Расчет характеристик цикла теплового двигателя.
Дано:
1. Цикл отнесен к 1 кг. воздуха;
2. Изобарная теплоемкость СР = 1,005 кДж/кг•К
3. Изохорная теплоемкость СV = 0,71 кДж/кг•К
4. Газовая постоянная R = 287 Дж/кг К
Определить:
1. Параметры Р, v, T, U, i для узловых точек цикла.
Построить:
2. Цикл в координатах P –V, в координатах Р – v, используя для этого предыдущее построение.Каждая кривая линия должна быть построена, как минимум по трем точкам.
Найти:
3. n, C, ΔU, Δi, ΔS, q, l – для каждого процесса.
4. работу цикла lЦ , термический к. п. д.цикла и среднее индикаторное давление Pi .
Рисунок 3. Номер варианта.
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
КР 2068029.190603.031 ПЗ |
P1абс= 12 атм = 12•105 Па;
P2абс = 14 атм = 14•105 Па
= 0,08 м3/кг;
t3=1500C. T3=423 К.
Рассмотрим процессы, происходящие в цикле теплового двигателя:
1-2 – изохорный процесс.
2-3 – изобарный процесс.
3-4 – изохорный процесс.
4-1 – изобарный процесс.
1. Определим параметры p,V,T,U,i для узловых точек цикла:
а) Для точки 1 дано: = 0,08 м3/кг; P1=12•105 Па.
кДж/кг;
кДж/кг;
б) Для точки 2 дано: P2абс= 14 атм = 14•105 Па, V2=V1=0.08 м3/кг.
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
КР 2068029.190603.031 ПЗ |
кДж/кг;
кДж/кг;
в) Для точки 3 дано: P2абс =P3абс= 14 атм = 14•105 Па, T3=423 К.
;
м3/кг;
кДж/кг;
кДж/кг;
г) Для точки 4 дано: P1абс= P4абс= 12*105 Па, V3=V4=0.086 К.
кДж/кг;
кДж/кг;
Результаты представим в виде таблицы 4.
Таблица 4
P, Па | ||||
V, м3/кг | 0,08 | 0,08 | 0,086 | 0,086 |
T, К | 334,49 | 390,24 | 359,58 | |
U, кДж/кг | 237,49 | 277,07 | 300,33 | 255,3 |
i, кДж/кг | 336,16 | 392,19 | 425,11 | 361,37 |
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
КР 2068029.190603.031 ПЗ |
Данные для построения сведены в таблицу 5
Таблица 5
p, Па | V, м3/кг | lg p, Па | lg V*1000, м3/кг | |
0,08 | 6,079 | 1,9 | ||
0,08 | 6,146 | 1,9 | ||
0,086 | 6,146 | 1,93 | ||
0,086 | 6,079 | 1,93 |
Циклы в координатах P-V и LgP-LgV*1000
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
КР 2068029.190603.031 ПЗ |
Обозначения:
n – показатель процесса;
c – теплоемкость процесса;
∆U – удельная внутренняя энергия;
∆i – удельная энтальпия;
q – удельное количество теплоты;
∆S – удельная энтропия;
l – работа изменения объема газа;
а) изохорный процесс 1-2.
кДж/кг;
кДж/кг;
кДж/кг;
кДж/кг;
б) Изобарный процесс 2-3.
кДж/кг;
кДж/кг;
кДж/кг;
кДж/кг;
кДж/кг;
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
КР 2068029.190603.031 ПЗ |
кДж/кг;
кДж/кг;
кДж/кг;
кДж/кг;
г) Изобарный процесс 4-1.
кДж/кг;
кДж/кг;
кДж/кг;
кДж/кг;
кДж/кг;
Результаты представим в таблице 6
Таблица 6
1-2 | 2-3 | 3-4 | 4-1 | |
, кДж/кг | 39,58 | 23,26 | -45,03 | -17,81 |
, кДж/кг | 56,03 | 32,92 | -63,74 | -25,21 |
, кДж/кг | 0,109 | 0,081 | -0,109 | -0,081 |
, кДж/кг | 9,4 | -7,2 | ||
, кДж/кг | 39,58 | 32,92 | -45,02 | -25,28 |
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
КР 2068029.190603.031 ПЗ |
Сумма изменений внутренних энергий, энтальпий, энтропий, должны быть равными нулю:
;
;
;
Суммы количеств теплоты и работ изменения объема газа должны быть равны:
кДж/кг;
кДж/кг;
Определим работу цикла lЦ, термический КПД и среднее индикаторное давление Pi.
Дж/кг;
;
кг/см2;
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
Конструктивный тепловой расчет рекуперативного теплообменного аппарата. КР 2068029.190603.031 ПЗ
Теплообменный аппарат (теплообменник) — это устройство, предназначенное для нагревания, охлаждения или для изменения агрегатного состояния теплоносителя. Чаще всего в теплообменных аппаратах осуществляется передача теплоты от одного теплоносителя к другому, т. е. нагревание одного теплоносителя происходит за счет охлаждения другого.
Теплообменники с двумя теплоносителями в зависимости от способа передачи теплоты от одного теплоносителя к другому можно разделить на несколько типов: смесительные, рекуперативные, регенеративные и с промежуточным теплоносителем.
В рекуперативных теплообменниках теплота от одного теплоносителя к другому передается через разделяющую их стенку. Для уменьшения термического сопротивления стенка выполняется из материала с хорошей теплопроводностью: меди, стали, латуни, сплавов алюминия и т. д.
Провести конструктивный тепловой расчет рекуперативного теплообменника, в котором воздухом при температуре tв =300С охлаждается вода проходящая по трубкам от tI2 = 91 до tII2 = 69 . Объемный расход воды V2 = 2,5 л/с .
Материал трубок – латунь (λ = 106 Вт/(м К) диаметром (dвн/ dн = 15/17).
Коэффициент использования поверхности теплообмена ηF – принять равным 0,8. Коэффициент оребрения – К = 10.
Скорость течения воды в трубах теплообменников обычно принимается равной .
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
КР 2068029.190603.031 ПЗ |
;
;
;
Теплофизические свойства воды будем брать из справочника при средней температуре воды , а воздуха при температуре .
Теплофизические свойства воды :
Pr = 2,21; λ = 0, 675 Вт/м∙К; ν= 3,65* 10-7,м2/с
cp (91)= 4,208 ; cp (69)=4,187 ; ρ = 971,8
Теплофизические свойства воздуха
Pr = 0,701; λ = 0,02675 Вт/м∙К; ν = 16*10-6,м2/с
Рассчитаем тепловой поток, который выделится при охлаждении воды:
,
где - массовый расход теплоносителя;
- теплоемкость при ;
- теплоемкость при ;
- температура воды начальная и конечная соответственно;
кВт;
Рассчитаем средний перепад температур, считается по разности средних температур.
;
;
;
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
КР 2068029.190603.031 ПЗ |
;
м2;
м2;
Рассчитаем площадь внутреннего сечения одной трубы.
;
м2;
м2;
Рассчитаем число параллельно включенных трубок.
;
;
;
Рассчитаем уточнённое значение скорости течения воды в трубках.
;
м2/с;
м2/с;
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
КР 2068029.190603.031 ПЗ |
;
;
;
Определим число Рейнольдса для воды, движущейся по трубам.
;
;
> 104 ; Режим движения – турбулентный.
Рассчитаем коэффициент теплоотдачи.
;
;
Скорость движения воздуха, обтекающего трубы с водой принимаем равной 20 м/с, за определяющий размер принимаем Х = 0,6 м.
Найдём число Рейнольдса для воздуха.
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
КР 2068029.190603.031 ПЗ |
;
> 104. Режим движения – турбулентный.
Так как воздух омывает не одну, а пучок труб, необходимо выбрать тип расположения труб в теплообменнике: шахматный или коридорный. От расположения труб в значительной степени зависят характер движения жидкости, омывание труб каждого ряда и в целом теплообмен в пучке. При коридорном расположении трубы любого ряда затеняются соответственными трубами предыдущего ряда, что ухудшает омывание в лобовой части, и большая часть трубы находится в слабой вихревой зоне. При шахматном расположении труб этого не происходит, поэтому наиболее целесообразно здесь использовать шахматное расположение труб.
Рассчитаем число Нуссельта для шахматного расположения.
;
;
Определим коэффициент теплоотдачи.
;
;
;
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
КР 2068029.190603.031 ПЗ |
;
;
Определяем площадь теплообменника.
;
м2;
м2;
Определяем реальную площадь теплообменника по коэффициенту использования поверхности.
;
м2;
м2;
Определяем длину трубки.
;
м;
м
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
КР 2068029.190603.031 ПЗ |
Расстояние между трубками в ряду должно находиться в пределах 2 – 4 dн. Расстояние между рядами рекомендуется выдерживать порядка 2 – 3 dн.
Длина и высота теплообменного аппарата не должна превышать 0,6 м.
Компонуем теплообменник.
1. Производим перерасчет площади теплообменного аппарата без учета коэффициента оребрения, с целью определения его реальной площади.
;
м2;
м2;
2. Определяем площадь, приходящуюся на оребрение.
;
м2;
м2;
3. Согласно компоновке определяем площадь одной пластины. Примем расстояние между трубками в ряду и рядами 3dн.
а = 3dн*6 + 30 = 3*17*6+30 = 336 мм.
b = 3dн*1+30 = 3*17+30= 81 мм.
;
м2;
м2;
4. Находим число пластин.
;
;
;
Толщина пластины принимается равной 0,5 мм
Изм. |
Лист |
№ докум. |
Подпись |
Дата |
Лист |
КР 2068029.190603.031 ПЗ |
1. Баскаков А.П. Теплотехника. – М.: «Энергоатомиздат», 1991. – 224 с.
2. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: «Высшая школа», 1980. – 469 с.
3. Пузанков А.Г. Ремонт автомобиля ГАЗ. – М.: «Транспорт», 1993. – 235 с., ил.
4. Ривкин С.Л. Термодинамические свойства воды и водяного пара. – М.: «Энергия», 1975. – 398 с.
5. Роговцев В.Л. Устройство и эксплуатация автотранспортных средств. – М.: «Транспорт», 1991. – 432 с., ил.
6. Ястрежембский А.С. Техническая термодинамика. – М.: «Высшая школа», 1960. – 413 с.