Содежание.

1)ГАЗОВЫЕ СМЕСИ.ТЕПЛОЕМКОСТЬ ГАЗОВ…………………………………………….

2)ЦИКЛЫ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ……………………………………

3)ВОДЯНОЙ ПАР. ПАРОСИЛОВЫЕ УСТАНОВКИ………………………………………...

I. ГАЗОВЫЕ СМЕСИ. ТЕПЛОЕМКОСТЬ ГАЗОВ

Для выполнения первого раздела задания необходимо изучить следующие вопросы: параметры состояния рабочего тела, газовые смеси, теплоемкость газов.

Под газовыми смесями понимают механическую смесь нескольких газов, химически между собой не взаимодействующих. Смесь идеальных газов подчиняется всем законам, относящимся к идеальным газам. Состав газовой смеси определяется количеством каждого из газов, входящих в смесь, и может быть задан массовыми m_i или объемными r_i долями:

m_i = M_i / M; r_i = V_i / V,

где M_i – масса i-го компонента, V_i – объем i-го компонента, а M и V – масса и объем всей смеси соответственно.

Очевидно, что

М₁ + М₂ +…+М_n = M;

m₁ + m₂ +…+m_n = 1,

а также

V₁ + V₂ +…+ V_n = V;

r₁ + r₂ +…+r_n = 1.

Для удобства решения практических задач со смесями газов введено понятие о кажущейся молекулярной массе смеси газов, которая представляет собой среднюю массу из действительных молекулярных масс отдельных компонентов смеси.

Уравнение состояния смеси газов имеет вид:

.

На смеси газов распространяется понятие универсальной газовой постоянной:

, Дж/(кмоль·К).

Связь между давлением газовой смеси р и парциальным давлением отдельных компонентов р_i, входящих в смесь, устанавливается законом Дальтона:

.

Если заданы состав газовой смеси, а также характеристики составляющих смесь газов, то можно рассчитать необходимые характеристики смеси по приведенным в табл. 1 формулам.

В теплотехнических расчетах при определении количества теплоты чаще всего пользуются понятием «удельная теплоемкость», хотя называют ее просто «теплоемкость». Под удельной теплоемкостью понимают количество теплоты, которое необходимо сообщить телу, чтобы повысить температуру какой-либо его количественной единицы на 1 К. В зависимости от выбранной количественной единицы различают теплоемкости:

мольную с, кДж/(кмольК);

массовую с, кДж/(кгК);

объемную с^/, кДж/(Н·м^3К).

Эти теплоемкости связаны между собой следующими соотношениями:

с = с/ ; с^/ = с/22,4 ; с^/ = с_н ,

где _н – плотность газа при нормальных условиях.

Таблица 1

Задание состава смеси	Перевод из одного состава в другой	Плотность и удельный объем смеси, кг/м3, м3/кг.	Кажущаяся молекулярная масса смеси, кг.	Газовая постоянная смеси, Дж/(кгК)	Парциальное давление, Па.
Массовыми долями
Объемными долями

Формулы для расчета газовых смесей

В табл. 1 _i – молекулярная масса i-го компонента; 8314 Дж/(кмольК) – значение универсальной газовой постоянной; R_i – газовая постоянная i-го компонента.

1 м³ газа имеет различную массу в зависимости от давления и температуры. В связи с этим объемную теплоемкость всегда относят к массе газа, заключенной в 1 м³ при нормальных условиях (_н = 101325 Па, T_н = 273 К). При этом объем 1 кмоля различных газов равен 22,4 м³/кмоль, а универсальная газовая постоянная – Дж/ (кмоль·К). В зависимости от способа подвода тепла к газу (р = const или V = const) различают изобарную с_р и изохорную с_v теплоемкости. Отношение этих величин носит название показателя адиабаты:

k = c_p/c_v = c_p/c_v.

Теплоемкости с_р и с_v связаны также соотношением Майера:

с_p - c_v = R = 8,314, кДж/(кмольК).

Теплоемкость газов меняется с изменением температуры, причем эта зависимость имеет криволинейный характер. Значения истинных и средних теплоемкостей в интервале от 0⁰ до t берутся непосредственно из таблиц, причем в необходимых случаях производится интерполяция. Количество теплоты, которое необходимо затратить в процессе нагревания 1 кг газа в интервале температур от t₁ до t₂, определяется по формуле:

где c_m1 и c_m2 – соответственно средние теплоемкости в пределах 0⁰ – t₁ и 0⁰ – t₂ .

Если в процессе участвуют М (кг) или V_н (м³) газа, то

Q_V = M(c_vm2 t₂ – c_vm1t₁) = V_н(c^/_vm2 t₂ – c^/_vm1 t₁) , кДж;

Q_P = M(c_pm2 t₂ – c_pm1 t₁) = V_н(c^/_pm2 t₂ – c^/_pm1 t₁) , кДж.

Теплоемкость газовой смеси следует определять по формулам:

массовая - ;

объемная - ;

мольная - .

Расчета первого раздела задания

Для использования теплоты газов, являющихся продуктами сгорания топлива в котельном агрегате, в газоходах последних устанавливаются воздухоподогреватели воздуха, необходимого для горения топлива (рис. 1). Уходящие из котла газы поступают к воздухоподогревателю с температурой t₁^/ и охлаждаются, отдавая теплоту воздуху, до t₁^//. В газоходе котельного агрегата под влиянием работы дымососа устанавливается давление несколько ниже атмосферного. Воздух в воздухоподогревателе нагревается от температуры t₂^/ до температуры t₂^//.

Рис. 1

При испытании котельного агрегата были получены следующие данные:

1. Температура газов при входе в воздухоподогреватель, t₁^/ = 300 ⁰С.

2. Температура газов при выходе из воздухоподогревателя, t₁^// = 120 ⁰С.

3. Температура воздуха при входе в воздухоподогреватель, t₂^/ = 20 ⁰С.

4. Температура воздуха при выходе из воздухоподогревателя, t₂^// = 170 ⁰С.

5. Объемный состав дымовых газов – СО₂ =20,5%; Н₂О =5,4%; О₂ =17,3%; N₂ =56,8%.

6. Часовой расход газов при t₁^// составляет 5010³ м³/ч.

7. Разряжение в газоходе – 15 мм вод. ст.

8. Барометрическое давление – 760 мм рт. ст.

Определить:

1. Кажущийся молекулярный вес дымовых газов.

2. Газовую постоянную дымовых газов.

3. Весовые (массовые) доли отдельных компонентов, входящих в состав дымовых газов.

4. Парциальные давления компонентов.

5. Часовой расход воздуха.

Принять, что все тепло, отданное газом, воспринято воздухом. Зависимость теплоемкости от температуры считать криволинейной.

Решение:

1. Кажущийся молекулярный вес дымовых газов:

2. Газовая постоянная дымовых газов:

Дж/(кгК).

3. Массовые доли компонентов газов:

_{4. Парциальные давления компонентов:}

Па.

_{Результаты расчета представлены в табл. 2.}

Таблица 2

Результаты расчета примера задания к разделу 1

Параметры	СО2	Н2О	О2	N2	Газовая смесь
ri	0,14	0,09	0,162	0,608	1,000
i, кг/кмоль	44	18	32	28	29,988
riI, кг/кмоль	6,16	1,62	5,184	17,024	-
mi	0,205	0,054	0,173	0,568	1,000
рi10-5, Па	0,142	0,091	0,164	0,615	1,012

5. Часовой расход воздуха.

Расход воздуха определяется из уравнения теплового баланса воздухоподогревателя

.

Значения теплоемкостей компонентов дымовых газов и воздуха находим по приложению 1; значения теплоемкостей дымовых газов и воздуха рассчитываем по формулам. Средняя удельная теплоемкость компонентов при p=const в интервале температур 0…300 ⁰С:

· 29,290= 31,691 кДж/(кмольК);

в интервале температур 0…120 ⁰С:

0,1438,5066+0,0933,8214+0,16229,6206+0,60829,0686=

= 30,907 кДж/(кмольК);

в интервале температур 300…120 ⁰С:

кДж/(кмольК);

кДж/(Н·м³К).

Средняя теплоемкость воздуха при p=const в интервале температур 20…170 ⁰С:

кДж/(кмольК);

кДж/(Н·м³К).

Объем, занимаемый дымовыми газами, приведенный к нормальным условиям (н.у.):

нм³/ч.

Часовой расход воздуха:

нм³/ч.