Федеральное агентство по образованию РФ
Ангарская государственная техническая академия
Кафедра «Управление на автомобильном транспорте»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По дисциплине: «ТРАНСПОРТНАЯ ЭНЕРГЕТИКА»
«Организация перевозок и управление на транспорте»
Выполнил:
студент гр. УАТу-07-1
Чернов И.И.
Проверил:
Доцент Щербин С.А.
Ангарск 2009
СОДЕРЖАНИЕ
| ЗАДАНИЕ 1 |
2 |
| ЗАДАНИЕ 2 |
11 |
| ЗАДАНИЕ 3 |
13 |
| ЛИТЕРАТУРА |
17 |
 ЗАДАНИЕ 1
В одном температурном диапазоне осуществляются четыре цикла, изображенных на рис. 19: цикл Карно, цикл Отто, цикл Дизеля, цикл газотурбинной установки.
Произвести термодинамический анализ циклов: определить параметры состояния рабочего тела в характерных точках, совершаемую работу, количество подведенной и отведенной теплоты, термический кпд, степень сжатия, степень предварительного расширения и степень повышения давления.
Завершив расчетную часть, необходимо заполнить таблицу с основными результатами, построить рассмотренные циклы в масштабе на pυ
-диаграмме. Произвести анализ полученных результатов и сделать письменный вывод о том, какой цикл наиболее эффективен в данных условиях, с объяснением причин различий в значениях термического кпд, указанием достоинств и недостатков реально действующих тепловых двигателей (карбюраторного, дизельного, ГТУ).
Исходные данные для расчета приведены в табл. 1.
Таблица 1
Исходные данные к заданию 1
Номер
варианта
|
к
|
R
, Дж/(кг·К) |
t
1
, о
С |
р
1
,
МПа
|
t
3
, о
С |
р
3
,
МПа
|
, Дж/(кг·К) |
| 9
|
1,4 |
287 |
27 |
0,1 |
1960 |
6.1 |
720 |
Последовательность расчета
1. Расчет параметров состояния рабочего тела в характерных точках циклов.
1.1. Удельный объем рабочего тела в начальном состоянии (точка 1)
 , м3
/кг.
 .
1.2. Параметры состояния рабочего тела в конце процесса сжатия.
Поскольку процесс 2-3 изотермический, то T
2
= T
3
;
 , м3
/кг;
 , Па.
 ;
 = 8
6
2
9
3
51
2,
20
.
Цикл Отто (точка 2/
).
Так как сгорание топлива (процесс 2/
-3) происходит при постоянном объеме, то   , м3
/кг;
 , Па;
 , К.
  ;
 ;
Цикл Дизеля и газотурбинной установки (точка 2//
).
Так как сгорание топлива (процесс 2//
-3) происходит при постоянном давлении, то  ;
 , м3
/кг;
 , К.
 ;
 = 883,37
1.3. Удельный объем рабочего тела в конце процесса подвода теплоты (сгорания топлива), точка 3
 , м3
/кг.
 =
0,13
.
1.4. Параметры состояния рабочего тела в конце процесса адиабатного расширения.
Поскольку процесс 4-1 изотермический, то T
4
= T
1
;
 , м3
/кг;
 , Па.
 ;
 .
Цикл Отто и цикл Дизеля (точка 4/
).
Так как отвод теплоты от рабочего тела (процесс 4/
-1) происходит при постоянном объеме, то  ;
 , Па;
 , К.
 ;
 .
Цикл газотурбинной установки (точка 4//
).
Так как отвод теплоты от рабочего тела (процесс 4//
-1) происходит при постоянном давлении, то  ;
 , м3
/кг;
 , К.
 ;
 .
2. Расчет основных термодинамических характеристик двигателей внутреннего сгорания
2.1. Цикл Карно:
– удельное количество теплоты, подведенной при постоянной температуре (процесс 2-3)
 Дж/кг;
 ;
– удельное количество теплоты, отведенной при постоянной температуре (процесс 4-1)
 Дж/кг;
 ;
– термический коэффициент полезного действия
 , проверка:  ;
 , проверка:  ;
– удельная работа цикла
 Дж/кг.
2.2. Цикл Отто:
– удельное количество теплоты, подведенной при постоянном объеме (процесс 2/
-3)
 Дж/кг;
 ;
– удельное количество теплоты, отведенной при постоянном объеме (процесс 4/
-1)
 Дж/кг;
 ;
– степень сжатия
 ;
– степень предварительного расширения
– степень повышения давления
– термический коэффициент полезного действия
 , проверка:  ;
 , проверка:  ;
– удельная работа цикла
 Дж/кг.
 .
2.3. Цикл Дизеля:
– удельное количество теплоты, подведенной при постоянном давлении (процесс 2//
-3)
 Дж/кг,
где  - средняя удельная теплоемкость рабочего тела при постоянном давлении, Дж/(кг·К);
 ,
 ;
– удельное количество теплоты, отведенной при постоянном объеме (процесс 4/
-1)
 Дж/кг;
 ;
– степень сжатия
– степень предварительного расширения
– степень повышения давления
– термический коэффициент полезного действия
 , проверка:  ;
 , проверка:  ;
– удельная работа цикла
 Дж/кг.
 .
2.4. Цикл газотурбинной установки:
– удельное количество теплоты, подведенной при постоянном давлении (процесс 2//
-3)
 Дж/кг;
 ;
– удельное количество теплоты, отведенной при постоянном давлении (процесс 4//
-1)
 Дж/кг;
 ;
– степень сжатия
– степень предварительного расширения
 ;
– степень повышения давления рабочего тела в компрессоре
– термический коэффициент полезного действия
 , проверка:  ;
 , проверка:  ;
– удельная работа цикла
 Дж/кг.
 .
ЗАДАНИЕ 2
Для компрессора, сжимающего воздух перед камерой сгорания в газотурбинной установке (рис. 12), определить теоретическую работу, затрачиваемую на сжатие 1 кг воздуха и конечную температуру газа. Компрессор считать идеальным. Расчет произвести для политропного и адиабатного сжатия в одноступенчатом, трехступенчатом, пятиступенчатом и семиступенчатом компрессорах.
Завершив расчетную часть, необходимо заполнить таблицу с основными результатами, построить в масштабе индикаторные диаграммы рабочих процессов для одно- и трехступенчатого компрессоров в координатах pV
(рис. 22). Начертить графики зависимости конечной температуры газа T
к
и работы сжатия a
от числа ступеней компрессора x
. Произвести анализ полученных результатов и сделать письменный вывод о том, какой из компрессоров целесообразно использовать в данном случае и почему.
Исходные данные для расчета приведены в табл. 2 и соответствуют заданию 1.
Таблица 2
Исходные данные к заданию 2
Номер
варианта
|
n
|
k
|
R
,
Дж/(кг·К)
|
t
н
, о
С |
р
н
, МПа |
р
к
, МПа |
| 9
|
1,2 |
1,4 |
287 |
27 |
0,1 |
4,4 |
Последовательность расчета
1. Удельный объем рабочего тела в начальном состоянии
 , м3
/кг.
2. Одноступенчатый компрессор (x
=1).
2.1. Работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг воздуха:
- политропное сжатие
 Дж/кг;
 ;
2.2. Конечная температура газа:
- политропное сжатие
 , К;
 ;
3. Трехступенчатый компрессор (x
=3).
3.1. Степень увеличения давления воздуха в каждой ступени компрессора
3.2. Работа, затрачиваемая на сжатие 1 кг воздуха:
- политропное сжатие
 Дж/кг;
 ;
3.3. Конечная температура газа:
- политропное сжатие
 , К;
 ;
ЗАДАНИЕ 3
В сопле Лаваля, установленном в газовой турбине, происходит адиабатное расширение продуктов сгорания топлива от давления p
1
и температуры t
1
до давления p
2
. Определить геометрические размеры сопла, а также скорость и температуру газа на выходе. Входной скоростью продуктов сгорания и трением в канале сопла пренебречь.
По полученным размерам начертить эскиз сопла Лаваля в масштабе.
Исходные данные для расчета приведены в табл. 3 и соответствуют заданиям 1 и 2.
Таблица 3
Исходные данные к заданию 3
Номер
варианта
|
m
,
кг/с
|
k
|
R
,
Дж/(кг·К)
|
t
1
, о
С |
р
1
, МПа |
p
2
, МПа |
| 9
|
0,9 |
1,4 |
287 |
1790 |
4,4 |
0,1 |
Последовательность расчета
1. Критическое отношение давлений
 .
2. Удельный объем газа во входном сечении сопла
 , м3
/кг.
 .
3. По условию задачи соотношение давлений  меньше критического, поэтому скорость газа в минимальном сечении сопла будет равна местной скорости звука:
  , м/с.
 .
4. Учитывая, что в минимальном сечении сопла Лаваля устанавливается критическое соотношение давлений  , удельный объем газа в минимальном сечении сопла составит
 , м3
/кг.
 .
5. Площадь и диаметр минимального сечения сопла
 , м2
;
 , м.
 ;
 .
6. Скорость газа в устье сопла
 , м/с.
 .
7. Удельный объем газа в устье сопла
 , м3
/кг.
 .
8. Площадь и диаметр выходного сечения сопла
 , м2
;
 ;
 , м.
 м.
9. Длина расширяющейся части сопла
 , м.
 м.
10. Длина суживающейся части принимается равной диаметру минимального сечения сопла  , а диаметр можно принять равным диаметру выходного сечения  .
10. Длина суживающейся части принимаю равной диаметру минимального сечения сопла = 16,75 * 10-3
, а диаметр можно принять равным диаметру выходного сечения = 36,61 * 10-3
.
11. Температура газа на выходе из сопла
 , К.
 .
|
