
= 0,25 МПа; теплота, що підведена в ізобарному процесі 400 кДж/кг.
Задача 9.2.6
. Визначити витрату робочого тіла в чотиритактному
вісьмициліндровому карбюраторному ДВЗ, якщо повний об’єм циліндра –
7,9
×
10
-4
м
3
, об’єм камери згорання - 7
×
10
-5
м
3
,
w
= 251,2 рад/с; початковий
питомий об’єм – 0,825 м
3
/кг.
Задача 9.2.7
. Визначити індикаторну та ефективну потужність
вісьмициліндрового
чотиритактного
карбюраторного
ДВЗ,
якщо:
Р
i
=0,75МПа; D = 110 мм; S = 100 мм;
w
= 108 рад/с; механічний ККД – 0,8.
Задача 9.2.8
. Визначити ефективну потужність і питому ефективну
витрату палива в шестициліндровому дизельному ДВЗ, якщо: Р
i
=0,85 МПа;
e
= 16,7; об’єм камери згорання - 12
×
10
-5
м
3
;
w
= 220 рад/с;
h
м
= 0,8; витрата
палива – 0,0105 кг/с.
Задача 9.2.9
. Визначити питому витрату умовного палива в шес-
тициліндровому чотиритактному дизельному ДВЗ, якщо: Р
е
=0,75 МПа,
повний об’єм циліндра – 7,9
×
10
-4
м
3
, об’єм камери згорання = 6,9
×
10
-5
м
3
;
W
n
= 6 м/с; витрата палива – 4,2
×
10
-3
кг/с;
h
м
= 0,82.
Задача 9.2.10
. Визначити середньоіндикаторний тиск та індикаторну
потужність чотирициліндрового чотиритактного дизельного ДВЗ, якщо:
N
e
=100кВт;
w
=157 рад/с;
e
=15; об’єм камери згорання –2,5
×
10
-4
м
3
;
h
м
= 0,84.
Задача 9.2.11
. Визначити індикаторну потужність і питому
індикаторну витрату палива в шестициліндровому чотиритактному ди-
зельному ДВЗ, якщо Р
е
= 0,62 МПа; D = 0,11 м; S = 120 мм; W
n
= 8,2 м/с;
h
м
= 0,82; витрата палива – 5,55
×
10
-3
кг/с.
Задача 9.2.12.
Визначити діаметр циліндра і хід поршня
чотирициліндрового чотиритактного дизельного ДВЗ, якщо N
e
= 80 кВт;
Р
е
= 0,6 МПа; n = 1800 об/хв.; W
n
= 9,6 м/с; S/D = 1,185.
Задача 9.2.13
. Визначити потужність механічних втрат шести-
циліндрового чотиритактного карбюраторного ДВЗ, якщо: Р
i
= 0,75 МПа;
D = 110 мм; S = 100 мм;
w
= 314 рад/с;
h
м
= 0,825.
Задача 9.2.14
. Визначити індикаторну потужність і потужність
механічних втрат шестициліндрового двотактного дизельного ДВЗ, якщо:
Р
е
=0,65 МПа
e
= 16; об’єм камери згорання – 7,8
×
10
-3
м
3
; W
n
= 9 м/с;
S=0,14 м;
h
м
= 0,83.
Задача 9.2.15
. Визначити середньоіндикаторний тиск і середнє зна-
чення тиску механічних втрат восьмициліндрового карбюраторного ДВЗ,
якщо: D = S = 0,1 м; N
e
= 150 кВт; W
n
= 11 м/с;
h
м
= 0,81.
Задача 9.2.16
. Визначити ефективну потужність і питому ефективну
витрату палива у восьмициліндровому чотиритактному карбюраторному
ДВЗ, якщо: індикаторна робота за цикл – 650 кДж; D = 100 мм; S = 110 мм;
n = 1200 об/с;
h
м
= 0,83; витрата палива – 36,0 кг/год.
Задача 9.2.17
. Визначити питомі індикаторну і ефективну витрати
палива чотирициліндрового дизельного ДВЗ, якщо: Р
i
= 0,68 МПа;
e
= 15,5;
повний об’єм циліндра – 38
×
10
-4
м
3
;
w
= 157 рад/с;
h
м
= 0,835; витрата па-
лива 21,6 кг/год.
Задача 9.2.18
. Визначити ефективну потужність і потужність ме-
ханічних втрат шестициліндрового чотиритактного дизельного ДВЗ,
якщо: Р
е
= 0,55 МПа; D = 110 мм; S = 120 мм; W
n
= 8,5 м/с;
h
м
= 0,81.
Задача 9.2.19
. Визначити середній індикаторний тиск та індикаторну
потужність шестициліндрового чотирикратного дизельного ДВЗ, якщо:
D = S = 150 мм; n = 1400 об/хв.; площа індикаторної діаграми 2
×
10
-3
м
2
; до-
вжина діаграми – 0,15 м, масштаб діаграми - 6
×
10
7
Па/м.
Задача 9.2.20
. Визначити індикаторну потужність і потужність ме-
ханічних втрат чотирициліндрового чотиритактного дизельного ДВЗ, як-
що:
e
= 17; повний об’єм циліндра – 1,2
×
10
-3
м
3
;
w
= 157 рад/с;
h
м
= 0,82;
індикаторна діаграма з масштабом 0,8
×
10
8
Па/м має довжину 200 мм і пло-
щу 1,8
×
10
-3
м
3
.
Задача 9.2.21
. Визначити середньоефективний тиск і середній тиск
механічних втрат двоциліндрового чотиритактного дизельного ДВЗ, якщо:
N
e
= 18 кВт; D = 105 мм; S = 120 мм; n = 1800 об/хв.;
h
м
= 0,8.
Задача 9.2.22
. Визначити ефективну потужність і механічний ККД
шестициліндрового чотиритактного дизельного ДВЗ, якщо: Р
е
= 0,7 МПа;
повний об’єм циліндра 8
×
10
-4
м
3
; об’єм камери згорання 7
×
10
-5
м
3
;
n = 1900 об/хв.; потужність механічних втрат – 15 кВт.
Задача 9.2.23
. Визначити середню швидкість поршня і міру стиску
чотирициліндрового чотиритактного карбюраторного ДВЗ, якщо:
N
e
= 52 кВт; Р
е
= 0,6 МПа; S = 100 мм; W
n
= 6,6 м/с; об’єм камери згорання