Расчёт и анализ термодинамических циклов тепловых машин
Анализ и Расчет Термодинамических Циклов Тепловых Машин: Краткий Обзор
В.А. Бершадский в своем учебном пособии "Расчёт и анализ термодинамических циклов тепловых машин" предлагает структурированный подход к изучению основ технической термодинамики и их применению в анализе тепловых машин. Книга, предназначенная для студентов, охватывает ключевые понятия, законы и методы, необходимые для понимания принципов работы тепловых двигателей и приобретения практических навыков в расчетах.
Основные Положения и Закономерности Термодинамики
Пособие начинается с введения в основные понятия термодинамики, включая определение термодинамической системы, ее границ и взаимодействия с окружающей средой. Рассматриваются различные виды энергии, параметры состояния (внешние и внутренние), а также термодинамические процессы. Особое внимание уделяется уравнению состояния идеального газа и его параметрам: давлению, температуре и удельному объему. Далее объясняются понятия работы и теплоты как форм передачи энергии, удельной теплоемкости, а также вводятся понятия энтропии и энтальпии, как функций состояния. Книга также затрагивает вопросы равновесных и неравновесных процессов, подчеркивая их роль в термодинамическом анализе.
Законы Термодинамики и Методы Расчета
Второй раздел посвящен двум основным законам термодинамики. Первый закон рассматривается как закон сохранения энергии, а второй закон – как закон, определяющий направление процессов и вводящий понятие энтропии. Подробно описываются аналитические выражения этих законов и их применение. Далее, в книге представлен метод расчета термодинамических процессов, включающий последовательное определение вида процесса, соотношений между параметрами состояния, свойств рабочего тела, изменений параметров состояния, количества теплоты и работы. Приводятся примеры графического изображения процессов в различных координатах.
Характеристики Термодинамических Циклов и Примеры
Третий раздел посвящен характеристике термодинамических циклов тепловых машин. Рассматриваются условия работы тепловых машин, понятие термодинамического цикла и коэффициент полезного действия (КПД). Особое внимание уделяется циклу Карно как идеальному циклу с максимальным КПД. Далее, приводятся примеры циклов тепловых двигателей, включая цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания (ДВС), цикл газотурбинной установки (ГТУ) и циклы реактивных двигателей (прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ПВРД), пульсирующий ВРД, компрессорный турбореактивный двигатель (ТРД) и жидкостный ракетный двигатель (ЖРД)). Для каждого цикла приводятся схемы, графические изображения в координатах v-p и s-T, а также формулы для расчета КПД.
Рекомендации по Выполнению Курсовой Работы
В заключительной части пособия представлены основные требования и рекомендации по выполнению курсовой работы, включающие примеры заданий, исходных данных, а также указания по оформлению и анализу результатов. Подчеркивается важность выбора рабочего тела, определения типа цикла, проведения расчетов параметров состояния, построения диаграмм и оценки эффективности цикла.
- ВО - Бакалавриат
- 15.03.05: Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительных производств
- ВО - Специалитет
- 24.05.01: Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов
В. А. Бершадский РАСЧЕТ И АНАЛИЗ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ ТЕПЛОВЫХ МАШИН Учебное пособие Москва Берлин 2019
УДК 62-524(075) ББК 31.361-02я73 Б52 Рецензенты: Хохлов А. Н., кандидат технических наук, зам. начальника отдела в ЦНИИМАШ; Туманин Е. Н., кандидат технических наук, зам. начальника отдела в РКК «Энергия» Бершадский, В. А. Б52 Расчёт и анализ термодинамических циклов тепловых машин : учебное пособие / В. А. Бершадский. — Москва ; Берлин : Директ-Медиа, 2019. — 55 с. ISBN 978-5-4499-0550-5 Для усвоения основных положений теории и приобретения практических навыков в необходимом объёме учебное пособие содержит: краткое изложение определений и законов технической термодинамики; метод расчёта термодинамических процессов; рассмотрение характерных особенностей термодинамических циклов тепловых машин разного предназначения; требования и рекомендации для выполнения курсовой работы, а также пример одного из вариантов её выполнения. Настоящее учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлениям подготовки 24.05.01 «Проектирование, производство и эксплуатация ракет и ракетно-космических комплексов», 15.03.05 «Конструкторско-технологическое обеспечение машиностроительного производства», выполняющих курсовую работу в процессе изучения предмета «Термодинамика и теплопередача» и дипломный проект по направлению, которое связано с проектированием, отработкой и эксплуатацией тепловых машин и устройств ракетной техники. УДК 62-524(075) ББК 31.361-02я73 ISBN 978-5-4499-0548-2 © Бершадский В. А., текст, 2019 © Издательство «Директ-Медиа», оформление, 2019
ВВЕДЕНИЕ Тепловые двигатели имеют широкое применение в качестве стационарных наземных и перемещаемых транспортных энергетических установок, а также ряда устройств ракетной техники. Расчёт и анализ термодинамических циклов тепловых машин является основой для оценки их преимуществ и недостатков в зависимости от функционального назначения. В настоящем учебном пособии представлены основные положения и рекомендации студентам для практического выполнения курсовой работы на тему «Расчёт и анализ термодинамических циклов тепловых машин» с использованием кратко изложенных некоторых разделов технической термодинамики. Эта курсовая работа предназначена для усвоения студентами: − основных положений и законов технической термодинамики; − условий взаимного преобразования тепла и работы для функционирования тепловых машин; − способов расчётного определения параметров состояния и функций состояния термодинамических процессов, используемых в циклах тепловых машин; − методов построения конкретных термодинамических циклов, их аналитического и графического анализа. По мнению автора, это будет способствовать приобретению практических навыков в части проведения расчётов натурных процессов, происходящих в промышленных энергетических установках и устройствах ракетно-космической техники. Разработанное учебное пособие рекомендовано кафедрой техники и технологий Технологического университета для применения в учебном процессе.
СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ Параметры состояния термодинамической системы: р – давление (удельная поверхностная сила); Т – температура (мера нагрева тела); v – удельный объём рабочего тела. Параметры, характеризующие рабочее тело: с – удельная теплоёмкость вещества; r – удельная теплота испарения; µ – молекулярная масса вещества; R – газовая постоянная; к – показатель адиабаты; n – показатель политропы; m – масса рабочего тела. Функции состояния термодинамической системы; u – удельная внутренняя энергия; i – удельная энтальпия; s – удельная энтропия; ∆ – знак изменений функции. Параметры, характеризующие обмен энергией в процессах: q1 – удельное количество подведенного тепла; q2 – удельное количество отведённого тепла; l – удельная механическая (по изменению объёма)работа; l0 – удельная располагаемая (по изменению давления) работа. Характеристики процессов в цикле: β – степень повышения давления; ε – степень сжатия объёма; ρ – степень изобарного расширения в камере; λ – степень дополнительного повышения давления; σ – степень регенерации тепла; δ – степень политропного расширения в сопле; lц – удельная полезная работа цикла; ηt – термический КПД; ηe – эффективный КПД; КПД – коэффициент полезного действия; ВИТ – верхний источник теплоты: НИТ – нижний источник теплоты.
Индексы параметров: н, к – обозначения, соответствующие началу и окончанию конкретного процесса; v, р, t, s, n – обозначения, соответствующие изохорному, изобарному, изотермическому, адиабатному (изоэнтропному) и политропному процессам. 5
1. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ И ЗАКОНОМЕРНОСТИ
ТЕРМОДИНАМИКИ
1.1 Положения и определения термодинамики
Термодинамическая система
В технической термодинамике в качестве системы рассматривается некоторая совокупность тел или веществ (газообразных, жидких,
твёрдых) или полей (гравитационных, электромагнитных и др.) материального мира. Система имеет границы, отделяющие её от окружающей
среды,
в
виде
условно
установленной
контрольной
поверхности или поверхности раздела фаз вещества.
Система может обмениваться энергией с окружающей средой
или быть изолированной. При этом считается, что обмен энергией
между элементами изолированной системы или окружающей средой
происходит в форме теплоты или механической работы.
Энергия термодинамической системы
Всякая термодинамическая система в любом состоянии обладает
запасом энергии. Эта энергия в общем случае может быть подразделена на внутреннюю и внешнюю.
Внешняя энергия термодинамической системы складывается из
кинетической энергии движения системы в целом относительно
окружающей среды и потенциальной энергии, обусловленной положением системы в поле сил (например, сил тяжести).
Внутренняя энергия представляет собой энергию всех видов
движения элементарных частиц, составляющих систему, а также
энергию взаимодействия этих частиц.
Величину полной энергии термодинамической системы можно
представить в виде:
Е = Епот + Екин + U,
где Епот – потенциальная энергия системы, Екин – кинетическая энергия системы, U – внутренняя энергия, состоящая из кинетической
энергии поступательного, вращательного и колебательного движения
молекул и энергии их взаимодействия.
Параметры состояния термодинамической системы
Параметры состояния термодинамической системы подразделяют на внешние и внутренние. Внешними параметрами являются координаты расположения и скорость перемещения тел в действующих
6
Похожие