Лабораторный практикум по дисциплине «Техническая физика» для студентов, обучающихся по специальности 140200 «Судовые энергетические установки» (стр. 3 )

Тема: Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС)

Цель работы: ознакомление с принципом действия поршневых ДВС и областью их применения на судах речного и морского флота, а также с методами расчёта циклов ДВС и методами анализа эффективности этих двигателей.

Порядок работы. Вначале следует показать студентам ряд судовых дизелей в лаборатории СДВС и сделать необходимые пояснения по особенностям конструкции этих тепловых двигателей. При возможности показать запуск одного из дизелей и его работу.

Аудиторная часть работы заключается в ознакомлении с термодинамическими методами анализа циклов ДВС и расчётами.

Задача 5.1 Для идеального цикла ДВС с подводом теплоты при постоянном объёме определить параметры (р, v,T) в характерных точках цикла, удельную работу и термический КПД при начальном давлении 1 бар, начальной температуре 27°С, степени сжатия 8 и степени повышения давления 2,2. Рабочее тело - азот.

Задача 5.2 В идеальном цикле ДВС с изобарным подводом теплоты степень сжатия равна 12, степень предварительного расширения - 3. Определить параметры (p, v,T) в характерных точках и термический КПД цикла.

Задача 5.3 Построить график зависимости термического КПД от степени сжатия для цикла идеального ДВС с изохорным подводом теплоты для значений e в пределах от 2 до 20 при показателе адиабаты, равным 1,38.

Задача 5.4 Поршневой двигатель работает по циклу ДВС с изохорным подводом теплоты. Начальное давление рабочего тела составляет 1 бар, начальная температура равна 27 °С. Степень сжатия равна 8. Подведённая теплота составляет 600 кДж/кг. Определить термический КПД цикла и теоретическую мощность двигателя, если диаметр цилиндра составляет 240 мм, ход поршня 360 мм, частота вращения коленчатого вала 10 1/c и за каждые два оборота совершается один цикл. Рабочее тело обладает свойствами воздуха.

Задача 5.5 В цикле ДВС с изохорно-изобарным подводом теплоты начальное давление равно 0,1 МПа, начальная температура составляет 35 °С. Общая теплота, передаваемая рабочему телу, равна 900 кДж/кг. Степень сжатия – 12. Какая часть теплоты передается рабочему телу в изохорном процессе, если максимальное давление в цикле составляет 4,5 МПа. Рабочее тело – азот.

Контрольная задача по теме

Определить удельную работу и термический КПД идеального цикла ДВС по начальным параметрам р1 ,Т1 и безразмерным характеристикам, которые приведены в таблице 5.1. Определить также изменение энтропии в каждом процессе цикла.

Таблица 5.1

Исходные данные	Первая цифра варианта
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
р1, МПа	0,90	0,95	1,00	1,05	1,10	0,90	0,95	1,00	1,05	1,10
Рабочее тело	Воздух	Кислород
Т1, °С	290	295	300	310	305	315	320	273	280	285
	Вторая цифра варианта
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
e	6	8	10	12	14	16	18	20	22	24
l	2,0	2,1	2,2	1,4	1,8	1,5	1,6	1,8	1,85	1,9
r	2,0	2,5

Лабораторно-практическое занятие 6

Тема: Циклы газотурбинных двигателей (ГТД)

Цель работы: ознакомление с принципом действия ГТД и областью их применения на судах речного и морского флота, а также с методами расчёта циклов ГТД и методами анализа эффективности этих двигателей.

Порядок выполнения работы. Лабораторная часть занятия заключается в показе натурных макетов газотурбинных двигателей в лаборатории 008 и необходимых пояснениях по особенностям конструкции этих тепловых двигателей.

Расчётная часть занятия посвящена объяснению циклов ГТД и анализу эффективности этих двигателей. Затем решаются задачи общие и индивидуальные.

Общие задачи

Задача 6.1 Определить удельную работу и термический КПД цикла ГТД с изобарным подводом теплоты, если степень повышения давления в компрессоре составляет 7, а максимальная и минимальная температуры в цикле равны 970 °С и 30 °С. Сравнить термический КПД этого цикла и цикла Карно, осуществленного в том же диапазоне температур. Рабочее тело в циклах обладает свойствами воздуха. Изобразить циклы в диаграммах p - v и T - s.

Задача 6.2 Построить графическую зависимость термического КПД цикла ГТД с изохорным подводом теплоты от максимальной температуры цикла, изменяющейся в пределах от 800 до 1250 °С. Начальная температура цикла равна 15 °С. Степень повышения давления в компрессоре равна 5. Рабочее тело - воздух.

Задача 6.3 Определить термический КПД и параметры (p, v,T) в характерных точках цикла ГДТ с изобарным подводом теплоты и полной регенерацией. Начальная температура в цикле равна 30 °С, начальное давление - 1 бар. Степень повышения давления в компрессоре составляет 6. Максимальная температура в цикле не должна превышать 1100 °С. Рабочее тело обладает свойствами азота.

Задача 6.4 Для цикла ГТД с изобарным подводом теплоты известно следующее: начальная температура воздуха равна 60 °С, температура его после компрессора возросла до 320 °С, а давление – до 8 бар; удельный объем воздуха после адиабатного расширения в турбине составил 2,4 м3/кг. Определить термический КПД цикла и найти, при каких температурах теплоисточника и теплоприемника КПД цикла Карно будет иметь то же значение (то-есть найти среднеинтегральные температуры).

Контрольная задача по теме

Для цикла ГТД определить давление, температуру и удельный объем в характерных точках. Определить также: подведенную и отведенную теплоту цикла, удельную работу цикла и термический КПД. В таблице 6.1 приведены исходные данные: степень повышения давления в компрессоре b, степень предварительного расширения r (в циклах с изобарным подводом теплоты), степень повышения давления l (в циклах с изохорным подводом теплоты). Процессы сжатия газа в компрессоре и расширения – в турбине считаются политропными с показателями политропы, соответственно n1 и n2. Изобразить циклы в диаграммах p-v и T-s.

Таблица 6.1

Исходные данные	Первая цифра варианта
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
р1, МПа	0,10	0,11
v1,м3,кг	0,80	0,82	0,84	0,86	0,88	0,90	0,92	0,94	0,96	0,98
Рабочее тело	азот	воздух	Углекислый газ
	Вторая цифра варианта
	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
b	5	6	7	8	9	10	9	8	7	6
l	2,0	2,4	2,8	3,0	3,2
r						2,0	2,5	3,0	2,2	2,7
n1	1,25	1,28	1,30	1,32	1,34	1,35	1,36	1,38	1,40	1,15
n2	1,20	1,28	1,30	1,35

Практическое занятие 7