Рабочий цикл быстроходного автомобильного дизельного двигателя со смешанным теплоподводом

Методика расчета термодинамических характеристик рабочего тела. Вычисление значений термодинамических параметров в узловых точках цикла, характеристик процессов. Построение цикла в заданных системах координат. Термодинамические характеристики цикла.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Задание на курсовую работу

Таблица 1. Исходные данные

Показатели	Значение
rCO2	0,10
rH2O	0,09
rN2	0,75
rO2	0,06
t1, 0C	-10
е	22
л	1,6
с	1,62
n	1,24
P1	0,1 МПа

Быстроходный автомобильный дизельный двигатель со смешанным теплоподводом.

Требуется:

1. Рассчитать термодинамические характеристики рабочего тела м, R, C_p, C_v, k, C_n^*.

2. Найти значения термодинамических параметров P, V, T, U, H, S в узловых точках цикла и характеристики процессов цикла ДU, ДH, ДS, Q, L, L⁰

3. Построить цикл в системах координат P-V и T-S.

4. Определить термодинамические характеристики цикла ДВС Q₁, Q₂, L_C,з_t, T_A, T_B, P_t, термический КПД цикла Карно в рабочем интервале температур.

5. Построить графики зависимостей термического КПД и среднего давления цикла от степени сжатия, степени повышения давления, степени предварительного расширения.

Введение

В данной курсовой работе рассматривается рабочий цикл быстроходного автомобильного дизельного двигателя со смешанным теплоподводом. В четырехтактном двигателе рабочие процессы происходят следующим образом: 1) Такт впуска. При движении поршня от высшей манометрической точки (ВМТ) к низшей манометрической точке (НМТ) вследствие образующегося разряжения из воздухоочистителя в полость цилиндра через открытый впускной клапан поступает атмосферный воздух; 2) Такт сжатия. Поршень движется от НМТ к ВМТ; впускной и выпускной клапаны закрыты, вследствие этого перемещающийся вверх поршень сжимает поступивший воздух; 3) Такт расширения, или рабочий ход. Впрыснутое в конце такта сжатия топливо, перемешиваясь с нагретым воздухом, воспламеняется, и начинается процесс сгорания, характеризующийся быстрым повышением температуры и давления; 4) Такт выпуска. Поршень перемещается от НМТ в ВМТ и через открытый выпускной клапан 6 отработавшие газы выталкиваются из цилиндра.

Все вышесказанное выявляет актуальность выбранной темы исследования.

Цель работы - построить и проанализировать теоретического цикла двигателя внутреннего сгорания.

Для достижения цели необходимо решить следующие задачи:

- Рассчитать характеристики рабочего тела;

- Осуществить расчет термодинамических процессов;

- Построить цикл работы двигателя внутреннего сгорания;

- Проанализировать построенный цикл.

Расчет термодинамических характеристик рабочего тела

Рабочее тело представляет собой смесь идеальных газов. Средняя (кажущаяся) молярная масса смеси находятся по формуле, кг/моль:

(1)

где м₁ - молярная масса компонента смеси, кг/моль; r₁ - объемная доля компонента; m - количество компонентов в смеси.

Газовая постоянная рабочего тела:

(2)

Где мR = 8,314 кДж/(кмольК) - универсальная газовая постоянная.

Изобарная молярная теплоемкость рабочего тела, кДж/(кмольК):

(3)

Где - изобарная молярная теплоемкость компонента газовой смеси, кДж/(кмольК).

Изобарная массовая теплоемкость, кДж/(кгК):

 (4)

Изохорная массовая теплоемкость, кДж/(кгК):

(5)

Показатель адиабаты:

(6)

Политропная массовая теплоемкость рабочего тела в процессе последующего расширения, кДж/(кгК):

(7)

Расчет термодинамических процессов цикла

Абсолютное давление Р₁=0,1 МПа - по условию задачи.

Абсолютная температура Т₁=t₁+273=-10+273=263 К

Удельный объем V₁, м³/кг, найдем из уравнения состояния идеального газа:

(8)

Следовательно, удельный объем составит:

(9)

Внутреннюю энергию U₁, кДж/кг, вычисляют как произведение изохорной теплоемкости на абсолютную температуру:

Энтальпия Н₁, кДж/кг, равна произведению изобарной теплоемкости на температуру

Энтропию рабочего тела в исходной точке цикла S₁ можно принять равной нулю.

Адиабатный процесс 1-2

Удельный объем V₂, м³/кг, в конце адиабатного сжатия находят из выражения степени сжатия:



Следовательно, V₂ найдем по следующей формуле:

Давление рабочего тела Р₂, Па, в конце сжатия найдем из уравнения адиабаты:

Абсолютную температуру рабочего тела Т₂ найдет из уравнения состояния идеального газа

При этом, внутренняя энергия U₂ составит:

Энтальпия во второй точке равна:

Теплота, подведенная к рабочему телу в адиабатном процессе Q_1-2=0

Обратимый адиабатный процесс одновременно является эзоэнтропным, то есть изменение энтропии рабочего тела ДS_1-2=0

Работа изменения объема L_1-2, кДж/кг, может быть найдена из уравнения первого закона термодинамики:

Q=ДU+L, (15)

Где ДU изменение внутренней энергии тела, кДж/кг

Следовательно:

ДU_1-2=-L_1-2

L_1-2= - (U₂-U₁)= - (661-198)=-463 кДж/кг

Располагаемая работа L₁⁰_-2 кДж/кг, может быть определена по уравнению первого закона термодинамики, представленного во второй форме:

Q=ДH+L⁰, (16)

Где ДH - изменение энтальпии рабочего тела, кДж/кг

ДH=-L⁰ _1-2

L⁰ _1-2= - (H₂-H₁)= - (913,12-273,52)=-639,6 кДж/кг

Работа изменения объема и располагаемая работа идеального газа в обратимом адиабатном процессе также могут быть вычислены по формулам:

(17)

L⁰_1-2=kL_1-2 (18)

Воспользуемся формулой (18) для вычисления работы идеального газа:

Изохорный процесс 2-3

Давление рабочего тела P₃, МПа, в конце изохорного процесса находят из выражения степени повышения давления:

(19)

Удельный объем рабочего тела в изохорном процессе не изменяется, то есть V₃=V₂.

Температура Т₃ может быть определена по уравнению состояния идеального газа(8) либо на основании закона Шарля из соотношения:

(20)

Значение внутренней энергии и энтальпии рабочего тела U₃, H₃ кДж/кг, вычисляют по формулам (9), (10).

При этом, внутренняя энергия U₃ составит:

Энтальпия в третьей точке равна:

Изменение энтропии рабочего тела в изохорном процессе 2-3 выражается равенством, (кДж/кг К)

(21)

Работа изменения объема в изохорном процессе L_1-2=0

Располагаемую работу L⁰_2-3, кДж/кг, рассчитывают по формуле:

L⁰=V₂ДP (22)

Где ДP - изменение давления рабочего тела, к Па.

Подведению к рабочему телу теплоту Q_2-3, кДж/кг, находят из уравнения первого закона термодинамики(15) или (16)

ДР=Р₃-Р₂

Q=ДH+L⁰ _2-3=(1485-913,12)+153,6=725,48 к...