Расчет и анализ идеального цикла ДВС со смешанным подводом теплоты

Задание Рассчитать идеальный цикл ДВС со смешанным подводом теплоты, включающий в соответствии с рисунком следующие термодинамические процессы: адиабатное сжатие рабочего тела 1−2, подвод теплоты по иохоре 2−3, подвод теплоты по изобаре 3−4, адиабатное расширение 4−5, отвод теплоты по изохоре 5−1.

Таблица 1.

Доли компонентов рабочего тела,%.	е.	л.	с.	T1,K.	P1,. MПa.	№ вар
CO2.	CO.	H2O.	N2.
8,5.	5,5.			11,0.	2,0.	1,7.		0,1.

Расчёт цикла ДВС со смешанным подводом теплоты Определение газовой постоянной и теплоёмкостей рабочего тела Молекулярную массу рабочего тела µ, представляющего собой смесь газов и паров воды, определяем по формуле:

(1);

Где n — количество компонентов смеси;

ri — объёмная доля i-ого компонента;

µi — молекулярная масса i-ого компонента;

Определим молярные массы компонентов по таблице 2:

Таблица 2.

Газ.	Химическая формула.	Молярная масса, кг/кмоль.	Плотность, кг/м3.	Газовая постоянная, Дж/(кг*К).
Воздух.	;		1,293.	287,0.
Азот.	N2.		1,251.	296,8.
Кислород.	O2.		1,429.	259,8.
Водород.	H2.		0,089.	4124,0.
Монооксид углерода.	CO.		1,1997.	296,9.
Диоксид углерода.	CO2.		1,287.	188,9.
Водяной пар	H2O.		1,804.	461,0.

µ(СО2)=44 кг/кмоль;

µ(СО)=28 кг/кмоль;

µ(H2O)=18 кг/кмоль;

µ(N2)=28 кг/кмоль;

Подставляя данные значения в формулу (1) получим молекулярную массу смеси газов:

;

Можем найти газовую постоянную по формуле:

(2);

Найдём:

(3);

Массовые теплоёмкости при постоянном объёме сv, и при постоянном давлении сp определяем по формулам соответственно (4) и (5):

(4);

(5);

Где ri — объёмные доли компонентов;

 — молярная теплоёмкость при постоянном объёме и давлении, зависящие только от атомности газов и определяемые по таблице (3);

Таблица 3.

Атомность газа.	Показатели.
кДж/(кмоль*К).	кДж/(кмоль*К).
Одноатомный.	12,48.	20,80.
Двухатомный.	20,80.	29,12.
Трёхатомный.	29,30.	37,60.

Сосчитаем:

;

;

Показатель адиабаты определяют как величину численно равную отношению массовых теплоёмкостей смеси при постоянном давлении и объёме:

Определение параметров состояния рабочего тела Для определения параметров состояния рабочего тела последовательно для всех точек цикла рассчитаем: давление P, удельный объем ?, температуру V и энтропию S.

1−2 Процесс адиабатного сжатия.

Точка 1.

(7);

(8);

(9);

;

Точка 2.

(11);

(12);

Так как процесс адиабатный то.

S2=S1= (13);

(14);

2−3 Процесс изохорного нагревания.

Точка 3.

(13);

(14);

(15);

(16);

3−4 Процесс изобарного нагревания.

Точка 4.

(17);

(18);

(18);

(19);

4−5 Процесс адиабатного расширения Точка 5.

(20);

(21);

(22);

(23);

Сведём результаты расчётов в таблицу:

Таблица 4.

Обозначение параметров.	Точки цикла.
P, МПа.	0,1.
?, м3/кг.
T, К.		700,5.
S, кДж/(кг*К).

Расчёт процессов цикла Для каждого процесса определим: теплоёмкость С, изменение внутренней энергии? U и энтальпии? i, количество подведённой и отведённой теплоты q, работы расширения и сжатия l:

Процесс адиабатного сжатия 1−2.

C=0 (24);

(25);

(26);

(27);

(28);

Процесс подвода теплоты по изохоре 2−3:

(29);

(30);

(31);

(32);

(33);

Подвод теплоты по изобаре 3−4:

(34);

(35);

(36);

(37);

(38);

Процесс адиабатного расширения 4−5:

(39);

(40);

(41);

(42);

(43);

Отвод теплоты по изохоре 5−1:

(44);

(45);

(46);

(47);

(48);

Сведём результаты расчётов в таблицу:

Таблица 5.

Характеристики процессов.	Процессы цикла.
1−2.	2−3.	3−4.	4−5.	5−1.
	1,1238.
	1102,1106.		— 753,9093.

Расчёт характеристик цикла Выполним расчёт следующих характеристик: количество подведённой g1 и отведённой g2 теплоты, количество теплоты g0, превращённой в работу lp, работу расширения и сжатия l0 и lс, среднее давление Pi и термический КПД зt.

Поскольку подвод теплоты осуществляется в процессах 2−3 и 3−4, а отвод в процессе 5−1, то.

(49);

(50);

(51);

Расширение рабочего тела происходит в процессах 3−4 и 4−5, а сжатие — в процессе 1−2, поэтому:

(52);

(53);

(54);

Среднее давление и термический КПД определим как:

(55);

(56);

Для проверки повторно найдём термический КПД:

(57);

цикл двигатель теплота давление Относительная ошибка при вычислении составляет ?=0,05%;

Результаты расчётов сведём в таблицу 6:

Таблица 6.

Характеристики цикла, кДж/кг.
g1.	g2.	g0.	lp.	lc.	l0.	Pi, МПа.	зt,%.

Исследование и анализ цикла со смешанным подводом теплоты Исследуем влияние степени сжатия е, степени повышения давления л и степени предварительного расширения с на термический КПД цикла зt:

л=const, с=const, еi=(0,75−1,25)е с шагом 0,1:

е1=0,75*11=8,25;е2=0,85*11=9,35;

е3=0,95*11=10,45;

е4=1,05*11=11,55;

е5=1,15*11=12,65;

е6=1,25*11=13,75;

(58);

Сведём в таблицу:

Таблица 7.

Термический КПД.	Параметры цикла.
л=const, с=const.
е1.	е1.	е1.	е1.	е1.	е1.

е=const, с=const, лi=(0,75−1,25)л с шагом 0,1:

л1=0,75*2=1,5;

л2=0,85*2=1,7;

л3=0,95*2=1,9;

л4=1,05*2=2,1;

л5=1,15*2=2,3;

л6=1,25*2=2,5;

(58);

Сведём в таблицу:

Таблица 8.

Термический КПД.	Параметры цикла.
е=const, с=const.
л1.	л2.	л3.	л4.	л5.	л6.
54,7.	54,9.		55,1.	55,2.	55,3.

е=const, л=const, сi=(0,75−1,25)с с шагом 0,1:

с1=0,75*1,7=1,275;

с2=0,85*1,7=1,445;

с3=0,95*1,7=1,615;

с4=1,05*1,7=1,785;

с5=1,15*1,7=1,955;

с6=1,25*1,7=2,125;

(58);

Сведём в таблицу:

Таблица 9.

Термический КПД.	Параметры цикла.
е=const, л=const.
с1.	с2.	с3.	с4.	с5.	с6.
57,3.	56,5.	55,5.	54,7.	53,7.	52,8.