Круговые процессы

Расчет круговых процессов

Зайцева Марина Александровна,

преподаватель общетехнических и теплотехнических дисциплин.

Аннотация

Методическое пособие содержит методику расчетов циклов двигателей внутреннего сгорания и используется при проведении практических работ по учебной дисциплине.

Данная методическая разработка может быть использована учащимися среднего профессионального образования, которые изучают «Теоретические основы теплотехники» в качестве учебной дисциплины или составляющей части профессионального модуля, для самостоятельной работы.

Введение.

Дисциплина «Теоретические основы теплотехники» является составной частью ОПОП в подготовке специалистов по специальности 130202 «Теплоснабжение и теплотехническое оборудование».

Основной наукой, на которой базируется учебная дисциплина «Теоретические основы теплотехники», является термодинамика и молекулярно-кинетическая теория. Термодинамика, как и любая теория, состоит из двух частей. Первую составляют понятия, первое и второе начала термодинамики, а также ряд опытных данных: уравнений, численных значений и т.д. Вторую часть теории представляет система логических и математических суждений и умозаключений о свойствах изучаемых тел.

Учебная дисциплина «Теоретические основы теплотехники» состоит из двух основных разделов: «Техническая термодинамика» которая изучает законы преобразования энергий, по которым работаю тепловые двигатели; «Основы теории теплообмена» который изучает вопросы теплообмена между рабочими телами.

Изучение материала дисциплины является очень важным для техника-теплотехника, так как помогает изучению специальных теплотехнических дисциплин: «Котельные установки», «Теплоснабжение», «Топливоснабжение», «Теплотехническое оборудование», «Расчет и выбор теплотехническое оборудования».

При изучении материала дисциплины студенты должны получить четкие представления о рабочих телах, их параметрах, законов идеальных газов, законов термодинамики, циклах тепловых двигателей, законов теплообмена между телами.

В целях более глубоко и детально изучения учебной дисциплины разработано выполнение ряда расчетных работ.

При составлении методических указаний для расчетов принята как основная международная система единиц измерения (СИ), однако с учетом применения измерительных приборов, градуированных в единицах других систем, применены внесистемные единицы.

Основные сведения о двигателях внутреннего сгорания

Тепловые двигатели разделяются на группы, различающиеся между собой характером рабочего процесса. Основное деление двигателей – по месту подвода теплоты к рабочему телу. Двигатели, в которых сжигание топлива осуществляется внутри рабочего цилиндра, называются двигателями внутреннего сгорания (ДВС).

Двигатели внутреннего сгорания делятся по геометрической форме рабочих органов на поршневые и ротационно-поршневые. В поршневых двигателях рабочим органом является - поршень, совершающий возвратно-поступательное движение. В ротационно - поршневых рабочим органом является ротор, совершающий вращательное движение.

Поршневой двигатель – это двигатель, в котором тепловая энергия, образовавшаяся в результате сгорания топлива в замкнутом объеме, преобразуется в механическую работу поступательного движения поршня за счет расширения рабочего тела в цилиндре, в который вставлен поршень. Поступательное движение поршня преобразуется во вращение коленчатого вала кривошипно-шатунным механизмом.

Принцип работы простейшего поршневого двигателя заключается в следующем:

При движении поршня вверх – сжатие топливной смеси в текущем цикле и всасывание смеси для следующего цикла в полость под поршнем;

При движении поршня вниз – рабочий ход, выхлоп и вытеснение топливной смеси из-под поршня в рабочую зону цилиндра [1].

Широкое применение поршневых и комбинированных ДВС в промышленности, на транспорте, в сельском хозяйстве и стационарной энергетике обусловлено рядом положительных качеств. Это, прежде всего высокая экономичность и возможность соединения практически с любым потребителем энергии. Это объясняется тем, что ДВС отличаются хорошей приспособляемостью к потребителю. Достаточно большой срок службы, надежность эксплуатации, сравнительно невысокая стоимость, компактность и малая масса двигателей внутреннего сгорания позволили широко использовать их в силовых установках, имеющие ограниченные размеры.

Установки с ДВС обладают большой автономностью, быстро включаются в работу при обычных условиях, обладают значительным тормозным моментом. Отмечено также хорошая работа на неустановившихся режимах и способность использовать разнообразное топливо.

Особенности расчета циклов двигателей внутреннего сгорания

По подводу теплоты двигатели внутреннего сгорания имеют следующие циклы:

Цикл с подводом теплоты при постоянном давлении. Он характеризуются степенью сжатия – это отношение начального объема газа к минимальному, и степенью

,

Из уравнения состояния

Р,

Точка 3: Р3=Р2=3,52МПа;

Из уравнения изобарного процесса 2-3 имеем

, следовательно,

= 0,066*2= 0,132 м3/кг,

T3=T2*= 809*2= 1618K

Точка 4:

Давление в конце адиабатного расширения в процессе 3-4

Из уравнения изохорного процесса 4-1 ,

Имеем

Количество подведенной теплоты

=

Количество отведенной теплоты

=

Термический КПД цикла

Полезная работа за цикл

1.4 Исходные данные для расчета цикла двигателя внутреннего сгорания

При выполнении расчетов необходимо пользоваться следующими рекомендациями:

Расчет необходимо начать с построения диаграмм процесса в осях pV- и TS- для своего процесса.

Необходимые справочные величины указаны в приложении 1 и 2.

Рассчитать параметры в характерных точках цикла ДВС

Рассчитать подведенную и отведенную теплоту.

Рассчитать кпд цикла.

Рассчитать полезную работу.

В заключении выполнения работы выписать все параметры с обязательным указанием единиц измерения.

Согласно данных таблицы 1 рассчитать цикл двигателя внутреннего сгорания

Таблица 1