Реферат: Термодинамический расчет, анализ и оптимизация идеализированного цикла поршневого ДВС

Рассчитаем термический КПД идеализированного цикла с адиабатными процессами сжатия и расширения по формуле (1), приведенной в [4] и принимая в среднем k = 1,39:

.

Термический КПД цикла Карно для того же интервала температур, в котором реализуется реальный цикл по формуле (29), будет:

Результаты расчетов заносим в сводные: табл. 1 и табл. 2:

Таблица 1

Сводная таблица исходных данных и результатов расчета

Наименование			Значения параметров
			р , МПа		ν , м3 /кг			Т , К		S , кДж/кг·К
Параметры точек	1 2 3 4 5		0,14 6,9 8,97 8,97 0,64		0,61 0,037 0,037 0,048 0,61			300 895,2 1156,2 1477 1359		0,05 -0,2 -0,26 2,45 3,11
Наименование				Значения параметров
				q , кДж/кг		l , кДж/кг	Δ u , кДж/кг		Δ h , кДж/кг		Δ S , кДж/кг
Характеристики процессов		1-2 2-3 3-4 4-5 5-1		-68 198,4 346,7 77,3 39,3		-400 0 92 1045 -,117,6	435,7 78,4 253.4 -92 -127,6		246,5 108,3 200,9 -296,7 -258,6		-0,35 0,13 0,28 0,4 -0,47
Суммы		593,7		415,4	496,5		8,4		0,01

Таблица 2

Результаты расчета

Термический КПД	ηt	0,9
Термический КПД идеализированного цикла Карно	ηt ц	0,55
Термический КПД цикла Карно	ηtk	0,75
Коэффициент заполнения цикла	k	0,51

1.3.4 Построение T-s диаграммы цикла

Чтобы построить T-s диаграмму, выбираем масштабы по осям координат: T _t = 10 К/мм; s _s = 0,01 кДж/(кг·К) / мм. Изображаем оси T и s , наносим координатную сетку, а затем и характерные точки цикла. Точки 2 и 3, 3 и 4, 5 и 1 соединяем по лекалу кривыми, по характеру близкими к экспонентам, а политропные процессы 1-2 и 4-5 с достаточной точностью можно изображать прямыми линиями (рис. 1П). Чтобы определить коэффициент заполнения цикла, найдем площадь цикла 1-2-3-4-5-1 непосредственно на диаграмме, пересчитывая квадратные сантиметры (на рисунке пронумерованы): Fц = 25,4 см² .

Площадь описанного цикла Карно рассчитываем, измерив, размеры прямоугольника в сантиметрах: Fк = 8,5·5,9 = 50,2 см² . Тогда коэффициент заполнения цикла будет

k = Fц / Fк = 25,4/ 50,2 = 0,51

Рис. 1П. Т- s - диаграмма цикла ных слоев многослойной стенки

1.4 Оптимизация цикла варьированием параметра n₁

Используя данные таблицы, строим графики зависимостей: Т _max = f (n ₁ )

Рис. 2П. Зависимость Т max от n 1 ных слоев многослойной стенки

и η _t = f ( n ₁ ):

Рис. 3П. Зависимость η t от n 1 ных слоев многослойной стенки

Из рисунков видно, что наибольшую эффективность имеет цикл с n ₁ = 1,37. Это и понятно, поскольку при n ₁ = k процесс сжатия протекает адиабатно, а адиабатные процессы самые "экономичные". Вывод: оптимальным является значение n ₁ = 1,37. При этом T ₄ < T _пр .

Задача № 2

2.1 Содержание задачи № 2 (вариант 42)

Цикл Ренкина задан параметрами р ₁ = 10 МПа; t ₁ = 450°С; р ₂ = 0,07 МПа. Исследовать влияние параметра t ₁ на величину термического КПД цикла η_t и удельный расход теплоты q , рассчитав эти величины при варьировании заданного параметра в пределах 20 %. Построить графики зависимостей η _t и q от варьируемого параметра, на основании которых сделать заключение об оптимальном его значении. Краткое описание цикла см. на стр. 13-15.

2.2 Расчет цикла *

Для определения параметров p, v , t , h и s каждой из характерных точек цикла воспользуемся таблицами состояний [5] и известной h-s диаграммой воды и пара.

Точка 1 . Давление и температура здесь заданы: р ₁ = 3,494 МПа; t ₁ = 273°С. Тогда на пересечении изобары: р = 34,9 бар и изотермы t ₁ = 273 °С на h-s диаграмме находим положение точки 1 и по соответствующим изолиниям определяем значения остальных параметров: v ₁ = 0,0636 м³ /кг; h ₁ = 2900,2 кДж/кг; s ₁ = 6,321 кДж/(кг·К). Эти же значения можно определить и по таблицам состояний перегретого пара, применяя двунаправленное линейное интерполирование, подробно описанное в [3] и [4].

Точка 2 . Поскольку процесс 1-2 принимается адиабатным, положение точки 2 находим, проводя вертикальную линию вниз (s = const ) до пересечения с изобарой р = р ₂ = 0,27 бар.

_ * В настоящем расчете все исходные параметры умножены на 0,91, чтобы вариант 42 оставался доступным для работы.

По соответствующим изолиниям находим: t ₂ = t _нас = 66,9 °С, ν ₂ = 4,5157 м³ /кг; h ₂ = 2117,6 кДж/кг; s₂ = s₁ = 6,321 кДж/(кг К); x ₂ = 0,78. Эти же значения можно рассчитать, пользуясь таблицами насыщенных состояний и определив сначала значение x ₂ :

,

после чего и значения других параметров, например:

Параметры остальных точек находим по таблицам насыщенных состояний (по давлениям).

Точка 3 . Давление р ₃ = р ₂ = 0,27 бар, остальные параметры – это параметры воды на линии насыщения при этом давлении. Из таблицы находим:

t ₃ = t _нас = 66,9 °С; ν ₃ = 0,0010 м³ /кг; h ₃ = 280,0 кДж/кг; s ₃ = 0,917 кДж/(кг К).

Точка 4 . Давление р ₄ = р ₁ = 3,494 бар, температура: t ₄ = t ₃ = 242,4 °С. По этим значениям с помощью таблицы состояний воды следовало бы найти остальные параметры. Однако, учитывая, что величина параметров воды очень мало зависит от ее давления, обычно принимают ν ₄ = ν ₃ = 0,001 м³ /кг; h ₄ = h ₃ = 280,0 кДж/кг; s ₄ = s ₃ = 0,917 кДж/(кг·К).

Точка 5 . Здесь р ₅ = р ₁ = 3,494 бара, а остальные параметры этой точки – это параметры воды на линии насыщения при этом давлении: t ₅ = t _нас = 242,4 °С; v ₅ = v '= 0,0012 м³ /кг; h ₅ = h ' = 1049,3 кДж/кг; s ₅ = s ' = 2,724 кДж/(кг·К).

Точка 6 . Давление р ₆ = р ₁ = 3,494 бар, все же остальные параметры определяются как параметры сухого насыщенного пара при этом давлении. Из таблицы насыщенных состояний воды находим: t ₆ = t _нас = 242,4 °С; v ₆ = v ''= 0,0572 м³ /кг; h ₆ = h '' = 2802,5 кДж/кг; s ₆ = s '' = 6,126 кДж/(кг·К).

2.3.1 Расчет термического КПД и других параметров цикла

Рассчитываем теперь основные характеристики цикла. Термический КПД цикла по формуле (30):

Удельный расход пара по формуле(31):

Удельный расход теплоты по формуле(32):

Результаты расчетов сводим в итоговую таблицу 1

Таблица 1

Итоговая таблица расчетов

Точка	р , МПа	t , 0 С	ν , м3 /кг	h , кДж/кг	s , кДж/(кг·К)	х
1	3,494	273,0	0,0636	2900,2	6,321
2	0,027	66,9	4,5157	2117,6	6,321	0,78
3	0,027	66,9	0,0010	280,0	0,917
4	3,494	242,2	0,0010	280,0	0,917
5	3,494	242,2	0,0012	1049,3	2,724
6	3,494	242,2	0,0572	2802,5	6,126

2.4 Результаты варьирования и их анализ

Таблица 2

Результаты расчета основных параметров цикла

« 1 2 3 4 5 » К-во Просмотров: 177 Бесплатно скачать Реферат: Термодинамический расчет, анализ и оптимизация идеализированного цикла поршневого ДВС >>> Скачать <<< Меню Поиск