Истечение и дросселирование газов и паров

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Уравнение первого закона термодинамики для потока и его анализ. Адиабатное истечение. Скорость адиабатного истечения. Критическое отношение давлений. Расчет скорости истечения и секундного массового расхода для критического режима. Воздействие на поток геометрии канала. Сопло Лаваля. Особенности определения скорости истечения для водяного пара. Влияние потерь на скорость истечения. Сущность процесса дросселирования. Изменение параметров рабочего тела при дросселировании. Понятие об эффекте Джоуля – Томсона. Температура инверсии. Техническое применение эффекта дросселирования. Условное изображение процесса дросселирования водяного пара в hs-диаграмме. Потеря работоспособности рабочего тела при дросселировании.

Методические указания

Тщательно разберите физический смысл отдельных членов уравнения первого закона термодинамики для потока. Уясните, за счет чего совершаются различные виды работ при течении рабочего тела, почему в суживающихся и цилиндрических каналах скорость потока не может превзойти скорости звука. Разберитесь в воздействии профиля канала на скорость потока и проанализируйте изменение параметров рабочего тела при течении его по соплу Лаваля. Поймите принципиальную разницу в расчете скорости истечения идеального газа и водяного пара. Необходимо отчетливо представлять себе влияние трения на адиабатный процесс истечения идеального газа и водяного пара и уметь изображать реальный процесс истечения в Ts- и hs-диаграммах. Из-за явной необратимости адиабатного процесса дросселирования последний нельзя отождествлять с процессом, протекающим при постоянной энтальпии. Уясните принципиальную разницу между адиабатным дросселированием, при котором dq = 0, а ∆ s> 0 и адиабатным обратимым процессом расширении рабочего тела, при котором dq = 0 и ∆ s = 0. Понять, почему в результате дросселирования водяного пара температура его может уменьшаться, увеличиваться или оставаться неизменной.

Литература: [1] с. 105—138, [2] с. 180—194, 107 -201.

Вопросы для самопроверки

1. Какие допущения лежат в основе вывода уравнения первою закона термодинамики для потока? 2. Объясните физический смысл каждого члена уравнения первою закона термодинамики для потока. 3. На что расходуется работа расширении газа в потоке? 4. Что такое располагаемая работа, и как показать её на pv- диаграмме? 5. Что такое сопло и диффузор? 6. Каков физический смысл критической скорости? 7. Какая связь между изменением профиля канала, изменением плотности рабочего тела и изменением скорости его течения? 8. Каким условиям должны отвечать диффузор и сопло для дозвукового и сверхзвукового режимов течения? 9. Какой процесс носит название дросселирования? 10. Как протекает процесс адиабатного дросселирования?

Тема 7. Термодинамический анализ процессов

В компрессорах

Назначение и классификации компрессоров. Техническая работа в компрессоре. Работа, затрачиваемая на привод компрессора. Изотермическое и политропное сжатие. Индикаторная диаграмма. Отличие индикаторной диаграммы действительного цикла от теоретического. Понятие о многоступенчатом сжатии. Изображение в pv- и Ts-диаграммах процессов в компрессорах для одно- и многоступенчатого сжатия. Определение эффективной мощности, затрачиваемой на привод компрессора, и понятие о внутреннем относительном к. п. д.

Методические указания

Из-за широкого распространения в промышленности компрессоров термодинамический анализ их работы имеет большое значение в подготовке специалистов. Ознакомившись с конструктивной схемой и работой поршневых и центробежных компрессоров обратите внимание на то, что процессы всасывания и выталкивания, и изображенные на индикаторной диаграмме горизонтальными линиями, нельзя рассматривать как изобарные, так как в этих процессах не происходит изменения состояния, а происходит изменение количества всасываемого или выталкиваемого рабочего тела. Уделите внимание изображению термодинамических процессов в pv- и Ts -диаграммах. Сравните изотермическое, адиабатное и политропное сжатие рабочего тела. Уясните влияние вредного пространства на работу поршневого компрессора. В связи с применением высокого давления в некоторые технологических аппаратах разберите принципы работы многоступенчатых компрессоров.

Литература: [1] с. 209—225, [2] с. 217—228

Вопросы для самопроверки

1. Каково назначение компрессоров? 2. Какова классификация компрессоров? 3. Каковы принципы действия поршневого компрессора и изображение работы компрессора в pv-диаграмме? 4. Какой процесс сжатия в поршневом компрессоре наиболее выгодный? 5. Можно получить газ высокого давления в одноступенчатом компрессоре? 6. Как определяют работу, затрачиваемую на привод компрессора? 7. Как определяют техническую работу компрессора? 8. Чем вызвано применение нескольких ступеней сжатия в многоступенчатом компрессоре? 9. Чем отличаются центробежные компрессоры от поршневых? 10. Приведите описание многоступенчатого компрессора. 11. Как влияет вредное пространство на работу компрессора? 12. Как определяют эффективную мощность, затрачиваемую на привод компрессора? 13. Как определяют внутренний относительный к.п.д. компрессора?

Тема 8. Циклы двигателей внутреннего сгорания.

Циклы газотурбинных установок

Классификация поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Изображение циклов ДВС в pv- и Ts -диаграммах. Анализ и сравнение циклов поршневых двигателей внутреннего сгорания. Определение термического к. п.д., среднего давления и влияние параметров цикла ДВС на увеличение к.п.д. Преимущества газотурбинных установок (ГТУ) по сравнению с поршневым ДВС. Циклы газотурбинных установок. Цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении. Цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном объеме. Изображение циклов ГТУ в pv- и Ts -диаграммах. Анализ и сравнение циклов газотурбинных установок. Определение термического к.п.д. и методы повышения к.п.д. газотурбинных установок.

Методические указания

Термодинамический анализ циклов двигателей внутреннего сгорания проводится при допущении термодинамической обратимости процессов, составляющих цикл. Для простоты анализа циклов ДВС в качестве рабочего тела принимают идеальный газ с постоянной теплоемкостью. Разность температур между источником теплоты и рабочим телом считают бесконечно малой, а подвод теплоты к рабочему телу осуществляют от внешних источников теплоты, а не за счет сжигания топлива. Следует научиться анализировать различные циклы, пользуясь при этом pv- и Тs-диаграммами. При рассмотрении действительных процессов обратите внимание на отличие индикаторных диаграмм от теоретического идеального цикла. Проанализируйте уравнение для определения термического к.п.д. различных циклов и влияние основных параметров на термический к.п.д.

Разберитесь в экономичности циклов ДВС. При сравнении экономичности рассматриваемых циклов при одинаковых степенях сжатия следует помнить, что наиболее экономичным будет цикл с изохорным подводом теплоты. Если же сравнение экономичности производить при одинаковых максимальных давлениях и температурах, то максимальный к.п.д. имеет цикл с изобарным подводом теплоты, а наименьший — цикл с изохорным подводом теплоты.

При рассмотрении газотурбинных установок обратите внимание на преимущества их перед поршневыми двигателями внутреннего сгорания. Уясните принцип работы газотурбинных установок, запомните схемы установок и научитесь анализировать их работу, используя pv- и Ts-диаграммы. Поймите принцип получения уравнения термического к.п.д., обратите внимание на физический смысл этого понятия. Запомните, что при сравнении циклов ГТУ при различных степенях повышения давлений и одинаковых максимальных температурах наибольший к.п.д. имеет цикл с изобарным подводом теплоты. Разберите методы повышения термического к.п.д. и запомните, что регенерация теплоты, ступенчатое сжатие и ступенчатый подвод теплоты значительно повышают к.п.д. газотурбинной установки, а идеальный цикл при этом приближается к обобщенному циклу Карно.

Литература: [1] с. 144—171, [2] с. 230—241, 244—254.

Вопросы для самопроверки

1. Приведите определение понятия «двигатель внутреннего сгорания». 2. Как классифицируют теоретические циклы двигателей внутреннего сгорания? 3. Изобразите тепловой процесс цикла ДВС с подводом теплоты при v = const в pv- и Ts-диаграммах. 4. Как определить термический к.п.д. цикла ДВС с подводом теплоты при v = const? 5. Почему в циклах ДВС с подводом теплоты при v = const нельзя применять высокие степени сжатия? 6. Изобразите идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при р = const в pv- и Ts-диаграммах. 7. Как определить термический к.п.д. цикла ДВС с подводом теплоты при р=const? 8. Изобразите идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания со смешанным подводом теплоты в pv- и Ts -диаграммах. 9. Как определить термический к.п.д. и полезную работу в цикле? 10. Какие преимущества имеют газотурбинные установки по сравнению с двигателями внутреннего сгорания? 11. Приведите принципиальную схему газотурбинной установки с подводом теплоты при

р = const. Изобразите тепловой процесс в pv- и Ts-диаграммах. 12. Приведите принципиальную схему газотурбинной установки подводом теплоты при v=const. Изобразите тепловой процесс в pv- и Тs-диаграммах. 13. Назовите методы повышения термического к.п.д. газотурбинной установки.

Тема 9. Циклы холодильных машин, теплового насоса

Основные понятия о работе холодильных установок. Понятие о холодильном коэффициенте и холодопроизводительности. Циклы воздушных, пароэжекторных и абсорбционных холодильных установок. Принципиальные схемы установок и изображение циклов в pv- и Ts-диаграммах. Цикл паровой компрессорной холодильной установки, принципиальная схема и изображение цикла в Ts-диаграмме. Принципиальная схема теплового насоса. Понятие о коэффициенте теплоиспользования. Требования, предъявляемые к рабочим телам холодильных установок.

Методические указания

Холодильные установки работают по обратному циклу. Знание классификации и принципиальных схем холодильных установок позволяет правильно выбирать соответствующий тип холодильной установки при расчете охлаждения. Несмотря на то, что воздушные холодильные установки в промышленности используют редко, изучение схемы и принципа действия такой установки позволит студенту изучить термодинамические ocнoвы холодильного цикла.

Усвоив учебный материал темы, студент может анализировать с помощью Ts-диаграммы работу холодильных циклов, определять холодильные коэффициенты и холодопроизводительность установок. Особое внимание обратите на работу паровой компрессорной холодильной установки, получившей наибольшее распространение в промышленности. Уясните принципиальное отличие паровых компрессорных установок от воздушных. Запомните, что в паровой компрессорной холодильной установке не применяется расширительный цилиндр (детандер), а рабочее тело дросселируется в регулировочном вентиле. Несмотря на то, что это приводит к потере холодопроизводительности, замена упрощает установку и дает возможность легко регулировать давление пара и получать низкую температуру в охладителе. По обратному циклу работают не только холодильные машины, но и тепловые насосы, в которых теплота, забираемая от окружающей среды, с помощью затраченной работы повышает энергетический уровень рабочего тела и при более высокой температуре отдается внешнему потребителю. Уясните понятие коэффициента теплоиспользования и разберите принципиальную схему и работу теплового насоса.

Литература: [1] с. 195—206, [2] с. 290—302.

Вопросы для самопроверки

1. Какие машины называют холодильными? 2. Назовите отрасль промышленности, в которых большое применение находят холодильные установки. 3. Как классифицируют холодильные установки? 4. Чем отличается холодильная установка от теплового двигателя? 5. Что называют холодильным коэффициентом? 6. Приведите определение понятия «холодопроизводительность»? 7. Приведите принципиальную схему воздушной холодильной установки и описание ее работы. 8. Изобразите идеальный цикл воздушной холодильной установки в рv- и Тs-диаграммах.

9. Принцип работы пароэжекторных холодильных установок. 10. Объясните понятие «абсорбция». 11. Приведите принципиальную схему абсорбционной холодильной установки и описание ее работы. 12. Почему наибольшее распространение получили паровые компрессорные холодильные установки? 13. Приведите принципиальную схему работы паровой компрессорной установки и описание ее работы. 14. Чем отличается работа теплового насоса от работы холодильных установок?

12 3 4 Следующая ⇒