Термодинамический анализ процессов в компрессорах

Стр 1 из 2Следующая ⇒

МАКСЮТА Р.В.

«Теплотехника»

Методические указания и контрольные задания

по самостоятельной работе

для студентов-заочников

инженерно-технических специальностей

Иркутск 2007

ОБЩИЕ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

При изучении курса «Теплотехника» студенты-заочники, руководствуясь программой для неэнергетических специальностей вузов, самостоятельно работают над учебниками и учебными пособиями, выполняют контрольные работы и лабораторные работы. Рекомендуется затем прослушать обзорные лекции по основным вопросам курса.

Материал курса изучают по основному учебнику (см. список рекомендованной литературы). Для более подробного и глубокого изучения отдельных вопросов и в помощь при выполнении контрольных работ рекомендуется дополнительная литература. При самостоятельной работе над учебником необходимо добиваться отчетливого представления о физической сущности изучаемых явлений и процессов. При этом особое внимание следует уделить изучению теоретических основ теплотехники (технической термодинамике и основам тепло- и массообмена), являющихся базой изучения второй части указанного курса.

При изучении каждого раздела рекомендуется составлять конспект, который будет полезен при повторении материала, и решать задачи для закрепления теоретического материала.

В конце каждой темы и раздела приведены контрольные вопросы, по которым студент может проверить степень усвоения материала. При изучении курса по всем возникшим вопросам студент может получить устную или письменную консультацию на кафедре теплоэнергетики.

Число контрольных работ, выполняемых студентами-заочниками, зависит от специальности и указывается в учебном графике студента. Студенты специальностей, имеющих наибольшее число учебных часов по курсу теплотехники, составляют первую группу; они изучают все темы программы курса и выполняют две контрольные работы. Для специальностей, на изучение курса которых отводится меньшее число учебных часов, программа курса должна быть сокращена (это сокращение осуществляется в основном вузами с учетом конкретной специфики специальностей). Студенты, которые по учебному графику выполняют одну контрольную работу, составляют вторую группу.

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

(для всех групп специальностей)

1.1. Основные понятия и определения

Предмет технической термодинамики и её методы. Теплота и работа как формы передачи энергии. Рабочее тело. Термодинамическая система. Основные параметры состояния. Равновесное и неравновесное состояние. Уравнение состояния. Термическое уравнение состояния. Термодинамический процесс. Равновесные и неравновесные процессы. Обратимые и необратимые процессы. Изображение обратимых процессов в термодинамических диаграммах. Круговой процесс (цикл).

Газовые смеси, способы задания газовых смесей, соотношение между массовыми и объемными долями, вычисления параметров состояния смеси, определение кажущейся молекулярной массы и газовой постоянной смеси, определение парциальных давлений.

Вопросы для самопроверки:

1. Что понимается под термодинамической системой?

2. Каким числом независимых параметров характеризуется состояние рабочего тела?

3. Какое состояние называется равновесным, какое - неравновесным?

4. Что называется термодинамическим процессом?

5. Какие процессы называют равновесными, какие - неравновесными?

6. Какие процессы называются обратимыми, какие – необратимыми?

7. Каковы условия обратимости процессов?

Первый закон термодинамики

Сущность первого закона термодинамики. Формулировки первого закона термодинамики. Аналитическое выражение первого закона термодинамики, принцип эквивалентности теплоты и работы. Выражение теплоты и работы через термодинамические параметры состояния. Внутренняя энергия. Энтальпия. Энтропия. Первый закон термодинамики для круговых (циклических) процессов. Теплоемкость. Массовая объемная и мольная теплоемкости. Теплоемкость при постоянных давлении и объеме. Зависимость теплоемкости от температуры. Средняя и истинная теплоемкости. Формулы и таблицы для определения теплоемкостей. Теплоемкость смеси идеальных газов.

Дифференциальные соотношения термодинамики. Значение и использование дифференциальных соотношений.

Вопросы для самопроверки:

1. Дайте формулировку и аналитическое выражение первого закона термодинамики.

2. Что такое «функция состояния» и «функция процесса»?

3. Когда теплота, работа и изменение внутренней энергии считаются положительными и когда отрицательными?

4. Почему внутренняя энергия и энтальпия идеального газа зависят только от одного параметра – температуры?

5. В чем отличие понятий «истинная теплоемкость» и «средняя теплоемкость»?

Второй закон термодинамики

Сущность второго закона термодинамики. Основные формулировки второго закона термодинамики. Термодинамические циклы тепловых машин. Прямые и обратные циклы. Термодинамический цикл КПД и холодильный коэффициент. Цикл Карно и его свойства. Термодинамическая шкала температур. Аналитическое выражение второго закона термодинамики. Изменение энтропии в необратимых процессах. Статическое толкование второго закона термодинамики.

Вопросы для самопроверки:

1. Какой цикл называется прямым, и какой обратным?

2. Чем оценивается эффективность прямого и обратного циклов?

3. Для чего служат тепловые машины, работающие по прямому и обратному циклам?

4. Как связано изменение энтропии с теплотой и абсолютной температурой?

5. В чем сущность второго закона термодинамики?

6. Покажите с помощью Тs-диаграммы, что при заданных Т_макс и Т_мин h_t цикла Карно будет наибольшим по сравнению с h_t других циклов?

Термодинамические процессы

Классификация процессов изменения состояния. Общие методы исследования процессов изменения состояния любых рабочих тел.

Политропные процессы. Уравнение политропы. Определение показателя политропы. Анализ процессов на основе сравнения показателей политропы. Процессы в координатах pv и Ts. Основные термодинамические процессы: изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный – частные случаи политропного процесса.

Термодинамические процессы в реальных газах и парах. Свойства реальных газов. Фазные равновесия и фазные переходы. Теплота фазовых переходов. Фазовые диаграммы. Тройная и критическая точки. Уравнение состояния идеальных газов. Коэффициент сжимаемости. Пары. Основные определения. Процессы парообразования в pv и Ts-диаграммах. Водяной пар. Понятие об уравнении Вукаловича - Новикова. Уравнение Боголюбова - Майера. Термодинамические таблицы воды и водяного пара. P-v, T-s, H-s-диаграммы водяного пара. Расчет термодинамических процессов водяного пара с помощью таблиц и h-s(i-s)-диаграммы.

Вопросы для самопроверки.

1. Как называется процесс, в котором вся подведенная теплота идет на увеличение внутренней энергии?

2. Как называется процесс, в котором вся подведенная теплота идет на совершение работы?

3. Как называется процесс, в котором работа совершается лишь за счет уменьшения внутренней энергии?

4. Как называется процесс, в котором подведенная к рабочему телу теплота численно равна изменения энтальпии? Какая доля подведенной теплоты в этом случае идет на совершение работы?

5. Какой процесс называется политропным?

6. Покажите в pv-диаграмме работу газа в адиабатном процессе.

7. Можно ли уравнение при n¹ const назвать дифференциальным уравнением политропы идеального газа?

8. При каких значениях показателя политропы n можно получить уравнение основных термодинамических процессов? В чем состоит обобщающее значение политропного процесса?

9. Изобразите схематично в Ts-диаграмме процесс сжатия pv^{1, 2}=const и покажите, какими площадками будут изображаться q, ∆ u, l.

10. Почему в Ts-диаграмме изохора идет круче, а в pv-диаграмме адиабата идет круче изотермы?

11. Как в Ts-диаграмме по заданной кривой процесса определить знак q и ∆ u?

12. Что такое испарение и кипение?

13. Какой пар называют сухим насыщенным?

14. Каков физический смысл пограничных кривых? Какой пар называется перегретым и сто такое степень перегрева?

15. Какой пар называется влажным насыщенным и что такое степень сухости?

16. Как определить удельный объем, энтальпию, энтропию влажного пара?

17. Как изменяется теплота парообразования с увеличением давления?

Влажный воздух

Определение понятия «влажный воздух». Влагосодержание, абсолютная и относительная влажность воздуха. Температура точки росы: H-d (l-d) - диаграмма влажного воздуха.

Вопросы для самопроверки:

1. Дайте определение влажного воздуха.

2. Что такое насыщенный и ненасыщенный влажный воздух?

3. Что такое абсолютная и относительная влажность, влагосодержание?

4. В чем особенность единицы энтальпии влажного воздуха?

5. Что такое температура точки росы?

6. Почему в Hd-диаграмме процесс сушки в идеальной сушильной установке протекает при неизменной энтальпии?

Термодинамика потока

Истечение и дросселирование газов и паров. Основные положения. Уравнения первого закона термодинамики для потока, его анализ. Понятие о сопловом и диффузионном течении газа. Адиабатные течения. Скорость адиабатного течения. Связь критической скорости истечения с местной скоростью распространения звука. Критическое отношение давлений. Расчет скорости истечения и секундного массового расхода для критического режима. Условия перехода через критическую скорость. Сопло Лаваля. Расчет процесса истечения водяного пара с помощью h-s-диаграммы, действительный процесс истечения. Дросселирование газов и паров. Сущность процесса.

Вопросы для самопроверки:

1. Напишите уравнение энергии газового потока и дайте объяснение отдельным членам, входящим в него.

2. Что такое работа проталкивания, и какой она может иметь знак?

3. Что такое техническая работа? Как показать ее в pv-диаграмме?

4. Каков физический смысл критической скорости? Почему в закритической области расход газа не зависит от перепада давлений?

5. Что такое сопло и диффузор?

6. Как связано изменение площади поперечного сечения канала с изменением скорости и числом М?

7. При каких условиях режим течения в сопле Лаваля становится нерасчетным?

Циклы паросиловых установок

Принципиальная схема паросиловой установки. Цикл Ренкина и его исследование. Влияние начальных и конечных параметров на термический КПД цикла Ренкина. Изображение цикла в p-v-, T-s- и h-s-диаграммах. Пути повышения экономичности паросиловых установок, теплофикационный цикл. Бинарный и парогазовый циклы. Понятие о циклах атомных силовых установок.

Вопросы для самопроверки:

1. Как изображается работа насоса в pv-диаграмме для цикла Ренкина или Карно?

2. От каких параметров и как зависит h_t цикла Ренкина?

3. Как меняется степень сухости пара за турбиной при увеличении давления пара турбиной при постоянной начальной температуре? В чем вред работы турбины на паре с большой степенью влажности?

4. Как влияет начальная температура перегретого пара на степень сухости его при выходе из турбины?

5. Для чего применяется вторичный перегрев пара?

ТЕОРИЯ ТЕПЛООБМЕНА

(для всех групп специальностей)

2.1. Основные понятия и определения

Предмет и задачи теории теплообмена. Значение теплообмена в промышленных процессах. Основные понятия и определения. Виды переноса теплоты. Теплопроводность, конвекция и излучение. Сложный теплообмен.

Теплопроводность

1. Основные положения учения о теплопроводности. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. Механизм передачи теплоты в металлах, диэлектриках, полупроводниках, жидкостях и газах. Дифференциальное уравнение теплопроводности для однородных изотропных тел; условия однозначности. Коэффициент температуропроводности.

2. Теплопроводность при стационарном режиме. Теплопроводность однослойной и многослойной плоской и цилиндрической стенки при граничных условиях I рода. Теплопроводность сферической стенки. теплопроводность при стационарном режиме и граничных условиях III рода (теплопередача). Теплопередача через однослойную и многослойную плоскую и цилиндрическую стенки; коэффициент теплопередачи. Пути интенсификации процесса теплоотдачи. Критический диаметр тепловой изоляции. Выбор целесообразного теплового материала.

Вопросы для самопроверки:

1. Как передается теплота в процессе теплопроводности?

2. Сформулируйте основной закон теплопроводности.

3. Каков закон распределения температуры по толщине плоской и цилиндрической стенок?

4. При каком условии расчет цилиндрической стенки можно заменить расчетом плоской стенки.

Конвективный теплообмен

1. Основные положения учения о конвективном теплообмене. Физическая сущность конвективного теплообмена. Уравнение Ньютона – Рихмана. Дифференциальные уравнения теплообмена; уравнение движения вязкой жидкости, уравнение теплопроводности для потока движущейся жидкости, уравнение теплоотдачи на границе потока и стенки, уравнение закона сохранения массы. Условия однозначности к дифференциальным уравнениям конвективного теплообмена. Основные положения теории пограничного слоя. Местный и средний коэффициенты теплоотдачи.

2. Основы теории подобия и моделирования. Основные определения. Условия подобия физических явлений. Теоремы подобия. Критериальные уравнения, определяющие критерии. Методы моделирования. Физический смысл основных критериев подобия. Анализ размерностей. Понятие о математическом моделировании.

Вопросы для самопроверки:

1. Сформулируйте основной закон теплоотдачи конвекцией.

2. Какой критерий характеризует вынужденную конвекцию?

3. Из каких уравнений выводятся все критерий Re, Gr, Pr и Nu? 4. Какой критерий характеризует свободную конвекцию?

5. Что характеризует критерий Нуссельта?

6. Что такое определяющая температура и определяющий размер?

7. Почему при обтекании стенки жидкостью в непосредственной близости от поверхности стенки температурный градиент резко увеличивается?

8. В чем особенности теплоотдачи при кипении воды и компенсации водяного пара? Какие режимы кипения вам известны?

Теплообмен излучением

Общие понятия и определения. Частоты теплового излучения, баланс лучистого теплообмена. Основные законы лучистого теплообмена. Теплообмен излучением между телами, разделенными прозрачной средой; коэффициент облученности: теплообмен излучением между телами, произвольно расположенными в пространстве. Защита от излучения.

Вопросы для самопроверки:

1. Какие длины волн ограничивают видимые и какие – тепловые лучи?

2. Что происходит с лучистой энергией, падающей на поверхность твердого тела? Что такое абсолютное черное, абсолютно белое и диатермическое тело?

3. Что графически изображает закон Планка? Можно ли и как на этом графике показать излучательную способность тела?

4. Сформулируйте закон смещения Вина и объясните его связь с законом Планка.

5. О чем говорит закон Кирхгофа и каково его практическое применение?

6. Сформулируйте закон Стефана-Больцмана и объясните его связь с законом Планка.

7. Дайте определение абсолютно черного и серого тел, поглощательной способности и степени черноты.

Паровые турбины

1. Паровые турбины. Работа пара в турбине.

2. Газовые турбины.

Вопросы для самопроверки:

1. Изобразите схему реактивной ступени, покажите треугольники скоростей пара на входе и выходе из рабочего колеса.

Тепловые электростанции

Типы электростанций страны и их роль в развитии энергетики страны. Классификация ТЭС.

Вопросы для самопроверки:

1. Каковы вид и значение графиков электрических и тепловых нагрузок ТЭС?

2. Каковы основные показатели экономичности ТЭС и пути их повышения?

3. Опишите основные разновидности ТЭС, их достоинства и недостатки.

4. Расскажите по принципиальной тепловой схеме об основных элементах ТЭС, ее агрегатах и системах (регенеративный подогрев воды, водоподготовка, водоснабжение и др.).

Вторичные энергоресурсы

Общие положения и классификация ВЭР. Возможность исполнения ВЭР. Роль ВЭР в топливо- и теплопотреблении отрасли. Источники ВЭР отрасли и их использование. Причины недостаточного уровня использования ВЭР и экономия топлива за счет утилизации. Утилизированные установки, показатели их работы и влияние их на эффективность использования ВЭР.

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К решению задач контрольного задания следует приступать только после изучения соответствующего раздела курса. Только сознательного (не «механическое») решение задачи приносит пользу и помогает закреплению знаний. Перед выполнением контрольной работы рекомендуется ознакомиться с ходом решения аналогичных задач по учебной литературе. Следует стараться запомнить и примерные значения параметров задачи (исходных и вычисленных): они также содержат полезную информацию.

Контрольные задачи составлены по стовариантной (численной) системе, в которой к каждой задаче исходные данные выбираются из соответствующих таблиц по последней и предпоследней цифрам шифра (личного номера) студента-заочника. Вариант работы должен соответствовать номеру группы и шифру студента. Работы, выполненные не по своему варианту, не рассматриваются.

При выполнении контрольных задач необходимо соблюдать следующие условия: а) выписывать условие задачи и исходные данные; б) решение задач сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором указать, какая величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в формулу и откуда они берутся (из условия задачи, из справочника или были определены выше и т. д.); в) вычисления проводить в единицах СИ, показывать ход решения. После решения задачи нужно дать краткий анализ полученных результатов и сделать выводы. Всегда, если это возможно, нужно осуществлять контроль своих действий и оценивать достоверность полученных числовых данных; г) в конце работы привести список использованной литературы и поставить свою подпись; д) для письменных замечаний рецензента оставлять чистые поля в тетради и чистые 1-2 страницы в конце работы; е) исправления по замечанию рецензента должны быть записаны отдельно на чистых листах в той же тетради после заголовка «Исправления по замечаниям»; ж) работа, в которой вышеназванные пункты не выполнены, не проверяются.

ПЕРВАЯ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Задача 1. Считая теплоемкостьидеального газа зависящей от температуры, определим: параметры газа в начальном и конечном состояниях, изменение внутренней энергии, теплоту, участвующую в процессе, и работу расширения. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 1.

Указание. Зависимость теплоемкости от температуры дана в табл.1 приложения.

Таблица 1

Последняя цифра шифра	Процесс	t₁, ° С	t₂, °C	Предпоследняя цифра шифра	Газ	Р₁, МПа	m, кг
	Изохорный Изобарный Адиабатный Изохорный Изобарный Адиабатный Изохорный Изобарный Адиабатный Изобарный				O₂ N₂ H₂ N₂ CO CO₂ N₂ H₂ O₂ CO

Задача 2. Плоская стальная стенка толщиной δ ₁ (λ ₁= 40 Вт/мК) с одной стороны омывается газами; при этом коэффициент теплоотдачи равен α ₁. С другой стороны стенка изолирована от окружающего воздуха плотно прилегающей к ней пластиной толщиной δ ₂ (λ =0, 15Вт/мК). Коэффициент теплоотдачи от пластины к воздуху равен α ₂. Определить тепловой поток q, Вт/м² и температуры t₁, t₂ и t₃поверхностей стенок, если температура продуктов сгорания равна t_г, а воздуха – t_в. Данные для решения задачи выбрать из табл. 2.

Таблица 2

Последняя цифра шифра	δ ₁, мм	α ₁, Вт/(м²·К)	t_г, °С	Предпоследняя цифра шифра	δ ₂, мм	α ₂, Вт/(м²·К)	t_в, °С
							-5 -10 -20

Задача 3. Определить потери теплоты в единицу времени с 1 м длины горизонтально расположенной цилиндрической трубы, охлаждаемой свободным потоком воздуха, если температура стенки трубы t_с, температура воздуха в помещении t_в, а диаметр трубы d. Степень черноты трубы ε _с=0, 9. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 3.

Таблица 3

Последняя цифра шифра	d, мм	Предпоследняя цифра шифра	t_с	t_в	По след няя цифра шифра	d, мм	Предпоследняя цифра шифра	t_с	t_в
°С	°С

Указание. Для определения коэффициента теплоотдачи α воспользоваться таблицей приложений.

Задача 4. Определить удельный лучистый тепловой поток q (в ваттах на квадратный метр) между двумя параллельно расположенными плоскими стенками, имеющими температуру t₁и t₂ и степени (коэффициенты) черноты ε ₁ и ε ₂, если между ними нет экрана. Определить q при наличии экрана со степенью (коэффициентом) черноты ε _э (с обеих сторон). Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 4.

Таблица 4

Последняя цифра шифра	ε ₁	ε ₂	ε _э	Предпоследняя цифра шифра	t₁	t₂
°С
	0, 5 0, 55 0, 6 0, 52 0, 58 0, 62 0, 7 0, 65 0, 75 0, 8	0, 6 0, 52 0, 7 0, 72 0, 74 0, 54 0, 58 0, 62 0, 73 0, 77	0, 04 0, 045 0, 05 0, 02 0, 03 0, 025 0, 032 0, 055 0, 06 0, 023

Ответить на вопросы: Каковы основные различия в работе двухтактного и четырехтактного двигателей внутреннего сгорания? Каковы преимущества и недостатки каждого из них?

Задача 5. Газ- воздух с начальной температурой t₁=27°C сжимается в одноступенчатом поршневом компрессоре от давления Р₁=0, 1 МПа до давления Р₂. Сжатие может происходить по изотерме, по адиабате и по политропе с показателем политропы n. Определить для каждого из трех процессов сжатия конечную температуру газа t₂; отведенную от газа теплоту Q, кВт, и теоретическую мощность компрессора, если его производительность G. Дать сводную таблицу и изображение процессов сжатия в p-v и Ts-диаграммах. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 5

Указания. Расчет провести без учета зависимости теплоемкости от температуры.

Таблица 5

Последняя цифра шифра	n	Предпоследняя цифра шифра	P₂, МПа	10^-3·G, кг/ч
	1, 25 1, 22 1, 24 1, 21 1, 20 1, 30 1, 27 1, 26 1, 33 1, 23		0, 9 1, 0 0, 85 0, 8 0, 95 0, 9 0, 85 0, 9 0, 8 0, 85	0, 3 0, 4 0, 5 0, 6 0, 7 0, 8 0, 9 1, 0 1, 1 1, 2

Задача 6. Водяной пар с начальным давлением Р₁=3 МПа и степенью сухости х₁=0, 95 поступает в пароперегреватель, где его температура повышается на Δ t; после перегревателя пар изоэнтропно расширяется в турбине до давления Р₂. Определить (по hs-диаграмме) количество теплоты (на 1 кг пара), подведенной к нему в пароперегревателе, работу цикла Ренкина и степень сухости пара x₂ в конце расширения. Определить также термический КПД цикла. Определить работу цикла и конечную степень сухости, если после пароперегревателя пар дросселируется до давления Р₁'. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 6.

Таблица 6

Последняя цифра шифра	Δ t, °С	Предпоследняя цифра шифра	Р₂, кПа	Р₁', МПа	Последняя цифра шифра	Δ t, °С	Предпоследняя цифра шифра	Р₂, кПа	Р₁', МПа
			3, 0 3, 5 4, 0 4, 5 4, 0	0, 50 0, 48 0, 46 0, 44 0, 42				3, 5 3, 0 3, 5 4, 0 4, 5	0, 40 0, 38 0, 36 0, 34 0, 32

ВТОРАЯ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Задача 1. Смесь, состоящая из М₁киломолей азота и М₂ киломолей кислорода с начальными параметрами р₁=1 МПа и Т₂=1000 К расширяется до давления р₂. Расширение может осуществляться по изотерме, адиабате и политропе с показателем n. Определить газовую постоянную смеси, ее массу и начальный объем, конечные параметры смеси, работу расширения и теплоту, участвующую в процессе.

Дать сводную таблицу результатов и анализ ее. Показать процессы в pv- и Ts – диаграммах. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.7.

Указание. Показатель адиабаты, а следовательно, и теплоемкости c_p и c_v следует принять постоянными, не зависящими от температуры.

Таблица 7

Последняя цифра шифра	М₁	М₂	Предпоследняя цифра шифра	р₂, МПа	n
кмоль
	0, 1	0, 9		0, 43	1, 2
	0, 2	0, 8		0, 40	1, 3
	0, 3	0, 7		0, 35	1, 5
	0, 4	0, 6		0, 33	1, 6
	0, 5	0, 5		0, 31	1, 7
	0, 6	0, 4		0, 47	1, 1
	0, 7	0, 3		0, 54	0, 5
	0, 8	0, 2		0, 57	0, 8
	0, 9	0, 1		0, 62	0, 7
	0, 5	0, 5		0, 66	0, 6

Задача 2. По горизонтально расположенной стальной трубе (λ =20 Вт/(м·К)) со скоростью w течет вода, имеющая температуру t_в. Снаружи труба охлаждается окружающим воздухом, температура которого t_воз, давление 0, 1 МПа. Определить коэффициенты теплоотдачи α ₁ и α ₂ соответственно от воды к стенке трубы и от стенки трубы к воздуху; коэффициент теплоотдачи и тепловой поток q_l, отнесенный к 1 м длинны трубы, если внутренний диаметр трубы равен d₁, внешний-d₂. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.8.

Таблица 8

Последняя цифра шифра	t_в, °С	10·w, м/с	Предпоследняя цифра шифра	t_воз, °С	d₁	d₂
мм
		2, 5 3, 6 2, 7 3, 8 1, 9 2, 1 2, 3 4, 2 4, 3 4, 4

Ответить на вопросы: Какой режим течения внутри трубы в вашем варианте задачи? Какой режим движения окружающего трубу воздуха? Почему можно при расчете принять равенство температур t₂ ≈ t_в?

Указание. При определении коэффициента теплоотдачи использовать табл. 3 приложения.

Задача 3. Определить поверхность нагрева рекуперативного газовоздушного теплообменника при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если объемный расход нагреваемого воздуха при нормальных условиях V_н, средний коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к воздуху К, начальные и конечные температуры продуктов сгорания и воздуха соответственно t₁', t₁'', t₂' и t₂''. Данные необходимые для решения задачи, выбрать из табл.9.

Изобразить графики изменения температур теплоносителей для обоих случаев.

Таблица 9

Последняя цифра шифра	10^-3·V_н, м³/ч	К, Вт/(м²·К)	Предпоследняя цифра шифра	t₁', °С	t₁'', °С	t₂', °С	t₂'', °С

Задача 4. 1 кг водяного пара с начальным давлением р₁ и степенью сухости х₁ изотермически расширяется; при этом к нему подводится теплота q. Определить, пользуясь hs – диаграммой, параметры конечного состояния пара, работу расширения, изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Решить также задачу, если расширение происходит изобарно. Изобразить в pv- и Ts- и hs – диаграммах. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл 10.

Таблица 10

Последняя цифра шифра	р₁, МПа	x₁	Предпоследняя цифра шифра	q, кДж/кг

		0, 97
	3, 5	0, 96
		0, 95
	4, 5	0, 93
		0, 93

	5, 5	0, 92
		0, 91
	6, 5	0, 95
		0, 92
		0, 91

Задача 5. Определить потребную поверхность рекуперативного теплообменника, в котором вода нагревается горячими газами. Расчет произвести для прямоточной и противоточной схем. Привести график изменения температур для обеих схем движения. Значения температур газа t₁’ и t₁’’, воды t₂’ и t₂’’, расхода воды М и коэффициента теплопередачи К выбрать из табл.11.

Таблица 11

Последняя цифра шифра	t₁’, ⁰С	t₁’’, ⁰С	t₂’, ⁰С	t₂’’, ⁰С	Предпоследняя цифра шифра	М, кг/с	К, Вт/(м²К)
						1, 4
						1, 3
						1, 2
						1, 1
						1, 0
						0, 9
						0, 8
						0, 7
						0, 6
						0, 5

Задача 6. Определить часовой расход пара D (килограммов в час) и удельный расход пара d (килограммов на киловатт-час) на конденсационную паровую турбину, работающую без регенерации теплоты, по заданной электрической мощности турбогенератора N_эл, давлению p₁ и температуре t₁ перегретого пара перед турбиной и относительному внутреннему КПД турбины η _oi. Давление пара в конденсаторе принять p₂ = 4 кПа. Механический КПД турбины η _м, и КПД электрогенератора η _э принять η _м= η _э=0.99. Определить также степень сухости пара в конце теоретического и действительного процессов расширения (изобразив процессы в h-s – диаграмме) и абсолютный электрический КПД турбогенератора. Мощностью привода питательного насоса пренебречь. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.12.

Таблица 12

Последняя цифра шифра	N_эл, МВт	η _oi	Предпоследняя цифра шифра	p₁, МПа	t₁, °С

		0, 76		8, 5
		0, 77		9, 5
		0, 79		9, 2
		0, 81
		0, 83

		0, 85
		0, 84
		0, 82
		0, 80		8, 6
		0, 86		9, 0

Изобразить схему ПСУ и дать ее краткое описание. Объяснить, как влияют начальные и конечные параметры пара на КПД цикла Ренкина, а также на степень сухости пара в конце расширения (x₂). Указать, каковы минимально допустимые значения x₂ и почему?

ПРИЛОЖЕНИЯ

1. Мольные теплоемкости газов по данным молекулярно-кинетической теории, кДж/(моль* К)

Газы	µc_v	µc_p
Одноатомные	12.5	20.8
Двухатомные	20.8	29.1
Трёх- и многоатомные	29.1	37.4

2. Средние изобарные мольные теплоемкости некоторых газов кДж/(моль* К)

12 Следующая ⇒