3 Розрахунково-графічні завдання
Завдання 1. Суміш, що складається з M1 киломолей азоту і М2 киломолей кисню з початковими параметрами р1 = 1 МПа і T1 = 1000 ˚С, розширюється у циліндрі двигуна внутрішнього згоряння до тиску р2. Розширення може здійснюватися по ізотермі (робочий хід дизельного двигуна), адіабаті (робочий хід карбюраторного двигуна) і політропі з показником п. Визначити газову постійну суміші, її масу і початковий обсяг, кінцеві параметри суміші, роботу розширення, теплоту, що бере участь у процесі, зміну внутрішньої енергії, ентальпії й ентропії. Дати зведену таблицю результатів і аналіз її. Показати процеси в pv- і Ts-діаграмах. Дані, необхідні для рішення завдання, вибрати з таблиці 1.
Таблиця 1 – Вихідні дані для завдання 1
Остання цифра шифру |
M1 |
M2 |
Передостання цифра шифру |
p2, Мпа |
n |
кмоль |
|||||
0 |
0,1 |
0,9 |
0 |
0,43 |
1,2 |
1 |
0,2 |
0,8 |
1 |
0,40 |
1,3 |
2 |
0,3 |
0,7 |
2 |
0,35 |
1,5 |
3 |
0,4 |
0,6 |
3 |
0,33 |
1,6 |
4 |
0,5 |
0,5 |
4 |
0,31 |
1,7 |
5 |
0,6 |
0,4 |
5 |
0,47 |
1,1 |
6 |
0,7 |
0,3 |
6 |
0,54 |
0,5 |
7 |
0,8 |
0,2 |
7 |
0,57 |
0,8 |
8 |
0,9 |
0,1 |
8 |
0,62 |
0,7 |
9 |
0,5 |
0,5 |
9 |
0,66 |
0,6 |
Указівка: показник адіабати та теплоємності cv , cp прийняти сталими, що не залежать від температури.
Відповісти на питання: як залежить робота розширення від показника політропи п і чому?
Здійснити перевірку щодо виконання першого закону термодинаміки для кожного процесу.
Пояснити, у якому пристрой та як може здійснюватись політропний процес із заданим показником політропи.
Завдання 2. 1 кг водяної пари з початковим тиском р1 і ступенем сухості х1 ізотермічно розширюється; при цьому до нього підводиться теплота q. Визначити, користуючись h-s діаграмою, параметри кінцевого стану пари, роботу розширення, зміну внутрішньої енергії, энтальпії й ентропії. Вирішити також задачу; якщо розширення відбувається ізобарно. Зобразити процеси в p-v, T-s і h-s діаграмах. Вихідні дані, необхідні для рішення завдання, вибрати з таблиці 2.
Таблиця 2 – Вихідні дані для завдання 2
Остання цифра шифру |
р1, МПа |
х1 |
Передостання цифра шифру |
q, кдж/кг |
|
Остання цифра шифру |
р1, МПа |
х1 |
Передостання цифра шифру |
q, кдж/кг |
0 |
3 |
0,97 |
0 |
500 |
5 |
5,5 |
0,92 |
5 |
410 |
|
1 |
3,5 |
0,96 |
1 |
480 |
6 |
6 |
0,91 |
6 |
430 |
|
2 |
4 |
0,95 |
2 |
460 |
7 |
6,5 |
0,95 |
7 |
470 |
|
3 |
4,5 |
0,93 |
3 |
420 |
8 |
7 |
0,92 |
8 |
480 |
|
4 |
5 |
0,93 |
4 |
420 |
9 |
8 |
0,91 |
9 |
500 |
Відповісти назапитання:
- котрий з процесів відбувається у пароперегрівачі парового котла, що працює з паровою турбіною, а котрий – з паровою машиною?
-у якому процесі (t = const або р = const) при заданих х1, р1 і q робота буде більше і за рахунок чого?
-чи спростяться розрахунки процесів t == const і р = const, якщо кінцева крапка попадає в область вологої пари?
Завдання 3. Витрата газу в поршневому одноступінчатому компресорі складає V1 при тиску р1=0,1 МПа і температурі t1. При стиску температура газу підвищується на 200˚С. Стиск відбувається по політропі з показником n. Визначити кінцевий тиск, роботу стиску і роботу приводу компресора, кількість відведеної теплоти (у кіловатах), а також теоретичну потужність приводу компресора. Вихідні дані, необхідні для рішення завдання, вибирати з таблиці 3.
Указівка: при розрахунку прийняти: k = Ср/Сυ = const ≠ f(t).
Відповісти на запитання:
-як впливає показник політропи на кінцевий тиск при обраному тиску р1 фіксованих t1 і t2 (відповідь ілюструйте в ТS – діаграмі)?
-чим обмежується р2 у реальному компресорі (крім обмеження по максимально припустимій кінцевій температурі)?
Таблиця 3 – Вихідні дані для завдання 3
Остання цифра шифру |
V1, м3/хв |
t1, ˚З |
Перед-остання цифра шифру |
Газ |
n |
0 |
20 |
0 |
0 |
Повітря |
1,35 |
1 |
25 |
7 |
1 |
Не |
1,45 |
2 |
30 |
10 |
2 |
ПРО2 |
1,32 |
3 |
35 |
12 |
3 |
N2 |
1,33 |
4 |
40 |
15 |
4 |
CO |
1,35 |
5 |
45 |
17 |
5 |
N2 |
1,34 |
6 |
50 |
20 |
6 |
ПРО2 |
1,29 |
7 |
55 |
22 |
7 |
Не |
1,5 |
8 |
60 |
25 |
8 |
CO2 |
1,28 |
9 |
65 |
30 |
9 |
Повітря |
1,32 |
Завдання
4. Визначити
потрібну поверхню рекуперативного
теплообмінника (економайзера парового
котла), у якому вода нагрівається гарячим
газом. Розрахунок зробити по прямоточній
і протиточній схемі. Привести графіки
зміни температур для обох схем руху.
Значення температур газу
і
,
води
і
,
витрати води М
и коефіцієнта теплопередачі К
вибрати з таблиці 4.
Таблиця 4 – Вихідні дані для завдання 4
Остання цифра шифра
|
t1` ,° C |
t1`` ,° C |
t2 ` ,° C |
t2 `` ,° C |
Перед- остання цифра шифра |
M, кг/с |
K, Вт/(м2*К) |
0 |
300 |
150 |
10 |
80 |
0 |
1,4 |
30 |
1 |
325 |
175 |
15 |
90 |
1 |
1,3 |
32 |
2 |
350 |
200 |
20 |
100 |
2 |
1,2 |
34 |
3 |
375 |
225 |
25 |
110 |
3 |
1,1 |
36 |
4 |
400 |
250 |
30 |
120 |
4 |
1,0 |
38 |
5 |
425 |
275 |
25 |
130 |
5 |
0,9 |
40 |
6 |
450 |
300 |
20 |
140 |
6 |
0,8 |
42 |
7 |
475 |
325 |
15 |
130 |
7 |
0,7 |
44 |
8 |
500 |
350 |
10 |
120 |
8 |
0,6 |
46 |
9 |
525 |
375 |
20 |
110 |
9 |
0,5 |
48 |
Відповісти назапитання:
-яка зі схем теплообмінників (прямоточна або протиточна) має меншу поверхню й чому ?
-з якої сторони стінки необхідно ставити ребра , щоб помітно збільшити теплопередачу?
Завдання 5. По заданому паливу й паропродуктивності D котельного агрегату вибрати тип топки й коефіцієнт надлишку повітря α T .Розрахувати теоретично необхідну кількість повітря для горіння 1 кг ( 1 м3 ) палива, скласти тепловий баланс котельного агрегату й визначити його ККД (брутто). Розрахувати годинну витрату натурального й умовного топлива ( безперервною продувкою зневажити). Вид палива, тиск pп.п і температуру t п. п перегрітої пари, температуру живильної води t п. в і величину втрат теплоти з газами, що відходять, q 2 прийняти по таблиці 5.
Таблиця 5 – Вихідні дані для завдання 5
Остання цифра шифру |
Вид палива |
Передостанцифра |
D, т/год |
p п. п , МПа |
t п. п, ° C |
t п. в , ° C |
q2 , % |
0 |
Кузнецьке вугілля Д (довго-полумен.) |
0 |
120 |
10 |
550 |
210 |
6.0 |
1 |
Печорське вугілля Ж( жирне ) |
1 |
160 |
10 |
540 |
215 |
5.6 |
2 |
Кизелівське вугілля Г(газове) |
2 |
210 |
14 |
560 |
220 |
5.2 |
3 |
Черемховське вугілля Д(довго-полуменеве) |
3 |
320 |
14 |
520 |
215 |
4.8 |
4 |
Чульмаканське вугілля Ж (жирне ) |
4 |
10
|
1.4 |
240 |
100 |
7.8 |
5 |
Мазут |
5 |
20 |
1.4 |
250 |
100 |
7.8 |
6 |
Газ з газопроводу КарабулакГрозний |
6 |
16 |
2.4 |
250 |
100 |
7.4 |
7 |
Газ Ставрополь -Грозний |
7 |
20 |
2.4 |
240 |
100 |
7.2 |
8 |
Газ з газопроводу Бухара – Урал |
8 |
35 |
4.0 |
450 |
150 |
6.8 |
9 |
Райчихінське вугілля Б2(буре) |
9 |
75 |
4.0 |
440 |
140 |
6.5 |
Указівка: склад палива, рекомендації з вибору топки, розміри окремих складових теплового балансу взяти з підручника [1].
Відповісти на питання: які фактори впливають на втрати теплоти з газами, що відходять?
Завдання 6. Визначити індикаторну потужність Ni двотактного двигуна внутрішнього згоряння по його конструктивних параметрах і середньому індикаторному тиску. Значення діаметра циліндра двигуна D, хід поршня s, кутову швидкість колінчатого вала ω, число циліндрів z і середній індикаторний тиск pi вибрати з табл. 31.
Таблиця 6 – Вихідні дані для завдання 6
Остання цифра шрифту |
D, мм |
s, мм |
ω, хв-1 |
Перед-остання цифра шрифту |
z, шт. |
pi, кПа |
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
80 83 86 80 85 90 93 96 100 110 |
97 89 100 80 85 100 105 100 118 120 |
1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 2800 2600 2500 |
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
4 6 6 4 4 6 4 8 6 8 |
850 650 780 660 750 780 750 860 700 800 |
Відповісти на питання: чим відрізняються процеси приготування горючої суміші і її запалення у карбюраторних і дизельних двигунах?
Додаток А
Довідкові таблиці
Таблиця A.1 – Питомі теплоємності газів (за даними молекулярно-кінетичної теорії) , кДж/моль
Гази |
|
|
Одноатомні |
12,5 |
20,8 |
Двохатомні |
20,8 |
29,1 |
Трьох- і багатоатомні |
29,1 |
37,4 |
Таблиця A.2 – Середні ізобарні мольні теплоємності газів, кДж/мольК
t, C
|
Повітря |
Кисень O2 |
Азот N2 |
Водень H2 |
Водяна пара H2O |
Окис вуглецю CO |
Вуглекислий газ CO2 |
0 |
29,073 |
29,274 |
29,115 |
28,617 |
33,499 |
29,123 |
35,86 |
100 |
29,153 |
29,538 |
29,144 |
28,935 |
33,741 |
29,178 |
38,11 |
200 |
29,299 |
29,931 |
29,228 |
29,073 |
34,188 |
29,303 |
40,05 |
300 |
29,521 |
30,400 |
29,383 |
29,123 |
34,575 |
29,517 |
41,75 |
400 |
29,789 |
30,878 |
29,601 |
29,186 |
35,090 |
29,789 |
43,25 |
500 |
30,095 |
31,334 |
29,864 |
29,249 |
35,630 |
30,099 |
44,57 |
600 |
30,405 |
31,761 |
30,149 |
29,316 |
36,195 |
30,426 |
45,75 |
700 |
30,723 |
32,150 |
30,451 |
29,408 |
36,789 |
30,752 |
46,81 |
800 |
31,028 |
32,502 |
30,748 |
29,517 |
37,392 |
31,070 |
47,76 |
900 |
31,321 |
32,825 |
31,037 |
29,647 |
38,008 |
31,376 |
48,61 |
1000 |
31,598 |
33,118 |
31,313 |
29,789 |
38,619 |
31,665 |
49,39 |
1200 |
32,109 |
33,633 |
31,828 |
30,107 |
39,825 |
32,192 |
50,74 |
1400 |
32,565 |
34,076 |
32,293 |
30,467 |
40,976 |
32,653 |
51,85 |
1600 |
32,967 |
34,474 |
32,699 |
30,832 |
42,056 |
33,051 |
52,80 |
1800 |
33,319 |
34,834 |
33,055 |
31,192 |
43,070 |
33,402 |
53,60 |
2000 |
33,641 |
35,169 |
33,373 |
31,548 |
43,995 |
33,708 |
54,29 |
2200 |
33,296 |
35,483 |
33,658 |
31,891 |
44,853 |
33,980 |
54,88 |
2400 |
34,185 |
35,785 |
33,909 |
32,222 |
45,645 |
34,223 |
55,39 |
Таблиця A.3 – Насичена пара фреону-12 (ССl2F2)
t, ˚З |
p, Мпа |
υ’, дм3/кг |
υ", м3/кг |
hί' |
h" |
r |
s' |
s" |
кДж/кг |
кДж/(кг С) |
|||||||
-20 |
0,151 |
0,68 |
0,110 |
400,5 |
564,0 |
163,5 |
4,11 |
4,76 |
-15 |
0,182 |
0,69 |
0,092 |
405,0 |
566,4 |
161,4 |
4,13 |
4,76 |
-10 |
0,219 |
0,70 |
0,078 |
409,5 |
568,9 |
159,4 |
4,15 |
4,75 |
-5 |
0,260 |
0,70 |
0,066 |
414,0 |
571,2 |
157,2 |
4,16 |
4,75 |
0 |
0,308 |
0,71 |
0,056 |
418,7 |
573,6 |
154,9 |
4,18 |
4,75 |
5 |
0,362 |
0,72 |
0,048 |
423,4 |
575,9 |
152,5 |
4,20 |
4,75 |
10 |
0,423 |
0,73 |
0,042 |
428,1 |
578,1 |
150,0 |
4,22 |
4,75 |
15 |
0,491 |
0,74 |
0,036 |
433,0 |
580,3 |
147,3 |
4,23 |
4,74 |
20 |
0,566 |
0,75 |
0,031 |
437,9 |
582,5 |
144,6 |
4,25 |
4,74 |
25 |
0,650 |
0,76 |
0,027 |
442,8 |
584,5 |
141,7 |
4,27 |
4,74 |
30 |
0,743 |
0,77 |
0,024 |
447,9 |
586,5 |
138,6 |
4,28 |
4,74 |
35 |
0,846 |
0,78 |
0,021 |
452,9 |
988,3 |
135,4 |
4,30 |
4,74 |
40 |
0,958 |
0,76 |
0,018 |
451,1 |
590,1 |
132,0 |
4,31 |
4,74 |
Таблиця A.4 – Фізичні параметри сухого повітря при тиску 101,3кпа
t, ˚С |
102*λ, Вт/(м*˚С) |
106*ν, м2/с |
Pr |
0 |
2,44 |
13,28 |
0,707 |
100 |
3,21 |
23,13 |
0,688 |
200 |
3,94 |
34,84 |
0,680 |
300 |
4,60 |
48,33 |
0,674 |
400 |
5,21 |
63,09 |
0,678 |
500 |
5,75 |
79,38 |
0,687 |
600 |
6,23 |
96,89 |
0,699 |
700 |
6,71 |
115,4 |
0,706 |
800 |
7,19 |
134,8 |
0,713 |
900 |
7,64 |
155,1 |
0,717 |
1000 |
8,08 |
177,1 |
0,719 |
Таблиця A.5 – Елементарний склад робочої маси деяких твердих і рідких палив
Район родовища |
Басейн, родовище |
Мар-ка |
Склад, % |
Нижня теплота согревания, МДж/кг |
Вихід летю- чих на горючу массу, Vr, % |
|||||||
Wp |
Ap |
|
|
Cp |
Hp |
Np |
Op |
|||||
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
Донецький басейн |
- |
Г |
8,0 |
23,0 |
2,0 |
1,2 |
55,2 |
3,8 |
1,0 |
5,8 |
22,0 |
40 |
Т |
- |
Д |
13,0 |
21,8 |
1,5 |
1,5 |
49,3 |
3,6 |
1,0 |
8,3 |
19,6 |
44 |
Кузнецький басейн |
- |
Д |
12,0 |
13,2 |
0,3 |
58,7 |
4,2 |
1,9 |
9,7 |
22,8 |
42 |
|
Те ж |
- |
Г |
8,5 |
11,0 |
0,5 |
66,0 |
4,7 |
1,8 |
7,5 |
26,1 |
40 |
|
Казахстан |
Карагандинський |
ДО |
8,0 |
27,6 |
0,8 |
54,7 |
3,3 |
0,8 |
4,8 |
21,3 |
28 |
|
Те ж |
Екібастуз-ський |
СС |
7,0 |
38,1 |
0,4 |
0,4 |
43,4 |
2,9 |
0,8 |
7,0 |
16,7 |
30 |
Тульська обл. |
Підмосковний |
Б2 |
32,0 |
25,2 |
1,5 |
1,2 |
28,7 |
2,2 |
0,6 |
8,6 |
10,4 |
50 |
Комі |
Печорсь-кий |
Ж |
5,5 |
23,6 |
0,8 |
0,8 |
59,6 |
3,8 |
1,3 |
5,4 |
23,7 |
33 |
е
ж
Продовження таблиці А.5
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
11 |
12 |
13 |
Пермська обл. |
Кизелівсь-кий |
Г |
6,0 |
31,0 |
6,1 |
48,5 |
3,6 |
0,8 |
4,0 |
19,7 |
42 |
|
Челябінська обл. |
Челябінсь-кий |
Б3 |
18,0 |
29,5 |
1,0 |
37,3 |
2,8 |
0,9 |
10,5 |
13,9 |
45 |
|
Грузія |
Ткибульсь-кий |
Г |
13,0 |
27,0 |
0,7 |
0,6 |
45,4 |
3,5 |
0,9 |
8,9 |
17,9 |
45 |
Красноярський край |
Кансько-Ачинсь-кий |
Б2 |
33,0 |
6,0 |
0,2 |
43,7 |
3,0 |
0,6 |
13,5 |
15,7 |
48 |
|
І |
Черем-ховський |
Д |
13,0 |
27,0 |
0,1 |
45,9 |
3,4 |
0,7 |
8,9 |
17,9 |
47 |
|
Хабаровський край |
Райчи-хинский |
Б2 |
37,5 |
9,4 |
0,3 |
37,7 |
2,3 |
0,6 |
12,2 |
12,7 |
43 |
|
Якутська АО |
Чульмакан-ський |
Ж |
7,5 |
23,1 |
0,3 |
59,0 |
4,1 |
1,0 |
5,0 |
23,2 |
38 |
|
Магадан-ська обл. |
Нижне-Аркагалинський |
Д |
16,5 |
9,2 |
0,3 |
59,1 |
4,1 |
1,0 |
9,8 |
22,9 |
40 |
|
Малосірчистий |
Мазути |
- |
3,0 |
0,05 |
0,3 |
84,65 |
11,7 |
- |
0,3 |
40,3 |
- |
|
Сірчистий |
|
- |
3,0 |
0,1 |
1,4 |
83,8 |
11,2 |
- |
0,5 |
39,7 |
- |
|
Високосірчистий |
|
- |
3,0 |
0,1 |
2,8 |
83,0 |
10,4 |
- |
0,7 |
38,8 |
- |
|
ркутська
обл.
Таблиця А.6 – Розрахункові характеристики деяких природних газів
Назва газопроводу |
Склад газу по об’єму, % |
Нижня теплота згоряння газу,МДж/м³ |
||||||
CH4 |
C2H6 |
C3H8 |
C4H10 |
C5H12 |
N2 |
CO2 |
||
Саратов-Москва |
84.5 |
3.8 |
1.9 |
0.9 |
0.3 |
7.8 |
0.8 |
35.8 |
Ставрополь-Москва |
93.8 |
2 |
0.8 |
0.3 |
0.1 |
2.6 |
0.4 |
36.1 |
Дашава-Київ |
98.9 |
0.3 |
0.1 |
0.1 |
-------- |
0.4 |
0.2 |
35.9 |
Шебелінка-Москва |
94.1 |
3.1 |
0.6 |
0.2 |
0.8 |
1.2 |
-------- |
37.9 |
Газлі-Ташкент |
94.0 |
2.8 |
0.4 |
0.3 |
0.1 |
2 |
0.4 |
36.3 |
Карабулак-Грозний |
68.5 |
14.5 |
7.6 |
3.5 |
1 |
3.5 |
1.4 |
45.8 |
Ставрополь-Грозний |
98.2 |
0.4 |
0.1 |
0.1 |
--------- |
1 |
0.2 |
35.6 |
Бухара-Урал |
94.9 |
3.2 |
0.4 |
0.1 |
0.9 |
0.9 |
0.4 |
36.7 |
Середня Азія-Центр |
93.8 |
3.6 |
0.7 |
0.2 |
0.7 |
0.7 |
0.6 |
37.6 |
Таблиця A.7 – Типи топок, що рекомендуються для котельних агрегатів
Вид палива |
Паропродуктив- ність, т/год |
Рекомендується |
Кам'яне вугілля |
10 15....35
25
35 |
Топка із закидачем і нерухомим шаром Топлка із закидачем і ланцюговою решіткою Шахтно-розмелювальна
для вугілля
із
Пиловугільна топка |
Буре вугілля(з ω≤4.7, крім сильновологих) |
10 15....35
35...75 >75 |
Топка із закидачем і нерухомим шаром Топка із закидачем і ланцюговою решіткою Шахтно- розмелювальна Пиловугільна топка |
Мазут та газ |
При всіх значеннях |
Камерна топка |
>30%
Т
аблиця
А.8
– Основні
розрахункові характеристики камерних
топок
із твердим шлаковидаленням
Тип палива |
Найменуван-ня палива |
Коефіц надлишку повітря в топці |
Втрати теплоти
|
Теплова напруга об’єму топки, кВт/ м³ |
||||
Від хімічної неповноти згоряння,q3% |
Від механіч неповноти згоряння,q4% |
D<75 т/год |
D75 т/год |
|||||
D<75 т/год |
D75 т/год |
D<75 т/год |
D75 т/год |
|||||
Пиловугільні |
Кам'яне або буре вугілля |
1,2
|
0,5
|
0
|
3
|
1
|
210 240 |
175 185 |
Шахтно- розмелювальні
|
Кам'яне вугілля >30% Буре вугілля |
1,25
1,25 |
0,5
0,5 |
6
2 |
4
1 |
150
175 |
||
Камерні для спалювання рідких і газоподібних палив, екрановані |
Мазут Газ-змі- шувальні пальникиГГаз-безфа-кельні пальники D≤20) |
1,1 1,1
1,1 |
0,5 0,5
0,5 |
|
290 350
До 870 |
|||