КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ДЛЯ ВСЕХ СПЕЦИАЛИЗАЦИЙ Методические указания к выполнению контрольной работы

⇐ Назад

К решению заданий контрольной работы следует приступать при наличии литературных источников, указанных в каждом задании. Это позволит лучше разобраться в задании и сократит затраты времени за счет правильного выполнения работы с первого предъявления.

Контрольная работа включает в себя два задания. Вариант задания выбирается из таблиц в соответствии с порядковым номером в списке группы, рабочее тело выбирается по порядковому номеру группы.

Работы, выполненные не по своему варианту или не из своего задания, не рассматриваются. Если при проверке работа была не зачтена, то к исправленной работе следует обязательно приложить незачтенную.

Контрольная работа выполняется в тетради школьного образца с пронумерованными страницами и полями 25-30 мм для замечаний преподавателя.

При выполнении задач необходимо соблюдать следующие условия:

а) выписывать условия задачи и соответствующие варианту исходные данные;

б) решение сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором указывается, какая величина определяется и по какой формуле (в случае преобразований указать, из какой исходной формулы она получена);

в) приводить численные значения всех величин, подставляемых в
формулу. Указать размерность конечного результата, например:

;

г) вычисления проводить только в Международной системе единиц
(СИ). Соблюдение этого обязательного условия применительно к каждой
используемой в задаче величине позволит значительно сократить количе-
ство ошибок. В прил. 1 приведены единицы измерения в системе СИ основных величин, встречающихся при выполнении контрольной работы, и таблица приставок к ним;

д) все справочные величины, необходимые для расчетов, приведены в конце методических указаний в прил. 2.

ЗАДАНИЕ №1 ПО КУРСУ ТЕПЛООБМЕНА

Рассчитать температурное поле (исходные данные в табл. 1) в 3-слойной стенке и определить тепловой поток (стационарная задача, граничные условия 3-го рода). Расчеты оформить в пояснительной записке.

В записку отдельным пунктом включить:

1. Уравнение температурного поля для каждого слоя (в общем виде и численном).

2. График температурного поля по толщине, составной стенки (на миллиметровой бумаге).

Масштабы: а) толщина 1: 1; б) температура 1 мм — 2°С.

Условные обозначения:

t_f1, t_f₂, °С- температуры горячей и холодной среды;

α₁,α₂, Вт/(м²*К) - коэффициенты теплоотдачи на горячей и холодной стороне;

λ₁, λ₂, λ₂, Вт/(м*К) - коэффициенты теплопроводности материала слоев;

t_w₁, t_w₂, t_w₃, t_w₄, °С- температуры поверхностей слоев.

Для криволинейных стенок t_w₁, λ₁, R₁ относятся к внутренней поверхности. По толщине каждого слоя рассчитать две промежуточные точки.

Указание к заданию 1

При решении задачи сначала рассчитывается коэффициент теплопередачи многослойной стенки, затем величина теплового потока. По найденной величине теплового потока определите распределение температурного поля в каждом слое.

Таблица 1

Исходные данные к заданию № 1 по курсу теплообмена

	Форма	Толщина слоев,	Вт/(м*К)	°С	Вт/(м*К)	R,
№	стенки		мм								мм
	δ₁	δ₂	δ₃	λ₁	λ₂	λ₃	t_w₁	t_w₁	α₁	α₁
					0,5						-
							0,5
	пло-										-
	ская										-
					0,5						-
											-
							0,2				-
					0,5	0,2	ОД				-
											-
						0,5	0,1				-
							0,5

	цилинд-
	риче-
	ская
						0,8	0,1
							0,7
							0,15

						I


	сфери-						0.5
	ческая						0,2
							0,5
					0,2		0,5


						0,2	0,1
					0,2	1 0,5	0,25

ЗАДАНИЕ №2 КУРСОВАЯ РАБОТА ПО ТЕРМОДИНАМИКЕ

Рассчитать идеальный цикл ГТД тягой R при полете с числом М за время т (час) по заданной высоте Н при температуре Т₃ газа перед турбиной. Исходные данные приведены в табл. 4, 5, 6. Общими для всех вариантов заданий являются:

• масса воздуха G = 1 кг;

• расчетная схема ГТД (рис. 1 и 2);

• топливо — керосин различных марок (выбирается по номеру и группы) с начальной температурой Т_Г = 300 К (см.табл.6).

Цель контрольной работы: научить студента методике расчета и основам исследования цикла теплового двигателя. В ходе выполнения работы проводится определение параметров состояния рабочего тела в термодинамических процессах идеального цикла газотурбинного двигателя (ГТД), его энергетических показателей, графическое построение цикла. Результаты расчетов характеристик цикла идеального цикла ГТД, представленные в графической форме, позволяют произвести их сравнительный анализ.

Исходные данные к расчету

В прил. 1 приведены варианты заданий (исходных данных) для расчета идеального цикла ГТД с тягой R при полете с числом М за время т

(час) на заданной высоте Н при температуре Т₃ газа перед турбиной.

В прил. 2 дана стандартная международная атмосфера (МСА), по

которой определяются исходные р₀, ρ, Т₀ и состав воздуха (табл. Ш, П2).

Общими для всех вариантов заданий являются:

• масса воздуха G = 1 кг:

• расчетная схема ГТД (рис. 1, 3);

• топливо - керосин различных марок (назначается консультантом) с начальной температурой Т_Т = 300 К (см. прил. 2, табл. ПЗ).

Постановка задачи

В ходе расчета идеального цикла ГТД следует определить для поступающего в диффузор двигателя воздуха и продуктов сгорания:

• мольные доли, массовые доли, изохорные теплоемкости, газовые постоянные, показатели адиабаты;

• оптимальное значение степени повышения давления воздуха в компрессоре двигателя;

• потребный коэффициент избытка а в камере сгорания;

• параметры рабочего тела в узловых точках цикла 1,2,3,4,5;

• изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии в процессах за цикл;

• теплоту процессов и преобразованное тепло, работу и термический КПД цикла;

• основные параметры рабочего тела в двух промежуточных точках процессов 1-2 и 3-5;

• по результатам расчетов построить в P-V- и Т- S - координатах идеальный цикл ГТД;

• энергетические характеристики двигателя.

Рис. 1. Принципиальная схема ГТД с подводом тепла при р = const:
1-топливный насос; 2-компрессор: 3-камера сгорания; 4-газовая турбина

Рис. 2. Идеальный цикл ГТД при р = const.

а - в координатах Р-V; б - в координатах T-S

Рис. 3. Конструктивная схема ВРД с турбокомпрессором:

1 - диффузор;2 - центробежный компрессор; 3 - камера сгорания;

4 - газовая турбина; 5 — сопло

3. Методические указания по выполнению расчетов

3.1. Расчет состава рабочего тела

Расчет массовых и мольных (объемных) долей компонентов для воздуха и продуктов сгорания, молекулярной массы, их теплоемкости (см. [3], с. 336) проводится по соотношениям ([1], см. с.18, 33 и 38, [2,3]) для каждого компонента:

для газовой смеси:

По таблице МСА (см. прил. 2) для заданной высоты полета принимаются для воздуха и его состав. Результаты расчетов по п. 3.1 сводятся в табл. 2 и 3.

Расчетные соотношения для продуктов сгорания (реальные циклы) приведены в п. 3.4 и тоже сводятся в табл. 2 и 3.

3.2. Расчет оптимального значения степени повышения давления в компрессоре ГТД

3.3.

Для заданного числа М полета оптимальное значение можно получить аналитически из условия, что при его значении полезная работа цикла ГТД' - наибольшая. Обычно решение сводится к отысканию максимума

функции

Этот максимум в идеальном цикле достигается при значении

равном

Полученное значение используется в дальнейших расчетах параметров цикла.

3.3. Определение коэффициента избытка воздуха

Основано на обеспечении заданной температуры перед турбиной. Для расчета примем соотношение у" для заданного вида топлива (см. прил. 2, табл. ПЗ)

Определяется коэффициент избытка воздуха по формуле [7]

Здесь F, Т_х промежуточные расчетные зависимости:

3.4. Расчет состава продуктов сгорания и рабочей смеси

Проводится по указанию консультанта. Здесь определяются:

• массы компонентов:

• моли компонентов:

• мольные (объемные) доли компонентов:

• массовые доли компонентов:

»

количество топлива, сгорающего в 1 кг воздуха, находится по формуле

массасса рабочей смеси (воздух и топливо)

• массовые доли рабочей смеси:

• теплоемкость рабочей смеси:

• газовая постоянная:

Указание к заданию

При термодинамическом исследовании циклов полагают:

• что циклы замкнуты (в действительности же продукты сгорания удаляются в атмосферу, а на их место поступает новое рабочее тело);

• рабочее тело в цикле - идеальный газ с постоянной теплоемкостью;

• процесс сгорания, связанный с химическими изменениями состава рабочего тела, - обратимый процесс подвода тепла q₁ извне;

• процесс уноса теплоты, содержащейся в продуктах сгорания, обратимый процесс отвода теплоты q₂ от рабочего тела;

• механические потери на трение и потери теплоты в окружающую среду отсутствуют.

При таких предпосылках считают, что тепловые двигатели работают по обратимым термодинамическим циклам с постоянным составом и характеристиками рабочего тела. Поэтому в дальнейшем, приступая к расчетам по пп. 4 и 5 во всех соотношениях, описывающих процессы цикла,

принимаются характеристики для воздуха Состав продуктов

сгорания учитывается при расчетах реальных (действительных) циклов тепловых машин.

Таблица 2

Состав рабочего тела цикла ГТД

Характеристики	Компоненты
N₂	O₂	СО₂	Н₂О
R_i,
c_pi,
c_vi,
μ_i,
m_i, кг	Воздух
Прод. сг
М_п , кмоль	Воздух
Прод. сг
g_i	Воздух
Прод. сг
r_i	Воздух
Прод. сг

Таблица 3

Характеристики рабочего тела в цикле ГТД

Рабочее тело	Характеристики
c_p,	c_v,	R_i,	m, кг
Воздух
Продукты сгорания

⇐ Назад