Расчет состава и параметров рабочего тела

 

3.1.1. Определение состава газовой смеси

В общих положениях было отмечено, что в качестве рабочего тела в задании для выполнения курсовой работы дается газовая смесь.

Если газовая смесь задана объемными долями, тогда необходимо определить массовые доли по уравнению:

,

где r_i - обьемная доля i -го компонента; μ_i - молекулярная масса i -го компонента, кг/кмоль.

Если же газовая смесь задана массовыми долями, тогда необходимо определить объемные доли по уравнению

.

Таблица 2.1 - Исходные данные для выполнения курсовой работы

ρ = V 4/ V 3	1,0	1,0	1,0	1,2	1,3	1,4	1,5	1,8	2,0	2,2
λ = P 3/ P 2	3,5	3,0	2,5	2,0	1,8	1,6	1,5	1,0	1,0	1,0
ε = V 1/ V 2
Пк= P 2/ P 1	6,0	6,5	7,0	7,5	8,0	8,5	5,75	6,25	7,25	6,75
G, кг/с
t 3 ГТУ, ˚C
r 2	0,9	0,2	0,7	0,4	0,5	0,75	0,45	0,35	0,85	0,1
r 1	0,1	0,8	0,3	0,6	0,5	0,25	0,55	0,65	0,15	0,9
Последняя цифра номера зачетки
t 1, ˚C
P 1 , МПа	0,1	0,09	0,106	0,092	0,108	0,094	0,104	0,098	0,102	0,096	0,09	0,103	0,095	0,103	0,097	0,093	0,111	0,091
Компонент 2	CO2	N2	CO2	H2O	N2	N2	CO	O2	N2	CO	SO2	O2	SO2	CO2	CO2	N2	H2O	SO2
Компонент 1	N2	CO	O2	N2	CO	CO2	N2	CO2	H2O	N2	N2	SO2	CO	SO2	H2O	SO2	CO	O2
Предпоследние цифры номера зачетки

3.1.2. Определение газовых постоянных компонентов и смеси

 

Для определения газовой смеси, необходимо вычислить газовые постоянные отдельных компонентов смеси. Их следует определять по формуле:

 

R_i = 8314/ μ_i, Дж/(кг∙К).

 

Газовая постоянная смеси тогда определяется:

или .

Значение газовой постоянной смеси должно быть проверено по величине средней молекулярной массы смеси m _см, которая определяется по уравнениям:

а) при задании смеси в объемных долях

;

б) при задании смеси в массовых долях

;

Тогда

R _см = 8314/ μ _см.

 

 

3.1.3. Определение парциальных давлений

 

По величине давления смеси для заданной точки цикла определяются парциальные давления:

а) при задании смеси в объемных долях

P_i = P _см· r_i;

б) при задании смеси в массовых долях

P_i = P _см ·g_i ·(R_i /R _см );

Проверка осуществляется по уравнению

.

 

3.1.4. Определение средних теплоемкостей рабочего тела в цикле

3.1.4.1. Средняя теплоемкость рабочего тела (газовой смеси) в цикле необходима для определения в каждом из процессов цикла изменений внутренней энергии D u, энтальпии D h и энтропии D s, а также количества подведенного и отведенного тепла. Прежде чем приступить к определению численных значений средней теплоемкости смеси в цикле, необходимо определить средние теплоемкости отдельных компонентов газа. Эти теплоемкости могут быть определены по следующим уравнениям.

 

3.1.4.2. Средняя массовая изобарная теплоемкость компонента

 

,

где: и - средние массовые изобарные теплоемкости компонента газа в интервалах температур соответственно от 0 °С до t _max (t _max – максимальная температура газа в цикле) и от 0 ºС до t _min (t _min – минимальная температура газа в цикле).

Значение теплоемкостей для данного компонента газа берутся из таблиц, помещенных в теплотехнической литературе.

 

3.1.4.3. Средняя массовая изохорная теплоемкость компонента

,

где и - средние массовые изохорные теплоемкости компонента газа в тех же интервалах температур.

 

3.1.4.4. При использовании таблиц для определения значения теплоемкостей при температурах, кратных 100 градусам Цельсия, применить метод интерполяции в предположении линейной зависимости теплоемкости от температуры в том или ином стоградусном интервале ее изменения.

 

3.1.4.5. Средняя массовая изобарная и изохорная теплоемкости смеси в цикле определяются по уравнениям:

 

;

 

,

где g_i - массовая доля данного компонента газа; С ⁱ_рm и С ⁱ_vm - средние массовые изобарная и изохорная теплоемкости данного компонента газа в интервале температур от t _min до t _max определены выше.

 

3.1.5 Определение показателя адиабаты К

 

Показатели адиабаты для процессов сжатия и расширения принимаются равными, и определяются по формуле:

.

3.2. Расчет теоретического цикла ГТУ

 

3.2.1. Определение термических параметров узловых точек цикла ГТУ

 

1 точка: T ₁ = t ₁ + 273,15; V ₁ = (R _CM· T ₁)/ P ₁.

 

2 точка: P ₂ = P ₁· π_к;

V ₂ = (R _CM· T ₂)/ P ₂; .

 

3 точка: P ₃ = P ₂; T ₃ = t ₃ + 273,15;

V ₃ = (R _CM ·T ₃ )/P ₃.

4 точка: P ₄ = P ₁ ; V ₄ = (R _CM ·T ₄ )/P ₄ ; .

 

Промежуточные точки процесса 1-2:

Δ P = (P ₂ – P ₁)/4;

P ₂′ = P ₁ + Δ P; ;

P ₂′′ = P ₂′ + Δ P; ;

P ₂′′′ = P ₂′′ + Δ P; .

Промежуточные точки процесса 3-4:

Δ P = (P ₃ – P ₄)/4;

P ₄′ = P ₃ − Δ P; ;

P ₄′′ = P ₄′ − Δ P; ;

P ₄′′′ = P ₄′′ − Δ P; .