Теоретические основы теплотехники

Вопросы для самопроверки

1.Что такое термодинамическая система?

2.Какие величины называются термодинамическими параметрами?

3.Какие температурные шкалы приняты в мире?

4.Что такое термодинамический процесс?

5.Дать определения равновесных и неравновесных, обратимых и необратимых процессов.

6.Привести формулировки первого закона термодинамики.

7.Аналитическое выражение первого закона термодинамики.

8.Изобразить основные термодинамические процессы на диаграммах pv и Ts.

9.Какой процесс называется политропным? Каковы значения показателя политропы для основных процессов?

10.Формулировки второго закона термодинамики и их анализ.

11.Проанализировать обратимый цикл Карно и доказать теорему Карно.

12.Какая функция называется энтропией? Как определить изменение энтропии в различных процессах изменения состояния газа?

13.Физический смысл энтальпии газа.

14.Что такое истинные и средние теплоемкости? В каких единицах выражаются теплоемкости?

15.В чем состоит различие между идеальным и реальным газом? Привести уравнения состояния идеального и реального газа.

16.Особенность построения is – диаграммы для водяного пара и id – диаграммы для влажного воздуха.

17.Уравнение первого закона термодинамики для потока.

18.Что такое критическая скорость и критические параметры газа?

19.Дать описание комбинированного сопла Лаваля.

20.В чем преимущество многоступенчатого сжатия газа в компрессоре по сравнению

содноступенчатым?

21.Дать описание условий осуществления многоступенчатого сжатия.

22.Что представляют собой основные характеристики циклов ДВС?

23.Способы анализа теоретических циклов ДВС.

24.В чем состоит различие между паровой компрессорной холодильной установкой

ивоздушной?

306

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Задача 1

Рассчитать одноступенчатый поршневой компрессор производительностью V с газообразным рабочим телом. Если конечное давление равно P2, а начальные параметры:

P1 = 0,1 МПа, T1 = 300 К.

Определить: начальные и конечные параметры газа; работу в процессе сжатия; изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии; теоретическую мощность двигателя для привода компрессора.

Расчет выполнить для изотермического, адиабатного и политропного (с показателем политропы n) сжатия газа. Изобразить процессы сжатия на pV - и Ts - диаграммах.

Определить расход охлаждающей воды, если ее температура при охлаждении цилиндра

компрессора повысилась на ∆t.

Для тех же условий определить теоретическую мощность двигателя для привода трехступенчатого компрессора.

Определить: во сколько раз изменится мощность двигателя и расход охлаждающей воды при переходе от изотермического сжатия к политропному; на сколько процентов уменьшится затрата работы при переходе от одноступенчатого на трехступенчатое сжатие газа.

Данные для решения задачи выбрать в соответствии с шифром зачетной книжки из табл. 1.

Таблица 1.

ПРИМЕЧАНИЕ. При расчетах не учитывать трение и вредное пространство

307

Задача 2

Рассчитать цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания со смешанным подводом теплоты, если начальное давление – P1, начальная температура – T1, степень сжатия - ε,

степень повышения давления - λ, степень предварительного расширения - ρ. Рабочее тело

– воздух.

Определить: параметры состояния (p, V, T) рабочего тела в характерных точках цикла; работу расширения, сжатия и полезную работу цикла (lt), удельное количество подведенной (q1) и отведенной теплоты (q2), изменение внутренней энергии ( U), энтальпии ( h) и энтропии ( S) в процессах, входящих в цикл; среднее индикаторное давление в цикле (pi); термический КПД цикла.

Расширение и сжатие рабочего тела осуществляется в политропных процессах с показателем политропы n1 и n2 соответственно. Теплоемкость рабочего тела принять постоянной. Построить цикл в координатах pV и Ts.

Сравнить величины термического КПД смешанного цикла и термического КПД цикла

Карно.

Данные для решения задачи выбрать в соответствии с шифром зачетной книжки из табл. 2.

Таблица 2.

308

Задача 3

В паросиловой установке, работающей при начальных параметрах p1, t1 и р2, введен вторичный перегрев пара при р’ до начальной температуры t’= t1.

Определить термический КПД цикла с вторичным перегревом.

Определить термический КПД установки при отсутствии вторичного перегрева и влияние введения вторичного перегрева на термический КПД цикла.

Данные для решения задачи выбрать в соответствии с шифром зачетной книжки из табл. 3.

Таблица 3.

ПРИМЕЧАНИЕ. При решении задачи использовать i–S – диаграмму или данные из табл.

П3.

309

Задача 4

Рассчитать компрессионную холодильную установку при следующих данных:

–хладагент;

–холодопроизводительность установки Q0 кВт

–температура испарения хладагента tk °С

–переохлаждение конденсата ∆tn °С

При расчете принять: удельную теплоемкость воды = 4,19 кДж/(кг К), рассола c p =5,0

кДж/(кг К), препад температур воды на входе и выходе из конденсатора ∆tв =10 °С, рассола на входе и выходе из испарителя ∆t р =5 °С.

Определить: параметры хладагента (p, t, h) в характерных точках цикла, удельный объем пара, всасываемого компрессором, удельную массовую и объемную холодопроизводительность q0, qv; удельную работу сжатия в компрессоре к ;

теоретическую, индикаторную и эффективную мощности компрессора Nk, Ni, Ne; теоретический и действительный холодильный коэффициенты εтеор, εд

По полученной холодопроизводительности при стандартных условиях из таблиц подобрать тип компрессора.

Таблица 4.

ПРИМЕЧАНИЕ. При решении задачи использовать Т – S - диа-грамму и таблицу для выбора компрессора П4.

310

ПРИЛОЖЕНИЕ

Т а б л и ц а П 1

Физические параметры воды на линии насыщения

Т а б л и ц а П 2

Физические параметры некоторых газов

311

Т а б л и ц а П 3

Вода и перегретый водяной пар (зависимость i - S)

312

Продолжение табл. П 3

•Числа слева от ступенчатой линии относятся к воде.

•Значения всех физических величин даны в единицах системы СИ.

313

Продолжение табл. П 4

Компрессоры холодильных машин

314