Медведева Г.А. Техническая термодинамика КГАСУ 2014

3.105 Расчет газовой смеси

Газовая смесь состоит из нескольких компонентов, содержание которых в смеси задано в процентах по объему (таблица 1).

Определить:

1. Кажущуюся молекулярную массу смеси;

2. Газовую постоянную смеси;

3. Среднюю мольную и объемную и массовую теплоемкости смеси при постоянном давлении в пределах температур от t₁ до t₂ (таблица 2).

Вопросы:

1. Что называется газовой постоянной? Как определяется универсальная газовая постоянная? Единицы измерения.

2. Что представляет собой мольная теплоемкость газа? Единицы измерения.

3. Что представляет собой массовая теплоемкость газа?

Таблица 1 и 2

Вариант

Компоненты смеси,

% по объему

Температура смеси:

CO₂

N₂

СО

Начальная t₁, ºС

Конечная t₂, ºС

200

1100

Варианты задачи: 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99.

Методические указания.pdf

10.68 Расчет политропного процесса сжатия газовой смеси

Рабочее тело – газовая смесь, имеющая тот же состав, что и в задаче №1 (в процентах по объему). Первоначальный объем, занимаемый газовой смесью, — V₁ (таблица 3). Начальные параметры состояния: давление р₁=0,1 МПа, температура t₁=27 ºС. Процесс сжатия происходит при показателе политропы (таблица 3). Температура смеси в конце сжатия t₂=327 ºС.

Определить:

1. Массу газовой смеси;

2. Удельный объем смеси в начале и в конце процесса;

3. Объем, занимаемый смесью в конце процесса;

4. Давление в конце процесса;

5. Работу сжатия в процессе;

6. Изменение внутренней энергии;

7. Массовую теплоемкость рабочего тела в данном процессе;

8. Количество тепла, участвующего в процессе;

9. Изменение энтальпии и энтропии в процессе. Построить рассмотренный процесс в координатах р-υ и T-s. Считать, что с_р≠f(T) и с_υ≠f(T). Значения мольных теплоемкостей идеальных газов при p=const и υ=const см. [1, 3]. Газовую постоянную смеси взять из решения задачи №1.

Вопросы:

1. В каких пределах изменяется показатель политропного процесса?

2. В каких пределах изменяется теплоемкость в политропном процессе?

3. Как выглядит уравнение 1-го закона термодинамики для политропного процесса?

Таблица 3

Показатели	Вариант 00
Объем смеси V₁, м³	40
Показатель политропы n	1,3

Методические указания.pdf

15.46 Расчет цикла Карно применительно к тепловому двигателю

Рабочее тело — 1 кг сухого воздуха. Предельные температуры рабочего тела в цикле: наибольшая t₁, наименьшая t₃ (таблица 4). Предельные давления рабочего тела в цикле: наибольшее р₁, наименьшее р₃ (таблица 5).

Таблицы 4 и 5

Вариант	Температура воздуха, ºС		Давление, МПа
Вариант	t₁	t₃	р₁	р₃
00	270	21	4	0,125

Определить:

1. Основные параметры состояния рабочего тела в характерных точках цикла;

2. Количество тепла, подведенное в цикле;

3. Количество тепла, отведенное в цикле;

4. Полезную работу, совершенную рабочим телом за цикл;

5. Изменение энтропии в изотермических процессах цикла.
Построить цикл (в масштабе) в координатах р-υ и T-s.

Вопросы:

1. Из каких процессов состоит цикл Карно?

2. Что показывает термический КПД цикла теплового двигателя?

3. В какой диаграмме и какой площадью можно проиллюстрировать полезную работу, совершенную рабочим телом в цикле?

4. В какой диаграмме и какой площадью можно проиллюстрировать количество тепла, использованное в цикле или совершения полезной работы?

Методические указания.pdf

13.197 Расчет процесса адиабатного расширения водяного пара

Рабочее тело – водяной пар, имеющий в начальном состоянии давление р₁ и температуру t₁ (таблица 6). Масса рабочего тела – М (таблица 7). Пар расширяется до давления р₂ (таблица 7).

Построить процесс адиабатного расширения водяного пара в диаграмме h-s.

Таблицы 6 и 7

Вариант 00
Температура t₁,ºС	Давление (абс.), р₁,МПа	Масса М,кг	Давление (абс.), р₂,МПа
450	6	10	0,007

Определить:

1. Удельный объем и энтальпию пара в начальном состоянии;

2. Температуру, удельный объем, степень сухости и энтальпию пара в конечном состоянии;

3. Значения внутренней энергии пара до и после расширения;

4. Работу расширения пара.

К решению задачи приложить схему построения процесса в координатах h-s.

Вопросы:

1. Каковы особенности адиабатного процесса?

2. В каком состоянии водяной пар находится в начале процесса?

3. В какое состояние пар перешел в конце процесса?

4. Каков физический смысл энтальпии водяного пара в данном, конкретном состоянии?

h-s — диаграмма водяного пара с рассчитанным процессом прилагается к задаче

Методические указания.pdf

14.112 Определение скорости истечения водяного пара из сопловых устройств

Определить теоретическую скорость истечения водяного пара из суживающегося сопла и из сопла Лаваля. Начальные давление и температура пара: р₁ и t₁ (таблица 8). Давление среды, в которую происходит истечение пара, р₂ (таблица 9).

Таблицы 8 и 9

Вариант	Давление (абс.) р₁,МПа	Температура t₁,ºС	Давление (абс.) р₂,МПа
00	5	400	0,04

К решению задачи приложить изображения адиабатных процессов истечения пара из сопловых устройств в диаграмме h-s.

Дать эскизы профилей суживающегося сопла и сопла Лаваля.

Вопросы:

1 При каких условиях возникает критическая скорость истечения газа (пара)?

2 Дать характеристику скорости истечения газа (пара) из суживающегося сопла при р₂>р_2кр .

3 Дать характеристику скорости истечения газа (пара) из суживающегося сопла при р₂≤р_2кр .

4 Дать характеристику скорости истечения газа (пара) из сопла Лаваля при р₂<р_2кр.

hs-диаграмма водяного пара с рассчитанным процессом прилагается к задаче

Методические указания.pdf

18.164 Определение технико-экономических показателей теоретического цикла Ренкина

Паротурбинная установка работает по теоретическому циклу Ренкина. Давление и температура водяного пара на выходе из парогенератора (перед турбиной): р₁ и t₁; давление пара после турбины (в конденсаторе) p₂.

Определить термический КПД цикла (η_t) и теоретический удельный расход пара d, кг/(кВт·ч) при следующих условиях работы установки:

I — p₁, t₁ и p₂ — (все параметры взять из табл. 1);

II — p₁, t₁ (табл. 6); p₂ (табл. 2);

III — p₁, t₁ и p₂ — (все параметры взять из табл. 2).

Таблицы 1 и 2

Показатели	Вариант 00
Начальное давление р₁, МПа	2,5
Температура t₁, ºС	370
Конечное давление р₂, МПа	0,1
Начальное давление р₁, МПа	16
Температура t₁, ºС	510
Конечное давление р₂, МПа	0,007

Сделать вывод о влиянии уровня начальных параметров состояния пара и давления пара после турбины на значения термического КПД цикла Ренкина и удельного расхода пара.

К решению задачи приложить принципиальную схему паротурбинной установки, изображение цикла Ренкина в координатах p-υ и T-s, а также изображение процесса расширения пара в турбине в диаграмме h-s.

h-s — диаграмма водяного пара с рассчитанным процессом прилагается к задаче

Методические указания.pdf

17.62 Для теоретического цикла ГТУ с подводом тепла при постоянном давлении определить параметры рабочего тела (воздуха) в характерных точках цикла, подведенное и отведенное тепло, работу и термический КПД цикла, если начальное давление р₁=0,1 МПа, начальная температура t₁=27 ºC, степень повышения давления в компрессоре π, температура газа перед турбиной t₃.

Определить теоретическую мощность ГТУ при заданном расходе воздуха G. Дать схему и цикл установки в pυ- и Ts — диаграммах. Данные для решения задачи выбрать из таблицы 3.

Указание. Теплоемкость воздуха принять не зависящей от температуры.

Ответить на вопросы:

Как влияет температура t₃ на мощность ГТУ при выбранной степени повышения давления π?

Определить η_t ГТУ для вашего варианта задачи, если рабочее тело — гелий и объяснить влияние атомности газа на экономичность ГТУ.

Таблица 3

Вариант	π	t₃, °C	G, кг/c
00	8,5	725	60

Методические указания.pdf

16.184 Для идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при p=const.

Определить параметры характерных точек p, υ, u, h, s, полезную работу, количество подведенного и отведенного тепла, термический КПД данного цикла и цикла Карно при том же отношении максимальной и минимальной температур цикла. Данные к задаче взять в таблице 4.

Таблица 4

Вариант	р₁, МПа	Т₁, К	ε=υ₁/υ₂	ρ=υ₃/υ₂
00	2	300	12,5	2,1

Принять значения:

с_υ=0,72 кДж/(кг·К);

с_р=1,01 кДж/(кг·К);

R=287 Дж/(кг·К);

k=c_p/c_υ — показатель адиабаты.

Методические указания.pdf

19.121 Расход газа в поршневом одноступенчатом компрессоре составляет V₁ при давлении р₁=0,1 МПа и температуре t₁. При сжатии температура газа повышается на 200 ºС. Сжатие происходит по политропе с показателем n. Определить конечное давление, работу сжатия и работу привода компрессора, количество отведенного тепла (в киловаттах), а также теоретическую мощность привода компрессора. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 5.

Таблица 5

Вариант	V₁, м³/мин	t₁, ºC	Газ	n
00	45	17	CO	1,34

Указание. При расчете принять: k=c_p/c_υ=const

Ответить на вопросы:

Как влияет показатель политропы на конечное давление при выбранном давлении р₁ и фиксированных t₁ и t₂ (ответ иллюстрируйте в Ts — диаграмме)?

Чем ограничивается p₂ в реальном компрессоре (кроме ограничения по максимальном допустимой конечной температуре)?

Методические указания.pdf

21.20 В компрессор воздушной холодильной установки воздух поступает из холодильной камеры при давлении р₁=0,1 МПа и температуре t₁. После изоэнтропного сжатия до давления р₂=0,4 МПа воздух поступает в теплообменник, где при постоянном давлении его температура снижается до t₃. Затем воздух поступает в детандер, где изоэнтропно расширяется до первоначального давления р₁. После этого воздух снова возвращается в холодильную камеру, где при постоянном давлении р₁ отнимает тепло от охлаждаемых тел и нагревается до температуры t₁.

Определить: холодильный коэффициент; температуру воздуха, поступающего в холодильную камеру; количество тепла, передаваемое охлаждающей воде в теплообменнике (в киловаттах); расход воздуха и теоретическую потребную мощность, если холодопроизводительность установки Q. Расчет иллюстрировать принципиальной схемой установки и ее циклом в T-s диаграмме. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 6.

Таблица 6