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=V4/V3	1,0	1,0	1,0	1,2	1,3	1,4	1,5	1,8	2,0	2,2
λ=P3/P2	3,5	3,0	2,5	2,0	1,8	1,6	1,5	1,0	1,0	1,0
ε=V1/V2
Пк=P2/P1	6,0	6,5	7,0	7,5	8,0	8,5	5,75	6,25	7,25	6,75
G, кг/с
t3 ГТУ, ˚C
r2	0,9	0,2	0,7	0,4	0,5	0,75	0,45	0,35	0,85	0,1
r1	0,1	0,8	0,3	0,6	0,5	0,25	0,55	0,65	0,15	0,9
Последняя цифра номера зачетки
t1, ˚C
P1 , 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 Du, энтальпии Dh и энтропии Ds, 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; Сⁱ_рm и Сⁱ_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: T₁ = t₁ + 273,15; V₁ = (R_CM·T₁)/P₁.

2 точка: P₂ = P₁· π_к ;

V₂ = (R_CM·T₂)/P₂ ; .

3 точка: P₃ = P₂; T₃ = t₃ + 273,15;

V₃ = (R_CM·T₃)/P₃ .

4 точка: P₄ = P₁ ; V₄ = (R_CM·T₄)/P₄ ; .

Промежуточные точки процесса 1-2:

ΔP = (P₂ – P₁)/4;

P₂′ = P₁ + ΔP ; ;

P₂′′ = P₂′ + ΔP ; ;

P₂′′′ = P₂′′ + ΔP ; .

Промежуточные точки процесса 3-4:

ΔP = (P₃ – P₄)/4;

P₄′ = P₃ − ΔP ; ;

P₄′′ = P₄′ − ΔP ; ;

P₄′′′ = P₄′′ − ΔP ; .