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 |
З
АДАНИЕ 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) | t1, оС | р1, МПа | t3, оС | р3, МПа | |
| 9 | 1,4 | 287 | 27 | 0,1 | 1960 | 6.1 | 720 |
, Дж/(кг·К)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.
Цикл Карно (точка 2).
Поскольку процесс 2-3 изотермический, то T2 = T3;
, м3/кг;
, Па.
;
= 86293512,20.
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.
Цикл Карно (точка 4).
Поскольку процесс 4-1 изотермический, то T4 = T1;
, 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 Tк 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) | tн, оС | рн, МПа | рк, 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 p1 и температуры t1 до давления p2. 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) | t1, оС | р1, МПа | p2, 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.
.