Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики

ОБЩАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Методические указания к практическим занятиям

по дисциплине «Общая энергетика»
для студентов направления 13.03.02
«Электроэнергетика и электротехника»
очной формы обучения

Рекомендованы учебно-методической комиссией направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
в качестве электронного издания для использования
в учебном процессе

Кемерово 2016

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Е. В. Скребнева – старший преподаватель кафедры «Электроснабжение горных и промышленных предприятий»

И. Ю. Семыкина – председатель учебно-методической комиссии направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Паскарь Иван Николаевич, Кирилов Кирилл Олегович. Общая энергетика: методические указания к практическим занятиям по дисциплине«Общая энергетика» [Электронный ресурс]: для студентов направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», всех форм обучения / сост.: И. Н. Паскарь, К.О. Кирилов– Кемерово : КузГТУ, 2015. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM) ; зв. ; цв. ; 12 см. – Систем. требования : Pentium IV ; ОЗУ 32 Мб ; WindowsХР ; (CD-ROM-дисковод) ; мышь;. – Загл. с экрана.

Составлено в соответствии с программой дисциплины «Общая энергетика» и предназначено для проведения практических занятий.

© КузГТУ

©Паскарь И. Н.,

Кирилов К. О.,

составление, 2016

Практические занятия предусматривают решение задач по разделам дисциплины: теоретические основы теплоэнергетики, циклы энергетических установок, технология производства электроэнергии и эффективность электростанций, энергетика и окружающая среда. Ниже приводятся задачи по этим разделам и даются решения. Также приводятся примеры решения задач контрольной работы. Сначала попробуйте выполнить задачу самостоятельно и только потом посмотрите предлагаемое решение.

ПОЯСНЕНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

Тема 2. Циклы энергетических установок

Пример 1. Паровая турбина мощностью N = 12000 кВт работает при начальных параметрах Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 80 бар и Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 450 оC. Давление в конденсаторе Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 0,04 бара. В котельной установке, снабжающей турбину паром, сжигается уголь с теплотой сгорания Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 25 МДж/кг. КПД котельной установки равен Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 0,8. Температура питательной воды Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 90 оС.

Определить производительность котельной установки и часовой расход топлива при полной нагрузке паровой турбины и условии, что она работает по циклу Ренкина.

РЕШЕНИЕ:

Тема 3. Технология производства электроэнергии и эффективность электростанций

Пример 1.Паровая турбина мощностью N = 12000 кВт работает при начальных параметрах Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 80 бар и Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 450 оC. Давление в конденсаторе Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 0,04 бара. В котельной установке, снабжающей турбину паром, сжигается уголь с теплотой сгорания Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 25 МДж/кг. КПД котельной установки равен Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 0,8. Температура питательной воды Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 90 оС.

Определить производительность котельной установки и часовой расход топлива при полной нагрузке паровой турбины и условии, что она работает по циклу Ренкина.

РЕШЕНИЕ:

ЗАДАНИЯ ДЛЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ

Задача 1

В теплообменнике G, кг/с воды нагревается от температуры Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru до температуры Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru горячими газами, которые при этом охлаждаются от температуры Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru до температуры Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru .

Определить поверхность теплообменника при включении его по схеме прямотока и противотока, если коэффициент теплопередачи составляет К. Теплоемкость воды принять постоянной и равной 4,19 кДж/кг·К.

Изобразить характер изменения температур теплоносителей при прямотоке и противотоке.

Данные для расчета выбрать из табл. 1.

Таблица 1

Параметры Вариант
Последняя цифра шифра
Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru оС
Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , оС
Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , оС
Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , оС
Предпоследняя цифра шифра
G, кг/с 1,0 1,2 1,4 1,5 1,3 1,1 0,9 0,8 0,7 0,6
К, Вт/м2·К

Задача 2

Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина при следующих условиях: начальное давление пара ро, начальная температура tо, давление в конденсаторе рк. Относительный внутренний КПД – ηоi. Определить параметры состояния пара в характерных точках теоретического и действительного циклов, термический КПД, удельные расходы пара и теплоты, количество теплоты, подведенной в котле и отведенной в конденсаторе.

Изобразить теоретический и действительный процессы расширения пара в турбине в h-s диаграмме. Данные для расчета выбрать из табл. 2

Таблица 2

Параметры Вариант
Последняя цифра шифра
ро, МПа 4,5 4,5
tо, оС
Предпоследняя цифра шифра
рк., кПа 3,5 3,5 3,5
ηоi 0,85 0,84 0,83 0,82 0,81 0,8 0,79 0,77 0,75 0,72
                       

Методические указания

По известным ро и tо по h-s диаграмме находим параметры состояния в начальной точке (о): ho, кДж/кг; Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , м3/кг; Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , кДж/(кг·К); tн, оС – температура насыщения пара при ро.

В точке 1t пересечения адиабаты расширения пара в турбине и изобары рк находятся параметры, характеризующие состояние отработавшего пара: h1t, Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , s1t = so, х1t.

Отрезок 0-1t дает располагаемый теплоперепад турбины Но = ho - h1t.

Параметры конденсата на выходе из конденсатора находятся по давлению рк. Температура насыщения tн, определяется в точке 1 - пересечения изобары рк и верхней пограничной кривой (х = 1); изотерма, проходящая через точку 1, определяет tн1; энтальпия конденсата h1t = свtн1, кДж/кг; св – теплоемкость воды, св = 4,19 кДж/(кг·К).

Параметры пара, отвечающие действительному циклу, находятся в точке 1 (пересечение линий h1 = h0 - ηoi · Hо и изобары рк). Для этого состояния определяем: х1, s1, v1.

Термический КПД теоретического цикла Ренкина находят по формуле

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru .

Удельный расход пара на 1 кВт·ч

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , кг/(кВт·ч).

Удельный расход теплоты

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , кДж/(кВт·ч).

Количество подведенной теплоты в котле

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , кДж/кг.

Количество отведенной теплоты в конденсаторе

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , кДж/кг.

Задача 3

Конденсационная электростанция (КЭС) работает на начальных параметрах пара перед турбиной ро, to, и давлении пара в конденсаторе рк. Определить КПД брутто и нетто электростанции, удельные расходы теплоты и условного топлива, если расход электроэнергии на собственные нужды составляет Эсн. Как изменится КПД КЭС, если начальное давление повысится на Δро, а температура на Δtо?

Изобразить теоретический процесс расширения пара в турбине в h-s диаграмме.

Данные для расчета выбрать из табл. 3.

Таблица 3

Параметры Вариант
Последняя цифра шифра
ро, МПа 1,1 2,5 2,8 3,4 8,8 8,8 12,8 12,8 16,6 22,5
tо, оС
Рк, кПа 4,4 3,5 3,4 3,8 3,5
Предпоследняя цифра шифра
Δро, МПа 1,4 0,9 0,6 5,4 2,0 1,0 3,8 5,9 0,5
Δtо, оС
Эсн, % 5,5 5,2 5,4 5,6 5,8

Методические указания

По заданным ро, to, и рк в h-s диаграмме строится адиабатный процесс расширения пара в турбине. В точках 0 и 1 находим энтальпию пара в начале и конце адиабатного (изоэнтропного) процесса расширения ho и hк.

Энтальпия конденсата h′к = свtк; св – теплоемкость воды , св = 4,19 кДж/(кг·К), tк – температуру конденсата находят по давлению рк и х = 1 или по таблицам термодинамических свойств воды и водяного пара. КПД брутто электростанции определяется по формуле

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru ,

где ηку – КПД котельной установки, ηку = 0,9…0,95;

ηтр – КПД теплового потока, ηтр = 0,97…0,99;

ηt – термический КПД паротурбинной установки;

ηoi – внутренний относительный КПД, ηoi = 0,85…0,88;

ηм – механический КПД, ηм = 0,97…0,99;

ηэ – электрический КПД, ηэ = 0,96…0,97.

Термический КПД турбинной установки

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru .

КПД электростанции нетто

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru .

Удельный расход теплоты на выработку 1 кВт·ч электроэнергии

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , кДж/(кВт·ч).

Удельный расход условного топлива

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , кг/(кВт·ч),

где Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru кДж/кг – низшая теплота сгорания условного топлива.

По h-s диаграмме в точках 1′ и 2′ находим энтальпию свежего пара h′o и энтальпию в конце адиабатного расширения h′к при р′о = ро + Δро и t′o = to + Δto.

Вычисляем КПД турбинной установки η′t и КПД брутто электростанции h′с. Находим увеличение КПД Δη = η′с - ηс и Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru ,%.

Задача 4

Определить показатели режима работы электростанции, на которой установлены два турбогенератора мощностью Ny. Максимальная нагрузка электростанции Nм, а количество выработанной электроэнергии за год Wэ.

Данные для расчета выбрать из табл. 4.

Таблица 4

Параметры Вариант
Последняя цифра шифра
Ny, МВт
Nм, МВт
Wэ·10-6, КВт·ч

Методические указания

Числа часов использования установленной τу и максимальной мощности τм находятся по формулам

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru ; Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru .

Средняя мощность электростанции

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , кВт.

Коэффициент использования установленной мощности

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru .

Коэффициент резерва

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru .

Коэффициент резерва кр>1, а коэффициент использования установленной мощности ки<1.

Задача 5

ТЭЦ выработала за год Wэ, кВт·ч электроэнергии и отпустила внешним потребителям Qотп, кДж теплоты, израсходовав при этом В, т каменного угля с низшей теплотой сгорания Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru кДж/кг.

Определить КПД по выработке электроэнергии и теплоты, приняв КПД котельной установки Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru

Данные для расчета взять из табл. 5.

Таблица 5

Параметры Вариант
Последняя цифра шифра
Wэ·10-6, КВт·ч
Qотп·10-11, кДж 4,5 3,5 3,7 3,9 4,1 5,0 4,9 4,2 4,5 4,7
В·10-3, т

Методические указания

Расход топлива на выработку отпущенной теплоты определяется по формуле

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , кг/год.

Расход топлива на выработку электроэнергии

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , кг/год.

КПД по выработке электроэнергии и теплоты на ТЭЦ находят по формулам

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru ; Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru .

Задача 6

Произвести расчет горизонтальной нефтеловушки (отстойника) для очистки сточных вод от нефтепродуктов. Расход сточных вод V и скорость всплывания частиц нефти w приведены в табл. 6. Ширина лотка нефтеловушки 2 м, глубина проточной части в = 0,5 м. В результате расчета определить число секций нефтеловушки.

Данные для расчета выбрать из табл. 6.

Таблица 6

Параметры Вариант
Последняя цифра шифра
V, м3 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08 0,09 0,1
Предпоследняя цифра шифра
w, мм/с 0,15 0,20 0,25 0,3 0,35 0,4 0,22 0,28 0,32 0,38

ПЕРЕЧНЬ ПРИМЕРНЫХ ВОПРОСОВ ДЛЯ ЗАЩИТЫ

ПРАКТИЧЕСКИХ РАБОТ

1. Какие условия необходимо соблюдать, чтобы термодинамический процесс был обратимым? Что является причиной необратимости реальных термодинамических процессов?

2. Почему внутреннюю энергию, энтальпию и энтропию рабочего тела называют параметрами или функциями состояния, а теплоту и работу функциями процесса?

3. В чем сущность 1-го закона термодинамики? Напишите уравнение первого закона термодинамики, объясните входящие в него величины.

4. В чем сущность второго закона термодинамики?

5. Приведите основные формулировки второго закона термодинамики и

дайте его аналитическое выражение для обратимых и необратимых процессов. Покажите, что цикл Карно является наивыгоднейшим в заданном интервале температуры.

6. Покажите, что изохорный, изотермический и адиабатные процессы являются частными случаями политропного процесса.

7. Пользуясь уравнениями первого закона термодинамики для потока и для закрытой системы, покажите за счет чего совершаются все виды работы рабочего тела в потоке.

8. Для чего применяется сопло Лаваля? Изобразите схематически это сопло. Как меняются давление и скорость газа вдоль сопла?

9. Изобразите тепловой процесс в сопле Лаваля в h,S-диаграмме. Приведите уравнение для определения теоретической и действительной скоростей исте-

чения.

10. Почему в сходящемся канале нельзя достичь скорости большей, чем местная скорость звука?

11. Что называется абсолютной и относительной влажностью воздуха? Какую температуру называют температурой точки росы? Что такое влагосодержание воздуха и как оно определяется?

12. В чем состоит различие между процессами испарения и кипения?

13. Какой пар называется перегретым и что такое степень перегрева?

14. Какой пар называется влажным насыщенным и что такое степень сухости?

15. Чем характерна критическая точка? Какие значения параметров водяного пара в критической точке?

16. Изобразите в координатах p,v и T,S процесс парообразования для водяного пара и объясните характерные области, линии и точки, нанесенные на них.

17. Какие величины связывает между собой уравнение Клапейрона-Клаузиуса?

18. Чем характерна тройная точка? Каковы значения ее параметров?

19. Какой пар называется сухим насыщенным? Изобразите на диаграммах

p-v, T-S и h-S обратимый адиабатный процесс расширения перегретого пара до состояния сухого насыщенного пара. Дайте необходимые пояснения.

20. Изобразите на диаграммах p-v, T-S и h-S изобарный процесс превращения влажного насыщенного водяного пара до состояния перегретого пара. Дайте

необходимые пояснения.

21. Как изменяется теплота парообразования с увеличением давления? Как посчитать теплоту парообразования?

22. Изобразите теоретическую индикаторную диаграмму поршневого компрессора для случая изотермического и адиабатного сжатия. Покажите на ней площади, которыми изображаются работы наполнения, сжатия и выталкивания. Для чего применяется охлаждение компрессора?

23. Изобразите идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания с изобарным подводом тепла в p-v и T-S диаграммах. Отчего зависит к. п.д. этого цикла?

24. Изобразите идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания со смешанным подводом тепла в p-v и T-S диаграммах. Дайте необходимые пояснения.

25. Приведите принципиальную схему паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, и изобразите цикл работы в координатах p-v и T-S.

26. Как влияют начальные и конечные параметры на термический КПД цикла Ренкина?

27. Что такое промежуточный перегрев пара и для чего он применяется? Приведите принципиальную схему этой установки. Дайте необходимые пояснения.

28. Изобразите идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания с изохорным подводом тепла в p-v и T-S диаграммах.

29. Что называется теплофикацией? В чем ее преимущества перед раздельной выработкой тепловой и электрической энергии? Каким параметром оценивают экономичность теплоэлектроцентрали?

30. Приведите принципиальную схему регенеративного цикла паротурбинной установки. Дайте необходимые пояснения.

25. Изобразите схему двухконтурной атомной теплоэнергетической установки и объясните принцип ее действия. В чем принципиальные отличия этой установки от обычных паросиловых установок?

31. Сформулируйте основной закон теплопроводности (закон Фурье) и приведите его математическое выражение. Объясните физический смысл знака "минус" в законе Фурье. Что такое тепловой поток и поверхностная плотность теплового потока?

32. Как рассчитывается теплопроводность однослойной и многослойной плоской стенки при стационарном режиме? Покажите распределение температур в многослойной плоской стенке.

33. Как рассчитывается теплопроводность однослойной и многослойной цилиндрической стенки? Покажите распределение температур в многослойной цилиндрической стенке.

34. Поясните механизм конвективного теплообмена. Запишите основное уравнение конвективного теплообмена.

35. Дайте определение коэффициенту теплоотдачи. Каковы трудности в его определении?

36. Изложите кратко сущность теории подобия физических процессов. Объясните значение этой теории.

37. Каков общий вид критериальных уравнений конвективного теплообмена? Поясните физический смысл критериев Re, Nu, Pe, Pr, Gr.

38. Опишите процесс теплопередачи через плоскую стенку.

39. В чем различие излучения газов от излучения твердых тел? Возможно ли с помощью одного экрана уменьшить теплообмен в несколько раз?

ПРИЛОЖЕНИЕ

СПРАВОЧНЫЕ ДАННЫЕ

Диаграмма h-s водяного пара

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru

ОБЩАЯ ЭНЕРГЕТИКА

Методические указания к практическим занятиям

по дисциплине «Общая энергетика»
для студентов направления 13.03.02
«Электроэнергетика и электротехника»
очной формы обучения

Рекомендованы учебно-методической комиссией направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»
в качестве электронного издания для использования
в учебном процессе

Кемерово 2016

РЕЦЕНЗЕНТЫ:

Е. В. Скребнева – старший преподаватель кафедры «Электроснабжение горных и промышленных предприятий»

И. Ю. Семыкина – председатель учебно-методической комиссии направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

Паскарь Иван Николаевич, Кирилов Кирилл Олегович. Общая энергетика: методические указания к практическим занятиям по дисциплине«Общая энергетика» [Электронный ресурс]: для студентов направления 13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника», всех форм обучения / сост.: И. Н. Паскарь, К.О. Кирилов– Кемерово : КузГТУ, 2015. – 1 электрон. опт. диск (CD-ROM) ; зв. ; цв. ; 12 см. – Систем. требования : Pentium IV ; ОЗУ 32 Мб ; WindowsХР ; (CD-ROM-дисковод) ; мышь;. – Загл. с экрана.

Составлено в соответствии с программой дисциплины «Общая энергетика» и предназначено для проведения практических занятий.

© КузГТУ

©Паскарь И. Н.,

Кирилов К. О.,

составление, 2016

Практические занятия предусматривают решение задач по разделам дисциплины: теоретические основы теплоэнергетики, циклы энергетических установок, технология производства электроэнергии и эффективность электростанций, энергетика и окружающая среда. Ниже приводятся задачи по этим разделам и даются решения. Также приводятся примеры решения задач контрольной работы. Сначала попробуйте выполнить задачу самостоятельно и только потом посмотрите предлагаемое решение.

ПОЯСНЕНИЯ К РЕШЕНИЮ ЗАДАЧ

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики

Пример 1-1. За τ = 20 ч работы электростанции сожжено В = 62 т каменного угля, имеющего теплоту сгорания Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 28900 кДж/кг.

Определить среднюю мощность станции, если в электрическую энергию превращено 20 % теплоты, полученной от сгорания топлива.

РЕШЕНИЕ:

Количество теплоты, превращенной в электрическую энергию

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 62 · 103 · 28,9 · 103 · 0,2 = 354,6 · 106 кДж.

Эквивалентная ему электроэнергия или работа

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru кВт·ч.

Средняя электрическая мощность станции

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru кВт.

Пример 1-2. Один кг воздуха совершает цикл Карно в пределах температур от Т1 = 900 К до Т2 = 300 К. Наивысшее давление в цикле – 6 МПа, а наинизшее – 0,1 МПа. Определить термический КПД цикла.

РЕШЕНИЕ:

Цикл Карно состоит из изотермических процессов 1-2 и 3-4 подвода теплоты q1 и отвода теплоты q2 и адиабатных процессов расширения (2-3) и сжатия (3-4) без теплообмена (q1 = 0).

Точка 1: р1 = 6 МПа, Т1 = 900 К (по заданию). Удельный объем воздуха находим из уравнения состояния:

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru м3/кг.

Точка 2: Т2 = 900 К. Из уравнения адиабаты (к = 1,4)

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru МПа.

Удельный объем воздуха

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru м3/кг.

Точка 3: р3 = 0,1 МПа, Т3 = 300 К (по заданию)

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru м3/кг.

Точка 4: Т4 = 300 К

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru МПа.

Из уравнения изотермы 3-4

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru м3/кг.

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru Термический КПД цикла

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru .

Количество подведенной теплоты

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru кДж/кг.

Количество отведенной теплоты

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru кДж/кг.

Работа цикла

lц = q1 – q2 = 42,5 кДж/кг.

Проверка: Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru

Пример 1-3. Для условий предыдущей задачи определить, как изменятся параметры в основных точках цикла, термический КПД, теплота и работа, если в качестве рабочего тела использовать кислород или азот.

В результате решения задачи Вы должны убедиться, что замена одного рабочего тела на другое (воздуха на О2 или N2) приводит к изменению параметров в характерных точках цикла и количествах подведенной и отведенной теплоты. Термический КПД цикла не зависит от свойств рабочего тела.

Пример 1-4. Определить параметры сухого насыщенного пара при давлении 5 МПа.

РЕШЕНИЕ:

В h-s диаграмме (приложение 1) на пересечении линий х = 1 и изобары 5 МПа (50 бар) находим точку 1, которая определяет состояние пара. По изохоре и изотерме, проходящим через точку 1, находим соответственно Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru м3/кг и t1 = 264 оС, энтальпия Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru кДж/кг, энтропия Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru кДж/(кг·К). Эти же параметры можно найти из таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара.

Пример 5. Определить параметры влажного пара при давлении 5 МПа и степени сухости х = 0,94.

РЕШЕНИЕ:

Состояние влажного пара с заданными параметрами в h-s диаграмме определяет точка 1, которая находится на пересечении изобары 5 кПа (0,05 бара) и линии постоянной степени сухости х = 0,94. Проектируя на ось абсцисс и ось ординат находим: энтальпия h = 2416 кДж/кг и энтропия S = 8 кДж/(кг·К). Величилина удельного объема определяется по значению изохоры, проходящей через точку 1 – v = 25,4 м3/кг. В точке пересечения изобары 5 кПа и линии х = 1 находится температура насыщенного пара t = 33 оС.

Те же параметры можно найти с помощью таблиц и формул:

h = h' + хч = 137,8 + 2423 · 0,94 = 2416 кДж/кг;

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru кДж/кг·К;

v = v''х = 28,2 · 0,94 = 26,5 м3/кг.

Из таблицы воды и водяного пара по давлению р = 5 кПа берут значения Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru τ1, Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru v''.

Совпадение параметров удовлетворительное.

Пример 6. Определить параметры перегретого водяного пара при давлении 10 МПа и температуре 500 оС.

РЕШЕНИЕ:

В h-s диаграмме находим точку 1, характеризующую состояние пара, на пересечении изобары 10 МПа и изотермы 500 оС. Проектируя точку 1 на координатные оси, получим h1 = 3374 кДж/кг и S1 = 6,6 кДж/кг·К. По значению изохоры, проходящей через точку 1, – v1 = 0,033 м3/кг. Изотерма, проходящая через точку пересечения изобары 10 МПа и линии х = 1, определяет температуру насыщенного пара tн = 311 оС. Искомые параметры можно найти по таблицам перегретого пара при давлении 10 МПа и температуре 500 оС.

Пример 7.Плоская стальная стенка толщиной Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru мм омывается с одной стороны газами с температурой Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 310 оС, а с другой изолирована от окружающего воздуха, имеющего температуру Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 10 оС, плотно прилегающей к ней пластиной толщиной Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru мм.

Определить плотность теплового потока и температуры поверхностей стенок, если известно, что коэффициент теплопроводности стали Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 40 Вт/(мּК), а материала изоляционной пластины Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 0,15 Вт/(мּК). Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 25 Вт/(мК), а от пластины к воздуху Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 10 Вт/(м2ּК).

РЕШЕНИЕ:

Полное термическое сопротивление плоской многослойной стенки

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru2ּК)/Вт.

Коэффициент теплопередачи k = Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru Вт/(м2ּК).

По уравнению теплопередачи плотность теплового потока q

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , Вт/м2.

Температура Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru на поверхности стальной стенки

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru ,

на границе между стальной стенкой и изоляционной пластиной

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru ,

на поверхности изоляционной пластины

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru .

Пример 8.Через трубу диаметром d = 50 мм и длиной l = 3 м со скоростью w = 0,8 м/с протекает вода. Определить средний коэффициент теплоотдачи, если средняя температура воды Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 50 оС, а температура стенки Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 70 оС.

РЕШЕНИЕ:

При Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 50 оС, Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 0,648 Вт/(мּК), Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 5,56ּ10-7 м2/с, Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 3,54, Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 2,55 при Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 70 оС (табл. П11 приложения).

Определим режим течения воды:

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru ,

режим турбулентный. В этом случае критериальное уравнение имеет вид

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru ,

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru ,

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , Вт/(м2ּК).

Так как Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 6 0 > 50, то поправка на влияние длины трубы Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 1.

Пример 9. Определить, какое количество сухого насыщенного пара давлением 0,198 МПа, сконденсируется в стальном горизонтальном трубопроводе диаметром d = 140 мм на длине Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 12 м, если он находится в кирпичном канале aּb = 0,5ּ0,5 м, температура стенок канала Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 20 оС. Коэффициент теплоотдачи при естественной конвенции в канале Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 12 Вт/(м2ּК).

РЕШЕНИЕ:

Температура пара Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = f(р), Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 120 оС; считать температуру стенки паропровода равной Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru .

Боковые поверхности трубы и канала F1 = Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru ; F2 = 2(a+b)ּ Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , м2.

Коэффициент лучистого теплообмена Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru л

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , Вт/(м2ּК),

где Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru пр - приведенная степень черноты системы, Сo = 5,7 Вт/(м2ּК4)

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 0,7, Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 0,82.

Суммарный коэффициент теплоотдачи от стального паропровода к воздуху в канале

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , Вт/(м2ּК).

Потери теплоты в паропроводе

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , Вт.

Количество конденсируемого пара

D= Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , кг/ч,

где r, Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru - скрытая теплота парообразования, выбирают по давлению р из табл. П. 5 приложения.

Пример 10. В теплообменнике Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 2 кг/с воды нагреваются от температуры Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru до Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru С горячими газами, которые при этом охлаждаются от температуры Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru С до температуры Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru С.

Определить поверхность теплообменника при включении его по схеме прямотока и противотока, если коэффициент теплопередачи k = 32 Вт/( Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru ).

РЕШЕНИЕ:

Количество теплоты, полученное водой от газов, найдем по уравнению теплового баланса:

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , Вт.

Среднелогарифмический температурный напор:

для прямотока

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru ;

для противотока

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru

Из уравнения теплопередачи поверхность теплообменника

Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru ; Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru .

Пример 11. Для паровой турбины мощностью Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru кВт с удельным расходом пара Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru = 5,5 кг/(кВтּч) определить поверхность охлаждения конденсатора и расход охлаждающей воды, если известно, что кратность охлаждения m = 55 кг/кг и температура охлаждающей воды на входе в конденсатор Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru оС, на выходе Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru оС. Температура пара в конденсаторе Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru оС. Коэффициент теплопередачи k = 3700 Вт/(м2ּК).

РЕШЕНИЕ:

Расход пара турбиной D = Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru N, т/ч. Расход охлаждающей воды W = Dm, т/ч. Отводимая в конденсаторе теплота Тема 1. Теоретические основы теплоэнергетики - student2.ru , Дж/ч. Температурный напор в конденсат

Наши рекомендации