Бруй Л.П. Техническая термодинамика и теплопередача Хабаровск ТОГУ

3.17 Расчет газовой смеси

Газовая смесь состоит из нескольких компонентов, содержание которых в смеси задано в процентах по объему (табл.1.1).

Определить:

1) кажущуюся молекулярную массу смеси;

2) газовую постоянную смеси;

3) средние мольную, объемную и массовую теплоемкости смеси при постоянном давлении в пределах температур от t₁ до t₂ (табл.1.2).

1. Что называется удельной газовой постоянной? Единица ее измерения в системе СИ. Чем она отличается от универсальной газовой постоянной?

2. Что представляют собой массовая, объемная и мольная теплоемкости. Каковы единицы их измерения в системе СИ. Какова связь между указанными теплоемкостями.

3. Какие факторы влияют на величину теплоемкости.

Таблицы 1 и 2 — Исходные данные

Вариант 00
Компоненты смеси по объему, %				Температура смеси
CO₂	O₂	N₂	СО	— начальная t₁, ºC	— конечная t₂, ºC
32	—	50	18	1342	2143

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.

Методичка: Техническая термодинамика.pdf

Методичка: Техническая термодинамика и теплопередача.pdf

ВУЗ: ТОГУ

10.3 Расчет политропного процесса сжатия газовой смеси в компрессоре

Рабочее тело – газовая смесь, имеющая тот же состав, что и в задаче №1 (в процентах по объему). Первоначальный объем, занимаемый газовой смесью, — V₁ (табл. 2). Начальные параметры состояния: давление р₁=0,1 МПа, температура t₁=27 ºC. Процесс сжатия происходит при показателе политропы n. Давление смеси в конце сжатия р₂, МПа (табл. 3).

Определить:

1) массу газовой смеси;

2) удельные объемы смеси в начале и в конце процесса;

3) объем, занимаемый смесью в конце процесса;

4) температуру газовой смеси в конце процесса;

5) работу сжатия в процессе;

6) работу, затрачиваемую на привод компрессора;

7) изменение внутренней энергии газовой смеси;

8) массовую теплоемкость рабочего тела в данном процессе;

9) количество теплоты, участвующего в процессе;

10) изменение энтропии в процессе.

Таблица 3

Показатели	Вариант
Показатели	00
Объем смеси, V₁, м³	120
Показатель политропы n	1,14
Давление р₂, МПа	1,4

Построить (в масштабе) рассмотренный процесс в координатах р-υ и T-s. Необходимые для решения задачи теплоемкости компонентов газовой смеси принять независимыми от температуры. Значения теплоемкостей газов можно принять при температуре равной 0 ºC из приложения данного методического указания.

Газовую постоянную смеси взять из решения задачи №1.

Ответить в письменном виде на следующие вопросы:

1 В каких пределах может изменяться показатель политропного процесса?

2 В каких пределах может изменяться теплоемкость рабочего тела в политропном процессе?

3 Как выглядит уравнение 1-го закона термодинамики применительно к рассмотренному в задаче процессу?

4 Как зависит работа, затрачиваемая на привод компрессора, от показателя политропы n, почему?

Методичка: Техническая термодинамика.pdf

Методичка: Техническая термодинамика и теплопередача.pdf

Оформление готовой работы

ВУЗ: ТОГУ

15.7 Расчет цикла Карно применительно к тепловому двигателю

Рабочее тело в цикле Карно — 1 кг сухого воздуха. Предельные температуры рабочего тела в цикле: наибольшая t₁, наименьшая t₃ (табл.1). Предельные давления рабочего тела в цикле: наибольшее p₁, наименьшее p₃ (табл.2).

Таблица 4

Вариант	t₁, ºC	t₃, ºC	р₁, МПа	р₃, МПа
00	270	16	3	0,17

Определить:

1) основные параметры рабочего тела в характерных точках цикла;

2) количество теплоты, подведенное в цикле;

3) количество теплоты, отведенное в цикле;

4) полезную работу, совершенную рабочим телом за цикл;

5) термический КПД цикла;

6) изменение энтропии в изотермических процессах цикла.

Построить цикл (в масштабе) в координатах р-υ и T-s.

Ответить в письменном виде на следующие 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, совершаемую рабочим телом в цикле?

4. В какой диаграмме и какой площадью можно проиллюстрировать количество теплоты, участвующее в процессе?

Методичка: Техническая термодинамика.pdf

Методичка: Техническая термодинамика и теплопередача.pdf

ВУЗ: ТОГУ

13.15 Расчет процесса адиабатического расширения водяного пара

Рабочее тело – водяной пар, имеющий в начальном состоянии давление р₁ и температуру t₁ (табл. 5). Масса рабочего тела – M (табл. 5). Пар расширяется до давления p₂ (табл. 5).

Схематически построить процесс адиабатического расширения водяного пара в диаграмме h-s.

Таблица 5

Показатели	Вариант
Показатели	00
Температура t₁, ºC	530
Давление (абс.) р₁, МПа	11
Масса М, кг	25
Давление (абс.) р₂, МПа	0,02

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 в адиабатном процессе.

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

Ответить в письменном виде на следующие вопросы:

Каковы особенности адиабатного процесса?

Какой пар называется сухим, влажным, перегретым?

В каком состоянии водяной пар находится в начале процесса?

В какое состояние пар перешел в конце процесса?

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

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

Методичка: Техническая термодинамика.pdf

Методичка: Техническая термодинамика и теплопередача.pdf

ВУЗ: ТОГУ

18.12 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): p₁ и t₁; давление пара после турбины (в конденсаторе) p₂.

Определить термический коэффициент полезного действия цикла ηt и теоретический удельный расход пара d, кг/(кВт·ч) при следующих условиях работы установки:

I — p₁, t₁ и p₂ — (все параметры взять из табл. 6);

II — p₁, t₁ (табл.5.1); p₂ (табл. 7);

III — p₁, t₁и p₂-(все параметры взять из табл. 7).

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 р-υ и T-s, также изображение процесса расширения пара в турбине в диаграмме h-s.

Таблицы 6 и 7

Показатели	Вариант
Показатели	00
Начальное давление р₁, МПа	5
Температура t₁, ºС	400
Конечное давление р₂, МПа	0,1
Начальное давление р₁, МПа	26
Температура t₁, ºС	600
Конечное давление р₂, МПа	0,002

h-s — диаграмма водяного пара с рассчитанными процессами прилагается к задаче

Методичка: Техническая термодинамика.pdf

Методичка: Техническая термодинамика и теплопередача.pdf

ВУЗ: ТОГУ

14.9 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: p₁ и t₁ (табл. 8). Давление среды, в которую происходит истечение пара, p₂ (табл. 8).

Таблица 8

Показатели	Вариант
Показатели	00
Давление (абс.) р₁, МПа	4
Температура t₁, ºC	325
Давление р₂, МПа	0,01

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

Дать эскизы профилей суживающегося сопла и сопла Лаваля.

Ответить в письменном виде на следующие вопросы:

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

2 Дать характеристику скорости истечения газа (пара) из суживающегося сопла при p₂>р_2кр.

3 Дать характеристику скорости истечения газа (пара) из суживающегося сопла при p₂≤р_2кр.

4 Дать характеристику скорости истечения газа (пара) из сопла Лаваля при p₂<р_2кр.

Методичка: Техническая термодинамика.pdf

Методичка: Техническая термодинамика и теплопередача.pdf

ВУЗ: ТОГУ

25.65 Определить потерю теплоты одним погонным метром стального паропровода с наружным диаметром 100 мм в результате лучистого теплообмена. Паропровод расположен в кирпичном канале, имеющем поперечное сечение 300×300 мм. Температуру наружной поверхности паропровода t₁ и внутренней поверхности стенок канала t₂ принять из табл. 3. Степень черноты окисленной стали и красного кирпича см. в. приложении 1.

В конце задачи следует ответить письменно на следующие вопросы:

1. Что называется степенью черноты тела?

2. Чему равен коэффициент излучения абсолютно черного тела?

3. Как определяется коэффициент излучения серого тела?

Таблица 3

Вариант	Температура поверхности паропровода t₁, ºC	Температура поверхности стен канала t₂, ºC
00	380	42

Методичка: Техническая термодинамика и теплопередача.pdf

ВУЗ: ТОГУ

23.68 Вертикальный участок паропровода диаметром 150 мм и длиной 5 м охлаждается воздухом в условиях свободной конвекции. Температура наружной поверхности паропровода t_СТ, температура воздуха _t1 (табл. 4).

Определить коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности паропровода к воздуху и величину теплового потока на расчетном участке. Показать примерный график изменения коэффициента теплоотдачи по высоте трубы.

В конце задачи следует ответить письменно на следующие вопросы:

Что называется коэффициентом теплоотдачи?
Какие факторы влияют на величину коэффициента теплоотдачи?

Таблица 4

Вариант

Температура наружной

поверхности паропровода t_СТ, ºС

Температура

воздуха t₁, ºС

600

Методичка: Техническая термодинамика и теплопередача.pdf

ВУЗ: ТОГУ

23.65 Определить коэффициент теплоотдачи при поперечном омывании потоком дымовых газов, имеющих температуру t_г (табл. 5), трубы диаметром 100 мм. Скорость движения потока газов ω, угол атаки φ (табл. 5).

Физические характеристики дымовых газов см. приложение 3.

В конце задачи следует ответить письменно на следующий вопрос:

1. Как влияют на коэффициент теплоотдачи величина скорости потока, угол атаки потока газов, а также диаметр трубы?

Таблица 5

Вариант

Температура дымовых

газов t_г, ºС

Скорость движения

газов ω, м/c

Угол атаки φº

1200

4,5

Методичка: Техническая термодинамика и теплопередача.pdf

ВУЗ: ТОГУ

27.72 Определить поверхность нагрева рекуперативного теплообменника (ТО), в котором происходит нагрев воздуха дымовыми газами, при прямоточной и противоточной схемах включения теплоносителей. Температуру воздуха, поступающего в ТО, принять t′₂=30 ºC. Количество подогреваемого воздуха V и коэффициент теплопередачи от дымовых газов к воздуху K взять из табл. 6. Температуру воздуха на выходе из ТО — t″₂, температуру дымовых газов на входе в ТО — t′₁ и температуру дымовых газов на выходе из ТО — t″₁ взять из табл. 6.

Показать графики изменения температур теплообменивающихся сред по длине ТО при прямоточном и противоточном движениях потоков.

В конце задачи следует ответить письменно на следующие вопросы:

1. Какая схема включения теплоносителей в теплообменном аппарате эффективнее прямоточная или противоточная? Почему?

2. Как выглядит уравнение теплового баланса теплоносителей?

3. Чем отличаются теплопередача от теплоотдачи?

4. При α₁>>α₂ какой из коэффициентов теплоотдачи следует увеличить для увеличения коэффициента теплопередачи

Таблица 6

Показатели	Вариант
Показатели	00
Количество подогреваемого воздуха V, нм³/ч	10000
Коэффициент теплопередачи К, Вт/(м²·К)	11
Температура воздуха после ТО t″₂, ºC	310
Температура дымовых газов до ТО t′₁, ºC	500
Температура дымовых газов после ТО t″₁, ºC	350

Методичка: Техническая термодинамика и теплопередача.pdf

ВУЗ: ТОГУ