Расчёт и анализ термодинамических циклов тепловых машин

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