Ответы на билеты по теплотехнике

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Cкр n кр p0 v0 n pv кр

Для адиабатного процесса: Cкр k pv кр a* , где a* - скорость звука. Для идеального газа: Cкр k RT кр .

1.Найти линейную скорость, массовую скорость и массовый расход, при известной геометрии аппарата.

2.Найти геометрию аппарата, при известном массовом расходе. Решаем вторую задачу.

pср

p0

Сравнивая величину с кр , получим три варианта:

1.Докритический режим, кр .

2.Критический режим: кр .

3.Закритический режим: кр .

Нужно найти площади сечений: f1 , f min , f 2 .

Уравнение неразрывности: f UQ GC . Подставляя в это уравнение массовые

скорости, можно найти площади сечений, но для каждого случая нужно знать величину , то есть нужно с помощью уравнений процессов ( pvn idem и

pvk idem ) найти давления p0 , pкр , p2 . Зная площади сечений можно найти характеристические размеры сечений.

31

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

C0 2 0,2

Для адиабатного процесса q 0 потенциальная работа находится по формуле: 0,2 h0 h2 , тогда линейная скорость C 2 h0 h2 .

Вопрос № 26 Особенности истечения из каналов переменного сечения.

Cv2 dp dCC (б) n k vdppdv

ление будет падать dp 0 , а скорость возрастать dC 0 . Такой аппарат назы-

скорость возрастать dC 0 . Такой аппарат называется соплом.

32

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Вопрос №27.

Дросселирование.

Дросселирование – процесс движения паров, жидкостей и газов через внезапное сужение(местное сопротивление).

Для быстро протекающего процесса можно теплотой внешнего теплообме-

h idem , то есть процесс изоэнтальпийный, но он реальный, то есть протекает с

33

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Вопрос №28

Процесс парообразования. Определение параметров влажного или насы-

vсыщения - tS . В точке c - появляется сухой на-

G G

сухого пара. Влажность: 1 x .

Насыщенный пар.

Давление насыщения: pS . Температура насыщения: tS .

Теплота фазового перехода: r , при этом теплота фазового перехода зависит от давления, то есть - уравнение фазовых переходов.

Определение параметров насыщенного пара.

Диаграмма h S для водяного пара:

34

a - степень перегрева.

С помощью графика можно найти pS , tS , tm , v , S , и h . С помощью этих данных можно вычислить энергию по формуле: U h pv .

Вопрос № 29

Циклы газотурбинных установок (ГТУ)

Газотурбинной установкой принято называть такой двигатель, где в качестве рабочего тела используется неконденсирующийся газ (воздух, продукты сгорания топлива), а в качестве тягового двигателя применяется газовая турбина. В отличие от поршневых ДВС, где процессы сжатия, подвода теплоты и расширения осуществляются в одном и том же цилиндре, в газотурбинных установках эти процессы происходят в различных элементах установки, в которые последовательно попадает поток рабочего тела.

Рис. 48. Принципиальная схема газотурбинной установки

Газотурбинная установка простейшей схемы работает следующим образом: наружный воздух поступает на вход компрессора (1), где сжимается по адиабате (1–2) до давления р2 (рис. 48, 49). После сжатия в компрессоре воздух поступает в камеру сгорания (2), куда одновременно подается

35

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

жидкое или газообразное топливо и происходит процесс сгорания

при p idem (2–3). Образующиеся при сжигании топлива продукты сгорания поступают в газовую турбину (3), где расширяются по адиабате (3–4) практически до атмосферного давления р1. Отработавшие продукты сгорания выбра-

Рис. 49. Цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении в координатах p-v (а) и T-s (б)

В газотурбинных установках подвод теплоты к рабочему телу может осуществляться при постоянном давлении (цикл Брайтона) или при постоянном объеме (цикл Гемфри). Коэффициент полезного действия термодинамического цикла ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Брайтона) определяется соотношением

Для газотурбинных установок вводят параметр, характеризующий степень повышения давления рабочего тела в компрессоре С = р2/р1. Выразим отношение температур в выражении (1) через соотношение давлений сжатия для компрессора С, используя уравнения адиабаты для идеального газа, в виде следующей системы уравнений:

Поскольку р3 = р2, а р4 = р1, то T4/T1 =T3/T2. С учетом этого равенства и системы уравнений (2), выражение для определения термического КПД цикла Брайтона примет вид

36

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

C k

Из соотношения (3) следует, что КПД цикла Брайтона повышается с увеличением значения степени повышения давления рабочего тела в компрессоре С.

V

Вопрос № 30

Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания

Поршневыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС) называются двигатели, в которых топливо сжигается в цилиндрах, где возвратно-поступательно двигается поршень.

Несмотря на то, что цикл Карно имеет наивысший КПД, в реальных машинах он не реализуется. Дело в том, что цикл Карно, будучи сильно растянутым в координатах р–v, связан с весьма большими значениями удельного объема и давления.

Рис. 43. Цикл Карно в координатах p-v

Отношение объема цилиндра к объему камеры сгорания Vc / Va = vc/va (эта величина в поршневых ДВС называется степенью сжатия), работающего по циклу Карно, достигает 400, а давление в

точке (а) – p = 280 – 300 МПа.

Термодинамических циклы ДВС: цикл с подводом теплоты при постоянном объеме (цикл Отто),состоящий из двух изохор и двух адиабат (a1-b-c1-d-a1) и цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Дизеля), состоя-

37

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

щий из изобары a2–b, изохоры с1–d и двух адиабат b–c1 и d–a2 (a2-b-c1-d- a2). Полученные циклы имеют КПД меньше, чем КПД цикла Карно

Рис. 45. Цикл Отто в координатах p-v (а) и T-s (б)

Процесс (1–2) в цикле Отто характеризует адиабатное сжатие рабочего тела, процесс (2–3) - изохорный подвод теплоты q1, процесс (3–4) - адиабатное расширение и процесс (4–1) - изохорный отвод теплоты q2.

Полезная работа в цикле равна разности подведенной и отведенной теплоты lц q1 q2 и численно равна площади (1-2-3-4-1). Степень сжатия цикла весьма сильно влияет на КПД цикла. Чем выше степень сжатия, тем выше КПД цикла. Термический КПД цикла

t 1 qq2 .

1

Это значит, что КПД цикла Отто растет с увеличением степени сжатия.

Цикл Дизеля состоит из процесса адиабатного сжатия (1–2), изобарного подвода теплоты (2–3), адиабатного расширения (3–4) и изохорного отвода теплоты (4–1) (рис. 46). Степень сжатия в двигателях, работающих по циклу Дизеля, составляет = 14 – 18.

38

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Рис. 46. Циклы Отто и Дизеля в координатах p-v (а) и T-s (б)

Сравним между собой циклы Отто и Дизеля при одинаковых параметрах точек (1) и (4) с помощью диаграммы Т–s (рис. 46). Если в этих циклах будет одинаковая степень сжатия ε и одинаковое количество отводимой теплоты q2 , то КПД цикла Отто будет выше КПД цикла Дизеля.

КПД цикла Дизеля, в условиях одинакового максимально возможного давления, больше, чем КПД цикла Отто.

Подачу топлива можно осуществлять так, что одна его часть будет сгорать при постоянном объеме, а другая – при постоянном давлении. Такой цикл называется циклом смешанного сгорания топлива или циклом Тринклера .Цикл со смешенным подводом теплоты занимает по эффективности промежуточное положение между циклами Отто и Дизеля как в условиях сравнения при одинаковой степени сжатия ε, так и при сравнении по условию одинакового максимального давления в цилиндре двигателя.

Рис. 47. Цикл смешанного сгорания в координатах p-v (а) и T-s (б)

39

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Выведем уравнение для определения термического КПД смешанного цикла. Количество подводимой теплоты на изохоре (2–3) равно q1 cvm T3 T2 , а в

Из уравнения видно, что КПД цикла со смешанным подводом теплоты растет с увеличением ε и λ и с уменьшением ρ. Если ρ = 1, то цикл со смешанным подводом теплоты превращается в цикл Отто, термический КПД которого находится из соотношения

t 1 k1 1 .

Если λ = 1, то смешанный цикл превращается в цикл Дизеля, термический КПД которого находится из выражения

Вопрос №31

Теплопередача.

Основы теории теплообмена.

Теплопередача – наука, занимающаяся изучением теплообмена между телами и распределением температуры в телах.

Основные формы передачи теплоты:

1.Теплопроводность.

2.Конвективный теплообмен.

3.Лучистый теплообмен.

Теплопроводность представляет собой процесс передачи теплоты путем непосредственного соприкосновения тел или отдельных частей тела, имеющих различную температуру. При этом процесс теплообмена происходит за счет передачи энергии микродвижения одних частиц другим.

Вчистом виде теплопроводность наблюдается в твердых телах, а также

внеподвижных газах и жидкостях в том случае, когда в них отсутствует конвекция.

Тепловой поток Q , Q Вт Дж .

сек

40