Термодинамические процессы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский федеральный университет»

Политехнический институт

Контрольная работа

по дисциплине

«Эксплуатация и ремонт ТЭЦ»

На тему:

Термодинамические процессы

Студент Сиделёва Е.А.

Преподаватель Скуратов А.П.

Красноярск 2013

1. Задача №1

Смесь, состоящая из М1 киломолей азота и М2 киломолей кислорода с начальными параметрами р1=1 МПа и Т1=1000 К, расширяется до давления р2. Расширение может осуществляться по изотерме, адиабате и по политропе с показателем n. Определить газовую постоянную смеси, ее массу и начальный объем, конечные параметры смеси, работу расширения, теплоту процесса, изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Дать сводную таблицу результатов и ее анализ. Показать процессы в рv- и Ts- диаграммах

Дано:

Решение:

Вычислим газовые постоянные газов, используя значение универсальной газовой постоянной:

Определим массы компонентов смеси:

Определим массу смеси:

Определим массовые доли компонентов:

Определим газовую постоянную смеси:

По справочным данным определим теплоемкости компонентов смеси, при заданной температуре Т=1000 К, при постоянном давлении Ср, а затем высчитаем теплоемкость при постоянном объеме Сv :

Определим теплоемкости смеси:

Определим показатель адиабатного расширения:

Определим начальный объем смеси газов, используя уравнение Менделеева - Клапейрона:

Определим параметры смеси газов при различных процессах:

Таблица 1 Объем смеси газов после расширения

Изотермический процесс
Адиабатный процесс
Политропный процесс

Таблица 2 Температура смеси газов после расширения

Изотермический процесс
Адиабатный процесс
Политропный процесс

Таблица 3 Изменение внутренней энергии смеси газов в процессе расширения

Изотермический процесс
Адиабатный процесс
Политропный процесс

Таблица 4 Изменение энтальпии смеси газов в процессе расширения

Изотермический процесс
Адиабатный процесс
Политропный процесс

Таблица 5 Изменение энтропии смеси газов в процессе

Изотермический процесс
Адиабатный процесс
Политропный процесс

Таблица 6 Работа смеси газов в процессе расширения

Изотермический процесс
Адиабатный процесс
Политропный процесс

Таблица 7 Результат

	Изотерм процесс	Адиабатный процесс	Политропный процесс
V2, м3	14.586	12.599	16.787
T2, К	1000.000	863.743	1150.883
ДU, кДж	0.000	-3214.451	3559.504
ДН ( процесс 1-2), кДж	0.000	-4347.291	4813.948
ДS( процесс 1-2), кДж/К	-4.673	0.000	9.157
ДL, кДж	4673.457	3214.451	6272.219



Рисунок 1 Р-v диаграмма процессов

Рисунок 2 Т-s диаграмма процессов

2. Задача №2

В изобарном процессе расширения к 1 кг водяного пара с начальным давлением p1 и степени сухости ч1 подводится q1, кДж/кг, теплоты. Определить, пользуясь hs - диаграммой, параметры конечного состояния пара, работу расширения, изменения внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Решить задачу, если расширение происходит изобарно. Изобразить процесс в pv - и Ts - диаграммах.

Дано:

кДж/кг

Решение:

для изотермического процесса р=сonst:

1. Пользуясь h-s диаграммой водяного пара определяем параметры начального состояния пара (влажный пар):

кДж/кг

кДж/кгК

, где

2. Пользуясь h-s диаграммой водяного пара определяем параметры конечного состояния пара (перегретый пар):

Сначала вычислим энттрпию пара во втором состоянии при изотермическом процессе:

По даным S2 и t1 с использованием диаграммы находим:

кДж/кгК

, где

3. Определяем работу расширения в изотермическом процессе:



4. Определяем изменение внутренней энергии в изотермическом процессе:

кДж/кг

Рисунок 3 Р-v и T-S диаграммы изотермического процесса

Для изобарного процесса: р=сonst

1. Пользуясь таблицами с параметрами пара при определим:

Удельный объем пара:

Удельный объем воды:

Теплота парообразования:

Энтальпия воды: кДж/кг

Энтальпия пара: кДж/кг

2. Вычислим удельный объем пара в точке 1:



3. Определим энтальпию пара в точке1:

4. Определим энтальпию пара в точке 2:

5. Вычислим степень сухости пара в точке 2:

6. Определим удельный объем в точке 2:

3. Определяем изменения внутренней энергии

кДж/кг

4. Изменение энтальпии

кДж/кг

5. Изменение энтропии

Рисунок 4 Р-v и T-S диаграммы изобарного процесса

3. Задача №3

Расход газа в поршневом одноступенчатом компрессоре составляет V1 при давлении Р1 = 0,1 МПа и температуре t1. При сжатии температура газа повышаеться на 200 0С. Сжатие происходит по политропе с показателем n. Определите конечное давление, работу сжатия и работу привода компрессора, количество отведенной теплоты (в киловаттах), а также теоретическую мощность привода компрессора.

Дано:

газ Не

Решение:

Уравнение политропы: .

По уравнению Менделеева-Клапейрона:

=>

V2 - объем газа в конце политропного сжатия

Работа газа в процессе сжатия:



Работа внешних сил (работа компрессора):

Изменение внутренней энергии газа в процессе сжатия:

По первому закону термодинамики

Количество отведенной теплоты в киловаттах:

Мощность привода компрессора:

Ответ: конечное давление в процессе сжатия равно 0,5 МПа; работа привода компрессора равна 5,36 МДж; теоретическая мощность привода компрессора равна 89,29кВт.

4. Задача №4

газ энтальпия энтропия изобарный

Определить потребную поверхность рекуперативного теплообменника, в котором вода нагревается горячими газами. Расчет произвести для прямоточной и противоточной схемы. Привести графики изменения температур для обеих схем движения.

Дано:

Решение:

Определим среднюю температуру воды:

Определим по таблице теплоемкость воды при средней температуре:

Определим количество теплоты, переданное воде:

Определим температурный напор для прямоточного теплообменника:

Определим необходимую площадь прямоточного теплообменника:

Определим температурный напор для противоточного теплообменника:

Определим необходимую площадь прямоточного теплообменника:

Ответ: необходимая площадь прямоточного теплообменника равна 28,68 м2; необходимую площадь противоточного теплообменника25,57 м2.

Преимущества противоточного теплообменника- меньшая площадь поверхности теплообмена. , а следовательно- меньшие габариты и масса теплообменника. Холодный теплоноситель, следовательно, можно нагреть до более высокой температуры.

Рис. 5 Графики изменения температуры для обеих схем теплообмена

5. Задача №5

По заданному топливу и паропроизводительности D котельного агрегата выбрать тип топки и коэффициент избытка воздуха бт. Рассчитать теоретически необходимое количество воздуха для горения 1 кг топлива, составить тепловой баланс котельного агрегата и определить его КПД (брутто). Рассчитать часовой расход натурального и условного топлива (непрерывной продувкой пренебречь).

Дано:

Вид топлива - уголь Печорского месторождения (Ж)

Решение:

Определим состав топлива Печорского месторождения, воспользовавшись справочными данными:

низшая теплота сгорания топлива:

выход летучих веществ:

В соответствии с рекомендациями, для котлов с паровой производительностью D=20т/ч выбираем топку с разбрасывателем и цепной решеткой. Для данной топки при сжигании каменного угля принимаются следующие теплотехнические характеристики:

Таблица 8 Коэффициенты

Коэффициент избытка воздуха:
Потери тепла от химической неполноты сгорания:
Потери тепла от механической неполноты сгорания:
Потери через наружные ограждения:
Потери тепла с уходящими газами:
Потери со шлакоудалением

Определим теоретически необходимое количество воздуха (приведенное к нормальным условиям):

Составим уравнение теплового баланса:

где

Q1- теплота, воспринятая водой и паром;

Q2-потеря теплоты с уходящими газами;

Q3 -потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива;

Q4 - потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива;

Q5 -потеря теплоты через ограждения;

Q6-потеря теплоты со шлаком.

Из уравнения теплового баланса найдем, теплоту, воспринимаемую водой и паром:

Определим КПД брутто для котла:

Определим энтальпию питательной воды по справочным данным:

при tпв=1000С, hпв=419,10 кДж/кг

Определим энтальпию перегретого пара по справочным данным:

при tпп=2400С и р0=2,4 МПа, hпп=2857,46 кДж/кг

Определим часовой расход натурального топлива:

Определим часовой расход условного топлива:

Определим количество воздуха, подаваемого в котлоагрегат:

Ответ: количество воздуха, подаваемого в котлоагрегат равно 8,03м3/кг в котлоагрегат типа ДКВр-20, имеющим топку с разбрасывателем и цепной решеткой.

6. Задача №6

Определить индикаторную мощность Ni двухтактного двигателя внутреннего сгорания по его конструктивным параметром и среднему индикаторному давлению. Значение диаметра цилиндра двигателя D, ход поршня S, угловая скорость коленчатого вала щ, число цилиндров z, среднее индикаторное давление рi.

Дано:

Решение:

Индикаторной мощностью Ni называют мощность, развиваемую газами внутри цилиндра двигателя.

Определим рабочий объем цилиндра, он пропорционален ходу поршня:

где VS - рабочий объем цилиндра;

D - диаметр поршня;

S - ход поршня.

Определим через угловую скорость- частоту вращения коленчатого вала:



Индикаторная мощность многоцилиндрового двигателя при числе цилиндров z:

где n- частота вращения коленчатого вала;

T=2 - тактность двигателя;

Рi -индикаторное давление;

VS - рабочий объем цилиндра;

z -число цилиндров;

Ответ: Индикаторная мощность многоцилиндрового двигателя при числе цилиндров z=8 равна 17, 6 кВт.

Размещено на Allbest.ru

...