Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике

5.19 Мощность турбогенератора 12000 кВт, к. п. д. генератора 0,97. Какое количество воздуха нужно пропустить через генератор для его охлаждения, если конечная температура воздуха не должна превышать 55 ºС?

Температура в машинном отделении равна 20 ºС; среднюю теплоемкость воздуха с_рm принять равной 1,0 кДж/(кг·К).

Ответ: Мв=10,3 кг/c.

5.20 Во многих странах за единицу количества теплоты принята так называемая британская тепловая единица (BTU), представляющая собой количество теплоты, необходимое для нагрева 1 английского фунта (1 lb= 0,4536 кг) воды на 1ºF.

Выразить 1 BTU, 1 BTU/lb и 1 BTU/lbºF  соответственно в кДж, кДж/кг, кДж/(кг·К).

Ответ: 1 BTU=1,055 кДж, 1 BTU/lb=2,326 кДж/кг, 1 BTU/lbºF=4,187 кДж/(кг·К).

5.21 Теплота сгорания топлива, выражаемая в кДж/кг, может быть также выражена в кВт·ч/кг.

Принимая теплоту сгорания нефти равной 41900 кДж/кг, каменного угля 29300 кДж/кг, подмосковного бурого угля 10600 кДж/кг, выразить теплоту сгорания перечисленных топлив в кВт·ч/кг.

Ответ: Q_нефти=11,6 кВт·ч/кг, Q_угля=8,12 кВт·ч/кг, Q_б.у=2,94 кВт·ч/кг.

5.22 Использование атомной энергии для производства тепловой или электрической энергии в техническом отношении означает применение новых видов топлив – ядерных горючих. Количество энергии, выделяющейся при расширении 1 кг ядерных горючих, может быть условно названо их теплотой сгорания. Для урана эта величина равна 22,9 млн. кВт·ч/кг.

Во сколько раз уран как горючее эффективнее каменного угля с теплотой сгорания 27500 кДж/кг.

Ответ: В 3 млн. раз.

5.23 Важнейшим элементом атомной электростанции является реактор, или атомный котел. Тепловой мощностью реактора называют полное количество теплоты, которое выделяется в нем в течение 1 ч. Обычно эту мощность выражают в киловаттах.

Определить годовой расход ядерного горючего для реактора с тепловой мощностью 500000 кВт, если теплота сгорания применяемого для расщепления урана равна 22,9·10⁶ кВт·ч/кг а число часов работы реактора составляет 7000.

Ответ: В=153 кг в год.

5.24 Первая в мире атомная электростанция, построенная в СССР, превращает атомную энергию, выделяющуюся при реакциях цепного деления ядер урана, в тепловую, а затем в электрическую энергию. Тепловая мощность реактора атомной электростанции равна 30000 кВт, а электрическая мощность электростанции составляет при этом 5000 кВт.

Найти суточный расход урана, если выработка электроэнергии за сутки составила 120000 кВт·ч. Теплоту сгорания урана принять равной 22,9·10⁶ кВт·ч/кг. Определить также, какое количество угля, имеющего теплоту сгорания 25800 кДж/кг, потребовалось бы для выработки того же количества электроэнергии на тепловой электростанции, если бы к.п.д. ее равнялся к.п.д. атомной электростанции.

Ответ: В_урана=31 г/сут, В_угля=100 т/сут.

5.25 Теплоемкость газа при постоянном давлении опытным путем может быть определена в проточном калориметре. Для этого через трубопровод пропускают исследуемый газ и нагревают его электронагревателем (рис. 8). При этом измеряю количество газа, пропускаемое через трубопровод, температуры газа перед и за электронагревателем и расход электроэнергии. Давление воздуха в трубопроводе принимают неизменным.

Определить теплоемкость воздуха при постоянном давлении методом проточного калориметрирования, если расход воздуха через трубопровод М=690 кг/ч, мощность электронагревателя N_эл=0,5 кВт, температура воздуха перед электронагревателем t₁=18 ºC, а температура воздуха за электронагревателем t₂=20,6 ºC.

Ответ: с_рm=1,0 кДж/(кг·К).

5.26 Метод проточного калориметрирования, описанный в предыдущей задаче, может быть также использован для определения количества газа или воздуха, протекающего через трубопровод.

Найти часовой расход воздуха М кг/ч, если мощность электронагревателя N_эл=0,8 кВт, а приращение температуры воздуха t₂-t₁=1,8 ºC. Определить также скорость воздуха c в трубопроводе за электронагревателем, если давление воздуха 120 кПа, температура его за электронагревателем 20,2 ºС, а диаметр трубопровода 0,125 м.

Ответ: М=1600 кг/ч, с=25,4 м/c.

5.12 При испытании двигателей внутреннего сгорания широким распространением пользуются так называемые гидротормоза. Работа двигателя при торможении превращается в теплоту трения, и для уменьшения нагрева тормозного устройства применяют водяное охлаждение.

Определить часовой расход воды на охлаждение тормоза, если мощность двигателя равна N=33 кВт, начальная температура воды t’_в=15 ºС, конечная — t“_в=60 ºC; принять, что вся теплота трения передается охлаждающей воде.

Ответ: М_воды=632 кг/ч.

5.27 При испытании нефтяного двигателя было найдено, что удельный расход топлива равен 231 г/(кВт·ч).

Определить эффективный к.п.д. этого двигателя, если теплота сгорания топлива Q_н^р=41000 кДж/кг (9800 ккал/кг).

Ответ: η_е=0,38.