Задачи для выполнения контрольной работы для студентов заочной формы обучения по специальности: 280202 – «Инженерная защита окружающей среды»

Задачи для выполнения контрольной работы для студентов заочной формы обучения по специальности:

280202 – «Инженерная защита окружающей среды»

Задачи по определению теплового баланса двигателя. Пользуясь примерами 1 и 2, решите типовые задачи в соответствии с данными своего варианта.

Задача 1. Определить количество теплоты, введенное в четырехцилиндровый четырехтактный дизельный двигатель, если среднее эффективное давление ре = 7,25·105 Па, диаметр цилиндра D = 0,12 м, ход поршня S = 0,12 м, средняя скорость поршня сm = 8 м/с, низшая теплота сгорания топлива Qрн = 42 300 кДж/кг и удельный эффективный расход топлива be = 0,252 кг/(кВт·ч).

Решение: 1. Рабочий объем цилиндра определяем по формуле Vh = (πD2/4)·S = (3,14·0,122)·0,12 = 13,56·10-4 м3.

2. Частота вращения коленчатого вала n = cm/(2S) = 8/(2·0,12) = 33 об/с.

3. Эффективная мощность двигателя Ne = (2/τ·103) pe Vh ni = (2/4·103) 7,25·105·13,56·10-4·33·4 = 64,9 кВт.

4. Расход топлива В = geNe/3600 = 0,252·64,9/3600 = 4,54·10-3 кг/с.

5. Количество теплоты, введенное в двигатель Q = BQрн = 4,54·10-3·42 300 = 192 кДж/с.

Задача 2. Восьмицилиндровый четырехтактный дизельный двигатель эффективной мощностью Ne = 176 кВт работает на топливе с низшей теплотой сгорания Qрн = 42 600 кДж/кг при эффективном кпд ηе = 0,38. Определить в процентах теплоту, превращенную в полезную работу, потери теплоты с охлаждающей водой и потери теплоты с отработанными газами, если расход охлаждающей воды через двигатель Gв = 2 кг/с, разность температур выходящей из двигателя и входящей воды Δt = 10ºC, объем газов, получаемый при сгорании 1 кг топлива, Vг = 16,4 м3/кг, объем воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива, Vв = 15,5 м3/кг, температура отработавших газов tг = 550 ºC, средняя объемная теплоемкость газов с´рг = 1,44 кДж/(м3·К) и температура воздуха tв = 20 ºC.

Решение: 1. Теплота, превращенная в полезную работу, определяется по формуле Q = Ne = 176 кДж/с.

2. Расход топлива двигателем В = Ne/(ηeQрн) = 176/(0,38 · 42 600) = 10,9·10-3 кг/с.

3. Теплота, превращенная в полезную работу qe = [Qe/(BQрн)] 100 = [(176/(10,9 · 10-3 · 42,600)] 100 = 38 %.

4. Потери теплоты с охлаждающей водой Qохл = Gвсв (t2 – t1) = 2 · 4,19 · 10 = 83,8 кДж/с.

5. Потери теплоты в процентах qохл = [Qохл/(BQрн)] 100 = [83,8/(10,9 · 10-3 · 42 600)] 100 = 18 %.

6. Потери теплоты с отработанными газами Qг = В(Vгc´ргtг - Vвс´рвtв) = 10,9·10-3 (16,4·1,44·550 – 15,5·1,3·20)= 137,2 кДж/c.

7.Потери теплоты в процентах qг = [Qг/(BQрн)] 100 = [137,2/(10,9 · 10-3 · 42 600)] 100 = 29,5 %.

Задача 1. Определить количество теплоты, введенное в четырехцилиндровый четырехтактный дизельный двигатель.

№ варианта	ре, · 105 Па	D, м	S, м	сm, м/с	Qрн, кДж/кг	ge, кг/(кВт·ч)
1.	7,25	0,078	0,080	8,0	42 300	0,252
2.	7,15	0,080	0,080	7,5	42 200	0,253
3.	7,10	0,068	0,090	7,8	42 500	0,254
4.	7,20	0,076	0,090	7,9	42 500	0,255
5.	7,05	0,074	0,070	8,2	42 400	0,251
6.	7,22	0,082	0,070	8,5	42 300	0,253
7.	7,27	0,075	0,075	8,4	42 600	0,254
8.	7,18	0,074	0,075	8,3	42 400	0,256
9.	7,16	0,076	0,076	8,2	42 700	0,257
10.	7,03	0,076	0,074	8,3	42 650	0,254

Задача 2. Определить в процентах теплоту, превращенную в полезную работу, потери теплоты с охлаждающей водой и потери теплоты с отработанными газами.

№ варианта	Ne, кВт	Qрн, кДж/кг	ηе	Gв, кг/с	Δt, ºC	Vг, м3/кг	Vв, м3/кг	tг, ºC	с´рг, кДж/(кг·К)	tв, ºC
1.	176	42 600	0,38	2,2	10	16,4	15,5	550	1,44	20
2.	177	-=-	0,37	2,1	11	16,3	15,6	560	1,45	16
3.	178	-=-	0,36	2,3	12	16,4	15,7	555	1,44	13
4.	175	-=-	0,39	2,4	13	16,5	15,4	565	1,43	14
5.	174	-=-	0,37	2,5	14	16,2	15,0	570	1,45	15
6.	173	-=-	0,39	2,4	15	16,3	15,7	575	1,42	16
7.	172	42 500	0,38	2,2	16	16,5	15,8	554	1,44	17
8.	180	-=-	0,36	2,3	17	16,6	15,2	545	1,40	18
9.	182	-=-	0,35	2,4	18	16,7	15,3	548	1,41	12
10.	184	-=-	0,34	2,6	19	16,8	15,4	560	1,46	14

Решить ниже приведенные задачи и по полученным значениям построить графики в рv диаграмме по данным своего варианта. Вариант задачи совпадает с последней цифрой шифра зачетной книжки студента.

Задача 3. Определить основные параметры рабочего тела в характерных точках идеального цикла ДВС с подводом теплоты при v = const и термический КПД цикла. Рабочим телом является воздух, теплоемкость сv – величина постоянная.

Исходные данные к задаче 3.

№ варианта	m, кг	p1, МПа	t1,°C	ε	λ	сv, кДж/ (кг·К)
1	1,0	0,1	18	4	1,5	0,723
2	1,2	0,1	20	4	1,6	0,723
3	1,4	0,1	23	4	1,7	0,723
4	1,5	0,1	29	4	1,5	0,723
5	1,3	0,1	25	4	1,6	0,723
6	1,6	0,1	26	4	1,7	0,723
7	1,1	0,1	27	4	1,5	0,723
8	1,3	0,1	21	4	1,6	0,723
9	1,4	0,1	23	4	1,7	0,723
10	1,7	0,1	24	4	1,5	0,723

Указания к решению задачи

1. Начальный объем: м3/кг.

2. Конечный объем: м3/кг.

3. Давление в точке 2: МПа.

4. Температура в точке 2: К.

5. Давление в точке 3: МПа.

6. Температура в точке 3: К.

7. Давление в точке 4: МПа.

8. Температура в точке 4: К.

9. Количество подведенной теплоты: кДж/кг.

10. Количество отведенной теплоты: кДж/кг.

11. Термический КПД цикла: .

Задача 4. Для идеального цикла поршневого двигателя с под­водом теплоты при

р = const определить параметры всех основных точек, полезную удельную работу, удельное количество подведен­ной и отведенной теплоты, термический кпд цикла, термический КПД цикла Карно по условиям задачи, среднее индикаторное давле­ние. Рабочим телом является воздух с газовой постоянной R = 287 Дж/(кг·К). Теплоемкость рабочего тела принять постоянной. Изо­бразить в масштабе рv–диаграмму цикла.

Исходные данные к задаче 4

№ вари­анта	р1, МПа	Т1, К	ε	ρ	k
1.	0,1	325	20	2	1,4
2.	0,1	327	18	2	1,4
3.	0,1	330	16	2	1,4
4.	0,1	317	14	2	1,4
5.	0,1	310	20	2	1,4
6.	0,1	323	14	2	1,4
7.	0,1	329	16	2	1,4
8.	0,1	326	14	2	1,4
9.	0,1	322	15	2	1,4
10.	0,1	314	18	2	1,4

Указания к решению задачи

1. Удельный объем для точки 1: м3/ кг.

2. Параметры точки 2: м3/ кг;

МПа;

К.

3. Параметры точки 3: МПа;

м3/ кг;

К.

4. Параметры точки 4: К;

МПа;

м3/ кг.

5. Удельная работа расширения:

кДж/кг.

6. Удельная работа сжатия: кДж/кг.

7. Полезная удельная работа: кДж/кг.

8. Удельное количество подведенной теплоты:

кДж/кг;

9.  Удельное количество отведенной теплоты:

кДж/кг; .

10.  Полезно использованное удельное количество теплоты:

кДж/кг.

11. Термический кпд цикла: .

12. Термический кпд цикла Карно: .

13. Среднее индикаторное давление МПа.