15 Газовые циклы
15.21 «ГАЗОВЫЕ ПРОЦЕССЫ И ЦИКЛЫ»
Рассчитать основные параметры газового цикла по данным рисунка 2.
1 Определить значения давления р, удельного объема υ, температуры Т, внутренней энергии u, энтропии s, энтальпии h для основных точек цикла;
2 Найти изменения внутренней энергии Δu, энтропии Δs, количество теплоты q и работы l для каждого процесса, входящего в состав цикла;
3 Определить теплоту, работу цикла и термический коэффициент полезного действия ηt цикла.
По точкам построить цикл в координатах υ-, p и s-, T.
В качестве дополнительных исходных данных рекомендуется принять:
— значение газовой постоянной R=287 Дж/(кг·град);
— теплоемкость при постоянном давлении ср=1,005 Дж/(кг·град);
— теплоемкость при постоянном объеме сυ=0,718 Дж/(кг·град);
— значение энтропии в точке 1 цикла, s1=0.
Таблица 3 – Варианты заданий
| Вариант | Параметры цикла | ||||
| р1абс, МПа | р2абс, МПа | t1, ºC | t3, ºC | n | |
| 5 | 0,1 | 0,5 | 0 | 200 | 1,3 |
Варианты задачи: 13.
15.22 (Вариант 3.1) Для цикла, изображенного в р-υ координатах
Требуется определить:
а) параметры р, υ, t, s, u в характерных точках цикла;
б) работу l, изменения: внутренней энергии Δu, энтальпии Δh, энтропии Δs рабочего тела во всех процессах цикла;
в) теплоту q всех процессов цикла;
г) термический КПД цикла и термический КПД цикла Карно, построенного в том же интервале температур.
Полученные данные поместить в таблицы.
- Построить цикл в р-υ и T-s координатах.
Таблица 1 — Исходные данные
| р1, бар | υ1, м3/кг | р3, бар | Т2, К | раб. тело |
| 2 | 0,45 | 13,2 | 517 | возд. |
Варианты задачи: 10.6, 9.1, 16.1, 16.6, 21.3, 16.5.
15.23 (Вариант 33) 1 кг воздуха совершает работу в обратимом цикле Карно при температурах верхнего t1 и нижнего t3 источника тепла. Наивысшее давление составляет р1, а наинизшее -р3. Определить параметры в характерных точках цикла, работу цикла lц, количество подведенной q1 и отведенной q2 теплоты и термический к.п.д. цикла. Показатель адиабаты для воздуха принять равным k=1,41. Изобразить цикл на pυ- и Ts — диаграммах. Данные для расчета приведены в таблице 4.
Таблица 4
| t1, ºС | t3, ºС | р1, МПа | р3, МПа |
| 800 | 250 | 7 | 0,12 |
15.24 (Вариант 6) Расчет газового цикла
Для цикла, изображенного в р-υ координатах
Требуется определить:
а) параметры р, υ, Т в характерных точках цикла;
б) работу l, изменения: внутренней энергии Δu, энтальпии Δh, энтропии Δs рабочего тела во всех процессах цикла;
в) теплоту q всех процессов цикла;
г) термический КПД цикла и термический КПД цикла Карно ηtK, построенного в том же интервале температур.
Полученные данные поместить в таблицы.
Построить цикл в р-υ и T-s координатах в масштабе с расчетом параметров процессов в 2-3 промежуточных точках.
Таблица 1 — Исходные данные
| υ1, м3/кг | T1, K | T2, K | р3, МПа | Раб. тело |
| 0,5 | 310 | 750 | 0,6 | СО2 |
15.25 Расчет цикла водяного пара
1.1. Определить параметры состояния для основных точек прямого термодинамического цикла, в котором рабочим телом является 1 кг водяного пара. Использовать i,s — диаграмму, а также изобразить цикл схематично в p,υ и T,s — координатах. Результаты представить в виде таблицы, каждая строка которой должна содержать номер точки и параметры: давление р, МПа, удельный объем υ, м³/кг, температуру t, ºC, энтальпию i, кДж/кг, энтропию s, кДж/(кг·К), внутреннюю энергию u, кДж/кг.
1.2. Для каждого процесса цикла определить изменение внутренней энергии Δu, кДж/кг, энтальпии Δi, кДж/кг, энтропии Δs, кДж/(кг·К), а также теплоту q, кДж/кг и работу l, кДж/кг. Результаты представить в виде таблицы.
1.3. Пользуясь результатами пункта 1.2, рассчитать следующие характеристики цикла: подведенную теплоту q1 отведенную теплоту q2, теплоту цикла qц, работу расширения lрасш, работу сжатия lсж, работу цикла l, термический КПД ηt, термический КПД цикла Карно ηtК.
1.4. Для специально указанной точки в области влажного пара (например, т.4 в варианте 1), считая заданным давление (или температуру) насыщения и степень сухости х, определить параметры состояния согласно пункту 1.1, а также величины rx, ix и Δux для процесса парообразования от пограничной кривой жидкости. Получить два значения (по таблицам и по диаграмме), найти расхождение в процентах.
15.26 1 кг сухого воздуха в прямом обратимом цикле Карно совершает полезную работу l0. Максимальное абсолютное давление воздуха 10 МПа и соответствующая абсолютная температура 1200 К. В цикле к газу подводится теплота q1. Минимальное давление в цикле 0,1 МПа. Определить термический КПД и основные параметры во всех переходных точках цикла. Изобразить цикл в рυ и Ts — координатах.
Таблица 1 – Числовые данные к задачам контрольной работы №1
| Предпоследняя цифра шифра | q1, кДж/кг | l0, кДж/кг |
| 1 | 30 | 20 |
Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.
ВУЗ: МИИТ
15.27 Тепловой двигатель работает по обратимому циклу Карно с подводом теплоты q1 = 1000 кДж/кг. Максимальная температура в цикле t1, а минимальная t2. Как изменится термический КПД цикла и его работоспособность, если изотермический процесс подвода теплоты заменить изобарным (при той же максимальной температуре в цикле)? Изобарная теплоемкость рабочего тела 1 кДж/(кг·К). Изобразить циклы в Ts-диаграмме.
Данные для решения задачи выбрать из таблицы 3.
Таблица 3 Исходные данные для задачи 3
| Вариант | t2, ºС | t1, ºС |
| 16 | 25 | 1300 |
ВУЗ: КубГТУ
15.28 ИССЕЛДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
ЗАДАНИЕ
Выполнить расчет газового цикла, рабочим телом которого является 1 кг идеального газа.
Вычислить параметры в характерных точках цикла. Для каждого из процессов определить изменение внутренней энергии; изменение энтальпии; изменение энтропии; теплоту, подведенную (отведенную) в процессах; и работу, совершенную газом (средой над газом).
По данным расчета построить цикл в диаграммах рυ и Ts.
Рис. 2.15 – Процессы: 1-2 – изотермический; 2-3 – изобарный; 3-4 – адиабатный; 4-1 — изобарный
Таблица 1 – Исходные данные
| Рис. 2.15 | Характерные точки цикла | Газ | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| р, МПа | 0,392 | 0,98 | Воздух | |
| υ, м3/кг | 0,3 | |||
| Т, К | 573 | |||
15.29 ИССЕЛДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА
ЗАДАНИЕ
Выполнить расчет газового цикла, рабочим телом которого является 1 кг идеального газа.
Вычислить параметры в характерных точках цикла. Для каждого из процессов определить изменение внутренней энергии; изменение энтальпии; изменение энтропии; теплоту, подведенную (отведенную) в процессах; и работу, совершенную газом (средой над газом).
По данным расчета построить цикл в диаграммах рυ и Ts.
Рис. 2.5 – Процессы: 1-2 – изотермический; 2-3 – изобарный; 3-4 – изохорный; 4-5 – изобарный; 5-1 – изохорный.
Таблица 1 – Исходные данные
| Рис. 2.15 | Характерные точки цикла | Газ | ||
| 1 | 2 | 3 | ||
| р, МПа | 0,078 | 0,313 | 0,196 | Водород |
| υ, м3/кг | 18,0 | |||
| Т, К | 750 | |||
Оформление готовой работы
15.30 1 кг воздуха совершает цикл Карно в пределах температур t1=285 ºC и t2=27 ºC, причем наивысшее давление составляет 15 бар, а наименьшее – 1,2 бар.
Определить параметры состояния воздуха в характерных точках цикла, работу, термический к.п.д. цикла и количество подведенного и отведенного тепла.
Ответ: υ1=0,107 м³/кг, υ2=0,153 м³/кг, υ3=0,718 м³/кг, υ4=0,507 м³/кг, р2=10,5 бар, р4=1,7 бар, ηt=0,46, q1=57,2 кДж/кг, q2=30,0 кДж/кг, l0=27,2 кДж/кг.
