Рабочее тело поршневого двигателя внутреннего сгорания со смешанным подводом тепла обладает свойствами воздуха. Известны начальные параметры р1 = 1бар, t1 = 200C и следующие характеристики цикла: ε = 7, λ = 2,0 и ρ = 1,2.
Определить параметры в характерных для цикла точках, количество подведенного тепла, полезную работу и термический к.п.д. цикла. Рабочее тело – воздух. Теплоёмкость считатьпостоянной.
Принять:
- удельная массовая теплоёмкость воздуха 
;
- газовая постоянная воздуха 
;
- показатель адиабаты k = 1,4.
Определим давление и температуру рабочего тела в конце процесса адиабатного сжатия 1-2.
и
Используя уравнения изохорного процесса и степень повышения давления λ,
определим давление и температуру рабочего тела в конце процесса изохорного подвода теплоты
Используя уравнения изобарного процесса и степень предварительного расширения ρ, определим давление и температуру рабочего тела в конце процесса изобарного подвода теплоты
Используя уравнение адиабаты определим давление и температуру рабочего тела в конце процесса расширения рабочего тела 4-5.
и
Определим теплоту, подведенную к рабочему телу в изохорном процессе 2-3 и в изобарном процессе 3-4.
и
Определим теплоту, отведенную в изохорном процессе 5-1.
Теплота, подведенная в цикле
Результирующая работа цикла
Термический кпд цикла
…
Выполним проверку, используя зависимость для кпд цикла со смешанным подводом теплоты.
Проверка подтвердила точность выполненных расчётов.
Из уравнения состояния – 
определим объём 1кг воздуха в характерных точках цикла. Полученные параметры состояния занесём в таблицу.
 № точки
Параметр
| ||||||
| V, м3 | 0,841 | 0,120 | 0,120 | 0,144 | 0,841 | |
| P,бар | 15,245 | 30,49 | 30,49 | 2,582 | ||
| T,К | 638,1 | 
| 
| 756,3 | ||
Построим индикаторную диаграмму цикла со смешанным подводом теплоты..
Цикл со смешанным подводом теплоты
Теплопередача
Пример решения задачи рассмотрим для одного из вариантов условий задачи
Вычислить мощность q удельного теплового потока через 1 м2 чистой поверхности парового котла и температуры на поверхностях стенки, если задано:
- температура дымовых газов – tж1 = 1000 °С;
- температура кипящей воды - tж2 = 200 °С;
- коэффициент теплоотдачи от газов к стенке – α1 = 100 Вт/(м2*°С);
- коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде – α2 = 5000 Вт/(м2*°С);
- коэффициент теплопроводности материала стенки – λ = 50 Вт/(м*°С);
- толщина стенки – δ = 12 мм.
Схематично изобразить эпюру температур в расчётной модели.
Последовательность решения.
1. Вычислить коэффициент теплопередачи по зависимости
2. Рассчитать мощность q удельного теплового потока через 1 м2 чистой поверхности парового котла 
3. По уравнению Ньютона – Рихмана рассчитать температуры на поверхностях стенки 
4. Проверка решения задачи
Рассчитаем мощность q удельного теплового потока через 1 м2 чистой поверхности парового котла, используя уравнение стационарного одномерного линейного распространения теплоты через плоскую стенку 
 | |||||
| |||||
| |||||
Эпюра температур в стенке трубки котла. Эпюры в текучих средах изображены условно.
Для решения других задач контрольной работы по разделу Теплотехника ис-пользовать приведенные в этом примере зависимости.
Замечания преподавателя
1. Решение задачи обязательно должно включать рисунок.
2. Следует понимать и уметь объяснить рисунок, используя теплотехническую терминологию и теплотехнические процессы и определения.
Теплопередача
Условие задачи
1. Определить толщину стенки трубы парового котла и температуры наружной и внутренней поверхностей трубы.
Задано:
- удельный тепловой поток q=114750 Вт/м2
- температура дымовых газов – tж1 = 1000 °С;
- температура кипящей воды - tж2 = 200 °С;
- коэффициент теплоотдачи от газов к стенке – α1 = 150 Вт/(м2*°С);
- коэффициент теплоотдачи от стенки к кипящей воде – α2 = 7500 Вт/(м2*°С);
- коэффициент теплопроводности материала стенки – λ = 75 Вт/(м*°С);
2. Схематично изобразить эпюру температур в расчётной модели.
Решение задачи
Из уравнения теплопередачи определяем коэффициент теплопередачи.
114750=k*(1000-200)
k=114750/800=143,4 
Коэффициент теплопередачи имеет вид
Используя это уравнение, определим толщину стенкт котельной трубы
По уравнению Ньютона – Рихмана для теплоотдачи от дымовых газов и к кипящей воде
рассчитываем температуры на поверхностях стенки котельной трубы.
Температура стенки со стороны дымовых газов
Температура стенки со стороны кипящей жидкости
Проверка решения задачи
1. Удельный тепловой поток через стенку котла теплопроводностью
2. Удельный тепловой поток от дымовых газов к стенке котла теплоотдачей
3. Удельный тепловой поток от стенки котла к кипящей воде теплоотдачей
Погрешность расчётов удельных тепловых потоков теплоотдачей и теплопроводностью составляет примерно 1%.
Эта величина погрешности допустима для расчётов процесса теплопередачи.
| |||||
| |||||
| |||||
Эпюра температур в стенке трубки котла. Эпюры в текучих средах изображены условно.