Задание № 3

Задание соответствует содержанию тем № 10 и № 11 учебной программы. Литература: [5], с.77 …105; [2], с.41…97..

Контрольные вопросы

1.Что понимается под тепловым двигателем? Поясните известную Вам классификацию тепловых двигателей.

2. В чем состоит необходимость и каков метод анализа циклов тепловых двигателей?

3.Изобразите цикл Карно врv иTs– координатах и отметьте особенность процессов, составляющих цикл.

4. Проанализируйте термический КПД цикла Карно.

5. Проведите анализ цикла ДВС с изохорным подводом тепла.

6.Покажите пути увеличения термического КПД ДВС с изохорным подводом тепла.

7.Проведите анализ цикла ДВС с изобарным подводом тепла.

8.Покажите пути увеличения термического КПД ДВС с изобарным подводом тепла

9.Проведите сравнительный анализ циклов ДВС с изобарным и изохорным подводом тепла.

10.Проведите анализ цикла газотурбинного двигателя приp=const.

11. Объясните принцип работы объемных и динамических компрессоров. Назовите известные Вам типы объемных компрессоров.

12.Поясните работу поршневого компрессора, назовите его показатели.

13.Проведите анализ идеального цикла одноступенчатого поршневого компрессора.

14. Что такое вредное пространство в поршневом компрессоре, на какие показатели компрессора оно влияет?

15. Объясните, почему в одноступенчатом компрессоре ограничена величина?

16. Поясните необходимость охлаждения газа между ступенями компрессора.

17.Каким образом определить число ступеней компрессора для заданного?

18.Перечислите и поясните известные Вам способы охлаждения тел до температур ниже Tокружающей среды.

19.Изобразите схему и поясните принцип работы паровой компрессорной холодильной машины.

20. Изобразите схему и поясните принцип работы воздушной холодильной машины.

21. ВTs– координатах изобразите и поясните цикл ПКХМ.

22.Объясните, что понимается под холодильной мощностью и холодильным коэффициентом холодильных машин.

23. Поясните, какую роль выполняет компрессор в ПКХМ.

24. Поясните, какую роль выполняет дроссель в ПКХМ

25. Изложите, что Вам известно о тепловых насосах

З а д а ч и

3.1. Холодильная мощность воздушной холодильной установки =2,3 кВт. Определить холодильный коэффициент и массовый расход хладагента ВХМ, если известно, что максимальное давление воздуха в установкер₂= 0,38 МПа, минимальное –р₁ = 0,11 МПа; температура на входе в компрессорt₁= – 5⁰C, сжатие в компрессоре осуществляется с показателемn= 1,28. Для понижения температуры используется процесс дросселирования. Температура воздуха на входе в дроссельt₃ = 35⁰C, на выходе из негоt₄= – 25⁰С. Построить цикл в Ts – координатах.

3.2. Воздушная холодильная установка с поршневым детандером имеет холодильную мощность =2,3 кВт. Определить холодильный коэффициент и массовый расход хладагента ВХМ, если компрессор изменяет давление отр₁ = 0,11 МПа дор₂= 0,38 МПа; температура на входе в компрессорt₁= – 5⁰C. Сжатие в компрессоре осуществляется с показателемn= 1,28, а расширение в детандере сn= 1,20. Температура воздуха на входе в детандерt₃ = 35⁰C. Построить цикл в Ts – координатах.

3.3. В бытовом холодильнике в качестве хладагента используется фреонR–22. Сухой насыщенный пар фреона поступает в компрессор с давлениемр₁=0,15 МПа, где в процессе адиабатного сжатия его температура повышаются и достигает 60⁰С. Используя диаграмму состояния фреонаR–22 в координатахlnp-i, определить холодильный коэффициент ПКХМ и построить цикл в T-sкоординатах.

3.4. Определить холодильную мощность ПКХМ, если известно, что в качестве хладагента используется фреонR–22cмассовым расходом= 0,013 кг/с. Температура хладагента на входе и выходе из компрессора при адиабатном сжатии соответственно равна:t₁= –25⁰С иt₂= 55⁰С. Построить цикл ПКХМ вT-sкоординатах. При решении использовать диаграмму состояния фреонаR–22 в координатахlnp-i.

3.5. Определить минимально необходимую степень сжатия в ДВС, чтобы горючее, поданное в цилиндр в конце хода сжатия, воспламенилось. Температура воспламенения горючего 970 К; температура воздуха перед сжатием 300 К; сжатие принять адиабатным. Каково давление в конце сжатия, если начальное равно 0,1 МПа?

3.6. При адиабатном расширении рабочего тела в цикле Карно изменение температурыT = 1000 К. Вычислить термический КПД цикла приТ₁ ^′= 2500 К и приТ₁ ^"= 1800 К. Объяснить полученный результат.

3.7. В ДВС с изохорным подводом тепла известны:p₁ = 0,097 МПа;

t₁ = 27⁰C;= 3,25;= 8,5; к = 1,28. Определить термический КПД и сравнить его с КПД цикла Карно при максимальной и минимальной температурах изохорного цикла.

3.8. В ДВС с изобарным подводом тепла известны:p₁ = 0,185 МПа;

t₁ = 32⁰C;= 19,5;= 1,8; к = 1,27. Определить термический КПД и сравнить его с термическим КПД цикла Карно при максимальной и минимальной температурах изобарного цикла.

3.9. В ДВС с изохорным подводом тепла известны:p₁ = 0,092 МПа;t₁ = 29⁰C;= 3,45; R= 312 Дж/(кг·К); к = 1,31. Давление рабочего тела в результате адиабатного сжатия достигло значения р₂ = 1,7 МПа. Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Построить цикл вpv и Ts – координатах.

3.10. В ДВС с изобарным подводом тепла известны:p₁ = 0,195 МПа;t₁ = 36⁰C;= 1,75; R= 308 Дж/(кг·К); к = 1,32. Давление рабочего тела в результате адиабатного сжатия достигло значения р₂ = 7,8 МПа. Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Построить цикл вpv и Ts – координатах.

3.11. В ДВС с изохорным подводом тепла известны:t₁ = 26⁰C ;

p₁ = 0,089 МПа;= 9,5; R= 316 Дж/(кг·К); к = 1,29. Температура рабочего тела в результате сгорания топлива достигла значенияТ₃ = 2330 К. Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Построить цикл вpv и Ts –координатах.

3.12. В ДВС с изобарным подводом тепла известны:t₁ = 32⁰C;

p₁ = 0,153 МПа;= 22,5; R= 312 Дж/(кг·К); к = 1,32. Температура рабочего тела в результате сгорания топлива достигла значенияТ₃ = 2420 К. Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Построить цикл вpv и Ts – координатах.

3.13. В ДВС со смешенным подводом тепла известны:t₁ = 42⁰C;

p₁ = 0,123 МПа;= 15;= 1,56; R= 310 Дж/(кг·К); к = 1,31 Температура рабочего тела в результате сгорания топлива достигла значенияТ₄= 2275 К. Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Построить цикл вpv и T s – координатах.

3.14. В ДВС со смешенным подводом тепла известны :t₁ = 22⁰C;

p₁ = 0,093 МПа;= 2,59; R= 300 Дж/(кг·К); к = 1,32. В цилиндре воздух сжимается до давления, обеспечивающего воспламенение топливной смеси,Т₂ = 650 К. Температура рабочего тела в результате сгорания топлива достигла значенияТ₄= 2685 К. Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Построить цикл вpv и T s – координатах .

3.15. В ДВС со смешенным подводом тепла известны:t₁ = 38⁰C;

p₁ = 0,125 МПа;=13;R= 308 Дж/(кг·К); к = 1,29. Максимальное давление в камере сгоранияр₃= 6,8 МПа, а температура рабочего тела в результате сгорания топлива достигла значенияТ₄= 2430 К. Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Построить цикл вpv и T s – координатах.

3.16. На вход в газотурбинный двигатель с подводом тепла при постоянном давлении подается воздух с давлениемр₁= 0,082 МПа и температуройt₁ = – 15⁰С. При сжатии в компрессоре температура воздуха повышается доt₂= 257⁰С. Максимальная температура в камере сгорания 947⁰С. Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Построить цикл вpv и T s – координатах.

3.17. На вход в газотурбинный двигатель с подводом тепла при постоянном давлении подается воздух с давлениемр₁ = 0,1 МПа и температуройt₁= 25⁰С. Каково должно быть значение степени повышения давления в компрессоре, чтобы температура продуктов сгорания не превышалаT₃1220К при=1,8? Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Показатель адиабаты при расширении продуктов сгорания принять равным 1,33. Построить цикл вpv и T s – координатах .

3.18. На входе в цилиндр одноступенчатого поршневого компрессора воздух имеет давлениер₁ = 0,092 МПа и температуруt₁ = 18⁰C.Определить теоретическую мощность, потребную для сжатия воздуха, если подача компрессора 200 м³/ч, сжатие осуществляется по политропе с показателемn =1,28 до давленияр₂ = 0,46 МПа. Какова температура воздуха в конце сжатия?

3.19.В одноступенчатом поршневом компрессоре диаметр цилиндра 220 мм, ход поршня – 120 мм, коэффициент объемной подачи= 0,675. Определить теоретическую мощность, потребную для сжатия воздуха, если частота вращения вала компрессора 960 об/м; давление в ступени повышается от 0,1МПа до 0,43 МПа; сжатие осуществляется по политропе с показателемn=1,26.

3.20. Объем всасываемого воздуха в одноступенчатом поршневом компрессоре равен 2.5 литра. Вычислить работу цикла при сжатии воздуха от 0,1 МПа до 3,8 МПа в различных процессах: адиабатном, изотермическом и политропном сn= 1,28; сделать вывод.

3.21. Двухступенчатый поршневой компрессор сжимает воздух отр_вх= 0,1 МПа дор_вых= 1,6 МПа. Подача компрессора= 72 м³/ч. Определить распределение давления между ступенями и потребную мощность для сжатия воздуха приn = 1,27.

3.22. В паросиловой установке, работающей по циклу Ренкина, перегретый пар с давлением 4,3 МПа и температурой 810⁰С адиабатно расширяется на турбине до давления 0.05 МПа. Вычислить удельную техническую работу на турбине и температуру пара в конденсаторе.

3.23. Для двухступенчатого поршневого компрессора известны:р₁ = 0,1МПа;р₂= р₃ = 0,3МПА;р₄ = 0,9 МПа; температура на входе в первую ступеньТ₁ = 288К; рабочий объем первого цилиндра 4 л, второго – 1,3 л; относительная величина вредного пространства обеих ступеней 0,05; показатель политропы сжатияn= 1,28. Приняв, что воздух между ступенями охлаждается доТ₃= 288 К, показать процессы цикла вpv и T s – координатах.

3.24. На входе в компрессор воздушной холодильной машины рабочее тело имеетt₁= –10⁰С ир₁= 0,11 МПа. В результате адиабатного сжатия температура воздуха повысилась доt₂= 45⁰C, а при отводе тепла в теплообменнике – понизилась доt₃ =30⁰C. Дальнейшее снижение температуры осуществляется при адиабатном расширении воздуха в поршневом детандере до давленияр₄= 0,11 МПа Определить температуру на выходе из детандера и холодильный коэффициент ВХМ. Изобразить цикл вT-s координатах.

3.25. Из поршневого детандера воздушной холодильной машины в теплообменник воздух поступает с температурой – 42⁰С и давлением 0,18 МПа. В изобарном процессе в теплообменнике от охлаждаемого тела к воздуху подводится 34 кДж/кг тепла. Степень повышения давления в компрессоре ВХМ_к= 3,6. Сжатие и расширение воздуха считать политропным с показателемn= 1,38. Определить холодильный коэффициент ВХМ.