Термодинамический расчет, анализ и оптимизация идеализированного цикла поршневого ДВС (стр. 1 из 4)
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования
ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра «Гидромеханика и транспортные машины»
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА
к курсовой работе по дисциплине
«Теплотехника»
Тема:
«Термодинамический расчет, анализ и оптимизация
идеализированного цикла поршневого ДВС»
Выполнил: студент Д.С Кураш,
Группы: МГ-317
подпись, дата
Шифр курсовой работы __________
Проверил: А.Х. Шамутдинов
Оценка подпись, дата
г. Омск, 2010
СОДЕРЖАНИЕ (пример)
1.1 Содержание задачи №1 3
1.2 Краткое описание цикла поршневого ДВС 3
1.3 Расчет цикла ДВС 5
1.3.1 Определение параметров характерных точек цикла 5
1.3.2 Расчет термодинамических процессов 7
1.3.3 Расчет характеристик цикла 12
1.3.4 Построение Т-s диаграммы цикла 15
1.4 Оптимизация цикла варьированием заданного параметра 20
Задача № 1
1.1 Содержание задачи (вариант 14)
Для цикла поршневого ДВС, заданного параметрами р1 =0.14 МПа; Т1 = 300 К; ε = 18; λ = 1,3; ρ = 1,48 кг/м3; n1 = 1,34; n2 = 1,28, определить параметры всех характерных точек цикла, термодинамические характеристики каждого процесса и цикла в целом. Исследовать влияние параметра n1 на величину термического КПД ηt и максимальной температуры Тmax при варьировании указанного параметра в пределах
20 %. По результатам расчетов построить графики зависимостей ηt и Тmax от варьируемого параметра, на основании которых сделать заключение об его оптимальном значении, принимая за предельно допустимое значение Тmax величину Тпр = 1600 К. В качестве рабочего тела принимать сухой воздух.1.2 Краткое описание цикла
Для анализа задан цикл поршневого ДВС со смешанным подводом теплоты, который реализуется в современных быстроходных дизельных двигателях. Подробное описание такого цикла приведено в учебниках [1,3] и др., ниже приведено краткое описание.
На рис. 1 приведена идеализированная p-v диаграмма, наглядно отображающая основные процессы такого цикла. Во время хода впуска (на диаграмме не показан) атмосферный воздух, проходя через систему фильтров и открытый впускной клапан, поступает в цилиндр двигателя. В конце впуска (точка 1 на диаграмме) впускной клапан закрывается, и по мере перемещения поршня к верхней мертвой точке (ВМТ) происходит политропное сжатие воздуха (процесс 1-2). Ввиду быстротечности этого процесса характер его близок к адиабатному, температура воздуха к концу сжатия (точка 2) сильно увеличивается, в этот момент под большим давлением производят впрыск топлива, в мелкодисперсном виде. Топливо при высокой температуре воздуха, в который оно попадает, очень быстро испаряется и самовоспламеняется. Первые порции при этом сгорают практически мгновенно (процесс 3-4).
Для интенсификации процессов топливо часто впрыскивают в специальную предкамеру из жаростойкой стали, имеющую очень высокую температуру. Последующие порции топлива сгорают по мере их попадания в цилиндр во время перемещения поршня от ВМТ к НМТ (нижней мертвой точке). При этом давление в цилиндре практически не изменяется (процесс 3-4). Далее совершается политропное расширение продуктов сгорания (процесс 4-5), по окончании которого, когда поршень приходит в НМТ, открывается выпускной клапан (точка 5) и во время хода выталкивания продукты сгорания выбрасывается в атмосферу. Поскольку суммарная работа процессов всасывания и выталкивания практически равна нулю, идеализируя картину, их заменяют одним изохорным процессом отвода теплоты (процесс 5-1).
1.3 Расчет цикла ДВС *
1.3.1 Определение параметров характерных точек цикла
Точка 1. По формуле (5) из расчёта ДВС находим:
Точка 2. Из формулы (6) находим
. Используя уравнение (6), давление p2 найдем по формуле (8): 
.Величину Т2 находим из уравнения (4):
.Точка 3. Из формулы (9) находим
Температуру Т3 находим из уравнения (4):
.Используя соотношения (12) находим Т3:
.Практическое совпадение результатов (невязка около 0,1 % возникает из-за округлений) служит подтверждением безошибочности проведенных вычислений.
Точка 4.
Из выражения (10) 
.Температуру Т4найдем по выражению (13):
.Точка 5.
. Давление в точке 5 найдем так же, как находили его для точки 2: 
.Температуру Т5 находим из формулы (4):
.Полученные результаты заносим в сводную таблицу (табл. 1).
1.3.2 Расчет термодинамических процессов
Рассчитываем теперь процесс 1-2. Это политропный процесс с показателем политропы n1 = 1,34. Чтобы реализовать формулы (14) – (18), сначала по формулам (19) и (20) рассчитываем значения средних теплоемкостей, предварительно рассчитав t1 и t2 :
.Теплоту процесса 1-2 находим по формуле (14):
,Работу процесса 1-2 находим по формуле (15):
Изменения внутренней энергии и энтальпии рассчитываем по формулам (16) и (17):
.По формуле (18) находим величину Δs1-2:
Далее по формуле (21) находим:
Погрешность расчёта (22):
Расчет процесса 2-3 начинаем также с определения величин
Поскольку процесс 2-3 изохорный (у таких процессов значение n = ±
), формулы (14), (16), (17) и (18) существенно упрощаются, позволяя рассчитывать значения соответствующих величин: 
Для самопроверки воспользуемся соотношением (24):
Погрешность расчёта (24) составляет незначительную величину:
Процесс 3-4 изобарный и для него показатель политропы n = 0. Это тоже упрощает формулы (14) – (16). Расчеты начинаем с определения температуры t4 и теплоемкостей:
