Заняття № 5. Розрахунки теплообмінних апаратів. Розрахунки циклів двз та гту

Приклад 5.1. Визначити температурний напір теплообмінника, в якому гази охолоджуються водою. Гази охолоджуються від 500 до 200°С, вода нагрівається від 20 до 80°С. Вирішити задачу для прямоточної та протиточної схем руху теплоносіїв.

Рішення. Розрахуємо величину температурного напору.

Для прямоточної схеми руху

визначаємо різниці температур на кінцях теплообмінника:

Тоді середній логарифмічний температурний напір дорівнює:

Для протиточної схеми руху

визначаємо різниці температур на кінцях теплообмінника:

Середнє логарифмічний температурний напір дорівнює:

Приклад 5.2. Визначити необхідну площу теплообміннику для охолодження 3000 м³/годину повітря від 220^оС до 20^оС. Коефіцієнт теплопередачі складає 25 Вт/(м²∙К). Температурний напір теплообмінника дорівнює 390 К.

Рішення. Знаходимо фізичні властивості повітря при його середній температурі, яка дорівнює 120^оС:

.

Визначаємо масову витрату повітря:

.

Визначаємо величину теплового потоку:

.

Необхідна площа теплообмінника для охолодження повітря складає

.

Приклад 5.3. Для ідеального циклу поршневого ДВЗ с підводом тепла при V=const визначити параметри робочого тіла в характерних точках, величину роботи, термічний ККД циклу, кількість підведеної та відведеної теплоти. Робоче тіло – повітря, початкові параметри: Р₁=1 бар; t₁=20^оC. Ступінь стиснення складає 3,6. Ступінь підвищення тиску складає 3,33. Теплоємність повітря прийняти постійною, незалежною від температури.

Рішення. Розрахунки проводимо для I кг повітря.

Точка 1: P₁=1бар; t₁=20^oС. Питомий об’єм визначаємо з рівняння Клапейрона (газову постійну визначаємо за додатком А)

Точка 2. Питомий об’єм визначаємо із ступеня стиснення:

Перша стадія циклу – адіабатне стиснення. Температура наприкінці адіабатного стиснення визначається зі співвідношення параметрів (показник адіабати для повітря дорівнює 1,4):

Тиск в кінці адіабатного стиснення визначаємо з рівняння Клайперона

Точка 3. Друга стадія циклу – ізохорне підведення теплоти, питомий об’єм v₃=v₂=0,233 м³/кг. Ступінь підвищення тиску при цьому складає 3,33. Зі співвідношення параметрів ізохорного процесу одержуємо:

Визначаємо тиск та температуру:

Точка 4. Третя стадія – адіабатне розширення. Питомий об’єм v₄=v₁=0,84 м³/кг (тому що четверта стадія циклу – ізохорне відведення теплоти). Температуру в кінці адіабатного розширення визначаємо зі співвідношення параметрів адіабатного процесу:

Тиск в кінці адіабатного розширення визначаємо з рівняння Клапейрона

Тиск можна визначити також зі співвідношення параметрів ізохорного процесу:

Визначаємо кількість підведеної та відведеної теплоти (теплоємність повітря прийняли постійною, незалежною від температури):

Визначаємо термічний ККД циклу:

Визначаємо роботу циклу:

Для закріплення матеріалу заняття рекомендується самостійно розрахувати задачі № 5.1 – 5.10 (розділ 4.3).