Додаток
Задача № 1. (№ 1, стор. 45).
Газ – повітря з початковою температурою t1 = 27(С стискається в
одноступеневому поршневому компресорі від тиску р1 = 0,1 МПа до тиску р2.
Стиск може відбуватися по ізотермі, адіабаті та політропі з покажчиком
політропи n. Визначити для кожного з трьох процесів стиску кінцеву
температуру газу t2, відведену від газу теплоту Q, кВт, та теоретичну
потужність компресора, якщо його паропродуктивність G. Подати зведену
таблицю. Дані, необхідні для розв’язку задачі, вибрати з таблиці 13.
Розрахунок вести без врахування залежності теплоємності від температури.
|№ варіанту|t1, (С |N |G, кг/год |р1, МПа |Р2, МПа |
|48 |27 |1,33 |700 |0,1 |0,95 |
T2, Q, N – ?
Розв’язок:
1). Ізотермічний процес. t1 = t2 = 27(C; (U = 0;
Вт;
Потужність приводу:
Вт.
2). Адіабатичний процес.
; kповітря = 1,4; q = 0.
K;
кВт.
3). Політропний процес. ;
K;
Вт;
Вт.
Зведена таблиця:
|Процес |Т2, К |q |(U |l |(S |Nпр, кВт |
| | |кДж/кг | |
|Ізотерм. |300 |193,836 |0 |–193,836 |–0,65 |–37,69 |
|Адіабат. |570,78 |0 |194,29 |–272 |0 |–52,9 |
|Політроп. |524,46 |–96,6 |161,05 |–259,63 |–0,24 |–50,5 |
Задача №2, (№4, стор. 47).
Визначити поверхню нагріву рекуперативного газоповітряного теплообмінника при прямоточній та протиточній схемах руху теплоносіїв, якщо об’ємна витрата повітря, що нагрівається при нормальних умовах Vн, середній коефіцієнт теплопередачі від продуктів згоряння до повітря К, початкові і кінцеві температури продуктів згоряння та повітря відповідно t'1, t''1, t'2, t''2. дані необхідні для вирішення задачі, вибрати з табл. 16.
|№ варіанту |VH, м3/год|K, Вт/(м2(К)|t'1(C |t''1(C |t'2(C |t''2(C |
|48 |9000 |26 |700 |500 |10 |400 |
Розв’язок:
Поверхня нагріву, м2:
Масова витрата повітря:
Теплоємність повітря: Срп = 1,03 кДж/кг;
Потік тепла від газу до повітря:
Q = Cpп(mп((tп = 1,03(1,93((400 – 10) = 775,281 кВт;
Середня логарифмічна різниця температур:
а). Прямоток:
а). Протиток:
Задача № 3. (№1, стор. 48).
Задано паливо та паропродуктивність котельного агрегату D.
Визначити склад робочої маси палива та його найменшу теплоту згоряння,
спосіб спалення палива, тип топки, значення коефіцієнта надлишку повітря в
топці (т та на виході з котлоагрегату (ух по величині присоса повітря по
газовому тракту (((); знайти необхідну кількість повітря для згоряння 1 кг
(1 м3) палива і об’єми продуктів згоряння при (ух, а також ентальпію газів
при заданній температурі tух. Вихідні дані, необхідні для розв’язку задачі,
прийняти з табл. 17.
Вказівка. Елементарний склад і нижча теплота згоряння палива, а також рекомендації щодо вибору топки і коефіцієнта надлишку повітря в топці приведені в додатках 5–8 методичних вказівок.
|№ варіанту |Вид палива |D, т/год|(( |tух, (C |
|48 |Челябінське вугілля Б3 |160 |0,15 |130 |
| |(буре) | | | |
Розв’язок:
WP = 18; AP = 29,5; SP = 1; CP = 37,3; HP = 2,8;
NP = 0,9; OP = 10,5; =13,9 МДж/кг.
Тип топки – шахтно–млинова.
Коефіцієнт надлишку повітря в топці: (Т = 1,25.
Коефіцієнт надлишку повітря за котлом:
( = (Т + (( = 1,25 + 0,15 = 1,4.
Теоретична кількість повітря:
V0 = 0,089(CP + 0,265(HP + 0,033((SP – OP) =
= 0,089(37,3 + 0,265(2,8 + 0,033((1 – 10,5) = 3,75 м3/кг;
Об’єм надлишкового повітря:
(V = (( – 1)(V0 = (1,4 – 1)(3,75 = 1,5 м3/кг;
Теоретичний об’єм трьохатомних газів:
VRO2 = 0,0186((CP + 0,375(SP) = 0,0186((37,3 + 0,375(1) = 0,701 м3/кг;
Теоретичний об’єм двохатомних газів:
VR2 = 0,79(V0 + 0,008(NP = 0,79(3,75 + 0,008(0,9 = 2,97 м3/кг;
Дійсний об’єм сухих газів:
Vсг = VRO2 + VR2 + (V = 0,701 + 2,97 + 1,5 = 5,171 м3/кг;
Теоретичний об’єм водяної пари:
VH2O = 0,0124((9(HP + WP) + 0,0161( V0 =
= 0,0124((9(2,8 + 18) + 0,0161(3,75 = 0,596 м3/кг;
Загальний об’єм газів:
(V = Vсг + VH2O = 5,171 + 0,596 = 5,767 м3/кг;
Ентальпія газів:
Iух = [((ViCi)](tух = (VRO2(CRO2 + VR2(CR2 + VH2O(CH2O + (V(CB)(tух.
Об’ємна теплоємність сухих газів, водяної пари та повітря при
tух = 130(C, кДж/(м3(гр): CRO2 = 1,8; CR2 = 1,3; CH2O = 1,52;
CB=1,3.
Iух = (0,701(1,8 + 2,97(1,3 + 0,596(1,52 + 1,5(1,3)(130 = 1037,2 кДж/кг.
Задача №4. (№2, стор. 46).
Водяний пар з початковим тиском р1 = 3 МПа та ступенем сухості х1 =
0,95 надходить в пароперегрівач, де його температура підвищується на (t;
після перегрівача пар ізотропно розширюється в турбіні до тиску р2.
Визначити (по hs – діаграмі) кількість теплоти (на 1 кг пара), підведеної
до нього в пароперегрівачі, роботу циклу Ренкіна та ступінь сухості пара х2
в кінці розширення. Визначити також термічний ККД циклу. Визначити роботу
циклу і кінцеву ступінь сухості, якщо після пароперегрівача пар
дроселюється до тиску р1’. Дані, необхідні для вирішення задачі, вибрати з
таблиці 14.
|(t, (C |p2, кПа |p1’, МПа |
|235 |3,0 |0,50 |
Розв’язок:
і0 = 2635 кДж/кг; t1’ = 140(C;
tпп = t1’ + (t = 140 + 235 = 375(C;
iпп = 3240 кДж/кг;
(qпп = iпп – i0 = 3240 – 2635 = 605 кДж/кг;
x2 = 0,912; iK = 2340 кДж/кг;
l = iпп – iK = 3240 – 2340 = 900 кДж/кг;
tK’ = 24(C;
iK’ = CPB(tK’ = 4,2(24 = 100,8 кДж/кг;
q = iпп – iK’ = 3240 – 100,8 = 3139,2 кДж/кг;
(у = l /q = 900 /3139,2 = 0,29.
Pдр = 0,5 МПа; iKдр = 2300 кДж/кг; х2др = 0,9.
lдр = iпп – iКдр = 3240 – 2300 = 940 кДж/кг.
Задача № 5. (№4, стор. 50).
Визначити діаметр циліндру і ход поршня чотирьохтактного .ДВЗ по відомим значенням ефективної потужності, середнього індикаторного тиску, механічного ККД, кількості обертів двигуна і відношення. Розрахувати годинну і ефективну питому витрату палива, якщо індикаторний ККД двигуна , а нижча теплота згоряння МДж/кг. Вихідні дані, необхідні для розв’язку задачі, наведені в таблиці.
|№ варіанту |Ne, кВт |N, об/хв|pi, кПа|z |(i |(м |S/D |
|48 |100 |2100 |600 |4 |0,38 |0,81 |0,95 |
Розв’язок:
Робочий об’єм циліндра:
Витрата палива:
де – індикаторна потужність:
Ефективна питома витрата палива:
Задача № 6. (№3, стор. 47).
По горизонтально розташованій металевій трубі [( = 20 Вт/(м(К)] зі швидкістю ( тече вода, яка має температуру tв. зовні труба охолоджується оточуючим повітрям, температура якого tпов, тиск 0,1 МПа. Визначити коефіцієнти тепловіддачі (1 і (2 відповідно від води до стінки труби та від стінки труби до повітря; коефіцієнт теплопередачі та тепловий потік q1, віднесений до 1 м труби довжини труби, якщо внутрішній діаметр труби дорівнює d1, а зовнішній – d2. Дані, необхідні для розв’язку задачі, вибрати з таблиці 15.
|№ варіанту |tв, (С |(, м/с |tвоз, (С |d1, мм |d2, мм |
|48 |200 |0,42 |18 |190 |210 |
Розв’язок:
Лінійний тепловий потік:
– коефіцієнт теплопередачі, для циліндричної стінки:
Критерій Рейнольдса для води:
; .
Так як то .
Критерій Прандтля = 1,05.
Для знаходження (1 знайдемо добуток Gr(Pr.
Для повітря з t = 18(С: Pr = 0,7; V = 13,6(10–6 м2/с;
( = 2,46(10–2 Вт/(м(град).
;
( = 1/T; (t ( tВ – tПОВ = 120 – 18 = 102(C;
Gr(Pr = 0,7(127,5(106 = 89,25(106; (Gr(Pr) ( 109;
Nu = 0,5((Gr(Pr)0,25((Pr /Prст)0,25 = 0,5((89,25(106)0,25((0,7 /1,05)0,25 =
52,5.
102 = 416,364 Вт/м.
Задача № 7.
Із ємності при температурі Т = 470 К і тиску р1 = 30 бар витікає 1
кг кисню через сопло, яке звужується, в середовище із тиском р2 = 20 бар.
Визначити швидкість витікання і масову витрату кисню (кг/с), якщо площа
вихідного сопла f = 30 мм.
Розв’язок:
Співвідношення тисків:
Початковий об’єм:
Швидкість витікання:
Масова витрата кисню:
Задача №8. (№3, стор. 44).
Визначити для парової конденсаційної турбіни витрату пари D, кількість циркуляційної води в конденсаторі G(), а також кратність охолодження, якщо відомі початкові параметри пари Р1 та t1, тиск у конденсаторі Р2=4кПа. Відносний внутрішній ККд турбіни (оі=0,76, потужність турбіни Nт, початкова температура циркуляційної води tв. температуру вихідної води прийняти на 3°С нижче температури насиченої пари в конденсаторі.
|№ варіанту |t1, (С |(оі |tв, (С |Р1, Мпа |Рк=Р2, кПа |Nт, МВт |
|48 |380 |0,76 |14 |7 |4 |6 |
Розв’язок:
Знайдемо з IS діаграми:
і1=3110
tк=f(Pк=4 кПа;x=1)=30°С
Рдр=0,7(Р1=0,7(7=4,МПа
Наявний теплоперепад:
Наявний теплоперепад:
Н=Н0((оі=1135(0,76=862,6 івихл=2247,4
З IS діаграми: х2=0,872
Потужність турбіни:
Витрату охолоджуючої води знайдемо з рівняння теплового балансу конденсатора:
Кратність охолодження:
Задача №9.
Між двома поверхнями встановлено екран, коефіцієнти випромінювання поверхонь С1=С2, а температури поверхонь t1 та t2. Визначити променевий теплообмін до і після встановлення екрану, якщо Секр= С1=С2.
|№ варіанту |С1 |Т1,°К |Т1,°К |
|48 |4,8 |600 |300 |
Розв’язок:
Теплообмін між поверхнями до встановлення екрана:
Де СS=5,67 — коефіцієнт випромінювання абсолютно чорного тіла.
Теплообмін між поверхнями після встановлення екрана:
Температура екрана: