Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так

Инфоурок › Физика ›Презентации›Презентация по физике «Адиабатный процесс» (10 класс)

Скрыть

Сертификат и скидка на обучение каждому участнику

Любовь Богданова Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так Скачать материал Скачать тест к этому уроку Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так

Скрыть

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

Описание презентации по отдельным слайдам:

1 слайд Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так Описание слайда:

Адиабатный процесс © ГБОУ СОШ № 591 Григорьева Л. Н.

2 слайд Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так Описание слайда:

Адиабатный процесс

3 слайд Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так Описание слайда:

Адиабатный процесс

4 слайд Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так Описание слайда:

Адиабатное расширение 0 изотерма адиабата температура газа уменьшается

5 слайд Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так Описание слайда:

Адиабатное сжатие 0 изотерма адиабата температура газа увеличивается

6 слайд Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так Описание слайда:

Адиабатные процессы в природе В атмосфере Земли охлаждение газов при адиабатном расширении происходит в грандиозных масштабах. Это обеспечивает круговорот воды в природе.

Нагретый воздух, содержащий водяные пары поднимается от поверхности Земли и быстро расширяется, так как атмосферное давление быстро уменьшается с высотой.

Адиабатно расширяясь, он охлаждается, в результате чего водяные пары конденсируются и образуются облака.

7 слайд Описание слайда:

Адиабатные процессы в технике В двигателях Дизеля адиабатное сжатие воздуха приводит к такому повышению его температуры, что горючее, которое впрыскивается в рабочую камеру при помощи форсунки, воспламеняется без специального электроподжига.

8 слайд Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так Описание слайда:

Адиабатные процессы в технике Двуокись углерода находится в баллоне под давлением. Работа углекислотного огнетушителя основана на вытеснении заряда двуокиси углерода под действием собственного избыточного давления.

При открывании запорно-пускового устройства заряд углекислоты по сифонной трубке поступает к раструбу.

При этом происходит переход двуокиси углерода из сжиженного состояния в твердое, сопровождающееся резким снижением температуры (до — 70°С)

  • Если Вы считаете, что материал нарушает авторские права либо по каким-то другим причинам должен быть удален с сайта, Вы можете оставить жалобу на материал. Пожаловаться на материал

Скачать материал Скачать тест к этому уроку

Общая информация

Скачать материал Скачать тест к этому уроку

Адиабатный двигатель

Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так Юлиюс Мацкерле (Julius Mackerle)Источник: «Современный экономичный автомобиль» [1] 14542 0

У адиабатного двигателя цилиндр и его головка не охлаждаются, поэтому потери теплоты за счет охлаждения отсутствуют. Сжатие и расширение в цилиндре происходят без теплообмена со стенками, т. е. адиабатически, аналогично циклу Карно. Практическая реализация такого двигателя связана со следующими трудностями.

Для того чтобы тепловые потоки между газами и стенками цилиндра отсутствовали, необходимо равенство в каждый момент времени температуры стенок температуре газов. Такое быстрое изменение температуры стенок в течение цикла практически невозможно.

Можно было бы реализовать близкий к адиабатному цикл, если обеспечить температуру стенок на протяжении цикла в пределах 700—1200 °С.

Материал стенок при этом должен сохранять работоспособность в условиях такой температуры, и, кроме того, необходима теплоизоляция стенок для устранения отвода от них тепла.

Обеспечить такую среднюю температуру стенок цилиндра можно лишь в его верхней части, которая не находится в соприкосновении с головкой поршня и его кольцами и, следовательно, не требует смазки.

При этом, однако, невозможно обеспечить, чтобы горячие газы не омывали смазываемую часть стенок цилиндра при движении поршня к НМТ.

В то же время можно предположить создание цилиндра и поршня, не нуждающихся в смазке.

Дальнейшие трудности связаны с клапанами. Впускной клапан частично охлаждается поступающим при впуске воздухом. Это охлаждение происходит за счет повышения температуры воздуха и, в конечном итоге, приводит к потере части эффективной мощности и КПД двигателя. Теплопередача к клапану при сгорании может быть значительно уменьшена теплоизоляцией тарелки клапана.

У выпускного клапана температурные условия работы значительно тяжелее. Горячие газы, выходящие из цилиндра, имеют в месте перехода тарелки клапана в стержень высокую скорость и сильно нагревают клапан.

Поэтому для получения эффекта адиабатности требуется теплоизоляция не только тарелки клапана, но и его стержня, отвод теплоты от которых осуществляется охлаждением его седла и направляющей.

Кроме того, весь выпускной канал в головке цилиндров должен быть теплоизолирован с тем, чтобы через его стенки головке не передавалась теплота отработавших газов, выходящих из цилиндра.

Как уже упоминалось, при ходе сжатия сначала от горячих стенок цилиндра нагревается относительно холодный воздух.

Далее в процессе сжатия температура воздуха повышается, направление теплового потока меняется на противоположное, и теплота от нагретых газов передается стенкам цилиндра.

В конце адиабатного сжатия достигается большее в сравнении со сжатием в обычном двигателе значение температуры газа, но на это расходуется больше энергии.

Меньше энергии затрачивается, когда воздух при сжатии охлаждается, поскольку для сжатия меньшего вследствие охлаждения объема воздуха необходимо меньшее количество работы.

Таким образом, охлаждение цилиндра при сжатии улучшает механический КПД двигателя. При ходе расширения, напротив, целесообразно теплоизолировать цилиндр или подводить теплоту к заряду в начале этого такта.

Два указанных условия являются взаимоисключающими и реализовать их одновременно невозможно.

Охлаждение воздуха при сжатии можно осуществить в двигателях внутреннего сгорания с наддувом, подавая воздух после его сжатия в компрессоре в радиатор промежуточного охлаждения.

Подвод теплоты к воздуху от стенок цилиндра в начале расширения возможен в ограниченной степени. Температуры стенок камеры сгорания адиабатного двигателя весьма высоки, что вызывает нагрев воздуха, поступающего в цилиндр.

Коэффициент наполнения, и, следовательно, мощность такого двигателя будут ниже, чем у двигателя с принудительным охлаждением.

Этот недостаток устраним с помощью турбонаддува, использующего энергию отработавших газов; часть этой энергии можно передавать непосредственно на коленчатый вал двигателя через силовую турбину (турбокомпаундный двигатель).

Горячие стенки камеры сгорания адиабатного двигателя обеспечивают воспламенение на них топлива, что предопределяет использование в таком двигателе дизельного рабочего процесса.

При совершенной теплоизоляции камеры сгорания и цилиндра температура стенок увеличивалась бы до достижения на глубине около 1,5 мм от поверхности средней температуры цикла, т. е.

составила бы 800—1200 °C.

Такие температурные условия обусловливают высокие требования к материалам цилиндра и деталей, образующих камеру сгорания, которые должны быть жаропрочными и обладать теплоизоляционными свойствами.

Цилиндр двигателя, как уже отмечалось, должен смазываться. Обычные масла употребимы до температуры 220 °C, при превышении которой возникает опасность пригорания и потери упругости поршневых колец.

Если головка цилиндра изготовлена из алюминиевого сплава, то прочность такой головки быстро уменьшается уже при достижении температуры 250—300 °C. Допустимая температура разогрева выпускного клапана составляет 900—1000 °C.

Этими значениями максимально допустимых температур необходимо руководствоваться при создании адиабатного двигателя.

Наибольшие успехи в развитии адиабатных двигателей достигнуты фирмой «Камминс» (США). Схема адиабатного двигателя, разработанного этой фирмой, изображена на рис.

 1, где показаны теплоизолированные цилиндр, поршень и выпускной канал головки цилиндра. Температура отработавших газов в теплоизолированной выпускной трубе составляет 816 °C.

Присоединенная к выпускной трубе турбина соединена с коленчатым валом через двухступенчатый редуктор, снабженный гасителем крутильных колебаний.

Рис. 1 Схема адиабатного двигателя
Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так

Опытный образец адиабатного двигателя был создан на базе шестицилиндрового дизеля типа NH. Схематический поперечный разрез этого двигателя показан на рис. 2, а его параметры приведены ниже в таблице.

Рис. 2 Поперечный разрез адиабатного дизеля «Камминс»:
Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так
1 — блок цилиндров; 2 — составной поршень; 3 — гильза цилиндра; 4 — теплоизолирующая прокладка блока цилиндров; 5 — вставка между головкой и блоком цилиндров; 6 — теплоизолирующая прокладка головки цилиндров; 7 — теплоизолирующая шайба камеры сгорания; 8 — нижнее уплотнение теплоизолирующей шайбы; 9 — седло выпускного клапана; 10 — керамическая изоляция выпускной трубы; 11 — выпускной клапан; 12 — насос-форсунка; 13 — теплоизолирующий стакан и насос-форсунка; 14 — седло впускного клапана.
Параметры адиабатного двигателя «Камминс»

Ожидаемые результаты
Число цилиндров 6
Диаметр цилиндра, мм 139,7
Ход поршня, мм 152,4
Частота вращения, мин-1 1900
Максимальное давление в цилиндре, МПа 13
Тип смазочного материала Масло
Среднее эффективное давление 1,3 [2]
Массовое отношение воздух/топливо 27:1
Температура входящего воздуха, °С 60
Мощность, кВт 373
Удельный расход топлива, г/(кВт·ч) 170
Срок службы, ч 250

В конструкции двигателя широко использованы стеклокерамические материалы, обладающие высокой жаропрочностью. Однако до настоящего времени обеспечить высокое качество и длительный срок службы деталей из этих материалов не удалось.

Читайте также:  Во время работы двигателя внутреннего сгорания в цилиндре

Большое внимание было уделено созданию составного поршня, показанного на рис. 3. Керамическая головка поршня соединена с его основанием 2 специальным болтом 3 с шайбой 4. Максимальная температура в середине головки достигает 930 °С.

От основания головка теплоизолирована пакетом тонких стальных прокладок 6 с сильно неровной и шероховатой поверхностью. Каждый слой пакета из-за малой поверхности контакта обладает большим тепловым сопротивлением.

Тепловое расширение болта компенсируется с помощью тарельчатых пружин 5.

Рис. 3 Составной поршень адиабатного дизеля:
Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так
1 — керамическое днище; 2 — основание поршня; 3 — болт; 4 — шайба; 5 — тарельчатая пружина; 6 — теплоизолирующий пакет прокладок.

Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так

Главная » Новости

Рейтинг статьи Загрузка…

9.21 В газовом двигателе смесь газа и воздуха адиабатно сжимается так, что к концу сжатия ее температура оказывается на 200 ºС ниже температуры самовоспламенения газа. В начале сжатия р1=0,09 МПа и t1=70 ºC. Показатель адиабаты k=1,36, R=314 Дж/(кг·К), температура самовоспламенения равна 650 ºС.

Определить величину работы сжатия и степень сжатия ε=υ1/υ2.

Ответ: l=-331,4 кДж/кг, ε=7,92.

9.22 Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так, что она стала равной температуре воспламенения нефти; объем при этом уменьшился в 14 раз.

Определить конечную температуру и конечное давление воздуха, если р1=0,1 МПа и t1=100 ºC.

Ответ: Т2=1067 К, р2=4 МПа.

9.23 Применяя первый закон термодинамики, показать, что кривая, изображающая адиабату идеального газа в р, υ — координатах, проходит всегда круче, чем кривая изотермического процесса.

9.24 В газовой турбине адиабатно расширяется 1000 кг/ч от состояния р1=0,8 МПа, t1=650 ºC до р2=0,1 МПа. Определить температуру воздуха на выходе из турбины и теоретическую мощность турбины.

Ответ: t2=237 ºC, N=82,3 кВт.

9.25 При расширении газа в газовой турбине в количестве 15 кг/c его давление уменьшается от р1=0,8 МПа до р2=0,1 МПа. Температура газа на входе в турбину 710 ºС. Процесс расширения – адиабатный обратимый. Определить t2, удельные объемы υ1 и υ2, работу в расчете на один килограмм проходящего газа и мощность турбины. Газ считать идеальным и обладающим свойствами воздуха.

Ответ: t2=270 ºC, υ1=0,353 м³/кг, υ2=1,559 м³/кг, l=316 кДж/кг, N=4,7 МВт.

9.26 (Вариант 85) Определить параметры газа в начальном – 1 и конечном – 2 состояниях, изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии, теплоты и работу расширения. Теплоемкость газа принять постоянной в соответствии с табл. П2 приложения.

Таблица 1 – Исходные данные

Процесс t1, ºС t2, ºС Газ р1, МПа m, кг
Адиабатный 2200 500 О2 7 6

9.27 Начальные параметры 1 м³ азота р1 и t1. Определить конечные параметры газа (V2, p2, t2), если в процессе адиабатного расширения газа его внутренняя энергия уменьшилась на ΔU, кДж. Определить также удельное значение изменения энтальпии газа в процессе. Теплоемкость азота принять не зависящей от температуры.

Таблица 2 – Числовые данные к задачам контрольной работы

Предпоследняя цифра шифра ΔU, кДж р1, МПа t1, ºС
1 8 10 450

Ответ: V2=0,9992 м³, р2=10,01 МПа, t2=450,23 ºС, ΔН=11 кДж.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.

9.28 В процессе адиабатного сжатия 1 кг воздуха температура его изменяется от 15 до 300 ºС. После сжатия воздух изотермически расширяется до начального давления 0,2 МПа. Определить работу, затрачиваемую на сжатие воздуха и количество теплоты, которое необходимо подвести в процессе изотермического расширения. Изобразить процессы в pV- и TS — диаграммах.

Ответ: L1-2=-205 кДж, Q2-3=394 кДж.

Читать еще:  Через сколько лет нужно менять масло в двигателе

9.29 Диоксид углерода при 24 ºС адиабатно охлаждают до -55 ºС. При этом давление падает до 0,1 МПа. Найти начальное давление 1 кг газа.

Ответ: р1=0,4 МПа.

9.30 В цилиндре воздух сжимается по адиабате так, что объем уменьшается в 5 раз.

Начальное давление р1=1 ат; начальная температура t1=90 ºC. Определить конечные температуру и давление воздуха.

Ответ: c≠const (нелинейная зависимость); Т2=675 К; р2=9,3 ат.

Курсовая работа по ГТУ. Отчет о курсовой работе по теме Термодинамический расчет циклов тепловых двигателей. Расчет циклов газотурбинных установок (гту)

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Уральский федеральный университет имени первого Президента России Б. Н. Ельцина» (УрФУ)

  • Институт Уральский энергетический (УралЭНИН)
  • Кафедра/департамент Базовая кафедра «Энергетика»
  • проектирования __________________________Члены комиссии___________________________________________________Дата защиты___________________________
  • ОТЧЕТ

о курсовой работе

по теме: Термодинамический расчет циклов тепловых двигателей. Расчет циклов газотурбинных установок (ГТУ).

Студент: Соколов А. ___________________ ______________________________

Группа:_____ СТЗ-280031ду_____ (подпись)

5. Действительный цикл с предельной регенерацией……………….. 27

В последние годы газотурбинные установки получают широкое применение в различных отраслях промышленности.

Причиной этого являются характерные качества газотурбинного двигателя: простота тепловой и кинематической схемы, относительная простота конструкции, малая масса, приходящаяся на единицу мощности, высокая маневренность, сравнительно простая автоматизация управления.

Кроме того в последние годы имеются значительные достижения как в область аэродинамики турбомашин, так и в разработке жаропрочных сталей и сплавов. Успехи аэродинамики и металлургии позволили поднять тепловую экономичность ГТУ до необходимого уровня и создать предпосылки для внедрения ГТУ в различные области народного хозяйства.

В отличие от паротурбинной установки полезная мощность ГТУ составляет только 30-50% мощности турбины. Долю полезной мощности можно увеличить, повысив температуру газа перед турбиной или снизить температуру воздуха, засасываемого компрессором.

В первом случае возрастает работа расширения газа в турбине, во втором – уменьшается работа, затрачиваемая на сжатие воздуха в компрессоре. Оба способа приводят к увеличению доли полезной мощности.

Полезная мощность ГТУ также зависит от аэродинамических показателей проточных частей турбины и компрессора: чем меньше аэродинамические потери в турбине и компрессоре, тем большая доля мощности газовой турбины становится полезной. Эффективность ГТУ в сравнении с другими тепловыми двигателями обнаруживается только при высокой температуре газа и высокой экономичности турбины и компрессора. Поэтому простой по принципу действия газотурбинный двигатель стали применять в промышленности позднее других тепловых двигателей, после того как был достигнут прогресс в технологии получения жаропрочных материалов и накоплены необходимые знания в области аэродинамики турбомашин.

Целью и задачей данной курсовой работы является закрепление теоретических знаний, полученных при изучении ГТУ и выработка навыков их практического применения при расчетах циклов ГТУ.

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВУЮ РАБОТУ

ГТУ мощностью N работает на природном газе с теплотворной способностью Qн р . Воздух на входе в компрессор имеет температуру t1 и давление p1. Продукты сгорания на входе в турбину имеют температуру t3. Степень повышения давления в компрессоре . Внутренние относительные КПД турбины и компрессора oi T и oi K .

1. Теоретический цикл.

2. Теоретический цикл с предельной регенерацией.

3. Теоретический цикл с непредельной регенерацией, степень которой равна σ.

4. Действительный цикл.

5. Действительный цикл с предельной регенерацией.

Определить для каждого цикла:

  1. Параметры рабочего тела в узловых точках цикла (свести в таблицу).
  2. Удельную работу компрессора и турбины, удельное количество подведенной и отведенной теплоты.
  3. Полезную работу цикла, термический (или внутренний) КПД цикла.
  4. Расходы рабочего тела и топлива.

Изобразить схемы установок и циклы в (pv), (Ts) диаграммах в масштабе.

Вариант p1, бар t1, o C t3, o C Qн р , Мдж/кг N, МВт oi T oi K σ
3 1,09 19 770 43 25 5,3 0,86 0,88 0,65
  1. 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ЦИКЛ
  2. Расчет теоретического цикла начинаем с определения параметров рабочего тела в узловых точках цикла.
  3. Определим газовую постоянную, массовые теплоёмкости и показатель адиабаты
  4. R = 8314/μ = 8314/28,97 = 287 Дж/(кг*К) — газовая постоянная,
  5. где μ = 28,97 кг/моль – молекулярная масса воздуха.
  6. cV = μcV/μ = 20,79/28,97 = 0,72 кДж/(кг*К) — массовая теплоёмкость при V = const;
  7. μcV = 20,79 кДж/(моль*К) — молярная теплоёмкость при V= const;
  8. cp = cp/μ = 29,07/28,97 = 1,004 кДж/(кг*К) — массовая теплоёмкость при р= const;
  9. cp = 29,07 кДж/(моль*К) — молярная теплоёмкость при р= const;
  10. k = 1,4 — показатель адиабаты для воздуха.
Читайте также:  5в40 шелл хеликс ультра для каких двигателей

Рис. 1. Схема ГТУ с подводом теплоты при p = const

  • Расчет начинаем с определения параметров рабочего тела в точке 1.
  • Используя уравнение состояния идеального газа (p1*V1 = R*T1), получим
  • V1= R*T1/ p1 = 287*292/1,09*10 5 = 0,77 м3/кг — начальный удельный объем воздуха;
  • p1 = 1,09 бар = 1,09*10 5 Па — начальное давление воздуха согласно задания;
  • T1=273K+19°C=292K — начальная температура воздуха;
  • Аналогично определяем параметры рабочего тела в точках 2, 3 и 4.
  • Степень повышения давления β = р2/р1, отсюда р2 = р1*β
  • р2=1,09*10 5 *5,3 = 5,78 бар = 5,78*10 5 Па — давление воздуха в точке 2.
  • Процесс сжатия воздуха в компрессоре считается адиабатным , следовательно
  • V2=0,77*(1/5,3) 1/1,4 =0,2341 м 3 /кг — удельный объем воздуха в точке 2.
  • Найдём температуру Т2 из уравнения состояния идеального газа p2*V2=R*T2,
  • T2 = p2*V2/R = 5,78*10 5 *0,2341/287 = 471,5К — температура воздуха в точке 2;
  • Процессы подвода и отвода теплоты происходят при p = const, поэтому
  • р3 = р2 = 5,78 бар = 5,78*105 Па — давление рабочего тела в точке 3;
  • T3 = 273K + 770°C = 1043K — температура продуктов сгорания в точке 3;
  • Используя уравнения состояния идеального газа (p3*V3=R*T3) найдем V3:
  • V3 = R*T3/ p3 = 287*1043/5,78*10 5 = 0,5179 м 3 /кг — удельный объем воздуха в точке 3;
  • Процессы подвода и отвода теплоты происходят при p = const, поэтому
  • р4 = р1 = 1,09 бар = 1,09*10 5 Па — давление рабочего тела в точке 4;
  • Значение удельного объёма V4 определяем из уравнения адиабатного процесса расширения
  • V4= V3*(р3/р4) 1/k = 0,5179*(5,78/1,09) 1/1,4 = 1,7043 м 3 /кг — удельный объем рабочего тела в точке 4;

Читать еще:  Газель бизнес двигатель умз 4216 дергается плавают обороты

Температуру Т4 определяем из уравнения состояния идеального газа

T4= p4*V4/R = 1,09*10 5 *1,7043/287 = 647,3К — температура рабочего тела в точке 4;

По результатам расчетов строим p V(рис. 2) и Ts (рис. 3) диаграммы цикла ГТУ с подводом теплоты при p = const.

  1. Определим удельную работу компрессора и турбины, удельное количество подведённой и отведённой теплоты.
  2. Определим удельное количество подведённой и отведённой теплоты:
  3. q1=cp*(T3 — T2) = 1,004*(1043-471,5) = 573,79 кДж/кг — удельное количество подведённой теплоты;
  4. q2 = cp*(T4-T1) = 1,004*(647,3 — 292) = 356,72 кДж/кг — удельное количество отведённой теплоты.
  5. p, бар
  6. 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 1,8 V, м 3 /кг

Рис. 2. pV диаграмма цикла ГТУ с подводом теплоты при p = const:

  • 1–2– адиабатное сжатие рабочего тела;
  • 2–3 – изобарный подвод теплоты (горение топлива);
  • 4–1 – изобарный отвод теплоты (с выхлопом продуктов сгорания в окружающую среду)
  • Проведем расчет удельной работы компрессора и турбины
  • lТ = cp*(T3 — T4) = 1,004*(1043 — 647,3) = 397,29 кДж/кг — удельная работа турбины;
  • lК = cp*(T2-T1)=1,004*(471,5 — 292) = 180,22 кДж/кг — удельная работа компрессора.

Рассчитаем полезную работу цикла. Термический (внутренний) КПД цикла.

  1. l = q1 — q2 = lТ — lК = 573,79 — 356,72 = 397,29 — 180,22 = 217,07 кДж/кг — удельная полезная работа цикла;
  2. ήt = l/q1 = 217,07/573,79 = 0,3783 — термический (внутренний) КПД цикла.Т, К3
  3. 0,2 0,4 0,6 0,8 s, кДж/кг*К

Рис. 3. T-s диаграмма цикла ГТУ с подводом теплоты при p = const:

  • 1–2– адиабатное сжатие рабочего тела;
  • 2–3 – изобарный подвод теплоты (горение топлива);
  • 3–4 – адиабатное расширение;
  • 4–1 – изобарный отвод теплоты (с выхлопом продуктов сгорания в окружающую среду)
  • Определим расходы рабочего тела и топлива.
  • = N/l = 25*10 3 /217,07 = 115,17 кг/с — расход рабочего тела;
  • ВТ = Ṁ* q1/ Qнр = 115,17*573,79/43*10 3 = 1,537 кг/с — расход топлива.

Результаты расчета параметров теоретического цикла ГТУ сводим в табл. 1.Таблица 1

  1. 2. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ ЦИКЛ С ПРЕДЕЛЬНОЙ РЕГЕНЕРАЦИЕЙ
  2. Определим параметры рабочего тела в узловых точках цикла.
  3. Используя уравнения состояния идеального газа p1*V1=R*T1, определим V1:
  4. V1= R*T1/p1 = 287*292/1,09*10 5 = 0,77 м3/кг — начальный удельный объем воздуха;
  5. p1 = 1,09 бар = 1,09*10 5 Па — начальное давление воздуха согласно условия задания;
  6. T1 = 273K + 19°C = 292 K — начальная температура воздуха;
  7. Степень повышения давления β = р2/р1, отсюда р2 = р1*β
  8. р2=1,09*10 5 *5,3 = 5,78 бар = 5,78*10 5 Па — давление воздуха в точке 2.
  9. Процесс сжатия воздуха в компрессоре считается адиабатным , следовательно
  10. V2=0,77*(1/5,3) 1/1,4 =0,2341 м 3 /кг — удельный объем воздуха в точке 2.
  11. Найдём температуру Т2 из уравнения состояния идеального газа p2*V2=R*T2,
  12. T2 = p2*V2/R = 5,78*10 5 *0,2341/287 = 471,5К — температура воздуха в точке 2;
  13. Определим параметры рабочего тела в точке а
  14. В случае предельной регенерации теплоты степень регенерации теплоты σ = 1 и Та = Т4 = 647,3К — температура рабочего тела в точке

Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так Ссылка на основную публикацию Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так

Процессы изменения состояния идеальных газов

Данные примеры задач, относятся к предмету «Техническая термодинамика».

Условие:

В закрытом сосуде заключен газ при разрежении p1 = 6667 Па и температуре t1 = 70 ℃. Показание барометра —101325 Па.

До какой температуры нужно охладить газ, чтобы разрежение стало p2 = 13332 Па?

Решение:

Условие:

В закрытом сосуде емкостью V = 0,6 м3 содержится воздух при давлении p1 = 0,5 МПа и температуре t1 = 20 ℃. В результате охлаждения сосуда воздух, содержащийся в нем, теряет 105 кДж.

Принимая теплоемкость воздуха постоянной, определить, какое давление и какая температура устанавливаются после этого в сосуде.

Решение:

Условие:

Сосуд емкостью 90 л содержит воздух при давлении 0,8 МПа и температуре 30 ℃.

Определить количество теплоты, которое необходимо сообщить воздуху, чтобы повысить его давление при υ = const до 1,6 МПа. Принять зависимость c = f (t) нелинейной.

Решение:

Условие:

В резервуаре, имеющем объем V = 0,5 м3, находится углекислый газ при давлении p1 = 0,6 МПа и температуре t1 = 527 ℃.

Как изменится температура газа, если отнять от него при постоянном объеме 436 кДж? Зависимость теплоемкости от температуры считать линейной.

Решение:

Условие:

Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы нагреть 2 м3 воздуха при постоянном избыточном давлении p = 0,2 МПа от t1 = 100 ℃ до t2 = 500 ℃? Какую работу при этом совершит воздух?

Давление атмосферы принять равным 101325 Па.

Решение:

Условие:

В цилиндре находится воздух при давлении p = 0,5 МПа и температуре t1 = 400 ℃. От воздуха отнимается теплота при постоянном давлении таким образом, что в конце процесса устанавливается температура t2 = 0 ℃. Объем цилиндра, в котором находится воздух, равен 400 л.

Определить количество отнятой теплоты, конечный объем, изменение внутренней энергии и совершенную работу сжатия. Зависимость теплоемкости от температуры считать нелинейной.

Решение:

  • Условие:
  • Определить, какая часть теплоты, подводимой к газу в изобарном процессе, расходуется на работу и какая — на изменение внутренней энергии.
  • Решение:

Условие:

К газообразным продуктам сгорания, находящимся в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, подводится при постоянном давлении столько теплоты, что температура смеси поднимается с 500 до 1900 ℃. Состав газовой смеси следующий; mCO2 = 15 %; mO2 = 5 %; mH2O = 6 %; mN2 = 74 %.

Найти количество теплоты, подведенной к 1 кг газообразных продуктов сгорания, считая теплоемкость нелинейно зависящей от температуры.

Решение:

  1. Условие:
  2. 1 кг воздуха при температуре t1 = 30 ℃ и начальном давлении p1 = 0,1 МПа сжимается изотермически до конечного давления p2 = 1 МПа.
  3. Определить конечный объем, затрачиваемую работу и количество теплоты, отводимой от газа.
  4. Решение:

Условие:

pv1AB

Построить в координатах pυ изотерму сжатия, если дана точка 1, характеризующая начальное состояние газа (рис.).

Решение:

  • Условие:
  • Как будут относиться между собой значения работы изотермического сжатия, вычисленные для равной массы различных газов, при прочих одинаковых условиях?
  • Решение:
  1. Условие:
  2. 1 кг воздуха при начальной температуре t1 = 30 ℃ и давлении p1 = 0,1 МПа сжимается адиабатно до конечного давления p2 = 1 МПа.
  3. Определить конечный объем, конечную температуру и затрачиваемую работу.
  4. Решение:

Условие:

В газовом двигателе смесь газа и воздуха адиабатно сжимается так, что к концу сжатия ее температура оказывается на 200 ℃ ниже температуры самовоспламенения газа. В начале сжатия p1 = 0,09 МПа и t1 = 70 ℃. Показатель адиабаты k = 1,36, R = 314 Дж/(кг × К), температура самовоспламенения равна 650 ℃.

Читайте также:  Golf 4 как проверить двигатель

Определить величину работы сжатия и степень сжатия ε = υ1/υ2.

Решение:

  • Условие:
  • Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так, что она стала равной температуре воспламенения нефти; объем при этом уменьшился в 14 раз.
  • Определить конечную температуру и конечное давление воздуха, если p1 = 0,1 МПа и t1 = 100 ℃.
  • Решение:

Условие:

В баллоне емкостью 100 л находится воздух при давлении p1 = 5 МПа и температуре t1 = 20 ℃. Давление окружающей среды p2 = 0,1 МПа.

Определить работу, которая может быть произведена содержащимся в баллоне воздухом при расширении его до давления окружающей среды по изотерме и по адиабате.

Найти также минимальную температуру, которую будет иметь воздух в баллоне, если открыть вентиль и выпускать воздух из баллона до тех пор, пока давление в нем не станет равным давлению окружающей среды и при условии, что теплообмен воздуха с окружающей средой будет отсутствовать.

Решение:

Условие:

pvABdQ=012345

  1. Воздух адиабатно расширяется в цилиндре так, что конечный его объем в 5 раз больше начального.
  2. Сравнить работу полного расширения и расширения на первой половине хода поршня.
  3. Решение:
  • Условие:
  • Из сосуда, содержащего углекислоту при давлении 1,2 МПа и температуре 20 ℃, вытекает 2/3 содержимого.
  • Вычислить конечное давление и температуру, если в процессе истечения не происходит теплообмена со средой (k принять равным 1,28).
  • Решение:

Условие:

Воздушный буфер состоит из цилиндра, плотно закрытого подвижным поршнем. Длина цилиндра 50 см, а диаметр 20 см. Параметры воздуха, находящегося в цилиндре, соответствуют параметрам окружающей среды: p1 = 0,1 МПа и t1 = 20 ℃.

Определить энергию, которую может принять воздушный буфер при адиабатном сжатии воздуха, если движущийся без трения поршень продвинется на 40 см. Найти также конечное давление и конечную температуру воздуха.

Решение:

  1. Условие:
  2. 1 кг воздуха при p1 = 0,5 МПа и t1 = 111 ℃ расширяется политропно до давления p2 = 0,1 МПа.
  3. Определить конечное состояние воздуха, изменение внутренней энергии, количество подведенной теплоты и полученную работу, если показатель политропы m = 1,2.
  4. Решение:
  • Условие:
  • 1,5 кг воздуха сжимают политропно от p1 = 0,09 МПа и t1 = 18 ℃ до p2 = 1 МПа; температура при этом повышается до t2 = 125 ℃.
  • Определить показатель политропы, конечный объем, затраченную работу и количество отведенной теплоты.
  • Решение:
  1. Условие:
  2. 5 м3 воздуха при давлении p1 = 0,4 МПа и температуре t1 = 60 ℃ расширяются по политропе до трехкратного объема и давления p2 = 0,1 МПа.
  3. Найти показатель политропы, работу расширения, количество сообщенной извне теплоты и изменение внутренней энергии.
  4. Решение:
  • Условие:
  • 0,01 м3 воздуха при давлении p1 = 1 МПа и температуре t1 = 25 ℃ расширяется в цилиндре с подвижным поршнем до 0,1 МПа.
  • Найти конечный объем, конечную температуру, работу, произведенную газом, и подведенную теплоту, если расширение в цилиндре происходит: а) изотермически, б) адиабатно и в) политропно с показателями m = 1,3.
  • Решение:
  1. Условие:
  2. 20 м3 воздуха при давлении p1 = 0,1 МПа и температуре t1 = 18 ℃ сжимают по политропе до p2 = 0,8 МПа, причем показатель политропы m = 1,25.
  3. Какую работу надо затратить для получения 1 м3 сжатого воздуха и какое количество теплоты отводится при сжатии?
  4. Решение:
  • Условие:
  • Исследовать политропные процессы расширения, если показатели политропы: m = 0,8; m = 1,1; m = 1,5 (k принять равным 1,4).
  • Решение:

Адиабатный процесс – формула, уравнение с примерами — Помощник для школьников Спринт-Олимпик.ру

Среди различных явлений, происходящих с газами, важную роль играет адиабатный процесс. Он широко используется в технике и часто встречается в Природе. Рассмотрим его суть более подробно.

Адиабатный процесс

При изучении законов газовых процессов (изопроцессов) для изменения внутренней энергии газа используется обмен теплом с внешними источниками. Например, в изохорическом процессе, когда объем газа не меняется, увеличение внутренней его энергии возможно за счет внешнего нагрева. Обмен теплом также происходит и в изобарическом и изотермическом процессах.

Рис. 1. Три изопроцесса в газах.

Однако, состояние газа и его внутренняя энергия могут меняться и без теплового обмена с внешними источниками. Такой процесс, для которого количество подведенного тепла равно нулю ($Q=0$), называется адиабатным.

Для того, чтобы газовый процесс был приближен к адиабатному в реальных условиях, существует два способа (и их комбинация). Во-первых, можно окружить систему толстой теплоизолирующей оболочкой, сильно замедляющей обмен теплом. Во-вторых, процесс можно проводить очень быстро, при этом теплообмен просто не успеет произойти.

На первый взгляд, может показаться, что если к системе не подводится тепло, то она не может совершать работу. Однако, это не так. Согласно Первому Закону термодинамики, изменение внутренней энергии системы равно сумме работы внешних сил и количества тепла переданного системе:

$$ΔU=A+Q$$

А это значит, что в адиабатном процессе совершение работы возможно. Но вся эта работа будет произведена за счет изменения внутренней энергии газа.

График адиабаты

Характеристикой внутренней энергии газа является его температура. То есть, если в адиабатном процессе производится работа, то это происходит с обязательным изменением температуры. Например, если работа положительна, и внешние силы сжимают газ, то его температура увеличится, газ нагреется.

Отсюда следует, что давление газа при сжатии в адиабатном процессе будет расти быстрее, чем в изотермическом. В адиабатном процессе давление будет повышаться не только за счет уменьшения объема, но и за счет увеличения температуры. То есть, график адиабаты в координатах $p-V$ внешне будет похож на график изотермы, но пройдет более круто.

Рис. 2. Aдиабата и изотерма в pV.

Можно вывести математические уравнения данных процессов:

  • Изотерма: $pV=const$;
  • Адиабата: $pV^gamma=const$.

Параметр $gamma$ в формуле адиабатного процесса называется показателем адиабаты. Для реальных газов в нормальных условиях показатели адиабаты несколько больше единицы, и равны:

Газ Показатель
Пропан 1.13
Метан 1.32
Воздух 1.40
Аргон 1.67

Фактически, изотерму можно представить адиабатой, с показателем адиабаты $gamma=1$.

Адиабатные процессы в Природе и технике

Поскольку при быстром сжатии и расширении газа теплообмен очень невелик, адиабатные процессы широко используются в технике, и играют большую роль в атмосферных явлениях в Природе.

Например, в двигателях внутреннего сгорания горючая смесь после впуска в цилиндр в течение короткого времени сжимается, а затем, после воспламенения смеси в течении короткого времени расширяется. Таким образом, такты сжатия и рабочего хода в двигателях являются хорошими примерами адиабатного процесса.

Значительный нагрев газа при адиабатном процессе используется в дизельных двигателях. В этих двигателях нет систем для поджигания сжатой топливовоздушной смеси. В дизеле происходит сжатие атмосферного воздуха, сильнее, чем в бензиновом карбюраторном двигателе.

А в конце сжатия топливо впрыскивается в цилиндр с помощью специальной форсунки.

В этот момент воздух имеет температуру, достаточную для самовоспламенения впрыснутой горючей смеси, температура сгоревшей топливовоздушной смеси резко возрастает, смесь расширяется, толкая поршень и совершая полезную работу.

Природные адиабатные процессы играют значительную роль в формировании погоды. Нагретые массы воздуха быстро поднимаются вверх и расширяются.

В результате их температура падает ниже точки росы, и влага, содержащаяся в воздухе, конденсируется в облака.

Однако, при снижении снова происходит адиабатное сжатие, температура повышается, и облачные капли у нижней границы облаков снова превращаются в пар.

Рис. 3. Образование облаков.

Что мы узнали?

Адиабатный процесс – это газовый процесс, при котором не происходит теплообмена с внешней средой. Работа при адиабатном процессе может быть совершена только за счет изменения внутренней энергии. На графике $p-V$ график адиабаты похож на график изотермы, но пройдет более круто.

ПредыдущаяСледующая

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector