Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Задача №2
«Теплообменники».
Задание: газоводяной рекуперативный теплообменник выполнен из стальных труб, где – толщина стенки; – коэффициент теплопроводности. Греющим теплоносителем являются дымовые газы с начальной температурой и конечной температурой . Для расчета теплообменника в задании используются следующие величины: расход воды ; начальная температура воды ; конечная температура воды ; коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы , а от стенки трубы к воде .
Контрольный вопрос: Объяснить физический смысл коэффициентов теплоотдачи и теплопередачи. От каких факторов зависят эти величины?
Решение:
Схемы движения теплоносителей.
Прямоточный
Противоточный
На графиках изменение температур выглядит следующим образом.
Графики описывающие процесс.
|
Мв, кг/с |
tвн, 0C |
tвк, 0C |
tгн, 0C |
tгк, 0C |
αг, |
αв |
|
3,4 |
10 |
180 |
480 |
225 |
43 |
4200 |
Площадь теплопередающей поверхности теплообменника определяется из основной формулы теплопередачи.
, =>, , где
– тепловая мощность,
– коэффициент теплопередачи;
– площадь теплопередающей поверхности;
среднеарифметический температурный напор,
Тепловая мощность от греющего теплоносителя передается к нагреваемому через поверхность нагрева и вычисляется из уравнения теплового баланса.
поверхностное КПД теплообменника;
массовые расходы греющего и нагреваемого теплоносителя, ;
изобарные массовые теплоемкости теплоносителей.
- температура греющего и нагреваемого теплоносителя при входе в ТО, ;
- температура греющего и нагреваемого теплоносителя на выходе из ТО, .
Коэффициент теплопередачи находится по формуле:
,
выражающий интенсивность процесса принять трубу за плоскую чистую стенку:
,
При нелинейном характере изменения температур теплоносителей, температурный напор между ними определяется, как среднелогарифмический.
,
наибольшая разность температур между теплоносителями;
наименьшая разность температур между теплоносителями.
;
Для прямотока:
Для противотока:
Вывод:
При противотоке теплообменник имеет меньшую теплопередающую поверхность. Он более выгоден, так как при одной и той же площади теплообмена противоточная схема может передать большую тепловую мощность.
Задача №3
«Цикл идеального компрессора».
Задание: одноступенчатый поршневой компрессор работает (сжатие) по изотерме, адиабате или политропе с показателем – .
Рассчитать цикл идеального компрессора, определив:
Изобразить:
Контрольный вопрос: показать в PV – координатах причину того, что в одноступенчатых компрессорах P20,8…1,2 МПа.
Решение:
Компрессор – это устройство для сжатия и перемещения газов. При движение поршня вправо открывается всасывающий клапан. Цилиндр заполняется газом. Это всасывание на индикаторной диаграмме изображено линией 4 – 1. При обратном движении поршня всасывающий клапан закрывается, и газ сжимается по линии 1 – 2. Давление в цилиндре увеличивается до тех пор, пока не станет больше . Затем нагнетательный клапан открывается, и газ выталкивается в сеть(2 - 3). После этого нагнетательный клапан закрывается и процесс повторяется.
На индикаторной диаграмме площадь 1-2-3-4-1 отображает работу, которую должен затратить привод компрессора. Величина этой работы при зависит от процесса сжатия 1-2. Он может идти: 1-2 по изотерме; 1-2`` по адиабате; 1-2` по политропе.
Выгоднее было бы применить изотермическое сжатие, так как уменьшается Lтех, но при этом требуется тщательное охлаждение цилиндра компрессора(применяют водяные рубашки).
Практически процессы сжатия идут по политропе с показателем =1.18…1.2.
В реальных компрессорах под поршнем остается вредное пространство.
При этом производительность компрессора снижается. Работа компрессора оценивается объемным КПД, который представляет собой отношение:
КПД эффективный:
Исходные данные:
|
Р1, МПа |
Р2, МПа |
n |
Т1, К |
М, кг |
|
0,15 |
1,2 |
1,23 |
340 |
1,8 |
Линия 3-4 в реальном компрессоре реальна, так как газ во вредном пространстве перед всасыванием расширяется по линии 3-4. При расчетах вводят понятие КПД изотермического процесса:
, где – полная работа компрессора.
КПД адиабатного процесса:
Удельный объем в начале сжатия найдем из уравнения состояния
Параметры в конце сжатия:
Изотермическое сжатие: ,
Адиабатное сжатие:
,
Политропное сжатие:
,
Удельная работа () при изотермическом сжатии и работу (L):
Изотерма ,
Адиабата ,
Политропа ,
Вывод:
В одноступенчатых компрессорах повышение Р2 приводит к уменьшению КПД.
Изотермический процесс наиболее выгодный.
Задача №4
Цикл воздушно-компрессорного холодильника.
Задание: воздушно компрессорный холодильник холодопроизводительностью Q, кВт имеет параметры состояния воздуха в узловых точках P1, t1 , Р2 . Требуется рассчитать идеальный цикл воздушно-компрессорного холодильника:
Контрольный вопрос: преимущество и недостатки рассмотренной установки по сравнению с другими.
Решение:
на рисунке дана принципиальная схема воздушной холодильной установки, охлаждающей помещение-1 или холодильной камеры в которой по трубам циркулирует охлажденный воздух. Конденсатор-2 всасывает этот воздух и сжимает его. 3-охладитель (конденсатор) в котором охлаждается сжатый компрессором воздух. Расширительный цилиндр -4 (детандер) в котором
воздух расширяется, совершает какую-то работу, а температура понижается. Далее воздух поступает в холодильную камеру, отнимает температуру от охлаждаемых предметов (тел), сам же нагревается и снова поступает в компрессор. Цикл повторяется.
Теоретически цикл воздушно-компрессорного холодильника в PV диаграмме:
т.1-характеризует состояние воздуха, поступающего в компрессор.
1-2-процесс адиабатного (изоэнтропного) сжатия в компрессоре.
т.2-характеризует состояние воздуха, поступающего в расширитель.
2-3-изабарное охлаждение в конденсаторе.
т.3-характеризует состояние воздуха, поступающего в расширитель.
3-4-адиабатное (изоэнтропное) расширение в детандере.
4-состояние воздуха поступающего в холодильную камеру.
4-1-процесс нагревания воздуха в этой камере.
Площадь 1-2-6-5-1 измеряет работу затраченную компрессором на сжатие, а площадь3-6-5-4-3- работа, полученная в расширительном цилиндре =>затрата работы в теоретическом цикле воздушной холодильной машины измеряется площадью 1-2-3-4-1. А количество теплоты, отнятой от охлажденных тел, равняется количеству теплоты воспринятой воздухом в процессе 4-1. Площадь под линией 4-1 соответствует количеству теплоты отнятой от охлаждаемых тел. Под линией 2-3 теплота, переданная воде в охладителе. Площадь 1-2-3-4-1- соответствует работе затраченной в цикле.
Данные для расчета:
|
P1, МПа |
Р2, МПа |
t1, º С |
t3, º С |
Qх, кВт |
|
0,1 |
0,5 |
-8 |
21 |
140 |
Определим хладопроизводительность 1 кг воздуха:
,
– температуры воздуха выходного и поступательного в холодильную камеру.
– изобарная теплоемкость воздуха.
найдем из адиабатного соотношения, т.е. изоэнтропного процесса.
, т.к. ;
Работу, затраченную компрессором, найдем из соотношения:
,
Т2 – температура воздуха после сжатия в компрессоре.
,
Т3 – температура воздуха перед детандером.
.
– расход воздуха.
- холодильный коэффициент.
Мощность необходимую для привода компрессора:
Вывод:
Холодильно-компрессорная установка имеет высокую производительность.
Задача №1
«Цикл паросиловой установки».
Задание: паросиловая установка работает по циклу Ренкина в двух режимах, при двух различных начальных параметрах: Р1, МПа; t1, 0C; P1`, МПа; t1`, 0C.
Конечное значение давления пара – Р2, кПа для обоих вариантов одно и то же.
Показать сравнительным расчетом целесообразность применения пара высоких начальных параметров, определив для обоих вариантов:
Изобразить:
1 – 2 – изоэнтропное расширение;
2 – 3 – конденсация;
3 – 4 – нагнетание;
4 – 5 – нагревание;
5 – 6 – парообразование;
6 – 1 – перегрев.
3. Представить графическое решение задачи в is координатах.
Решение:
Исходные данные
|
Р1, МПа |
t1, 0C |
P1`, МПа |
t1`, 0C |
Р2, кПа |
|
2,3 |
300 |
6 |
550 |
3,0 |
Схема простейшей паросиловой установки.
Цикл Ренкина в PV и TS координатах.
х=0 – степень сухости пара (воды);
х=2 – процесс кипения (жидкость - пар);
х=1 – насыщенный пар.
Принцип действия (узловые точки).
В паровом котле вода нагревается при Р=const до температуры насыщения. В точке 5 начинается процесс кипения. Линия 4-5 – нагрев воды. Точка 6 – насыщенный пар. Точка 1 – перегрев пара. Линия 5-6 – парообразование. Линия 2-3 – конденсация пара. Линия 3-4 – подача воды в котел.
График решения задач в iS координатах.
Термодинамический коэффициент КПД установки.
Линия 1-2 – полезная работа => КПД паросиловой установки.
- удельный расход пара
1)
2)
Удельный расход пара
1)
2)
Вывод:
Сравнение результатов свидетельствует о том, что при переходе к парам более высоких параметров происходит увеличение экономичности цикла
паросиловых установок.
При повышенных параметрах пара , а удельный расход .
Подпись
№ докум.
9
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
5
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
6
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
7
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
8
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
10
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
11
15
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
12
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
13
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
14
Лист
Изм.
Лист
1
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
2
Изм.
Лист
№ докум.
Подпись
Дата
Лист
3
4
Лист
Дата
Подпись
№ докум.
Лист
Изм.