15 Газовые циклы

15.24 (Вариант 6) Расчет газового цикла

Для цикла, изображенного в р-υ координатах

Требуется определить:

а) параметры  р, υ, Т в характерных точках цикла;

б) работу l, изменения: внутренней энергии Δu, энтальпии Δh, энтропии Δs рабочего тела во всех процессах цикла;

в) теплоту q всех процессов цикла;

г) термический КПД цикла и термический КПД цикла Карно η_tK, построенного в том же интервале температур.

Полученные данные поместить в таблицы.

Построить цикл в р-υ и T-s координатах в масштабе с расчетом параметров процессов в 2-3 промежуточных точках.

Таблица 1 — Исходные данные 

15.25 Расчет цикла водяного пара

1.1. Определить параметры состояния для основных точек прямого термодинамического цикла, в котором рабочим телом является 1 кг водяного пара. Использовать i,s — диаграмму, а также изобразить цикл схематично в p,υ и T,s — координатах. Результаты представить в виде таблицы, каждая строка которой должна содержать номер точки и параметры: давление р, МПа, удельный объем υ, м³/кг, температуру t, ºC, энтальпию i, кДж/кг, энтропию s, кДж/(кг·К), внутреннюю энергию u, кДж/кг.

1.2. Для каждого процесса цикла определить изменение внутренней энергии Δu, кДж/кг, энтальпии Δi, кДж/кг, энтропии Δs, кДж/(кг·К), а также теплоту q, кДж/кг и работу l, кДж/кг. Результаты представить в виде таблицы.

1.3. Пользуясь результатами пункта 1.2, рассчитать следующие характеристики цикла: подведенную теплоту q₁ отведенную теплоту q₂, теплоту цикла q_ц, работу расширения l_расш, работу сжатия l_сж, работу цикла l, термический КПД η_t, термический КПД  цикла Карно η_t^К.

1.4. Для специально указанной точки в области влажного пара (например, т.4 в варианте 1), считая заданным давление (или температуру) насыщения и степень сухости х, определить параметры состояния согласно пункту 1.1, а также величины r_x, i_x и Δu_x для процесса парообразования от пограничной кривой жидкости. Получить два значения (по таблицам и по диаграмме), найти расхождение в процентах.

15.27 В  результате  осуществления  кругового  процесса  получена  работа L кДж , а  охладителю  отдано  тепло  в  количестве Q₂  в кДж. Определить  термический  кпд  цикла.  Данные  для  расчёта  приведены  в  таблице 4.1.

Таблица 4.1 – Данные  для  задачи 1 

Ответ: η_t=45,5%.

15.28 ИССЕЛДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

ЗАДАНИЕ

Выполнить расчет газового цикла, рабочим телом которого является 1 кг идеального газа.

Вычислить параметры в характерных точках цикла. Для каждого из процессов определить изменение внутренней энергии; изменение энтальпии; изменение энтропии; теплоту, подведенную (отведенную)  в процессах; и работу, совершенную газом (средой над газом).

По данным расчета построить цикл в диаграммах рυ и Ts.

Рис. 2.15 – Процессы: 1-2 – изотермический; 2-3 – изобарный; 3-4 – адиабатный; 4-1 — изобарный

Таблица 1 – Исходные данные 

15.29 ИССЕЛДОВАНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА

ЗАДАНИЕ

Выполнить расчет газового цикла, рабочим телом которого является 1 кг идеального газа.

Вычислить параметры в характерных точках цикла. Для каждого из процессов определить изменение внутренней энергии; изменение энтальпии; изменение энтропии; теплоту, подведенную (отведенную)  в процессах; и работу, совершенную газом (средой над газом).

По данным расчета построить цикл в диаграммах рυ и Ts.

Рис. 2.5 – Процессы: 1-2 – изотермический; 2-3 – изобарный; 3-4 – изохорный; 4-5 – изобарный; 5-1 – изохорный.

Таблица 1 – Исходные данные 

15.30 1 кг воздуха совершает цикл Карно в пределах температур t₁=285 ºC и t₂=27 ºC, причем наивысшее давление составляет 15 бар, а наименьшее – 1,2 бар.

Определить параметры состояния воздуха в характерных точках цикла, работу, термический к.п.д. цикла и количество подведенного и отведенного тепла.

Ответ: υ₁=0,107 м³/кг, υ₂=0,153 м³/кг, υ₃=0,718 м³/кг, υ₄=0,507 м³/кг, р₂=10,5 бар, р₄=1,7 бар, η_t=0,46, q₁=57,2 кДж/кг, q₂=30,0 кДж/кг, l₀=27,2 кДж/кг.

15.31 7 кг углекислого газа участвуют в цикле Карно причем Т₁=1200 К и t₃=277 ºC, высшее давление цикла составляет 8,8·10³ кПа, а низшее – 1020 мм рт. ст.

Определить параметры состояния рабочего тела в характерных точках цикла, количество подведенного тепла и работу цикла.

Ответ: V₁=0,180 м³, V₂=0,352 м³, V₃=5,195 м³, V₄=2,424 м³, р₂=4,5·106 Па, р₄=0,3 МПа, η_t=0,54, Q₁=1064 кДж, Q₂=554 кДж, L₀=510 кДж.

15.32 Определить начальные конечные параметры состояния (р, υ, Т), теплоту q и работу l расширения  для каждого процесса, из которых состоит цикл. Для цикла в целом определить подведённую q₁ и отведённую q₂ теплоту, работу цикла l_ц и термический КПД η_t, считая рабочим телом воздух в идеально — газовом состоянии с постоянной теплоёмкостью. Изобразить цикл в p,υ — диаграмме.

Таблица 1 – Исходные данные 

Ответ: υ₁=0,103 м³/кг, р₂=0,36 МПа, υ₂=0,855 м³/кг, υ₃=0,855 м³/кг, р₃=0,155 МПа, Т₃=462 К, q₁=653 кДж/кг, q₂=-442 кДж/кг, l_ц=211 кДж/кг, η_t=32 %.