Расчет компрессора. Цикл поршневого двигателя
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
Задача 1
В процессе изменения состояния 1 кг газа (воздуха) внутренняя энергия его увеличивается на ?u =4кДж/кг. При этом над газом совершается работа, равная l =10 кДж/кг. Начальная температура газа t1 = 170С, конечное давление р2 =0,7МПа.
Определить для заданного газа показатель политропы n, начальные и конечные параметры, изменение энтропии ?s и изменение энтальпии ?h. Представить процесс в p - v и T - s- диаграммах. Изобразите также (без расчета) изобарный, изохорный, изотермический и адиабатный процессы, проходящие через ту же начальную точку, и дать их сравнительный анализ.
Решение:
1. Определение показателя политропы:
изобарный изохорный энтропия поршневой
,
где к - показатель адиабаты, для воздуха к = 1,4.
2. Определение начальных и конечных параметров
,
,
где R - газовая постоянная, Дж/кг,
.
Т1 = t1 + 273 =17+ 273 =290К;
;
;
;
.
. Определение изменения энтропии
,
где сv - массовая изохорная теплоемкость, Дж/кгК.
,
где ?с? - мольная изохорная теплоемкость, кДж/кмольК, ?с?=20,93кДж/кмольК;
? - молярная масса, ? = 28,96.
Тогда
.
. Определение изменения энтальпии
,
где ср - массовая изобарная теплоемкость, Дж/кгК.
где ?ср - мольная изохорная теплоемкость, кДж/кмольК, для воздуха ?с?=29,31 кДж/кмольК.
Рисунок 1 - Термодинамические процессы в р-? диаграмме
Рисунок 2 - Термодинамические процессы в Т-s диаграмме
n=0 - изобара, n=0,84 - политропа , n=1 - изотерма. n=к=1,4 - адиабата, n=? - изохора.
Количество теплоты, сообщаемое телу, идет на совершение работы и изменение его внутренней энергии
Задача 2
Определить параметры рабочего тела в характерных точках идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с изохорно-изобарным подводом теплоты (смешанный цикл), если известны давление р1= 0,089 МПа и температура t1 = 15оС рабочего тела в начале сжатия. Степень сжатия ?=16,2, степень повышения давления ? = 1,8, степень предварительного расширения ? = 1.
Определить работу, получаемую от цикла, его термический КПД и изменение энтропии отдельных процессов цикла. За рабочее тело принять воздух, считая теплоемкость его в расчетном интервале температур постоянной.
Решение:
Точка 1.
р1 = 0,089 МПа, Т1 = t1 + 273 = 15 + 273 = 288 К.
Из уравнения состояния газа определяем первоначальный удельный объем
.
Рисунок 3 - Идеальный цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания с изохорно-изобарным расширением
Газовая постоянная воздуха, определится
,
где mв - молярная масса воздуха, кмоль, mв = 28,96 кмоль.
Тогда
Точка 2.
Процесс 1 - 2 адиабатное сжатие.
где к - показатель адиабаты, для воздуха к = 1,4.
Т2 = 288 16,21,4 - 1 =877 К.
Давление в конце адиабатического сжатия определяем из уравнения состояния газа
Точка 3.
Процесс 2 -3 изохорный, т.е. u = const. Тогда u2 = u3 = 0,057.
Давление находим из соотношения
Так как
Точка 4.
Процесс 3 - 4 изобарный, т.е. р = const. Тогда р3 = р4 =8 106 Па.
Объем и температура определятся из соотношения
,
Точка 5.
Процесс 4 - 5 адиабатное сжатие.
Зависимость между объемами и температурами запишется в виде
причем u5 = u1 = 0,93, то
Давление определяем из уравнения состояния газа для 1 кг.
Работа цикла может быть определена как разность между работой расширения и работой сжатия.
Работа определится
l = q1 - q2,
где q1 - количество теплоты, подводимое к рабочему телу, кДж;
q2 - количество теплоты, отводимое от рабочего тела, кДж.
q1 = q1 + q1 = Сu(Т3 - Т2) + Ср(Т4 - Т3),
где Сu - массовая теплоемкость при постоянном объеме, ;
Ср - массовая теплоемкость при постоянном давлении, .
,
где mСu - мольная теплоемкость при постоянном объеме, , для воздуха mСu = 20,93 .
Тогда
;
,
где mСр - мольная теплоемкость при постоянном давлении, , для воздуха mСр = 29,31 .
.
Тогда
q1 = 0,723(1579-877) + 1,012(1579-1579) =507;
q2 = Сu(Т5 - Т1) = 0,723(518-288) =166.
Работа цикла
Термический КПД цикла равен
Определяем изменение энтропии в различных процессах
для процессов 1 - 2 и 4 - 5
DS1 - 2 = 0 и DS4 - 5 = 0, т.к. процесс адиабатический;
для процесса 2 - 3
для процесса 3 - 4
для процесса 5 - 1
закон термодинамики обобщает особенности теплоты как формы передачи энергии и выражает закон существования энтропии и определяет закономерности ее развития
Задача 3
Смесь газов с начальной температурой t1 = 27С сжимается в одноступенчатом поршневом компрессоре от давления р1 = 0,1 МПа до давления р2=0,9 МПа. Сжатие может проходить по изотерме, по адиабате и по политропе с показателем политропы n = 1,25. Определить для каждого из трех процессов сжатия конечную температуру газа t2, отведенное от смеси тепло Q кВт, изменение внутренней энергии и энтропии смеси и теоретическую мощность компрессора, если его производительность G =400кг/ч=0,111кг/с. Дать сводную таблицу и изображение процессов сжатия в p - v и T - s - диаграммах, а также какое количество во