Условие и содержание задания
Идеальный газ (μ – 18,0 г/моль, к = 1,33) при V1; P1; T1 изохорно нагревается до T2, а затем изотермически до Р3. После изобарного и изоэнтропного сжатия рабочее тело возвращается в начальное состояние.
1. Определить термические и удельные калорические характеристики рабочего тела в переходных точках цикла (P; V; T; h; s; u).
2. Вычислить изменения калорических характеристик в каждом из составляющих циклов изопараметрических процессов (ΔH; ΔS; ΔU).
3. Вычислить количество теплоты, деформационной работы, работы перемещения для каждого из изопараметрических процессов (Q; L; Lп).
4. Выяснить энергетические особенности этих процессов и цикла в целом, составить для них схемы энергобаланса и кратко прокомментировать их особенности
5. Оценить эффективность тепломеханического цикла и эквивалентного ему цикла Карно.
Таблица 1
№ варианта
Начальный объем рабочего тела,
V1, м3
Начальное давление,
P1, кПа
Начальная температура,
T1, К
Конечная температура в изохорном процессе,
T2, К
Конечное давление в изотермическом процессе,
P3, кПа
9 2,6 4000 573 723 100
1 Рабочее тело - идеальный газ
1.1 Предварительные вычисления
Удельная газовая постоянна
Удельная изобарная теплоемкость газа при к = 1,33
Удельная изохорная теплоемкость
Масса идеального газа
1.2 Определение характеристик термодинамического состояния идеального газа в переходных точках
На рис. 1 и 2 показан тепломеханический цикл в диаграммах Pv и Ts.
Расчет характеристик термодинамического состояния выполняется в соответствии с исходными данными табл.1 по следующему плану:
Состояние (точка) 1.
Известны: V1; P1; T1.
Определяется удельный объем
Удельные калорические характеристики для каждого из состояний вычисляются по расчетным соотношениям при Тб = 273,15 К и Рб = 100 кПа.
Удельная энтальпия
Удельная внутренняя энергия
Удельная энтропия
Состояние (точка) 2.
Известны: T2;
V2 = V1 (процесс 1-2 изохорный);
v2 = v1
Определяются:
Давление
Удельная энтропия
Удельная внутренняя энергия
Удельная энтропия
Состояние (точка) 3.
Известны: Р3;
Т3 = Т2 (процесс 2-3 изотермический).
Определяются:
Удельный объем
Объем
Удельная энтальпия
Удельная внутренняя энергия
Удельная энтропия
Состояние (точка) 4.
Известны: Р4 =Р3 (процесс 3-4 изобарный);
s4 = s1 (процесс 4-1 изоэнтропный).
Определяются:
Термодинамическая температура
Удельный объем
Объем
Удельная энтальпия
Удельная внутренняя энергия
Результаты расчета сведены в табл.2
Таблица 2
Номер точки
Р,
кПа
Т,
К
t°,
°С
V,
м3
v,
h,
u,
s,
1 4000 573 300 2,6 0,066 560 295 -0,325 2 5061 723 450 2,6 0,066 837 502 -0,0002 3 100 723 450 131,2 3,34 837 502 1,812 4 100 230 -43 41,73 1,062 -80 -186 -0,325
Характеристики термодинамического состояния идеального газа в переходных точках цикла
1.3 Вычисление изменения калорических характеристик в процессах с идеальным газом
Изменение калорических характеристик при переходе рабочего тела из начального состояния Н в конечное К определяется на основе следующих соотношений:
Изменение энтальпии
Изменение внутренней энергии
Изменение энтропии
По данным табл.2 получаем
Процесс 1-2 (V = const)
Процесс 2-3 (Т = const)
Процесс 3-4 (Р = const)
Процесс 4-1 (S = const)
1.4 Определение количества теплоты, деформационной работы и работы перемещения в процессах с идеальным газом
Характеристики термодинамических процессов (Q; L; Lп) определяются на основании Первого и Второго законов термодинамики. ............
