Расчетно-графическая работа по теплотехнике

Стр 1 из 3Следующая ⇒

Расчетно-графическая работа по теплотехнике

" Теплотехнические расчёты тепловых установок"

Выполнил:

студентка II курса, ФИСПОС, гр. В-42

Антонов Я.А

Проверил:

к.т.н., доцент

Веснин В. И.

Самара 2016 г.

Газовые смеси. Теплоемкость газов.

P_бар=770 мм.рт.мт=102568 Па

Часовой расход дымовых газов=40000 м³/ч

P_вак=3 м.в.ст=2943 Па

Решение:

1. Кажущийся молекулярный вес дымовых газов:

=0, 12*44+0, 07*18+0, 17*32+0, 64*28=29, 9

2. Газовая постоянная дымовых газов:

= =278 Дж/кг

3. Массовые доли компонентов газов:

4. Парциальные давления компонентов:

=102658-2943=0, 99715*10⁵Па

Результаты расчета представлены в табл. 1

Параметры	СО₂	H₂O	О₂	N₂	Газовая смесь
	0.12	0.07	0.17	0.64	1, 000
кг/кмоль					29.9
кг/кмоль	5.28	1.26	5.44	17.92	_____
	0.128	0.0306	0.132	0.434	1, 000
P_i *10^-5, Па	0.1196	0.0704	0.1695	0.6382	0.99715

Таблица 1

5. Часовой расход воздуха. Расход воздуха определяется из уравнения теплового баланса воздухоподогревателя

Значения теплоемкостей компонентов дымовых газов и воздуха находим по приложению А на стр.73. значения теплоемкостей дымовых газов и воздуха рассчитываем по формулам. Средняя удельная теплоемкость компонентов при p=const в интервале темпера тур 0…300 ⁰С

= 0, 12*41, 760+0, 07*34, 579+0, 17*30, 404+0, 64*29, 29 кДж/кМоль*К
0, 12*41, 760+0, 07*34, 579+0, 17*30, 404+0, 64*29, 29=31, 346 кДж/кМоль*К

в интервале температур 0…120 ⁰С

0, 07*33, 8214+0, 12*38, 5+0, 17*29, 62+0, 64*29, 0686=30, 627 кДж/кМоль*К

в интервале температур 300…120 ⁰С

кДж/кМоль*К

=1, 42 кДж/кМоль*К

Средняя теплоемкость воздуха при p=const в интервале температур 20…170 ⁰С:

= кДж/кМоль*К

=1, 38 кДж/м³*К

Объем, занимаемый дымовыми газами, приведенный к нормальным условиям

=20, 080* Н*м³/ч

Часовой расход воздуха:

24, 794*10 ³Н*м³/ч

Часть 2

Циклы двигателей внутреннего сгорания.

Циклом или круговым процессом называют совокупность термодинамических процессов, в результате осуществления которых рабочее тело возвращается в исходное состояние. Работа кругового процесса изображается в р-v диаграмме (рис. 2) площадью, заключенной внутри замкнутого контура цикла. В результате осуществления прямого цикла (направление по часовой стрелке) совершается положительная работа. При обратном цикле (против часовой стрелки) работа считается отрицательной. Прямой цикл характерен для тепловых двигателей ( ), обратный – для холодильных установок ( ).

Если обозначить через и соответственно количество подведенного и отведенного от рабочего тела теплоты, то полезно использованная в цикле теплота находится по формуле:

Это количество теплоты в диаграмме T-s изображается площадью, заключенной внутри замкнутого цикла (рис. 3). Эта же площадь представляет собой и величину работы за один цикл. Степень совершенства процесса превращения теплоты в работу в круговых процессах характеризуется термическим к.п.д.:

рис.2 p-V диаграмма кругового рис. 3 T-s диаграмма кругового

процесса (цикла) процесс (цикла)

Цикл ДВС с подводом теплоты при постоянном объеме (цикл Отто).

Принцип действия двигателей с подводом теплоты при v=const ясен из рис. 4, на котором изображены схема и индикаторная диаграмма четырехтактного двигателя. Идеализированный рабочий цикл как двухтактных, так и четырехтактных карбюраторных двигателей (двигателей быстрого сгорания) при v=const (при условии, что он осуществляется 1 кг рабочего тела) изображается на р-v и T-s диаграммах, как указано на рис. 5 и 6.

Рис.6

Рис.4. p-V диаграмма действительного разомкнутого рабочего цикла Отто.

Рис.5. p-V диаграмма идеализированного рабочего цикла Отто.

Рис.6 T-s диаграмма идеализированного рабочего цикла Отто.

Действительный разомкнутый цикл состоит из процессов: o-a – всасывание; a-b – сжатие рабочей смеси; b-c – горение топлива, воспламененного от электрической искры, и подвод теплоты; c-d – рабочий ход, осуществляемый при расширении продуктов сгорания; d-е-o – отвод теплоты, соответствующий в четырехтактных двигателях выхлопу газов и всасыванию новой порции рабочей смеси, а в двухтактных – выхлопу и продувке цилиндра.

На диаграммах: 1-2 – адиабатное сжатие рабочего тела; 2-3 – изохорный подвод теплоты; 3-4 – адиабатное расширение рабочего тела; 4-1 – условный изохорный процесс отвода теплоты, эквивалентный выпуску отработанных газов.

Вариант 3

Задаваемые параметры цикла Отто:

- степень сжатия( отношение всего объёма цилиндра к объёму камеры сжатия)

= - степень повышения давления(температуры) при подводе теплоты;

- начальные параметры.

Параметры рабочего тела для идеального газа, теплоемкостью которого считается постоянной, будут следующими:

P₁=750 мм.рт.ст.

t₁=25 ^ͦС

ε =5, 00

λ =4, 0

R=287 Дж/кг*К

В точке 1:

P=99991, 8 Па=0, 0999918 кПа

T₁=298 К

м³/кг

u₁= кДж/кг

i₁= .005*(298-273)=25.125 кДж/кг

S₁= =0, 0918 кДж/кг*К

В точке 2:

, 951631 мПа; = , =0, 171 м³/кг

u₂= кДж/кг

i₂= .005*(567-273)=295.47 кДж/кг

S₁= =0, 0918 кДж/кг*К

В точке 3:

= , =0.171 м³/кг.

u₁= кДж/кг

i₁= .005*( -273)=20004, 975 кДж/кг

S₁= =1, 086 кДж/кг*К

В точке 4:

= , = , м³/кг.

U₄= кДж/кг

i₄= .005*( -273)=922, 6 кДж/кг

S₄= =1, 086кДж/кг*К

Расчет подведенной и отведенной теплоты и работы за цикл проводится по формулам:

( )=

l= =1221, 318-641, 174=580, 144

Термический к.п.д. цикла равен:

= = =0, 475

Термический к.п.д. двигателей, работающих по циклу Отто, зависит только отстепени сжатия и с ее увеличением возрастает. Практически повышение степени сжатия ограничивается температурой самовоспламенения сжимаемой в цилиндре рабочей смеси и детонационной стойкостью топлива. Степень сжатия в реальных двигателях такого типа не превышает 10.

3.Изменение внутренней энергии Δ U

Вариант номер 3

№ цикла	, бар	,	, бар
			0, 5
			0, 5
			0, 05

Решение:

1) Цикл №1:

Точка 1.

= 2, 5 МПа; = 300 ; = 1

Из Приложения В находим:

= 0, 09892 м³/кг; = 3009, 4 кДж/кг; = 6, 6454кДж/(кг К)

По формуле определяем :

= 3009, 4 10³ – 2, 5 0, 09892 10⁶ = 2762, 1 кДж/кг

Точка 2.

= 0, 05 МПа; = = 6, 6454 кДж/(кг К)

Из Приложения Б находим:

= 81, 32 ; = 0, 0010299 м³/кг; = 3, 243 м³/кг;

= 340, 53 кДж/кг; = 2645, 2 кДж/кг;

= 1, 0912 кДж/(кг К); = 7, 5923 кДж/(кг К);

= = = 0, 854

= 2308, 72кДж/кг

2, 77 м³/кг

= 2308, 72*10³-0, 05*10⁶*2.77= 2170, 22 кДж/кг

Точка 3 (4).

= = 0, 05 МПа; = 0; = = 1, 0912 кДж/(кг К)

= 81, 32 ; = 0, 0010299 м³/кг

4, 19 81, 32 = 340, 73 кДж/кг

= 340, 73 10³ – 0, 05 0, 0010299 10⁶ = 340, 68 кДж/кг

Точка 5.

= = 2, 5 МПа;

Из Приложения Б находим:

= 223, 15 ; = 958.2 кДж/кг; = = 0.001958 м³/кг;

= = 2, 547 кДж/(кг К) = 0

= 958.2 10³ – 2, 5 0, 001958 10⁶ = 953.305кДж/кг

Точка 6.

= = 2, 5 МПа; = 198, 2 ; = 1

Из Приложения Б находим:

= 2802кДж/кг; = 0, 0.07227 м³/кг;

= = 6.263 кДж/(кг К)

= 2791, 6 10³ – 2, 5 0, 07227 10⁶ = 2621.325 кДж/кг

Результаты расчёта цикла Ренкина (№1):

№ точки	, МПа	, м³/кг	,		, кДж/кг	, кДж/кг	, кДж/(кг К)
	2, 5	0, 09892			2762.1	3009.4	6.6454
	0, 05	2.77	81, 32	0, 854	2170.22	2308.72	6.6454
3 (4)	0, 05	0, 0010299	81, 32		340, 68	340, 73	1, 0912
	2, 5	0, 001958	223.15		953.305	958.2	2.547
	2, 5	0, 07227	223.15		2621.325		6, 263

Расчёт термического КПД цикла и удельного расхода пара:

= 0, 262

= 5.14 кг/(кВт ч)

Точка 1.

= 4 МПа; = 420 ; = 1

Из Приложения В находим:

= 0, 07606 м³/кг; = 3261, 4кДж/кг; = 6, 8399кДж/(кг К)

= 3261.4 10³ – 4 0, 07606 10⁶ = 2957.16 кДж/кг

Точка 2.

= 0, 05 МПа; = = 6.6454 кДж/(кг К)

Из Приложения Б находим:

= 81, 32 ; = 0, 0010299 м³/кг; = 3, 243 м³/кг;

= 340, 53 кДж/кг; = 2645, 2 кДж/кг;

= 1, 0912 кДж/(кг К); = 7, 5923 кДж/(кг К);

= = 0, 854

= 2308.72 кДж/кг

2, 974 м³/кг

= 2308.72 кДж/кг

Точка 3 (4).

= = 0, 005 МПа; = 0; = = 0, 4764 кДж/(кг К)

= 32, 89 ; = 0, 0010054 м³/кг

4, 19 32, 89 = 137, 81 кДж/кг

= 137, 81 10³ – 0, 005 0, 0010054 10⁶ = 137, 8 кДж/кг

Точка 5.

= = 4 МПа;

Из Приложения Б находим:

= 250.33 ; = 1087.5 кДж/кг; = = 0, 0912520 м³/кг;

= = 2, 7965 кДж/(кг К)

= 1087.5 10³ – 4 0, 0912520 10⁶ = 722.5 кДж/кг

Точка 6.

= = 4 МПа; = 250.33 ; = 1

Из Приложения Б находим:

= 2800, 6 кДж/кг; = 0, 04977 м³/кг;

= = 6, 0689 кДж/(кг К)

= 2800, 6 10³ – 4 0, 04977 10⁶ = 2600.92 кДж/кг

Результаты расчёта цикла Ренкина (№2):

№ точки	, МПа	, м³/кг	,		, кДж/кг	, кДж/кг	, кДж/(кг К)
		0.07606			2957.16	3261.4	6.8399
	0, 05	2.974	81, 32	0.854	2453, 76	2453, 91	6.6454
3 (4)	0, 05	0, 0010299	81, 32		340, 68	340, 73	1, 0912
		0, 091252	250.33		722.5	1087.5	2, 7965
		0, 04977	250.33		2600.92	2800.6	6.0689

= 0, 283

= 1.233 кг/(кВт ч)

Цикл №3:

Точка 1.

= 2, 5 МПа; = 300 ; = 1

Из Приложения В находим:

= 0, 09892 м³/кг; = 3009, 4 кДж/кг; = 6, 6454кДж/(кг К)

По формуле определяем :

= 3009, 4 10³ – 2, 5 0, 09892 10⁶ = 2762, 1 кДж/кг

Точка 2.

= 0, 005 МПа; = = 6, 6454 кДж/(кг К)

Из Приложения Б находим:

= 32, 89 ; = 0, 0010054 м³/кг; = 28, 24 м³/кг;

= 137, 79 кДж/кг; = 2560, 9 кДж/кг;

= 0, 4764 кДж/(кг К); = 8, 3943 кДж/(кг К);

= = 0, 779

= 2025.4 кДж/кг

22м³/кг

= 2025.4 – 0, 005 22= 2025.29 кДж/кг

Точка 3 (4).

= = 0, 005 МПа; = 0; = = 0, 4764 кДж/(кг К)

= 32, 89 ; = 0, 0010054 м³/кг

4, 19 32, 89 = 137, 81 кДж/кг

= 137, 81 10³ – 0, 005 0, 0010054 10⁶ = 137, 8 кДж/кг

Точка 5.

= = 2, 5 МПа;

Из Приложения Б находим:

= 223, 15 ; = 958.2 кДж/кг; = = 0.001958 м³/кг;

= = 2, 547 кДж/(кг К) = 0

= 958.2 10³ – 2, 5 0, 001958 10⁶ = 953.305кДж/кг

Точка 6.

= = 2, 5 МПа; = 223.15 ; = 1

Из Приложения Б находим:

= 2802кДж/кг; = 0, 0.07227 м³/кг;

= = 6.263 кДж/(кг К)

= 2791, 6 10³ – 2, 5 0, 07227 10⁶ = 2621.325 кДж/кг

Результаты расчёта цикла Ренкина (№3):

№ точки	, МПа	, м³/кг	,		, кДж/кг	, кДж/кг	, кДж/(кг К)
	2, 5	0, 09892			2762.1	3009.4	6, 6454
	0, 005	23, 24	32, 89	0, 779	2025.29	2025.4	6, 6454
3 (4)	0, 005	0, 0010054	32, 89		137.8	137, 81	0.4764
	2, 5	0, 001958	223.15		953.305	958.2	2, 547
	2, 5	0, 07227	223.15		2621.325		6.263

= 0, 323

= 3, 789 кг/(кВт ч)

2) Влияние основных параметров ( ) на термический КПД цикла.

Из сопоставления параметров и характеристик цикла №1 и цикла №2 следует, что при увеличении начального давления пара с 1, 5 МПа до 3, 0 МПа и одновременном увеличении начальной температуры пара с 320℃ до 440℃ при одном и том же давлении при одном и том же давлении в конденсаторе ( =0, 05 Мпа), величина термического КПД цикла паросиловой установки увеличивается с 0, 237 до 0, 291.

Из сопоставления параметров и характеристик цикла №1 и цикла №3 следует, что при понижении величины давления в конденсаторе с 0, 05 МПа до 0, 005 МПа при неизменных начальных давлении и температуре пара, величина термического КПД цикла паросиловой установки увеличивается с 0, 237 до 0, 323.

3) Определение

4) Графическое изображение циклов Ренкина в T-s, i-s.