Тема 6 Течение, истечение и нагнетание газов и паров

Основные положения. Уравнения истечения. Располагаемая работа и скорость истечения. Секундный расход при истечении. Связь критической скорости истечения с местной скоростью распространения звука. Критическое отношение давлений. Расчет скорости истечения и секундного массового расхода для критического массового режима. Условия перехода через критическую скорость. Сопло Лаваля. Расчет процесса истечения водяного пара с помощью is-диаграммы. Действительный процесс истечения.

Дросселирование газов и паров. Сущность процесса дросселирования и его уравнение. Изменение параметров процесса дросселирования. Понятие об эффекте Джоуля-Томсона. Особенности дросселирования идеального и реального газов. Понятие о температуре инверсии. Практическое использование процессов дросселирования. Условное изображение процесса дросселирования на is-диаграмме.

Литература: [2], с. 25-31; [3], с. 70-84; [4], с. 285-346.

Вопросы для самоконтроля

1. Напишите уравнение энергии газового потока и дайте объяснение отдельным его членам.

2. Какие допущения лежат в основе вывода уравнения первого закона термодинамики для потока?

3. Что такое работа проталкивания и какой она может иметь знак?

4. Покажите техническую работу расширения газов на vP-диаграмме.

5. Какой физический смысл имеет понятие критическая скорость"?

6. Что такое располагаемая работа? Как ее можно представить на vP -диаграмме?

7. Что такое сопло и диффузор?

8. Как изменяется вдоль сходящегося профиля сопла плотность рабочего тела и скорость потока?

9. Как изменяется вдоль сопла Лаваля плотность рабочего тела и скорость потока для дозвукового и сверхзвукового режимов истечения?

10.Каким термодинамическим процессом является процесс дросселирования?

Тема 7 Компрессоры. Газовые циклы

Классификация компрессоров и принцип их действия. Индикаторная диаграмма. Изотермическое, адиабатное и политропное сжатие. Полная работа, затрачиваемая на привод компрессора. Многоступенчатое сжатие. Изображение на vP- иsT-диаграммах термодинамических процессов, протекающих в компрессорах. Необратимое сжатие. Относительный внутренний КПД. Расчет потерь энергии и энергетический КПД компрессоров.

Принцип действия ДВС. Циклы с изохорным и изобарным подводом теплоты. Цикл со смешанным подводом тепла; изображение циклов на vP- и sT-диаграммах. Термодинамические и эксергетические КПД циклов ДВС. Сравнительный анализ термодинамических циклов ДВС.

Принцип действия. Цикл ГТУ с изобарным подводом теплоты. Регенеративные циклы. Изображение циклов на vP- и sT-диаграммах. Термические и энергетические КПД циклов ГТУ.

Литература: [1], с. 42-49; [2], с. 31-34, 38-40; [3], с. 84-92; [4], с. 503-518.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие виды привода компрессоров вам известны?

2. Приведите классификацию компрессоров.

3. Каков принцип действия одноступенчатого компрессора?

4. В каких случаях необходимо применять двухступенчатые компрессорры?

5. Можно ли в одноступенчатом компрессоре получить любое давление?

6. Какой процесс в компрессоре наиболее выгоден и в чем сложность его осуществления?

7. Изобразите индикаторную диаграмму в vP-координатах.

8. Как определяется мощность, подводимая к валу компрессора?

9. Из каких составляющих (мощностей) состоит мощность, подводимая к валу компрессора?

10.Изобразите цикл двухступенчатого компрессора на vP-диаграмме. Из каких процессов состоит этот цикл?

11.Что такое вредное пространство и как оно влияет на производительность поршневого компрессора?

12.Как влияет показатель политропы сжатия на конечную температуру сжимаемого газа?

13.Что такое политропа сжатия с отводом тепла? Каков ее показатель в сравнении с показателем адиабаты сжатия?

14.Что такое политропа сжатия с подводом тепла? Каков ее показатель в сравнении с показателем адиабаты сжатия?

15.Цикл Дизеля.

16.Цикл Отто.

17.Цикл Тринклера.

18.Цикл газотурбинной установки (ГТУ) с изобарным подводом теплоты.

19.Цикл газотурбинной установки с изобарным подводом теплоты и полной регенерацией.

20.Приведите термический КПД цикла теплового двигателя, проанализируйте его.

21.Каковы пути повышения теоретического КПД ГТУ?

Тема 8 Паровые циклы

Цикл паротурбинного двигателя (ПТД)-цикл Ренкина. Способы повышения термического КПД цикла ПТД.

Цикл ПТД с промежуточным перегревом пара. Схемы промежуточного перегрева пара, их анализ. Понятие о предельном регенеративном цикле. Регенеративный цикл паросиловой установки.

Классификация тепловых схем паросиловых установок. Главные уравнения паросиловых установок.

Литература: [1], с. 56-60; [2], с. 34-36; [3], с. 92-102; [4], с. 518-528; [5], с. 11-13; [6], с. 16-21.

Вопросы для самоконтроля

1. Для каких целей в паросиловой установке вводят вторичный перегрев пара?

2. Изобразите в vР- и sT-диаграммах цикл Ренкина. Какие существуют методы повышения экономичности паротурбинной установки? Как определяется термический КПД цикла Ренкина?

3. С помощью sT-диаграммы проанализируйте влияние начальных и конечных параметров водяного пара на термический КПД цикла Ренкина.

4. В чем отличие цикла Ренкина от цикла Карно?

5. Каково влияние конечных параметров водяного пара на величину термического КПД цикла Ренкина?

6. Как и почему изменяется термический КПД цикла Ренкина при увеличении начальных параметров водяного пара?

7. Объясните работу регенеративного цикла паросиловой установки с помощью is-диаграммы.

8. Изобразите адиабатный процесс необратимого расширения пара в турбине в is-диаграмме. Покажите с помощью is-диаграммы, как изменяется влажность пара в конце адиабатного расширения при повышении начального давления при неизменной начальной температуре и конечном давлении

Тема 9 Холодильные циклы

Цикл газовой холодильной установки. Цикл парокомпрессорной холодильной установки. Удельная холодопроизводительность. Холодильный коэффициент. Абсорбционная холодильная установка.

Литература: [1], с. 60-67; [2], с. 36-38; [3], с. 102-111; [4], с. 531-540; [5], с. 13-20; [6], с. 21-29.

Вопросы для самоконтроля

1. Изобразите цикл воздушной холодильной установки. Опишите процессы, происходящие в нем.

2. Изобразите цикл парокомпрессорной холодильной установки. Опишите процессы, происходящие в нем.

3. Поясните, как определить параметры в характерных точках цикла парокомпрессорной холодильной установки.

4. Чем характеризуется цикл парокомпрессорной холодильной установки на перегретом паре? На влажном паре?

5. Может ли быть осуществлен цикл парокомпрессорной холодильной установки на сухом насыщенном паре?

Тема 10 Основные понятия и определения теплопередачи, теплопроводность, закон Фурье

Основные понятия и определения теплопередачи. Изотермическая поверхность. Градиент температур. Термическое сопротивление. Теплопроводность. Коэффициент теплопроводности. Закон Фурье.

Литература: [2], с. 40-47; [3], с. 120-128; [5], с. 26-32; [6], с. 30-36.

Вопросы для самоконтроля

1. Что называется теплопроводностью?

2. Каков физический смысл уравнения теплопроводности Фурье?

3. Напишите уравнение теплопроводности Фурье и объясните физический смысл составляющих этого уравнения.

4. От чего зависит величина теплопроводности?

5. Какие материалы обладают большой, средней и малой теплопроводностью?

Тема 11 Теплопроводность плоских и ци­линдрических стенок. Нестационарные процессы теплопроводности

Теплопроводность плоских и цилиндрических стенок. Определение температур на границах слоев аналитически и графически.

Нестационарные процессы теплопроводности. Избыточная средняя относительная температура. Нагрев неограниченной пластины.

Литература: [2], с. 43-47; [3], с. 128-142; [5], с. 28-35; [6], с. 32-39.

Вопросы для самоконтроля

1. Напишите уравнения теплопроводности для однослойной и многослойной стенок.

2. Что такое термическое сопротивление многослойной стенки? В каких единицах оно измеряется?

3. Чем отличаются уравнения теплового потока через твердые предметы различной формы (шар, цилиндр, труба, прямоугольник)?

Тема12 Подобие и моделирование про­цессов конвективного теплооб­мена

Основные понятия подобия и моделирования процессов конвективного теплообмена. Коэффициент теплоотдачи. Числа подобия. Критериальные уравнения.

Литература: [2], с. 47-52; [3], с. 162-165; [5], с. 35-39; [6], с. 39-43.

Вопросы для самоконтроля

1. С помощью каких исходных аналитических зависимостей находят определяющие критерии?

2. Какой критериальной зависимостью следует воспользоваться для определения a при вынужденном движении жидкости в трубках теплообменника?

3. Как влияет характер движения жидкости (ламинарный, турбулентный) на выбор критериального уравнения, с помощью которого подсчитывается коэффициент теплоотдачи a?

4. По каким показателям определяют возможность применения того или иного критериального уравнения для подсчета коэффициента теплоотдачи a?

Тема 13 Теплоотдача при свободном дви­жении жидкости

Теплоотдача при свободном движении жидкости. Температурный пограничный слой. Гидродинамический пограничный слой. Определяющая температура. Характерный размер. Средняя температура пограничного слоя. Формула Михеева.

Литература: [2], с. 47-50; [3], с. 158-164; [5], с. 35-36; [6], с. 39-40.

Вопросы для самоконтроля

1. Какой критерий характеризует свободную конвекцию?

2. Что такое определяющая температура и определяющий размер?

3. Почему около стенки при ее обтекании жидкостью возникает большой температурный градиент?

Тема 14 Теплоотдача при вынужденном движении жидкости. Теплоотдача при фазовых пре­вращениях.

Теплоотдача при вынужденном движении жидкости в трубе. Омывание одиночной трубы. Омывание пучка труб. Теплоотдача при кипении. Теплоотдача при конденсации.

Литература: [2], с. 47-50; [3], с. 165-181; [5], с. 37-40; [6], с. 41-44.

Вопросы для самоконтроля

1. Что такое динамический и тепловой пограничный слой? Объясните их физический смысл.

2. На какие подслои делится пограничный слой при турбулентном режиме движения жидкости?

3. Особенности омывания шахматного и коридорного пучков труб.

4. Особенности омывния одиночной трубы.

5. Сформулируйте основной закон теплоотдачи конвекцией.

6. Что такое кризис кипения?

7. Каковы особенности теплоотдачи при кипении жидкости?

8. Назовите виды режимов кипения жидкости.

Тема 15 Теплообмен излучением. Основные законы теплового из­лучения

Теплообмен излучением. Излучение абсолютно черного тела. Основные законы теплового излучения. Теплообмен меду телами, разделенными прозрачной средой. Экранирование.

Литература: [2], с. 52-58; [3], с. 193-208; [5], с. 43-45; [6], с. 48-50.

Вопросы для самоконтроля

1.Какие преобразования происходят с лучистой энергией при попадании на твердое тело?

2.Что такое абсолютно серое тело?

3.Какими свойствами должны обладать радиационные экраны?

4.Сформулируйте закон Кирхгофа. Каков его физический смысл?

5.Сформулируйте закон Стефана-Больцмана. Какие величины входят в уравнение для определения коэффициента теплоотдачи излучением?

6.Сформулируйте закон Планка. Напишите уравнение Планка и объясните его физический смысл.

7.Сформулируйте закон Вина и объясните его связь с законом Планка.

9.Каковы особенности излучения газов?

10.Как определить степень черноты газовой среды?

12.Как определяют лучистый теплообмен между параллельными плоскими стенками?

Тема 16 Сложный теплообмен. Теплопе­редача через плоские и цилинд­рические стенки

Сложный теплообмен. Теплопередача через плоские и цилиндрические стенки. Оребрение. Критический диаметр изоляции.

Литература: [2], с. 58-61; [3], с. 144-148; [5], с. 45-47; [6], с. 50-52.

Вопросы для самоконтроля

1.Нарисуйте плоскую стенку и покажите, какие виды теплообмена наблюдаются при передаче тепла от одного теплоносителя к другому через эту разделительную стенку.

2. Назовите наиболее распространенные природные теплоносители.

3.Чем отличаются расчетные формулы теплопередачи через цилиндрическую стенку от формул для плоской стенки?

4.Как участвует в теплообмене оребрение трубок?

5.Что такое коэффициент оребрения?

6.Какой эффект дает оребрение?

7.В каких случаях теплопередачу в трубчатых теплообменниках можно рассматривать как теплопередачу через плоскую стенку?