Минск-2009

МИНСКИЙ ВЫСШИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АВИАЦИОННЫЙ КОЛЛЕДЖ

Кафедра ТЭВСиД

ТЕРМОДИНАМИКА

И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

Методические указания по выполнению курсовой работы

для студентов

специальности «Техническая эксплуатация воздушных судов и двигателей»

всех форм обучения

Минск-2009

Введение

Учебная дисциплина «Термодинамика и теплопередача» является составной частью учебного плана подготовки инженера-механика по специальности «Техническая эксплуатация воздушных судов и двигателей» для всех форм обучения. Дисциплина состоит из двух самостоятельных разделов:

- техническая термодинамика;

- теплопередача.

Техническая термодинамика является частью термодинамики – раздела теоретической физики. Объектом исследований технической термодинамики являются авиационные двигатели – тепловые машины, в которых изучаются закономерности взаимного превращения теплоты в работу, устанавливается взаимосвязь между тепловыми, механическими и химическими процессами, имеющими место в тепловых машинах.

Теплопередача – это наука, изучающая процессы переноса теплоты (теплообмена) в пространстве с неоднородным температурным полем. В зависимости от характера теплообмена перенос теплоты может быть назван теплопроводностью (например, через стенки корпуса), конвекцией (например, при охлаждении турбинных лопаток воздухом) и излучением (например, при горении топливовоздушной смеси от пламени к стенкам жаровой трубы в камере сгорания).

Основной формой изучения данной дисциплины является самостоятельная работа над учебным материалом. При этом не следует стремиться к механическому запоминанию всех формул и зависимостей. Главное внимание необходимо уделить раскрытию физического смысла входящих в формулы параметров, уяснить динамику изменения их в процессе эксплуатации и др. Однако твёрдо нужно помнить основные уравнения и формулы. Изучив всю тему, надо проверить свои знания, ответив на контрольные (экзаменационные) вопросы.

В процессе самостоятельной работы курсант выполняет курсовую работу. Пояснительную записку к этой работе следует выполнять с соблюдением требований Единой системы конструкторской документации (ЕСКД), писать чернилами или пастой аккуратно и разборчиво (разрешается печатный вариант). Страницы должны быть пронумерованы и иметь поля для замечаний рецензента. Графическая часть работ выполняется также согласно ЕСКД, пастой или карандашом, на миллиметровой бумаге в мелкую клетку. Численные значения параметров, а также результаты расчётов надо давать в соответствие требованиям системы СИ. Необходимо иметь в виду, что деятельность инженера – механика по технической эксплуатации авиадвигателей базируется, в основном, на анализе получаемой информации и принятии соответствующих решений. Поэтому при выполнении курсовой работы необходимо подробное обоснование выбранных коэффициентов, используемых в расчётах, с учётом имеющегося опыта эксплуатации и перспектив развития авиационной техники.

1. Цель и задачи курсовой работы.

Цель курсовой работы – закрепить теоретические знания, полученные при изучении курса и научить курсанта самостоятельно рассчитывать и анализировать термодинамические процессы в элементах двигателей и системах летательных аппаратов; производить анализ идеальных циклов авиационных двигателей; рассчитывать одномерные газовые потоки в элементах двигателей; производить анализ теплового состояния этих элементов и влияния на него различных факторов; уметь оценивать эффективность методов тепловой защиты элементов двигателя; оценивать эффективность теплообменных аппаратов и систем охлаждения.

2. Задание, объем и защита курсовой работы.

Задание на курсовую работу выдается отдельно каждому курсанту в начале семестра по вариантам согласно приведенной ниже методике.

Общий объем работы по курсовому проекту составляет 10 часов.

Выполненная курсовая работа подписывается курсантом и руководителем. Зачет по курсовой работе принимает руководитель (преподаватель кафедры ТЭВСиД).

При защите курсовой работы нужно кратко изложить содержание выполненных расчетов и обосновать принятые основные решения.

3. Методика выполнения курсовой работы.

При изучении учебной дисциплины «Термодинамика и теплопередача» курсанты выполняют курсовую работу, состоящую из двух частей:

1. Оценка термодинамического совершенства цикла Брайтона с регенерацией тепла.

2. Расчет теплообменного аппарата.

Целью первой части курсовой работы является приобретение навыков и умений в определении:

- параметров состояния рабочего тела в контрольных точках цикла Брайтона с регенерацией тепла;

- энергетических показателей термодинамических процессов, составляющих цикл Брайтона с регенерацией тепла;

- экономии топлива при использовании регенерации тепла в авиационных двигателях;

- возможности использования регенерации тепла в авиационных двигателях;

- термодинамического совершенства цикла Брайтона с регенерацией тепла по отношению к базовому циклу – циклу Карно.

Целью второй части курсовой работы является приобретение навыков и умений в определении:

- коэффициентов теплоотдачи при вынужденном конвективном теплообмене;

- критериев динамического и теплового подобия;

- основных параметров теплообменного аппарата.

Для реализации поставленной задачи во второй части курсовой работы для цикла Брайтона с регенерацией тепла курсантам предлагается выполнить расчёт теплообменного аппарата.

3.1.Указания по определению варианта задания.

К выбору варианта задания и исходных данных для выполнения курсовых работ.

1. По табл. 1 определяется число, соответствующее первой букве фамилии курсанта – А.

2. К числу «А» прибавляется число, образованное двумя последними цифрами шифра курсанта (шифр студенческого билета, военного билета) – В.

3. Номер варианта находится по двум последним цифрам полученной суммы–С.

Пример: Студент Иванов И.И., шифр БТП200092. Из табл. 1 следует, что первой букве фамилии «И» соответствует число А=9. Две последние цифры шифра образуют число В=92, то есть С=92+9=101. Таким образом, вариант задания – 01.

Таблица 1

В соответствии с вариантом задания из табл. 2 выписываются исходные данные для выполнения курсовой работы:

1. Степень повышения давления рабочего тела .

2. Степень подогрева

3. Степень регенерации (для цикла Брайтона с регенерацией тепла).

4. Параметры состояния в начальной точке цикла для всех вариантов: Т₁=288 К; р₁=101325 Па.

5. Расход воздуха через двигатель G=1 кг/с.

Таблица 2

Вариант задания	π	Δ	Степень регенерации σр
01, 99		6,0	0,60
02, 98		5,8	0,61
03, 97		5,6	0,62
04, 96		5,4	0,63
05, 95		5,2	0,64
06, 94		5,0	0,65
07, 93		4,8	0,66
08, 92		4,8	0,67
09, 91		5,0	0,68
10, 90		5,2	0,69
11, 89		5,4	0,70
12, 88		5,6	0,71
13. 87		5,8	0,72
14, 86		6,0	0,73
15, 85		5,8	0,74
16, 84		5,6	0,75
17, 83		5,8	0,74
18, 82		6,0	0,73
19, 81		6,0	0,72
20, 80		6,2	0,71
21, 79		6,4	0,70
22, 78		6,4	0,69
23, 77		6,2	0,68
24, 76		5,8	0,67
25, 75		6,0	0,66
26, 74		5,8	0,65
27, 73		5,6	0,64
28, 72		5,4	0,63
29, 71		5,6	0,62
30, 70		5,8	0,61
31, 69		6,0	0,60
32, 68		5,6	0,61
33, 67		5,2	0,62
34, 66		5,8	0,63
35, 65		6,0	0,64
36, 64		6,2	0,65
37, 63		6,4	0,66
38, 62		6,6	0,67
39, 61		6,4	0,68
40, 60		6,2	0,69
41, 59		6,0	0,70
42, 58		5,8	0,71
43, 57		5,6	0,72
44, 56		5,4	0,73
45, 55		5,2	0,74
46, 54		5,0	0,75
47, 53		4,8	0,74
48, 52		5,4	0,73
49, 51		5,6	0,72
50, 00		5,8	0,71

3.2. Порядок выполнения первой части курсовой работы

3.2.1. Расчёт параметров состояния в контрольных точках цикла Брайтона без регенерации тепла (рис.1)

Рис.1. Изображение цикла Брайтона

в p-v координатах

Точка 2. Давление р₂= p р ₁, где p – степень повышения давления из задания, р ₁=101325 – начальное давление; температура – , где к =1.4 – показатель адиабаты для воздуха; удельный объём – ; плотность – .

Точка 3. р ₃= р₂; ; ;

Точка 4. р ₄= р ₁; ;