Xreferat.com » Рефераты по физике » Термодинамический расчет газового цикла

Термодинамический расчет газового цикла

Расчетно–графическая работа № 1

Термодинамический расчет газового цикла


1. Задание


Общие положения

Все тепловые машины (тепловые двигатели, теплосиловые установки, компрессоры, холодильные установки) работают по круговым процессам или циклам.

Для термодинамического анализа работы таких машин важно знать условия, при которых осуществляется процесс преобразования теплоты в работу.

Циклом называют круговой замкнутый процесс, совершающийся в тепловой машине. В термодинамике циклы образуют из термодинамических процессов и графически изображают в системе координат, например, в системе Термодинамический расчет газового цикла или Термодинамический расчет газового цикла -, где по оси абсцисс откладываются, в масштабе соответственно удельный объем и энтропия, а по оси ординат - абсолютное давление и температура.

Таким образом, термодинамический цикл, изображенный графически, представляет собой замкнутую фигуру, состоящую из ряда линий, каждая из которых отражает термодинамический процесс.

Точки пересечения линий процессов называют характерными точками цикла. Характерная точка графически изображает конечное состояние газа одного процесса и начальное состояние следующего процесса.

Перед выполнением задания необходимо изучить темы: «Параметры состояния газа», «Законы идеальных газов», «Первый и второй законы термодинамики». Студент должен твердо знать физическую сущность параметров состояния, единицы измерения параметров состояния, их связь, понять смысл газовых законов и уметь пользоваться этими знаниями в термодинамических расчетах.


1.2. Содержание задания


Для заданного термодинамического газового цикла, в котором рабочим телом является 1кг идеального газа, необходимо:


1.2.1. Определить недостающие параметры в характерных точках цикла.


1.2.2. По заданным термодинамическим процессам цикла рассчитать изменения внутренней энергии Термодинамический расчет газового цикла, работу Термодинамический расчет газового цикла, количество тепла Термодинамический расчет газового цикла, изменения энтальпии Термодинамический расчет газового цикла, энтропии Термодинамический расчет газового цикла.

1.2.3. Для цикла определить полезно использованное тепло Термодинамический расчет газового цикла, работу цикла Термодинамический расчет газового цикла, термический к.п.д Термодинамический расчет газового цикла.


1.2.4. Изобразить в выбранном масштабе термодинамический цикл в Термодинамический расчет газового цикла диаграммах.

2. Исходные данные и варианты к расчетно-графической работе


Исходные данные расчетно-графической работы: изображение газового цикла в Термодинамический расчет газового цикла – диаграмме; рабочее тело - 1кг идеального газа; термодинамические параметры состояния (р, v, Т).

В методических указаниях предусмотрено 52 варианта, различающихся вышеперечисленными исходными данными, приведенными для всех вариантов в приложении 1.

3. Расчет термодинамического газового цикла


Методические указания


3.1 Недостающие параметры состояния в характерных точках цикла можно определить, используя основные законы идеальных газов (Шарля, Гей-Люссака, Бойля Мариотта).

Уравнение состояния для идеальных газов – уравнение Клапейрона

Термодинамический расчет газового цикла,

где Термодинамический расчет газового цикла- абсолютное давление газа, Па; Термодинамический расчет газового цикла - удельный объем газа, Термодинамический расчет газового цикла; Т - абсолютная температура газа, К; Термодинамический расчет газового цикла - индивидуальная газовая постоянная, Термодинамический расчет газового цикла.

Индивидуальную газовую постоянную можно определить по формуле:

Термодинамический расчет газового цикла,

где Термодинамический расчет газового цикла универсальная газовая постоянная, Термодинамический расчет газового цикла= 8314 Термодинамический расчет газового цикла;

m - молекулярная масса заданного газа, Термодинамический расчет газового цикла.


3.2. Результаты определения параметров состояния приводятся в виде табл. 1.

Таблица 1

Параметры состояния идеального газа в характерных точках цикла


Термодинамический расчет газового цикла Параметр

Характерная

точка


Термодинамический расчет газового цикла, МПа


Термодинамический расчет газового цикла, м3/кг


Термодинамический расчет газового цикла, К

Примечание
1



2



3



4



5




3.3. Определение массовых изобарной и изохорной теплоёмкостей.


Массовые изобарная и изохорная теплоёмкости (кДж/(кг·К)) определяется по формуле:

Термодинамический расчет газового цикла

где Термодинамический расчет газового цикла – мольные изобарная и изохорная теплоёмкости, кДж/(кмоль ·К).

Таблица 2

Приближенные значения мольных теплоемкостей при постоянном объеме и постоянном давлении (Термодинамический расчет газового цикла) [Термодинамический расчет газового цикла]


Газы

Термодинамический расчет газового цикла, кДж/(кмоль ·К)

Термодинамический расчет газового цикла, кДж/(кмоль ·К)

Одноатомные 12,56 20,93
Двухатомные 20,93 29,31
Трехатомные 29,31 37,68

3.4. Процессы газового цикла.


Рассматриваемые процессы газа равновесные, т. е. состоят из равновесных промежуточных состояний, которые характеризуются одинаковым давлением, удельным объемом и температурой. Расчет процессов газового цикла начинается с процесса (1-2).

Уравнение первого закона термодинамики дает возможность исследовать явления, происходящие с газами при изменении его состояния.

В общем виде первый закон термодинамики представляет собой математическое выражение закона сохранения и превращения энергии. Его можно представить в таком виде Термодинамический расчет газового цикла:

Термодинамический расчет газового цикла,

т.е. подведенное к газу тепло расходуется на изменение внутренней энергии газа и на совершение работы.

Изменение энтальпии для термодинамических процессов Термодинамический расчет газового цикла определяется по формуле

Термодинамический расчет газового цикла

Превращение работы в теплоту происходит всегда полностью, обратный же процесс превращения теплоты в работу при непрерывном переходе возможен лишь при определенных условиях. Второй закон термодинамики устанавливает условия преобразования тепловой энергии в механическую, определяет направление, в котором протекают процессы, а также максимальное значение работы, которая может быть произведена тепловым двигателем.

Для изучения процессов превращения тепла в работу в тепловых двигателях используют параметр состояния газа – энтропию газа.

В данной работе рассматривается прямой обратимый цикл. Второй закон термодинамики для обратимого процесса имеет вид Термодинамический расчет газового цикла:

Термодинамический расчет газового цикла

Для вычисления изменения энтропии для термодинамических процессов (кроме адиабатного) используют логарифмические зависимости. В адиабатном процессе изменения состояния газа, в котором Термодинамический расчет газового цикла, энтропия не изменяется.

Если в прямом цикле в процессе расширения к газу подводится тепло в количестве Термодинамический расчет газового цикла, а в процессе сжатия от газа тепло отводится в количестве Термодинамический расчет газового цикла, то разность Термодинамический расчет газового цикла как теплота исчезает в течение цикла в результате преобразования её в механическую энергию. Так как газ возвращается в первоначальное состояние, изменение внутренней энергии нет Термодинамический расчет газового цикла, т.е. в соответствии с первым законом термодинамики:

Термодинамический расчет газового цикла,

так как в течение цикла совершена полезная работа. Исчезнувшее тепло Термодинамический расчет газового цикла, затраченное на совершение полезной работы, называется полезным теплом; количества тепла Термодинамический расчет газового цикла называется подведенным теплом, а Термодинамический расчет газового цикла - отведенным.

Для количественной оценки работы идеального теплового двигателя, в котором отсутствуют потери на трение, пропуски через не плотности, излучение вводится отношение

Термодинамический расчет газового цикла,

называемое термическим коэффициентом полезного действия. Этот коэффициент измеряет количество полезной работы на единицу подведенного тепла.


3.4.1. Изохорный процесс. Уравнение изохоры - v = const .

Для этого процесса связь между термическими параметрами начального и конечного состояний газа выражается законом Шарля Термодинамический расчет газового цикла

Термодинамический расчет газового цикла.

В этом процессе все подводимое тепло расходуется на изменение внутренней энергии, так как газ работы не совершает Термодинамический расчет газового цикла, кДж/кг

Термодинамический расчет газового цикла.

Изменение энтропии, Термодинамический расчет газового цикла

Термодинамический расчет газового цикла.

3.4.2. Изобарный процесс. Уравнение изобары - р = const.

Для этого процесса связь между термическими параметрами начального и конечного состояний выражается законом Гей-Люссака Термодинамический расчет газового цикла:

Термодинамический расчет газового цикла.

Работа изменения объема газа, кДж/кг

Термодинамический расчет газового цикла

Уравнение первого закона термодинамики для процесса

Термодинамический расчет газового цикла.

В изобарном процессе все подводимое тепло расходуется на изменение энтальпии газа, кДж/кг

Термодинамический расчет газового цикла.

Изменение энтропии, кДж/(кг·К)

Термодинамический расчет газового цикла.


3.4.3. Изотермический процесс. Уравнение изотермы - Термодинамический расчет газового цикла.

Для этого процесса справедлив закон Бойля – Мариотта Термодинамический расчет газового цикла. Зависимость между начальными и конечными параметрами

Термодинамический расчет газового цикла.

Работу 1 кг газа можно определить, используя уравнения

Термодинамический расчет газового цикла

Термодинамический расчет газового цикла.

Внутренняя энергия в изотермическом процессе не изменяется, поэтому

Термодинамический расчет газового цикла.

Количество тепла, сообщаемое газу или отнимаемого от него:

Термодинамический расчет газового цикла.

Изменение энтальпии равно нулю

Термодинамический расчет газового цикла.

Изменение энтропии

Термодинамический расчет газового цикла

3.4.4. Адиабатный процесс.

Адиабатным называется процесс, протекающий без теплообмена между рабочим телом и окружающей средой Термодинамический расчет газового цикла.

Термодинамический расчет газового цикла – уравнение адиабаты, где Термодинамический расчет газового цикла– показатель адиабаты

Термодинамический расчет газового цикла.

Зависимость между начальными и конечными параметрами процесса:

Термодинамический расчет газового цикла,

Термодинамический расчет газового цикла

Количество теплоты для данного процесса Термодинамический расчет газового цикла, тогда уравнение первого закона термодинамики для адиабатного процесса

Термодинамический расчет газового цикла,

следовательно, изменение внутренней энергии

Термодинамический расчет газового цикла.

Работа расширения совершается из–за убыли внутренней энергии при сжатии же расходуется на повышение внутренней энергии:

Термодинамический расчет газового цикла или

Термодинамический расчет газового цикла.

Изменение энтропии

Термодинамический расчет газового цикла .


3.4.5. Политропный процесс

Политропными называются процессы, в которых теплоемкость имеет любое, но постоянное на протяжении всего процесса значение Термодинамический расчет газового цикла.

Термодинамический расчет газового цикла – уравнение политропы, где n – показатель политропы

Термодинамический расчет газового цикла,

где Термодинамический расчет газового цикла – теплоемкость политропного процесса, Термодинамический расчет газового цикла

Термодинамический расчет газового цикла.

Зависимость между начальными и конечными параметрами процесса

Термодинамический расчет газового цикла,

Термодинамический расчет газового цикла

Работу в политропном процессе можно определить, используя уравнения:

Термодинамический расчет газового цикла или

Термодинамический расчет газового цикла ,

Термодинамический расчет газового цикла.

Количество теплоты, сообщаемого газу или отнимаемого от него, кДж/кг

Термодинамический расчет газового цикла.

Изменение внутренней энергии

Термодинамический расчет газового цикла или

Термодинамический расчет газового цикла.

Изменение энтропии в политропном процессе

Термодинамический расчет газового цикла.

В данной работе адиабатный и политропный процессы отсутствуют.


3.5. Результат расчета термодинамических процессов газового цикла приводится в табл. 3.


Таблица 3

Расчет термодинамических процессов газового цикла


Термодинамический расчет газового цикла Параметр


Процессы


Термодинамический расчет газового цикла


Термодинамический расчет газового цикла


Термодинамический расчет газового цикла


Термодинамический расчет газового цикла


Термодинамический расчет газового цикла

1 - 2




2 - 3




3 - 4




4 - 5




5 - 1





4. Анализ эффективности цикла


4.1 Определение работы цикла


Термодинамический расчет газового цикла. (4.1.)

Подведенное количество теплоты (Термодинамический расчет газового цикла), складывается из положительных численных значений количества теплоты, а отведенное количество теплоты (Термодинамический расчет газового цикла)наоборот, из отрицательных (табл. 3). В формуле (4.1.)Термодинамический расчет газового цикла нужно брать по абсолютной величине.


4.2. Определение полезноиспользованного тепла Термодинамический расчет газового цикла (см. п. 3.4.)


Термодинамический расчет газового цикла.


4.3. Определение термического к.п.д. газового цикла


Термодинамический расчет газового цикла.

5. Проверка правильности расчета газового цикла


Изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии являются функциями состояния и зависят только от начального и конечного состояния процесса, для кругового цикла в целом они будут равны нулю. Поэтому просуммируйте Термодинамический расчет газового цикла по циклу. Работа же является функцией процесса, и будет определяться количеством подведенного и отведенного тепла.

6. Построение термодинамического газового цикла в TS – диаграмме


По оси абсцисс откладываются в масштабе численные значения энтропии, а по оси ординат температуры. Принимая точку 1 (начало) произвольно на оси абсцисс, но соответствующую для данной точке 1 на оси ординат температуре, от нее откладываем влево отрицательные значения изменение энтропии (Термодинамический расчет газового цикла), а вправо - положительные значения, согласно выбранного масштаба. Температуры должны соответствовать табл.1 для данной точки линии процесса. Последовательно откладывая значения температур и, соответственно, Термодинамический расчет газового цикла для линии процесса, строим замкнутый цикл, полагая, что конец данного процесса, является началом следующего.

7. Построение промежуточных точек процессов цикла в рv- и Тs- диаграммах


Для построения процессов криволинейной зависимости изотермического процесса в рv-, изобарного и изохорного в Тs-диаграммах нужно задаться параметрами (давлением или объемом) промежуточных точек цикла. Например, давлением, и определить удельный объем в этой точке.

Если Вам нужна помощь с академической работой (курсовая, контрольная, диплом, реферат и т.д.), обратитесь к нашим специалистам. Более 90000 специалистов готовы Вам помочь.
Бесплатные корректировки и доработки. Бесплатная оценка стоимости работы.

Поможем написать работу на аналогичную тему

Получить выполненную работу или консультацию специалиста по вашему учебному проекту

Похожие рефераты: