Материал: Жданов-18.70

В адиабатном процессе удельная работа равна изменению внутренней

Задачи № 12 – 18

Задачи решаются при помощи hs-диаграммы водяного пара, практическая часть которой состоит из двух областей [1]. Ниже пограничной кривой сухого насыщенного пара (степень сухости х = 1) будет область влажного насыщенного пара (0 < х < 1), выше – область перегретого пара. Поэтому, когда в задаче требуется определять состояние пара, нужно показать, в какой области диаграммы находится точка данного состояния пара. В hs-диаграмме в области влажного пара соответствующие изобара и изотерма совпадают, так как в этой области определенному давлению соответствует определенная температура насыщения. В области перегретого пара изотермы отклоняются от изобар вправо, асимптотически приближаясь к горизонтальной линии.

Удельная внутренняя энергия пара u = h – pv (здесь необходимо обратить внимание на соответствие размерностей всех величин).

Удельная теплота в изобарном процессе равна изменению энтальпии в этом процессе, т. е. q1-2 = h2 – h1. В изотермическом процессе q1-2 = T(s2 – s1).

Задачи № 19 – 22

Задачи составлены на процессы истечения и дросселирования газов и паров. Процесс истечения принимается без теплообмена, т. е. адиабатным, для которого в указаниях к задачам 1 – 11 приведены формулы, связывающие основ-

20

ные параметры идеального газа, и неразрывным (сплошным), когда соблюдается равенство (уравнение неразрывности):

где G – массовый расход газа или пара, кг/с; v – удельный объем газа или пара, м3/кг; f – площадь данного сечения сопла, м2;

с – скорость потока в рассматриваемом сечении, м/с.

По равенству (1.25) можно определять массовый расход или площадь данного сечения сопла.

Если адиабатное истечение газа или пара происходит при отношении давлений р2/р1 больше критического значения (р2/р1)кр, то применяют суживающееся сопло. В этом случае теоретическая скорость истечения определяется по формуле, м/с [7]:

Для водяного пара скорость истечения определяют по выражению:

где h1 и h2 – соответственно энтальпия, кДж/кг, пара в начале и в конце адиабатного процесса истечения, значения энтальпии определяются по hs-диаграмме.

Критическое отношение давлений для двухатомных газов, в том числе для воздуха (k = 1,4), равно 0,528, а для перегретого водяного пара – 0,546.

Если истечение происходят при р2/р1 < (р2/р1)кр, то применяют расширяющееся сопло Лаваля, где скорость в выходном сечении сопла достигает сверхкритических (сверхзвуковых) значений. В этом случае скорость на выходе из сопла определяется по формулам (1.26) – (1.27), а критическая скорость в минимальном сечении для двухатомных газов – по формуле:

21

или

Для перегретого пара:

где hкр – энтальпия пара в минимальном сечении сопла в конце адиабатного процесса расширения пара до критического давления ркр = 0,546р1, определяется по hs-диаграмме.

Площадь минимального сечения Лаваля может быть определена по уравнению неразрывности потока:

Величина vкр для пара может быть определена по hs-диаграмме.

Задачи № 23 и 24

При политропном сжатии работа одноступенчатого идеального компрессора определяется по выражению [5], кДж/с:

где р1 и р2 – абсолютное давление в процессах всасывания и нагнетания, кПа; V1 = Vnn – подача компрессора при условиях всасывания, м3/с.

22

Теоретическая мощность привода компрессора в m раз больше L, т. е.

Nт = m ∙ L.

Работа, отнесенная к 1 м3 всасываемого газа, кДж/м3,

где для одноступенчатого компрессора β = р2/р1 для двухступенчатого – l = lI + lII. При определении lI и lII I pпром / р1 , II p2 / pпром .

Задачи № 25 – 29

Цикл вычерчивается в pv- и Ts-диаграммах с обозначением всех переходных точек цикла. Так как в теоретических циклах поршневых двигателей внутреннего сгорания и газотурбинных установках процессы сжатия и расширения являются адиабатными, то основные параметры в точках этих процессов могут быть определены по зависимостям между начальными и конечными параметрами адиабатного процесса (см. указания к задачам 1 – 11).

В задачах 26 и 27 неизвестные значения температуры в соответствующих точках процесса определяются по формуле теплоты данного процесса. В ряде точек цикла неизвестный параметр состояния рабочего тела определяется по уравнению состояния идеального газа. Если в данной задаче определены термический КПД ηt и удельная полезная работа lо, то удельное количество подведенной теплоты в цикле q1 = l0/ηt, а отведенной – q2 = q1 – l0.

Задача № 30

Термический КПД теоретического паросилового цикла (цикла Ренкина)

где h1 – энтальпия пара в начале адиабатного процесса расширения пара в паровом двигателе. Значение h1 определяется по hs-диаграмме по заданным начальным параметрам пара [1];

23

h2 – энтальпия пара в конце адиабатного процесса расширения пара (точка 2 находится на пересечении линии расширения s1 = const с изобарой р2 заданного давления в конденсаторе);

h2 – энтальпия кипящей жидкости (конденсата) при заданном давлении в конденсаторе.

Контрольная работа 2

ОСНОВЫ ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ

2.1. Выбор варианта

Студент выбирает номера контрольных вопросов и задач из таблицы вариантов (табл. 4) по последней цифре шифра, а недостающие числовые данные к задачам – по предпоследней цифре шифра из табл. 5 для соответствующей задачи. Шифр соответствует последним двум цифрам номера зачетной книжки студента.

Т а б л и ц а 4

Таблица вариантов

2.2.Контрольные вопросы

1)Объясните физическую сущность переноса теплоты теплопроводностью. Сформулируйте основной закон теплопроводности (закон Фурье). Что называется коэффициентом теплопроводности?

2)Напишите расчетные формулы теплового потока в процессе теплопроводности через плоскую и цилиндрическую стенки.

3)Какова физическая сущность конвективного теплообмена? Назовите

24