Козлобродов А.Н. Теплотехника. Расчет термодинамических и тепловых процессов в ДВС ТГАСУ 2019

16.75 ЗАДАНИЕ №1

Расчет турбонагнетателя двигателя внутреннего сгорания (ДВС)

Атмосферный воздух при давлении р₀ и температуре t₀ сжимается в турбонагнетателе по политропе с показателем политропы n. Степень повышения давления в турбонагнетателе β = p₁/p₀. КПД турбонагнетателя η_k. Расход воздуха через турбонагнетатель составляет G₀ (м³/c).

Определить термические и калорические параметры воздуха перед турбонагнетателем и за ним. Найти работу, техническую работу и теплоту в процессе сжатия.

Вычислить мощность привода турбонагнетателя и сравнить ее с мощностью, необходимой для привода турбонагнетателя при адиабатном и изотермическом сжатии воздуха в нем.

Изобразить в масштабе процесс сжатия воздуха в турбонагнетателе в p-v и Т-s диаграммах.

Данные к заданию №1

Вариант	t₀, ºС	n	η_К	р₀, МПа	р₁, МПа	G₀, м³/с
06	7	1,3	0,72	0,1	1,1	1,85

Решить задачу и ответить письменно на следующие вопросы:

Какие термодинамические процессы могут участвовать в процессах сжатия?

Как определить газовую постоянную для данного газа?
Сформулируйте первый закон термодинамики.
Какие параметры термодинамической системы относятся к термическим, а какие к калорическим? Укажите их обозначение и размерность.
Что определяет площадь под кривой процесса на рабочей и тепловой диаграммах?
Может ли тепловой двигатель иметь к.п.д. равным 100%?

ЗАДАНИЕ №2

Расчет теоретического цикла ДВС

Произвести теоретический расчет двигателя внутреннего сгорания (ДВС) если рабочим телом является воздух. Все исходные данные приведены в таблице. Определить термические и калорические параметры в узловых точках цикла, подведенную и отведенную теплоту в цикле, работу цикла и термический КПД двигателя. Изобразить цикл в p-v и Т-s диаграммах.

Данные к заданию №2

Обозначения:

ε – степень сжатия;

ρ – степень предварительного расширения в изобарном процессе сгорания;

λ – степень повышения давления в изохорном процессе сгорания;

p₁ – начальное давление, МПа;

T₁ – начальная температура, К;

v₁ – начальное объем, м³/кг.

Вариант	ε	ρ	λ	Z	η_м	η_oi	τ_так
06	7	1	2	2	0,82	0,69	2

Решить задачу и ответить письменно на следующие вопросы:

Как определяется термический КПД любого цикла?
Назовите три основных вида циклов поршневых двигателей внутреннего сгорания.
Изобразите цикл ДВС со смешанным подводом теплоты в (р—υ) и (Т—s) — диаграммах.
Как влияет степень сжатия на термический КПД?

ЗАДАНИЕ №3

Расчет температурного поля в стенке цилиндра ДВС

Рассчитать тепловой поток, передаваемый через стенку цилиндра ДВС, толщина которой δ_с = 5 мм высота 150 мм, теплопроводность материала λ = 42 Вт/(м·°С), внутренний диаметр цилиндра D₁ (численное значение D₁ взять из решения задания №2).

Стенка с одной стороны омывается охлаждающей водой со средней температурой t_ж2 = 80°С, коэффициент теплоотдачи α₂, Вт/(м²·°С) с другой стороны омывается раскаленными газами с температурой t_газ и коэффициентом теплоотдачи α₁, Вт/(м2·°С).

Во время работы двигателя на наружной поверхности стенки цилиндра образуется накипь толщиной δ_н (мм), теплопроводность которой λ_н = 0,8 Вт/(м·°С).

Рассчитать температурное поле в стенке, т.е температуры на поверхностях накипи t_c3 , t_c2 и на внутренней стенке цилиндра t_c1, а также среднюю температуру газов t_газ при условии, что t_ж2, α₂ и α₁ остаются неизменными.

Изобразить графически в масштабе температурные поля в стенке цилиндра без накипи и с отложением накипи на стенке.

Данные к заданию №3

Вариант	α₁, Вт/(м²·°С)	α₂, кВт/(м²·°С)	δ_н, мм
06	170	3,2	2
Значения D₁, t_газ, задаются из решения, полученного в задании 2

Значения D₁, t_газ, задаются из решения, полученного в задании 2

Решить задачу и ответить письменно на следующие вопросы:

Приведите основные способы передачи тепла и объясните их механизм.
Сформулируйте закон теплопроводности Фурье. Дайте, пояснение и размерность величин, входящих в аналитическое выражение закона.
Сформулируйте закон теплоотдачи Ньютона — Рихмана.
Что характеризует коэффициент теплопередачи? Как определяется этот коэффициент для цилиндрической стенки? Укажите единицы размерности.
Какие физические свойства жидкости и газов используются для расчетов в теплопередаче?

ЗАДАНИЕ №4

Расчет радиационного теплообмена

В выпускном коллекторе для измерения температуры удаляемых газов из цилиндра ДВС поставлена термопара (рисунок).

Вычислить показание термопары и ее погрешность за счет излучения.

Внутренний диаметр коллектора D = 6,5 мм; диаметр королька термопары d = 1мм; температуру удаляемых газов принять из задания №2 по температуре в конце адиабатного расширения газа; температура стенок выпускного коллектора t_ст,°С; коэффициент теплового излучения (степень черноты) стенок выпускного коллектора ε_ст; коэффициент теплового излучения (степень черноты) королька термопары ε_к = 0,76; коэффициент теплоотдачи от газа к поверхности королька термопары α, Вт/(м²·°С).

Данные к заданию № 4

Вариант	t_ст,°С	ε_ст	α, Вт/(м²·°С)
Значение t_газ, задается из решения, полученного в задании 2 по температуре в конце адиабатного расширения газа
06	115	0,71	55

Решить задачу и ответить письменно на следующие вопросы:

Какие тела называют абсолютно черными и белыми? Какие тела называют серыми?
Сформулируйте закон Стефана-Больцмана для абсолютно черных и серых тел.
Как рассчитывают лучистый теплообмен между двумя плоско — параллельными телами?
Какое влияние оказывают экраны на интенсивность лучистого теплообмена?
Как рассчитывают процессы сложного теплообмена?