6.8. Задачі для самостійного розв’язання

Задача №1. Виконати задачу №1 по своєму варіанту, де N – номер прізвища по списку групи.

Задача №2. Використовуючи дані задачі №1 побудувати процес стиснення в трьохступінчатому компресорі, прийнявши коефіцієнт стиснення .

Задача №3. Одноступінчатий ідеальний компресор стискує N, кг/с природного газу (CH₄) від Р₁=(0,1+0,001·N)МПа до Р₂=(1+0,01·N)МПа. Початкова температура газу t₁=NºC. Стиснення здійснюється по політропі з показником n=1,25. Визначити та порівняти величини технічних робіт компресора, визначених через політропне стиснення, через алгебраїчну суму робіт всмоктування, стиснення й виштовхування.

Задача №4. Двохступінчатий поршневий компресор стискує повітря від Р₁=0,1МПа до Р₂=(0,8+0,1·N)МПа. Визначити продуктивність компресора, якщо діаметр циліндра D=0,3м, хід поршня S=(0,2+0,005·N) м, частота обертання вала n_в=(14+2·N)об/с, коефіцієнт шкідливого об’єму =0,07 показник політропи n=1,3. Визначити об’ємний к.к.д. та к.к.д. подачі.

Задача №5. Трьохступінчатий компресор стискує М=(0,5+0,1·N) кг/с СО₂ від Р₁=(0,1+0,01·N)МПа с t₁=(5+N)ºC до Р₂=NМПа. Визначити ефективну потужність приводу компресора, якщо коефіцієнт ψ=1,1, а η_еіз=0,7.

Задача №6. Визначити на скільки процентів зменшиться потужність поршневого компресора, що стиснув аміак NH₃ від тиску Р₁=0,12МПа, t₁=30ºC доР₂=(0,5+0,01·N)МПа при переході від одноступінчатого до трьохступінчатого стиснення. Показник політропи стиснення n=1,2, коефіцієнт втрат тиску х=0,5.

Задача №7. Частота обертів валу двигуна компресора n=(1000+20·N)об/с. Середній індикаторний тиск Р_і=(0,17+0,005·N)МПа, діаметр циліндра D=0,25м, хід поршня S=(0,2+0,003·N)м, об’ємний к.к.д. η_V=0,08. Визначити теоретичну і дійсну продуктивність компресора, внутрішню та ефективну потужність компресора, якщо механічний к.к.д. η_м=0,9.

Задача №8. Визначити дійсну продуктивність одноступінчатого пластичного ротаційного компресора, якщо внутрішній діаметр корпуса D=(0,22+0,001·N)м, довжина ротора l=(0,45+0,005·N)м, число пластин z=15, товщина пластин δ=0,02м, ексцентриситет e=0,015м, коефіцієнт подачі η_V=0,8, колова швидкість валу ω=(15+N)м/с.

Задача № 9. Одноступінчатий відцентровий компресор продуктивністю М=(10+N)кг/с стискує фреоновий пар від Р₁=0,12МПа до Р₂=(0,8+0,01·N)МПа. Значення ентальпій пари і₁=(600+10·N)кДж/кг, і₂=(900+20·N)кДж/кг, k=1,14, η_пол=0,75, η_V=0,9. Визначити ефективну потужність приводу компресора.

Задача № 10. Для одного з циклів двигунів внутрішнього згоряння Отто, Дізеля або Трінклера тиск робочого тіла в початковій точці циклу Р₁, а температура t₁. Задаються вид робочого тіла і характеристики циклу: степінь стискування , степінь попереднього розширення – , степінь підвищення тиску – λ. Для ідеального циклу ДВЗ виконати:

1. Розрахунок термічних параметрів стану в характерних точках циклу.

2. Визначення термічного к.к.д. і корисної роботи циклу. У розрахунках прийняти теплоємність незалежної від температури.

3. Порівняння термічного к.к.д. даного циклу з термічним к.к.д. циклу Карно, розрахованого в інтервалі максимальної і мінімальної температур циклу.

4. Побудову розрахованого циклу в p-v і T-s координатах. Нанести цикл Карно на T-s діаграму в тому ж діапазоні зміни ентропії.

5. Побудову залежності термічного к.к.д. від степені стискування _t = f(), задаючись значенням  у межах від 2 до 17.

6. Порівняння термічного к.к.д. розрахованого циклу з термічним к.к.д. ГТУ: для циклу Отто – із ГТУ, що працює з підведенням теплоти при v=const, для циклу Дізеля і Трінклера – із ГТУ, що працює з підведенням теплоти при P = const.

Задача № 11. Повітря з тиском Р₁ і температурою t₁ адіабатно стискується компресором газотурбінної установки і подається в камеру згоряння, де за рахунок згоряння палива до нього підводиться теплота. Робоче тіло у вигляді димових газів адіабатно розширюється в соплах і на лопатках газової турбіни і з температурою t₄ виходить з установки. Задаються характеристики циклу: степінь стискування – , степінь підвищення тиску β і степінь додаткового підвищення тиску λ. Для ідеального циклу ГТУ виконати:

1. Розрахунок термічних параметрів стану в характерних точках циклу;

2. Визначення термічного к.к.д. і корисної роботи циклу;

3. Порівняння термічних к.к.д. даного циклу з термічним к.к.д. циклу Карно, розрахованого в інтервалі максимальної і мінімальної температур циклу.

4. Побудову розрахованого циклу в p-v і T-s координатах. Нанести цикл Карно на T-s діаграму в тому ж інтервалі зміни ентропії.

5. Побудову залежності термічного к.к.д. від степені підвищення тиску β. При побудові залежності _t = f(), для циклу з підведенням теплоти при v=const степінь додаткового підвищення тиску λ прийняти постійною. Значеннями β задатися в межах від 2 до 16.

6. Порівняння термічного к.к.д. розрахованого циклу з термічним к.к.д. циклу ДВЗ: для ГТУ з підведенням теплоти при P = const – з циклом Дізеля, для ГТУ з підведенням теплоти при v=const – з циклом Отто.

Задача № 12. На тепловій електростанції, що працює по циклу Ренкіна встановлені парові турбіни потужністю N. Парові турбіни працюють при тиску і температурі пари перед турбіною p₁ і t₁ і тиску пари після турбіни р_2. Пара після турбіни конденсується в конденсаторі, а конденсат – стискується насосом і подається в паровий котел.

Для циклу Ренкіна паросилової установки виконати:

1. Визначення параметрів стану в характерних точках циклу.

2. Розрахунок кількості теплоти, роботи і зміни внутрішньої енергії в термодинамічних процесах, що складають цикл.

3. Визначення термічного і внутрішнього к.к.д. циклу. Прийняти внутрішній відносний к.к.д. парової турбіни η_оі = 0, 87

4. Порівняння термічного к.к.д. даного циклу з термічним к.к.д. циклу Карно, розрахованого в інтервалі максимальної і мінімальної температур підведення і відведення теплоти в циклі.

5. Побудову розрахованого циклу в p-v і T-s координатах. На T-s діаграму нанести цикл Карно в тому ж інтервалі зміни ентропії.

6. Визначення зміни термічного к.к.д. при збільшенні тиску пари перед турбіною р₁ на 5 МПа, збільшенні температури перегрітої пари t₁ на 100^оС, зниженні тиску після турбіни р₂ до 0,004 МПа, одночасної зміни р₁, t₁ і р₂ на зазначені величини. При зміні будь-якого одного з параметрів пари інші залишаються незмінними.

7. Розрахунок годинної витрати палива. Прийняти теплоту згоряння палива Q_н^р=29000кДж/кг, _ку = 0,85.

Задача № 13. Компресор фреонової холодильної установки всмоктує пари фреону з випарника при температурі випаровування t і стискує його адіабатно до температури t₄ і тиску р₄, при цьому пара перегрівається. З компресора пара фреону надходить у конденсатор, де охолоджується до стану сухої насиченої при Р=const, а потім конденсується при температурі t_к. Конденсатор охолоджується водою, різниця температур води на вході і виході з конденсатора t. Після конденсатора фреон у рідинному стані надходить на дросельний вентиль, де по лінії i=const дроселюється до температури випаровування t. Холодопродуктивність установки Q_0.

Для парокомпресійної холодильної установки виконати:

1. Визначення параметрів стану в характерних точках циклу.

2. Розрахунок: питомої холодопродуктивності, кількості теплоти відданої в навколишнє середовище, витрату роботи в компресорі, холодильного коефіцієнта.

3. Побудову розрахованого циклу в p-v і T-s координатах. Нанести на T-s діаграму зворотний цикл Карно в інтервалі мінімальної і максимальної температур циклу і визначити його холодильний коефіцієнт.

4. Побудову залежності холодильного коефіцієнта від витрат роботи в компресорі. При побудові залежності прийняти q₂ = const і i₃= const, значеннями i₄ задаватися.

5. Розрахунок витрати холодильного агента, теоретичної потужності, необхідної для приводу компресора холодильної установки і розрахунок витрати холодної води на конденсатор.

6. Побудову розрахованого циклу в Р-і діаграмі.

Варіанти і номер завдання до розрахунку циклів

Таблиця 6.1.

№ прізвища за списком	Вид циклу, робоче тіло	№ завдання	Вихідні дані
			р1 МПа	t1 оС					р2 МПа	N кВт	t оС	tк оС	t4 оС	p4 МПа	Qo МДж год.	t оС
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
1	ДВЗ Отто, повітря	1	0,1	10	3	4
2	ДВЗ Дізеля, повітря	1	0,1	15	4		3
3	ДВЗ Трінклера, повітря	1	0,1	20	3,5	2	4
4	ГТУ, Р=сonst, повітря	2	0,12	50				9					400
5	ГТУ, V=сonst, повітря	2	0,14	40	7	8
6	ПСУ Ренкіна, вода	3	8	500					0,05	10000
7	Хол.установка, фреон-22	4									-15	20	50	1,19	500	20
8	ДВЗ Отто, водень Н2	1	0,09	22	6	5
9	ДВЗ Дізеля, водень Н2	1	0,11	12	7	3,5
10	ДВЗ Трінклера, водень Н2	1	0,13	15	5	4	4
11	ГТУ, Р=сonst, повітря	2	0,15	60				11					450
12	ГТУ, V=сonst, повітря	2	0,16	30	6	4
13	Хол.установка, фреон-22	4									-30	10	50	1,532	450	18
14	ПСУ Ренкіна, вода	3	10	600					0,03	7000
15	ДВЗ Отто, метан СН4	1	0,08	22	9	4,5
16	ДВЗ Дізеля, метан СН4	1	0,12	20	7	3
17	ДВЗ Трінклера, метан СН4	1	0,09	12	4,5	2,5	5
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17
18	ГТУ, Р=сonst, повітря	2	0,14	42				8					370
19	ГТУ, V=сonst, повітря	2	0,13	55	7	5	4
20	ПСУ Ренкіна, вода	3	12	450					0,08	9000
21	Хол.установка, фреон-22	4									-20	15	40	1,19	600	22
22	ДВЗ Отто, етан С2Н4	1	0,1	18	8	3,5
23	ДВЗ Дізеля, етан С2Н4	1	0,1	17	6,5		5
24	ДВЗ Трінклера, етан С2Н4	1	0,1	8	5,5	6	3
25	ГТУ, Р=сonst, повітря	2	0,15	55				12					350
26	ГТУ, V=сonst, повітря	2	0,11	45	7,5	4	3,5
27	ПСУ Ренкіна, вода	3	9	500					0,01	8000
28	Хол.установка, фреон-22	4									-25	25	60	1,942	550	25

Задача № 14. Розрахувати параметри стану в характерних точках циклу ДВЗ, кількість підведеної і відведеної теплоти, корисну роботу циклу, термічний к.к.д., а також побудувати цикл у p–v і T–s координатах. Визначити термічний к.к.д. циклу Карно в інтервалі максимальної і мінімальної температур циклу, і накласти його на розрахований цикл у T–s координатах. Вихідні дані для розрахунку: P₁= 0,1 МПа, t₁= NC. Вид циклу і робоче тіло:

Номер варіанта ( N )	Умови
1 5	Отто,  = 7 + 0,2N,  = 1,5 + 0,05N, H2
6 10	Дизеля,  = 7 + 0,2N,  = 2,0 + 0,1N, повітря
11 15	Трінклера,  = 7 + 0,2N,  = 1,5 + 0,05N,  = 2,0 + 0,1N, CH4
16 20	Отто,  = 8 + 0,3N,  = 1,7 + 0,15N, C2H4
21 25	Дізеля,  = 8 + 0,3N,  = 2,0 + 0,2N, CO
26 30	Трінклера,  = 8 + 0,3N,  = 1,5 + 0,1N,  = 2,0 + 0,1N, H2

Прийняти теплоємність незалежною від температури.