Zad.II
4.2
Piotr
Bibik
M
3.1
Parametry stanu w punktach charakterystycznych obiegu Otto są odpowiednio równe: przed zgęszczaniem adiabatycznym ciśnienie p = [
1 ] , temperatura T =
[
300
] , zasób objętości
1
at
1
K
V = [
1 3 ] zaś po zagęszczeniu adiabatycznym ciśnienie p = [
12
] , temperatura
1
m
2
at
k 1
−
1
⎛ p k
⎞
⎛
⎞
2
, zasób objętości
1
p
k
. Po przemianie
V =
⋅ V = 169495
,
0
2
[ 3
1
m ]
T =
⋅ T =
2
1
[
181
,
610
K ]
⎜⎜
⎟⎟
⎜⎜
⎟⎟
p
⎝ 1 ⎠
p
⎝ 2 ⎠
1
izochorycznego sprężania ciśnienie (
⎛
⎞
k − )
1 Q
Δ
p
k
2
, temperatura
p
d
=
+ p = ,
2
3
2
[
75931 MPa]
V
⎜⎜
⎟⎟
1
p
⎝ 1 ⎠
k 1
⎛
− ⎞
⎜
⎛
⎞
⎜ (
⎟
k − )
1 Q
Δ
p
k
2
⎟
, zasób objętości V =
. Po przemianie
T
d
=
+
⋅ T =
,
1430
3
V 2
3
1
[
24 K ]
⎜
p V
⎜⎜
⎟⎟ ⎟
1 1
⎜
p
⎝ 1 ⎠ ⎟
⎝
⎠
k 1
−
⎛
⎞
adiabatycznego rozgęszczania ciśnienie ( k − )1 Q
Δ
p
k
1
,
p
d
=
+ p = ,
0
4
1
[
229943 MPa]
V
⎜⎜
⎟⎟
1
p
⎝ 2 ⎠
k 1
⎛
−
⎞
temperatura
⎜
⎛
⎞
⎜ (
⎟
zaś zasób objętości
k − )
1 Q
Δ
p
k
1
⎟
V =
.
4
1
V
T
d
=
+1 ⋅ T =
4
1
[
189
,
703
K ]
⎜
p V
⎜⎜
⎟⎟
⎟
1 1
⎜
p
⎝ 2 ⎠
⎟
⎝
⎠
Podczas przemiany izochorycznego sprężania do obiegu doprowadzono przyrost ilości ciepła Q
Δ
=160
. Zakładamy, że przemiany obiegu są przemianami odwracalnymi oraz, że d
[ kcal]
czynnikiem pracującym w obiegu jest powietrze traktowane tak jak gaz doskonały dla którego
⎡ J ⎤
indywidualna stała gazowa R =
04
,
287
⎢
⎥ zaś wykładnik izentropy k=1,4. Obliczyć prace
⎣ kgK ⎦
bezwzględne objętościowe przemian obiegu Otto.
Rozwiązanie:
1. Wykresy obiegu termodynamicznego Otto dla powietrza we współrzędnych PV i TS z zaznaczonymi przepływami pracy bezwzględnej objętościowej:
2. Tabela zestawienia danych i wyników obliczeń 1
2
3
4
1
k 1
−
− Δ
⎛ p k⎞
− Δ
⎛ p k
⎞
p
[
[ p
( k )1 Q
( k )1 Q
d
1
d
2
2 ]
1
p ]
i
p =
+
=
+
3
p 2
⎜⎜
⎟⎟
p 4
1
p
⎜⎜
⎟⎟
1
V
⎝
V
1
p ⎠
1
p
⎝ 2 ⎠
k 1
−
k 1
−
k 1
⎛
− ⎞
⎛
⎞
⎛
⎜
⎟
⎜
⎟
p
k
⎞
⎛
⎞
⎛
⎞
⎜ k −1 Q
Δ
p
k
⎜ ( k − )
1 Q
Δ
p
k
⎟
T
[
2
⎟
d
1
d
2
T =
+
T
T =
+
+1 T
1
T ]
i
=
(
)
3
1
2
T
1
T
⎜⎜
⎟⎟
⎜
⎜⎜
⎟⎟ ⎟
4
1
⎜
⎜⎜
⎟⎟
⎟
⎝
1
p 1
V
⎜
p
⎝
⎠ ⎟
1
p 1
V
⎜
p
1
p ⎠
1
⎝
⎠
⎟
⎝
⎠
2
⎝
⎠
1
⎛ p k⎞
V
[
1
V =
1
V ]
V =
i
V =
2
1
V
⎜⎜
⎟⎟
3
V 2
4
V 1
p
⎝ 2 ⎠
⎛
k −1
⎛ k −1 ⎞
k −1 ⎞
⎛
⎛
⎞
⎜
⎟ ⎞
⎜
⎟
⎜
k
⎜
⎟
⎝ k ⎠ ⎟
⎛ p ⎞
p V ⎛ p
⎞
p V
p k
L
⎜
1
⎜
⎟
1 1
2
⎟
L
= 1 1 ⎜ −
2
1
⎟
L
= 0
L
= 1−
Δ Q +
L
= 0
ij
−
1 2
(
3−4
k − )
1 ⎜
⎟
2−3
⎜
⎜⎜
⎟⎟ ⎜⎟ d ( k − )1⎜⎜
⎟⎟ ⎟
4 1
−
⎜
1
p
⎟
⎜
⎝ p 2 ⎠ ⎟
⎝ 1
p ⎠
⎝
⎠
⎜⎜
⎟⎟
⎝
⎝
⎠
⎠
3.Obliczam pracę bezwzględną objętościową obiegu Otto 3.1 Obliczam pracę bezwzględną objętościową przemiany izotropowej między punktami 1 i 2.
Pierwsza postać I zasady termodynamiki dE = Q
δ − L
δ
L
δ = pdV
I
dla przemiany izotropowej: Q
δ = 0
dE =
L
δ
−
I
Zasób energii wewnętrznej określony jest związkiem: E = c mT
I
ϑ
gaz doskonały c = const ϑ
układ substancjalny m=const
dE = c mdT
I
ϑ
L
δ = − c mdT
ϑ
całkując w granicach
L −
1 2
2
T
∫ L
δ = − c m
ϑ
∫ dT
0
1
T
= −
1
L
−
−2
c m
ϑ
( 1 T 2 T)
Z równania Mayera i definicji wykładnika izentropy: c −
=
p
ϑ
c
R
c
k
p
=
ϑ
c
otrzymujemy
= R
cϑ
k −1
k −1
k
− R p V ⎛ p ⎞
L
=
1 1
2
−
1 2
( k − )1 1
RT ⎜
⎜
⎟⎟
⎝ 1
p ⎠
⎛
k −1 ⎞
⎜
k ⎟
p V
⎛ p ⎞
1 1 ⎜
2
⎟
L
=
1
−
1 2
⎜ −
k −1
⎜⎜
⎟⎟ ⎟
⎜
⎝ 1
p ⎠ ⎟
⎝
⎠
3.2 Obliczam pracę bezwzględną objętościową przemiany izotropowej między punktami 3 i 4 obiegu
L
δ = − c mdT
ϑ
3
L −4
2
T
L
δ = −
∫
c m
ϑ
∫ dT
0
1
T
L
= −
3−4
c m
ϑ
( T −
4
3
T )
⎛⎛
k −1 ⎞
k −1
k −1
⎞
⎜⎜
k ⎟
R
p V
k
Q
p
p
k
k
Q
p
k
1 1 ⎜
1
⎛
⎞
⎛
⎞
d
2
1
1
⎛
⎞
⎜ ( − )Δ
⎟
( − )
⎟
Δ d
2
⎟
L
=
3−4
⎜
+
T
−
+
T
k −
⎜
1
1
RT
1
p 1
V
⎜⎜
⎟⎟ ⎟ 1⎜⎜
⎟⎟
1
p 1
V
⎜⎜
⎟⎟ 2 ⎟
⎜⎜⎜
⎝ 1
p ⎠ ⎟ ⎝ p 2 ⎠
⎝ 1
p ⎠
⎟⎟
⎝⎝
⎠
⎠
⎛
k −1 ⎛
⎞
k −1 ⎞
⎜
k
⎜
⎟
k ⎟
p V ⎛ p
⎞
⎛ p ⎞
⎜
1 1
2
⎜
⎟
1
⎟
L
=
Q
1
3−4
⎜Δ
+
d
k −1⎜
⎜
⎟⎟ ⎜ −
⎟
⎜⎜
⎟⎟ ⎟
⎜
⎝ 1
p ⎠ ⎜⎟ ⎝ p 2 ⎠ ⎟
⎝
⎝
⎠
⎠
3.3 Obliczam wartość pracy bezwzględnej objętościowej przemiany izotropowej między punktami 1-2 oraz 3-4
L
= −
1−2
[
573
,
253
kJ ]
L
=
3−4
[
366
,
594
kJ ]