Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение

Теплообменные аппараты. Типы теплообменных аппаратов. Схемы движения теплоносителей. Среднелогарифмический температурный напор. Основные уравнения расчета теплообменных аппаратов. Горение. Основные понятия. Состав и характеристики топлив.

Литература: [2], с. 61-77; [3], с. 208-217; [5], с. 47-50; [6], с. 52-55.

Вопросы для самоконтроля

1. Какие виды теплообменных аппаратов вы знаете?

2. Какие виды теплообмена можно наблюдать в теплообменных аппаратах? Приведите пример.

3. Как составляется тепловой баланс теплообменного аппарата? Приведите пример.

4. В каких случаях рассчитывается среднелогарифмический температурный перепад?

5. В каких случаях среднелогарифмический температурный перепад заменяется среднеарифметическим?

6. Что такое рекуперативные теплообменники? Назовите области их применения.

7. 10.По каким признакам классифицируется топливо?

8. Из каких элементов состоит твердое и жидкое топливо?

9. Что такое теплотворная способность топлива?

10. Как сера влияет на экологию окружающей среды и хвостовые поверхности котлоагрегатов (дымоходы)?

11. Какое топливо называется условным и как производится пересчет расхода топлива на условное?

12. Что называется горением?

13. Как теоретически рассчитывается количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг топлива?

14. Что такое коэффициент избытка воздуха и как он определяется?

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ И МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ РГР И КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

Исходные данные для выполнения выбираются из таблиц, приведенных после каждого условия по двум последним цифрам шифра зачетной книжки.

Контрольную работу необходимо оформлять в соответствии с требованиями «Положения о порядке оформления студенческих работ».

Образец оформления титульного листа контрольной работы в Приложении А.

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА 1

(очная форма обучения, 5 семестр)

Контрольная работа 1

(заочная форма обучения)

Задание 1

В первую ступень двухступенчатого компрессора засасывается Vм3/с воздуха при температуре всасывания t1и давлении р1. Давление сжатого воздуха в ступенях р2 и р3.

Найти температуру и объем воздуха в конце сжатия в каждой ступени и мощность, затрачиваемую на получение сжатого воздуха в трех вариантах: при сжатии по изотерме, адиабате (k= 1,4) и политропе (n= 1,2). Определить степень повышения давления в каждой ступени. Изобразить процессы сжатия воздуха в компрессоре в vp- и sT-диаграммах.

Таблица 1 – Исходные данные к заданию 1 контрольной работы 1



Предпоследняя цифра шифра V, м3 t1, °С Последняя цифра шифра р1, МПа р2, МПа р3, МПа
0,20 0,10 0,80 1,6
0,19 0,11 0,81 1,61
0,18 0,12 0,82 1,62
0,17 0,13 0,83 1,63
0,16 0,14 0,84 1,64
0,15 0,15 0,85 1,65
0,21 0,09 0,79 1,59
0,22 0,08 0,78 1,58
0,29 0,07 0,77 1,56
0,24 0,06 0,76 1,57

Литература: [1], с. 25-37; [2], с. 38-40; [3], с. 14-35; [4], с. 263-285.

Контрольные вопросы

1. Какой процесс сжатия является самым выгодным и при каком процессе затрачивается наибольшая работа на привод компрессора?

2. Для чего применяется многоступенчатое сжатие и в чем его преимущество?

Методические указания

При решении задач по расчету термодинамических процессов сжатия в поршневых компрессорах полностью используются зависимости параметров при адиабатном, изотермическом и политропном процессах. Вместе с тем необходимо обратить внимание на особенности рабочих процессов в компрессоре по сравнению с круговым процессом.

Определив значения конечных температур, объемов и теоретических мощностей, можно вычислить работу, затрачиваемую на привод компрессора. В общем виде затраченная работа на получение 1 кг сжатого воздуха определяется по формуле:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru . (1)

Работа сжатия рабочего тела в компрессоре при сжатии по изотерме:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru , (2)

где Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru - степень повышения давления в ступенях и для данной задачи: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru , Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru - степени повышения давления в І и ІІ ступенях соответственно.

Работа сжатия рабочего тела в компрессоре при сжатии по политропе:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru ; (3) Работа сжатия рабочего тела в компрессоре при сжатии по адиабате:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru . (4)

Мощность определяется по формуле:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru ,

где Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru - массовый расход рабочего тела, кг/с.

Пример выполнения задания 1

Дано: V=0,2 м3/с; t1= 27 оС; р1= 0,1 МПа; р2 = 0,8 Мпа; р3 = 1,6 МПа.

Р
v
T
s
Р1
Р1
Р2
Р2
Р3
Р3
2ад
2ад
2пд
2ид
2пд
2ид
3ид
3ид
3пд
3пд
3ад
3ад

Решение

Точка 1. Р1= 0,1МПа, Т1= 27+273 = 300 К, Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru м3/кг.

Степень повышения давления в ступенях:

Iступень: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru IIступень: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru

Общая: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru

Массовый расход воздуха: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru кг/с.

Изотермическое сжатие:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 300 К

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru м3/кг. Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 0,054м3/кг.

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 287,3∙300 Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru кДж/кг.

Мощность:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru кВт.

Политропное сжатие:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru К.

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru К

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru м3/кг. Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru м3/кг Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru кДж/кг.

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru кВт.

Адиабатное сжатие:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru К.

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru К

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru м3/кг. Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru м3/кг.

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru кДж/кг.

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru кВт

Задание 2

Для идеального цикла двигателя внутреннего сгорания с изохорным (изобарным) подводом теплоты определить параметры рабочего тела в характерных точках цикла, количество подведенной и отведенной теплоты, полученную работу и термический КПД, если начальные параметры рабочего тела р1, t1, степень сжатия eи степень повышения давления l(степень предварительного расширения r), рабочее тело – воздух. Сравнить данный цикл с изохорным (изобарным) процессом подвода теплоты с циклом Дизеля (Отто) при условии равенства отведенной теплоты Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru сравниваемых циклов и степени сжатия Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru циклов ( Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru ). Изобразить циклы в Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru и Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru - координатах.

Принять сvm= 0,72 кДж/кг×К, срm= 1,01 кДж/кг×К.

Таблица 2 – Исходные данные к заданию 2контрольной работы 1

Предпоследняя цифра шифра p1, МПа t1, oC Последняя цифра шифра e l r Способ подвода теплоты
0,10 4,0 3,5 - Изохорный
0,11 14,0 - 1,8 Изобарный
0,12 3,8 3,3 - Изохорный
0,13 13,8 - 1,6 Изобарный
0,14 3,6 3,0 - Изохорный
0,15 13,6 - 1,4 Изобарный
0,16 3,4 2,8 - Изохорный
0,17 13,4 - 1,3 Изобарный
0,18 3,2 2,5 - Изохорный
0,19 13,2 - 1,2 Изобарный

Литература: [1],с. 42-44; [2], с. 31-34; [3], с. 84-89; [4], с. 503-509.

Контрольные вопросы

1. Изобразите в vp- и sT-диаграммах цикл Тринклера и дайте краткое описание каждого процесса цикла.

2. Чему равен термический КПД двух- и четырехтактных ДВС и каковы пути его повышения?

Методические указания

Расчет идеального цикла двигателя внутреннего сгорания основан на зависимостях параметров термодинамических процессов цикла.

Расчет цикла теплового двигателя следует начинать с изображения его в vp- и sT-диаграммах. За исходную точку принимают начало сжатия воздуха в цилиндре двигателя. Пронумеровав по часовой стрелке все процессы цикла, необходимо дать краткое описание каждого процесса с указанием начальных и конечных параметров его состояния.

Количество подведенного и отведенного тепла q1 и q2, работа цикла l и термический КПД цикла Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru определяются по вычисленным параметрам в характерных точках. Следует произвести сравнение циклов ДВС в соответствии с заданием.

Пример выполнения задания 2

Дано: Р1= 0,17 Мпа; t1= 29 оС; e=3,4; Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru = 2,8; подвод теплоты при Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru ;

R=287,3 Дж/кг∙К, ср=1,01Дж/кг∙К, сv= 0,72 Дж/кг∙К.

Решение

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru  

Точка 1. Р1= 0,17 МПа, Т1= 29+273=302 К, Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru м3/кг

Точка 2. Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru м3/кг

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru = Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru МПа Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru К.

Точка 3. Процесс 2-3 – изохорный. Соотношение параметров в изохорном процессе:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru м3/кг

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru .

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru К, Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru МПа

Точка 4. Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru =0,51 м3/кг

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru МПа. Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru К.

Подведенная теплота: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru кДж/кг

Отведенная теплота: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru = Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru кДж/кг

Работа цикла: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 638- 382 = 256 кДж/кг

Термический КПД цикла: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru .

В цикле с изобарным подводом теплоты: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru МПа

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru К

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru кДж/кг

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru < Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru

Задание 3

Для идеального цикла газотурбинной установки с изобарным подводом теплоты и полной регенерацией определить параметры рабочего тела в характерных точках, количество подведенной и отведенной теплоты, полезную работу, термический КПД, если начальные параметры рабочего тела р1 и t1, степень повышения давления в компрессоре bи температура рабочего тела в конце подвода теплоты t3.

Рабочее тело – воздух. Теплоемкость принять постоянной.

Таблица 3 – Исходные данные к заданию 3контрольной работы 1

Предпоследняя цифра шифра p1,МПа t1, oC Последняя цифра шифра t3, °С b
0,1 6,0
0,11 6,1
0,12 6,2
0,13 6,3
0,14 6,4
0,15 6,5
0,16 5,9
0,17 5,8
0,18 5,7
0,19 5,6

Литература: [1],с. 49-51; [2], с. 31-34; [3], с. 89-92; [4], с. 509-518.

Контрольные вопросы

1. Что такое полная регенерация?

2. Чему равен термический КПД современной ГТУ и каковы пути его повышения?

Методические указания

Расчет идеального цикла газотурбинной установки с изобарным подводом теплоты следует начать с определения основных параметров состояния рабочего тела в характерных точках цикла. В циклах ГТУ отвод теплоты от рабочего тела производят не по изохоре, как это имеет место в ДВС, а по изобаре, т.е. продукты сгорания топлива расширяются до атмосферного давления.

При расчете цикла необходимо графически изобразить цикл ГТУ без регенерации и с регенерацией в pv- и sT-диаграммах.

Одним из путей повышения КПД ГТУ является использование регенерации теплоты путем подогрева воздуха в регенераторе отработанными в турбине газами. Если предположить, что охлаждение газов в регенераторе происходит до температуры нагреваемого воздуха, то регенерация будет полной. Степень регенерации зависит от конструкции теплообменника и величины рабочих поверхностей.

Анализ полученных результатов сводится к сравнению термических КПД циклов и оценке его повышения за счет регенерации теплоты.

Пример выполнения задания 3

Дано: р1= 0,1 МПа; t1= 15 оС; b = 6,0; t3 = 600 оС; R=287,3 Дж/кг∙К; ср=1,01Дж/кг∙К

Решение

Р
v
T
s
 
 
 
q1
q2
q1
q2

Точка 1. Р1= 0,1 МПа , Т1= 15+273=288К, Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru м3/кг.

Точка 2. Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru МПа.

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru = Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru м3/кг. Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru К.

Точка 3. Т3 = 600+273 = 873К; Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 0,6 МПа;

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru м3/кг.

Точка 4. Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru = 0,1МПа;

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru К; Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru м3/кг.

В цикле без регенерации:

Подведенная теплота:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru =1,01(873-480) = 396,93 кДж/кг.

Отведенная теплота:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru = кДж/кг.

Работа цикла:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 396,93–237,35= 159,58 кДж/кг.

Термический КПД цикла: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru

В цикле с регенерацией: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru ; Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru

Подведенная теплота:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru =1,01(873-523) = 353,5кДж/кг.

Отведенная теплота:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru = 1,01(480-288)=193,92кДж/кг.

Работа цикла:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 353,5 –193,92= 159,58 кДж/кг.

Термический КПД цикла: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru

Задание 4

В котельной установке при сжигании топлива при температуре t1выделяется q1количества теплоты, необходимой для получения перегретого пара с температурой t1¢. Температура окружающей среды t2.

Определить изменение энтропии, потерю эксергии, и эксергетический КПД в процессе теплообмена между продуктами сгорания и паром, оценить степень термодинамического совершенства котельной установки.

Таблица 4 – Исходные данные к заданию 4контрольной работы 1

Предпоследняя цифра шифра q1, кДж/кг t1, °С Последняя цифра шифра t1¢, °С t2, °С

Литература: [1],с. 37-41; [2], с. 7-9; [3], с. 41-48; [4], с. 144-149.

Контрольные вопросы

1. Назовите виды необратимости в реальных циклах тепловых двигателей. Чем обусловлен каждый из них?

2. Как определяется максимальная работоспособность теплоты и потеря работоспособности в необратимых циклах?

Методические указания

В реальных тепловых двигателях преобразование теплоты в работу связано с протеканием сложных необратимых процессов, поэтому анализ циклов теплосиловых установок осуществляется в два этапа: сначала анализируется теоретический (обратимый) цикл, затем реальный (необратимый) цикл с учетом основных источников необратимости.

Прежде чем приступить к решению задачи необходимо изучить виды необратимостей реальных тепловых двигателей. как известно, возрастание энтропии изолированной системы, в которой протекают необратимые процессы, неразрывно связано с потерей работоспособности. При этом следует определить максимальную работоспособность за счет теплоты (эксергию теплоты) термодинамической системы:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru , (5)

затем найти работоспособность системы с учетом необратимости:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru . (6)

Потерю эксергии (работоспособности) определить по разности эксергий:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru . (7)

Возрастание энтропии определяется из уранения Гюи-Стодолы:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru . (8)

В заключение определяют эксергетический КПД котельной установки:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru . (9)

Пример выполнения задания 4

Дано: t1= 1900 оС; q1 = 32000 кДж/кг; t1¢= 500 оС; t2= 20 оС. .

Решение

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 1900+273=2173 К; Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 500+273=773 К; Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 20+273 = 293 К. Максимальная работоспособность (эксергия) обратимого цикла Карно в интервале температур от Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru до Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru :

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru кДж/кг.

Работоспособность необратимого цикла Карно в интервале температур от Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru до Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru :

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru кДж/кг.

Потеря работоспособности:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru кДж/кг.

Возрастание энтропии:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru кДж/кг∙К.

эксергетический КПД: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru .

Задание 5

Определить параметры рабочего тела в характерных точках цикла Ренкина, количество подведенной и отведенной теплоты, работу цикла, теоретическую мощность турбины, термический КПД, если давление в котле р1, температура пара перед турбиной и t1, давление конденсации пара р2, расход пара М.

Таблица 5 – Исходные данные к заданию 5контрольной работы 1

Предпоследняя цифра шифра p1, МПа р2, МПа Последняя цифра шифра t1, oC М, т/ч
10,0 0,0060
11,0 0,0080
12,0 0,0095
13,0 0,010
14,0 0,012
9,5 0,0055
9,0 0,0050
8,5 0,0045
8,0 0,0040
8,5 0,0070

Литература: [1], с. 56-60; [2], с. 34-36; [3], с. 92-95; [4], с. 518-525.

Контрольные вопросы

1. Чем отличается цикл Ренкина от цикла Карно?

2. Чему равен термический КПД действующих паросиловыхустановок (ПСУ) и каковы пути его повышения?

Методические указания

В отличие от газовых циклов (ДВС, ГТУ) в паровых циклах паросиловых установок в качестве рабочего тела используется водяной пар, агрегатное состояние которого изменяется в зависимости от параметров рабочего тела (вода, влажный пар, перегретый пар). Теоретическим циклом ПСУ является цикл Ренкина.

Параметры в характерных точках цикла необходимо определять с помощью таблиц водяного пара (Приложение Б) и si-диаграммы (Приложение В).

При расчете подведенной теплоты следует помнить, что подвод теплоты осуществляется при постоянном давлении в процессе подогрева воды до кипения, при парообразовании и перегреве пара, т.е. по теплоперепаду в конце перегрева пара и в начале подогрева воды.

Работу цикла можно принять равной работе турбины ввиду малости работы, затрачиваемой на привод питательного насоса, поэтому работа турбины тоже будет оцениваться по теплоперепаду пара на входе и на выходе из турбины.

При вычислении теоретической мощности турбины расход пара следует брать в килограммах в секунду. Расчет цикла сопровождается графическим изображением цикла в vp- и sT-диаграммах с показом на графике нижней и верхней пограничных кривых и соответствующих степеней сухости.

Также следует нанести видимую часть цикла на si-диаграмму.

Пример выполнения задания 5

Дано: р1 = 10 МПа; t1= 500 оС; р2 = 0,0060 МПа; М =1200 т/ч.

Решение

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru

Точка 1. Пар перегретый (по si-диаграмме)

Р1= 10 МПа, t1= 500 оС, i1 = 3375 кДж/кг, s1= 6,6кДж/кг∙К.

Точка 2 . Пар влажный (по si-диаграмме)s2=s1=6,6кДж/кг∙К, р2 = 0,006МПа,

i2 = 2030кДж/кг, v2 = 18,5м3/кг, t2= 36,16оС.

Точка 3. Конденсат (по таблице водяного пара)Р3= р2 = 0,006МПа, s3=0,52кДж/кг∙К,

i3 = 151,5 кДж/кг, v2 = 0,001м3/кг, t3= t2=36,16оС.

i'3≈i3= 151,5 кДж/кг.

Точка 4. Кипящая жидкость (по таблице водяного пара)Р41=10МПа, s4=3,4кДж/кг∙К,

i3 = 1408кДж/кг, v3 = 0,00145м3/кг, t4= 311 оС.

Точка 5. Сухой насыщенный пар (по таблице водяного пара)Р51=10МПа,

s5=5,6кДж/кг∙К, i5 = 2725 кДж/кг, v2 = 0,018м3/кг, t5=t4= 311 оС.

Подведенная теплота:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 3375-151,5=3223,5 кДж/кг.

Отведенная теплота: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 2030-151,5= 1878,5кДж/кг.

Работа цикла: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 3223,5–1878,5= 1345кДж/кг.

Термический КПД цикла: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru

Теоретическая мощность турбины:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru МВт.

Задание 6

Воздушная холодильная установка работает при давлениях р1 и р2 и при холодопроизводительности Q2 поддерживает температуру в охлаждаемом помещении t1. Температура окружающей среды t3.

Определить мощность двигателя и детандера, расход воздуха, холодильный коэффициент цикла, полагая, что воздух перед компрессором нагревается до температуры охлаждаемого помещения, перед детандером охлаждается до температуры окружающей среды.

Рабочее тело – воздух. Принять срm= 1,01 кДж/кг×К.

Таблица 6– Исходные данные к заданию 6 контрольной работы 1
Предпоследняя цифра шифра р1, МПа р2, МПа Последняя цифра шифра t1, °С t3, °С Q2, кВт
0,10 0,40
0,11 0,39 0,5
0,12 0,38 1,0
0,13 0,37 1,5
0,14 0,36 2,0
0,15 0,35 -0,5
0,16 0,34 -1,0
0,17 0,33 -1,5
0,18 0,32 -2,0
0,19 0,31 -2,5

Литература: [1], с. 60-61; [2], с. 36-38; [3], с. 103-105; [4], с. 531-540.

Контрольные вопросы

1. Назовите способы получения “машинного” холода в судовых условиях.

2. В чем различие между влажным и сухим процессом в компрессорной холодильной установке?

Методические указания

В отличие от тепловых двигателей холодильные установки работают не по прямому, а по обратному циклу, в котором работа расширения рабочего тела меньше работы сжатия, поэтому для осуществления обратного цикла требуется затрата работы внешнего источника.

В воздушной холодильной установке используется охлаждающий эффект расширения сжатого воздуха. В процессе его расширения в детандере температура воздуха опускается значительно ниже температуры окружающей среды. Работа компрессора и детандера соответственно:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru ; (10)

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru . (11)

Работа, затраченная на совершение цикла, равна разности работ компрессора и детандера.

Цикл воздушной холодильной установки состоит из адиабатного сжатия воздуха в компрессоре, изобарного охлаждения сжатого воздуха в охладителе, адиабатного расширения воздуха в детандере и изобарного подвода теплоты к воздуху тел, подлежащих охлаждению. Определение параметров цикла в характерных точках в указанных процессах аналогично определению параметров газовых циклов.

Пример выполнения задания 6

Дано: р1= 0,1 МПа; р2 = 0,4 МПа; Q2 = 200 кВт; t1 = 0 оС; t3 = 17 оС; срm= 1,01 кДж/кг×К.

Решение

Р
v
T
s
 
 
 
q1
q2
q1
q2

Точка 1. Р1= 0,1 МПа Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru К

Точка 2. Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 0,4МПа

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru К.

Точка 3. Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 0,4МПа Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru К.

Точка 4. Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 0,1МПа.

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru К.

Теплота, отданная воздухом в окружающую среду:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 117,16 кДж/кг.

Теплота, полученная воздухом от охлаждаемых тел:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 78,78 кДж/кг.

Затраченная в цикле работа:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 117,16-78,78 =38,38 кДж/кг.

Холодильный коэффициент: Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru

Массовый расход воздуха:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru

Работа компрессора:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 134,33 кДж/кг.

Работа детандера:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru 95,95 кДж/кг.

Работа двигателя:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru - Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru =134,33 –95,95 = 38,38 кДж/кг.

Мощность двигателя:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru кВт.

Мощность детандера:

Тема 17 Теплообменные аппараты. Горение - student2.ru кВт.

Наши рекомендации