close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

6. Теплотехника студентами заочного отделения агройнженерного факультета обучающихся по направлениям 110800 Агройнженерия и 190600 Эксплуатация транспортнотехнологических машин и комплексов разраб. И.Б. Журавец А.В. Ворохобин З. Манойлина

код для вставкиСкачать
МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РФ
ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный
университет имени императора Петра I»
Агроинженерный факультет
Кафедра тракторы и автомобили
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
для выполнения контрольной работы по дисциплине «Те-
плотехника»
студентами заочного отделения агроинженерного факультета,
обучающихся по направлениям 110800 – «Агроинженерия» и
190600 – «Эксплуатация транспортно-технологических машин
и комплексов»
Воронеж
2013
Методические указания разработаны доцентами Журавцом И.Б.,
Ворохобиным А.В., Манойлиной С.З.
Рецензент – доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой механизации животноводства и переработки сельскохозяйственной продукции ВГАУ В.В. Труфанов
Методические указания одобрены и рекомендованы к изданию
решением заседания кафедры тракторов и автомобилей (протокол № 2
от 03 октября 2013 г.) и методической комиссии агроинженерного
факультета ВГАУ (протокол №1 от 16 октября 2013 г.)
2
ОГЛАВЛЕНИЕ
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ .............. 4
ЗАДАЧА №1 «АНАЛИЗ ТЕРОМДИНАМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ»........................ 5
ЗАДАЧА №2 «ВОДЯНОЙ ПАР» ............................................................................ 8
ЗАДАЧА №3 «ТЕРМОДИНАМИКА ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ» .......................... 11
ЗАДАЧА №4 «ТЕПЛОПЕРЕДАЧА» .................................................................... 13
ЗАДАЧА №5 «ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ»............................................ 16
ЗАДАЧА №6 «ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЦИКЛА ДВС С
ТУРБОНАДДУВОМ» ............................................................................................ 18
ЗАДАЧА №7 «СУШКА» ....................................................................................... 23
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ................................................. 28
3
ОБЩИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
Выполнение контрольной работы направлено на закрепление
знаний полученных студентами при изучении теоретического курса
дисциплины «Теплотехника» с учетом его особенностей для направления 110800 – «Агроинженерия» и 190600 – «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов». Контрольная работа
включает в себя решение типовых задач по следующим основным
разделам курса:
1. Термодинамические циклы.
2. Водяной пар.
3. Термодинамика газовых потоков.
4. Теплопередача.
5. Теплообменные аппараты.
6. Циклы тепловых машин.
7. Сушка.
Студенты, обучающиеся по направлению 110800 – «Агроинженерия» решают шесть задач, кроме задачи по термодинамическому
анализу цикла ДВС с турбонаддувом (задача №6). Студенты, обучающиеся по направлению 190600 – «Эксплуатация транспортно-технологических машин и комплексов» решают шесть задач, кроме
задачи по анализу процесса сушки (задача №7).
В методических указаниях приведены условия задач, варианты
заданий и алгоритм расчета. Задания для контрольной работы выбираются по индивидуальному шифру (две последние цифры в
зачетке студента).
При выполнении контрольной работы необходимо соблюдать следующие требования:
1. Записать условия задачи.
2. Решения сопровождать краткими пояснениями.
3. Вычисления давать в развернутом виде.
4. Указывать размерности получаемых величин, пользуясь
международной системой единиц СИ.
5. Вычисления производить с точностью до трех значащих
цифр.
6. Графический материал должен быть выполнен четко и в масштабе.
7. При оформлении задания обязательно указать номер шифра.
Контрольная работа оформляется на листах белой бумаги формата А4.
4
ЗАДАЧА №1 «АНАЛИЗ ТЕРОМДИНАМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ»
Условие задачи. Для идеального цикла ДВС определить параметры характерных точек, количества подведенной и отведенной теплоты, термический к.п.д., полезную работу цикла, среднее индикаторное давление, построить на «миллиметровке» в масштабе этот цикл
в координатах PV и TS. Данные, необходимые для решения задачи,
выбрать из таблицы 1.
Таблица 1 – Варианты заданий для задачи №1
Последняя
цифра
шифра
 

Предпоследняя
цифра
шифра
t1 ,  C P1 , МПа ,
0
1
1,5
5
0
80
0,08
1
1
1,6
0
1
90
0,09
2
1
1,7
8
2
100
0,1
3
1
1,8
10
3
110
0,11
4
1,3
1,0
12
4
20
0,12
5
1,4
1,0
14
5
30
0,085
6
1,5
1,0
16
6
40
0,095
7
1,1
1,3
15
7
50
0,105
8
1.2
1,4
13
8
60
0,115
9
1,25
1.5
12,5
9
80
0,075
Принятые обозначения:  - степень предварительного расширения;


- степень сжатия; t1 , C - температура в начале процесса сжатия; P1 , МПа - давление в начале
процесса сжатия.
 - степень повышения давления;
Указания. Расчет провести без учета зависимости теплоемкости
от температуры, рабочее тело – воздух, расчет провести для 1 кг, С р =1
кДж/кг град.
5
Алгоритм решения задачи №1.
1. Определяем параметры характерных точек цикла.
- для точки 1 имеем:  1 
RT1
, м3/кг;
P1
- для точки 2 имеем:
1 3
, м / кг; Р2  Р1    , МПа; Т 1  Т 2    1 , К ;

- для точки 3 имеем:  3   2 ; 3    2 МПа; Т 3    Т 2 , К ;
2 
- для точки 4 имеем:  4    3 ; 4  3 , МПа; Т 4  Т 3   , К ;
- для точки 5 имеем:
 5   1 ; 5  1     k , МПа; Т 5  Т1     k , К
2. Определяем параметры промежуточных точек для облегчения построения диаграммы цикла. Для этого необходимо выбрать значения промежуточных объемов:
 а , м3/кг;  b , м3/кг;  c , м3 /кг.
3. Давления соответствующие выбранным объемам определяются по следующим зависимостям:


а1  1   1  , МПа;
 а 
а 2  5   1  , МПа;
 а 



b1  1   1  , МПа;
 b 

b 2  5   1  , МПа;
 b 


с1  1   1  , МПа;
с 2  5   1  , МПа.
 с 
 с 
4. Определяем основные параметры цикла.
- количество теплоты подведенной в процессе
q1  CV (T3  T2 )  C p (T4  T3 ) , кДж/кг.
- количество теплоты, отведенное в процессе
q2  CV (T5  T1 ) , кДж/кг.
- полезная работа цикла
lc  q1  q2 , кДж/кг.
- термический к.п.д. цикла
t 
lc
.
q1
- среднее индикаторное давление
6
i 
lc
, МПа.
 1  2
5. Проводим проверку правильности определения основных
параметров цикла.
- термический к.п.д. цикла можно определить по следующей
формуле:
1
 k  1
 t  1   1 
.
(  1)  k (   1)

- определяем изменение энтропии в процессах цикла:
T
P
S1  c p ln 1  0,287 ln 1 , кДж /( кг  К );
273
0,101
S12  0;
S 23  c ln   1 /   ln  , кДж /(кг  К );
S34  C p ln  ;
S 45  0;
S51  c ln T1 / T5  1 /   ln(T1 / T5 ), кДж /(кг  К );
- решение выполнено правильно если  S  0 .
6. По результатам расчета строим диаграммы цикла соответственно в координатах рV и ТS. Примерный вид этих диаграмм
приведен на рис. 1.
Рисунок 1 – Идеальный цикл ДВС в координатах рV (а) и ТS (б).
В выводах по результатам решения задачи следует кратко указать, какие факторы оказывают влияние и как повысить термический
к.п.д. цикла.
7
ЗАДАЧА №2 «ВОДЯНОЙ ПАР»
Условие
задачи. Водяной пар с начальным давлением
P1 =10МПа и степенью сухости X 1 =0,9 поступает в пароперегреватель,
где его температура повышается на t ; после перегревателя пар изоэнтропно расширяется в турбине до давления P2 . Определить (по
is-диаграмме) количество тепла (на 1 кг пара), подведенное в пароперегревателе, работу цикла Ренкина и степень сухости пара X 2 в конце
расширения, Определить также термический к.п.д. цикла и удельный
расход пара. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из
таблицы 2.
Таблица 2 – Варианты заданий для задачи №2
Последняя цифра
шифра
0
200
Предпоследняя
цифра шифра
0
1
210
1
4,0
2
220
2
4.5
3
230
3
3,5
4
240
4
4,5
5
250
5
4,0
6
260
6
4,5
7
270
7
3,5
8
280
8
4,0
9
290
9
3,5
t ,  C
8
P2 , кПа
3,5
Алгоритм решения задачи №2.
1. По is-диаграмме (рис. 2) определяем параметры пара в
характерных точках:
- энтальпия влажного пара до пароперегревателя
- температура насыщения влажного пара t н , °С;
- температура перегрева пара t1  t н  t , °С;
i1/ кДж/кг;
- энтальпия перегретого пара i1 кДж/кг;
- количество теплоты подведённой к пару в пароперегревателе
q p  i1  i1/ , кДж/кг.
- энтальпия отработанного пара, после выхода его из турбины
кДж/кг;
- степень сухости пара X 2 ;
- работа цикла Ренкина
l0  i1  i2 , кДж/кг.
/
- энтальпия конденсата i 2 кДж/кг.
2. Определяем термический к.п.д. цикла

9
i1  i2
i1  i2/ .
i2
3. Определяем удельный расход пара
d0 
3600
l0 , кг/(кВт·ч).
Рисунок 2 – is-диаграмма.
В выводах по результатам решения задачи следует пояснить,
каковы пути повышения к.п.д. цикла Ренкина?
10
ЗАДАЧА №3 «ТЕРМОДИНАМИКА ГАЗОВЫХ ПОТОКОВ»
Условие задачи. Газ с начальными постоянными давлением P1 и
температурой t1 вытекает в среду с давлением P2 через суживающееся
сопло (рис. 3), площадь поперечного сечения которого f. Определить
теоретическую скорость адиабатного истечения газа и секундный
расход. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 3.
Рисунок 3 – Суживающееся сопло.
Таблица 3 – Варианты заданий для задачи №3
Последняя
Род
P1 ,
t1 , Предпоследняя
P2 ,
f,
цифра шифра
газа
МПа
°С
цифра шифр
МПа
мм2
0
Не
10
50
0
4,0
10
1
Не
12
50
1
3,5
12
2
Н2
14
40
2
4,5
14
3
H2
9
30
3
5,0
16
4
N2
8
20
4
3,5
8
5
N2
7
10
5
4,8
9
6
O2
6
0
6
4,0
7
7
O2
25
60
7
2,5
6
8
CO2
11
45
8
3,0
4
9
CO2
15
70
9
1,0
3
11
Алгоритм решения задачи №3.
1. Определим критическое отношение давления
 кр 
Ркр
 2 


Р1  к  1 
к
к 1
.
Показатель адиабаты к для различных газов выбирают из таблицы 4.
Таблица 4 – Значение показателя адиабаты газов.
Газы
Показатель адиабаты к
N2
1,40
H2
1,41
O2
1,40
He
1,67
CO
1,40
CO2
1,29
P2
2. Если P >  кр (дозвуковой режим), то теоретическую ско1
рость адиабатного истечения газа определяется по следующей
зависимости
k 1


k


P
k
С  2
 P1V1 1   2   , м/с,
  P1  
k 1


RT1 K 
V

при этом 1 P Па (R=8314 Дж/кмоль·К),
1
а секундный расход газа равен
2
k 1


k P1  P2  k  P2  k 
2
    
G f м  2
k  1 V1  P1 
P1   , кг/с.



P2
3. Если P <  кр (звуковой режим), то теоретическую скорость
1
 
адиабатного истечения газа определяется по следующей зависимости
k
С  Скр  2 
 P1V1 , м/с,
k 1
а секундный расход газа равен
 
G  f м2  2
k  2 


k  1  k  1
2
k 1
P1
, кг/с.
V1
В выводах по результатам решения задачи следует пояснить,
повлияет ли на расход воздуха увеличение площади выходного сечения сопла?
12
ЗАДАЧА №4 «ТЕПЛОПЕРЕДАЧА»
Условие задачи. По горизонтально расположенной стальной
трубе [  = 20 Вт/(м·К)] со скоростью  течет вода, имеющая температуру t в . Снаружи труба охлаждается окружающим воздухом, температура которого t возд , а давление 0,1МПа. Определить коэффициенты теплоотдачи  1 и  2 соответственно от воды к стенке трубы и
от стенки трубы к воздуху, а также коэффициент теплопередачи К,
если внутренний диаметр трубы равен d1 , а внешний d 2 . Данные для
решения задачи, выбрать из таблицы 5.
Таблица 5 – Варианты заданий для задачи №4
d2
tв , С
0
120
2,5
0
18
190
210
1
130
3,6
1
16
180
200
2
140
2,7
2
14
170
190
3
150
3,8
3
12
160
180
4
160
1,9
4
10
150
170
5
170
2,1
5
8
140
160
6
180
2,3
6
6
130
150
7
200
4,2
7
4
120
140
8
210
4,3
8
2
110
130
9
220
4,4
9
0
100
120

Предпоследняя
 , м/с
цифра шифра
d1
Последняя
цифра шифра

t возд , С
мм
Указания. При определении  2 принять температуру наружной
поверхности трубы t 2 равной температуре воды.
Алгоритм решения задачи №4.
1. Уравнение теплоотдачи при движении жидкости в трубе
при турбулентном режиме определяется следующим образом:
Nu B  0,023  Re 0B,8  PrB0 , 4 .
13
2. Число Рейнольдса
Re B 
  d1
B .
Необходимые справочные данные берутся из табл. 6 для соот
ветствующей t в , С .
Таблица 6 – Теплофизические свойства воды на линии насыщения
Темп.
t в , С
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
Коэфф.
теплопроводности
 B , Вт/м К
Кинематическая
вязкость  B ,
2
Критерий
Прандтля PrB
м /с
68,6 *10-2
68,6*10-2
68,5*10-2
68,4*10-2
68,3*10-2
67,9*10-2
67,4*10-2
67,0*10-2
66,3*10-2
65,5*10-2
64,5*10-2
0,251*10-6
0,233*10-6
0,217*10-6
0,203*10-6
0,191*10-6
0,182*10-6
0,173*10-6
0,165*10-6
0,158*10-6
0,153*10-6
0,148*10-6
1,47
1,36
1,26
1,17
1,10
1,05
1,00
0,96
0,93
0,91
0,89
3. Критерий Нуссельта через коэффициент теплоотдачи
можно определить по следующей зависимости:
Nu B 
1  d1
Nu B  B


1
B , отсюда
d1 .
4. Уравнение теплообмена на границе стенка трубы – воздух
имеет следующий вид:
n
Nu B  С Gr  Pr  ,
t B  t воз
1
g    t  d 23


Gr

t


t

t

t
где
,
.
B
воз ;
273  t m ; m
 m2
2
Необходимые справочные данные берутся из табл. 7 для
t воз  t m .
14
Таблица 7 – Физические параметры сухого воздуха при давлении 760
мм. рт. ст. (0,1МПа)
tв, oC
в , Вт/м оС
 в , м /с
Prв
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
200
2,44 * 10-2
2,51 * 10-2
2,59 * 10-2
2,67 * 10-2
2,76 * 10-2
2,83 * 10-2
2,90 * 10-2
2,96 * 10-2
3,05 * 10-2
3,13 * 10-2
3,21 * 10-2
3,94 * 10-2
13,28 * 10-6
14,16 * 10-6
15,06 * 10-6
16,00 * 10-6
16,96 * 10-6
17,95 * 10-6
18,97 * 10-6
20,02 * 10-6
21,09 * 10-6
22,11 * 10-6
23,13 * 10-6
34,85 * 10-6
0,707
0,705
0,703
0,701
0,699
0,698
0,696
0,694
0,692
0,690
0,688
0,680
2
В зависимости от полученного произведения Gr  Pr  значения
коэффициентов С и n выбираются из следующей таблицы:
(Grвоз Prвоз)m
C
n
500…2·107
0,54
0,25
2·107…1013
0,135
0,333
5. Коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воздуху определяется так:
2 
Nu m  m
.
d2
6. Линейный коэффициент теплопередачи определяется из
следующего выражения:
1
k
d
1
1
1 .

ln 2 
 1d1 2 d1  2 d 2
В выводах по результатам решения задачи следует пояснить, что
собой представляет процесс теплопередачи?
15
ЗАДАЧА №5 «ТЕПЛООБМЕННЫЕ АППАРАТЫ»
Условие задачи. Определить поверхность нагрева рекуперативного газовоздушного теплообменника при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если объемный расход
нагреваемого воздуха при нормальных условиях V н средний коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к воздуху К, начальные
и конечные температуры продуктов сгорания и воздуха соответст/
//
/
//
венно равны t1 , t1 , t 2 , t 2 . Данные для решения задачи, выбрать из
таблицы 8.
Таблица 8 – Варианты заданий для задачи №5
Последняя
цифра
шифра
м3/ч
0
1000
18
0
600
1
2000
19
1
2
3000
20
3
4000
4
Vн ,
К,
Предпоследняя
2
Вт/ (м К) цифра шрифта
t1/ ,

t1// ,

400
20
300
625
425
15
325
2
650
450
25
350
21
3
675
475
30
375
5000
22
4
700
500
10
400
5
6000
23
5
725
525
12
425
6
7000
24
6
750
550
18
450
7
8000
25
7
775
575
28
475
8
9000
26
8
800
600
32
500
9
10000
27
9
575
375
8
275
С

t 2// ,
С
С

t 2/ ,
С
Начертить графики изменения температур теплоносителей для
обоих случаев.
Алгоритм решения задачи №5.
1. Определяем величину теплового потока
V
Q  C p H  H t 2//  t 2/ .
3600

16

Значения теплоемкости C p и плотности  H воздуха выбирается
из справочных таблиц для нормальных условий. В нашем случае
3
C p =1,005 кДж/кг·К;  H =1,293 г/см .
2. Находим средний температурный напор при прямоточной
схеме
tmax t1/  t2/

tmin t1//  t2//
tmax
если t
>1,7,
min
tmax
 1,7 ,
если t
min
то
то
t ср 
t max  t min
t
,
ln max
t min
t1/  t1// t 2/  t 2//
tср 

.
2
2
3. Поверхность теплообмена определяется так
F
Q
kt ср .
Графики изменения температур теплоносителей показаны на рис. 4.
Рисунок 4 – Графики изменения температур теплоносителей при
прямоточной (а) и противоточной (б) схемах.
17
В выводах по результатам решения задачи следует пояснить,
при какой схеме движения теплоносителя (прямоточной или противоточной) поверхность нагрева рекуперативного газовоздушного теплообменника будет меньше?
ЗАДАЧА №6 «ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ЦИКЛА ДВС
С ТУРБОНАДДУВОМ»
Условие задачи. Провести расчет цикла ДВС с турбонаддувом.
Определить параметры характерных точек, количества подведенной и
отведенной теплоты, термический к.п.д., полезную работу цикла,
среднее индикаторное давление, построить на «миллиметровке» в
масштабе этот цикл в координатах PV и TS. Данные, необходимые для
решения задачи, выбрать из таблицы 9.
Таблица 9 – Варианты заданий для задачи №6
Последняя
цифра
шифра
 

Предпоследняя
цифра
шифра
0
1,35
1,5
14
0
30
0,8
1,1
1
1,2
1,6
15
1
40
0,9
1,2
2
1,3
1,7
16
2
50
1,0
1,3
3
1,5
1,8
13
3
60
1,1
1,25
4
1,3
1,1
12
4
20
1,2
1,35
5
1,4
1,15
14
5
30
0,95
1,4
6
1,5
1,25
14
6
40
0,85
1,5
7
1,1
1,3
15
7
50
1,05
1,6
8
1,2
1,4
13
8
60
1,15
1,7
9
1,25
1,5
14,5
9
80
0,75
1,2
При расчетах принять:
n1 ~ 1  2 ; n  1,35
1
n2 ~ 4  5 ; n2  1,3
18
t8 , C
P8 , бар ,

R  287
Дж
кгК
n3 ~ 8  1 ; n3  2 ,2
k
CP
 1,4
C
n4 ~ 6  7 ; n4  1,5
Цикл ДВС с турбонаддувом (рис. 5) состоит из двух циклов: 1-2-3-4-5-1 –
адаптированный к реальным условиям цикл ДВС Тринклера-Саботэ и 1-6-7-8-1
– цикл ГТУ турбонаддува.
Рисунок 5 – Цикл ДВС с турбонаддувом.
Алгоритм решения задачи №6.
1. Определяем параметры цикла в характерных точках:
- точка 8 соответствует началу сжатия в компрессоре. Давление и
температура зависят от конструктивных особенностей двигателя и
нагрузки на него. Они могут быть измерены и заданы.  1 определяется по условию состояния.
8 
R( t в  273 )
;
P8
- точка 1 – начало всасывания (нагнетания) в цилиндр двигателя.
В процессе 8–1 сжатия в компрессоре наддувочного воздуха к нему
19
подводится теплота q8 1 от нагретых деталей турбокомпрессора и с
конвекцией и излучением от двигателя. Поэтому показатель политропы 8–1 существенно выше показателя адиабаты. В расчетных формулах использованы соотношения политропного процесса и уравнения состояния.
n3 1

n k
P1  P8 ; T1  T8 n3 ; 1  81 ; q81  C 3
(T1  T8 ) .
n

1
1
 n3
теплота q8–1 в реальных условиях всегда положительна, т.е.
q8–1>0!
- точка 2 – окончание сжатия в цилиндре двигателя. Теплота отводится в стенки цилиндра при сжатии, т.е. q1–2<0.
P2  P1   n1 ; T2  T1   n1 1 ;  2 
n k
1
q1 2  C 1
( T2  T1 )
.
n1  1
 ;
В классическом цикле ДВС Тринклера-Саботэ процессы 1–2 и
4–5 адиабатны, поэтому там q1-2=0 и q4-5=0.
- точка 3 – процесс 2-3 – подвода теплоты при сгорании первой
части топлива при υ=const:
P3    P2 ; T3    T2 ;  3   2 ; q23  C ( T3  T2 ) .
- точка 4 – окончание подвода теплоты, 3-4 – изобарное сгорание
второй части топлива, предварительное расширение
P4  P3 ; T4  T3 ;  4   3 ; q34  C P ( T4  T3 ) ; q 34  q1// .
- точка 5 – окончание расширения рабочего тела в цилиндре
n2 1
n2
 
 
 5  1 P5  P4  4  ; T5  T4  4  .
 5 
 5 
;
За счет догорания топлива на линии расширения 4-5 подводится
теплота q4-5:
n k
q4 5  C 2
T5  T4 
n2  1
- в точке 6 теплота выпуска q2  q51  q16 переходит в подводимую теплоту в газовой турбине q16  q51  C P T6  T1  , отсюда
q 
RT6
T6  51  T1 ; P6  P1 ;  6 
.
CP
P6 Па
- точка 7 – расширение газов в турбине происходит по политропе
с n4  k , что указывает на отвод теплоты q6 7 , т.е. q6 7  0 .
20
1
P7  P8 ; T7  T6 

n4 1
n4
; 7 
n4  k
RT7
; q6 7  C n  1 T7  T6  ;
P7 Па 
4
q7 8  C P T8  T7  ;
- точка 9 является гипотетической точкой, которая соответствует
состоянию рабочего тела, если цикл ДВС продолжался далее точки 5.
Рассчитывается как контрольная точка, для которой υ9 должен быть
обязательно меньше υ1.
 P9

T

T
5
P 9= Р 1; 9
 P5



n2 1
n2
; 9 
RT9
P9
- точка 10:
P10  P8 ;
1
T10  T9 

Проверка:
n4  1
n4
; ;  10   8
T10
;
T8
T6 T9

. Проверка должна быть выдержана до расT7 T10
хождения всего в 4-м порядке.
2. Определяем промежуточные точки для построения политроп:
м3
м3
 a   a1   a 2  0 ,2
b   b1   b 2  0 ,4
кг
кг
3
C  C 1  C 2  0 ,6
м
кг

Pa 2  P5  1
2

Pb 2  P5  1
  b2
n1
n1
 
 
Pa1  P1  1 
Pa 1  P1  1 
  a1  ;
 a1  ;
n2

 

Pb1  P1  1 
 ;
  b1 
n2
n
n1
n
1

 1 
 1 
 PC 1  P1 
 PC 2  P5 



 ;
 C1  ;
 C2  ;
2
q 51 - теплота, отводимая при выпуске (выхлопе) и подводимая к
лопаткам газовой турбины наддува:
q 5 1  C  T1  T5  .
21
3. Проводим термический анализ цикла ДВС 1-2-3-4-5
- сумма подведённых теплот в цикле 1-2-3-4-5:
q1  qподв  q 23  q34  q4 5
;
- сумма отведённых теплот в этом цикле:
q 2  qотв  q1 2  q51
- КПД цикла ДВС
q2
t цикл
1  с «классическим» циклом
4. Сравним по КПД данный
q1
Тринклера:

Тринклера
t
 1
1
 k 1
 k  1

;
  1  k   1
работа цикла ДВС: l0  q1  q 2 ;
среднее
индикаторное
давление
цикла:
Pi 
l0
 1   2 
;
 t   tТринклера   t .
Расчет КПД обоих циклов показывает, что «классический» т.е.
цикл Тринклера на несколько процентов экономичнее. Но цикл ДВС с
наддувом уплотняет воздушный заряд и позволяет сжигать большее
количество топлива за один цикл и иметь существенно большую
мощность в следующем соотношении: эффективность наддува:
 нд 
N наддув
N безнаддува

N ДВС
N Тринклера

  293
, т.е. форсирование возможно на сущеТ8
ственную величину.
5. Проводим термический анализ цикла турбонаддува 1-6-7-8
/
/
- сумма подведённых теплот в цикле: q1  q подв  q 8 1  q16 ;
/
/
- суммарная отводимая теплота: q 2  qотв  q6 7  q7 8 ;
- работа цикла ГТУ:
- к.п.д. цикла
l/
/
  0
t
q/
1
l/  q/ q/ ;
0
1
2
.
Суммарный КПД является условной величиной, показывающей
степень преобразования теплоты в механическую работу в комплексе.
Условность проявляется в том, что работа ГТУ на всех двигателях
идет только на наддув:  tДВС   tГТУ ; для сравнения КПД цикла Брай22
Брайтона

 1
t
тона:
1
k 1
k

6. Расчет цикла ДВС с наддувом в T-S координатах
Энтропия в точке 8:
S 8  C P ln
T8
P
 R ln 8 ,
273
Pн
где R – газовая постоянная R  Pн  101325 Па ;
n  k T1
n  k T2
S81  C 3
ln ; S 1  S 8  S 8 1 ; S12  C 1
ln
n3  1 T8
n1  1 T1 ;
n1  k Tb1
ln
S  S 2  C ln  ;
S 2  S 1  S 1 2 ; Sb 1  S1  C
n1  1 T1 ; 3
n 1
n  k Tb 2
5 
ln
S 4  S 3  C P ln  ; Tb 2  T5   ; S b 2  S 4  C 2
n

1
T4 ;

2
 6
2
S 5  S 4  C
T6
n2  k T5
ln ; S6  S1  C P ln ;
T1
n 2  1 T4
T
n4  k T7
T
ln ; S 9  S 1  C P ln 9 ; S 10  S 8  C P ln 10 .
n4  1 T6
T1
T8
В выводах по результатам решения задачи следует пояснить,
какое же влияние оказывает турбонаддув на технико-экономические
показатели ДВС?
ЗАДАЧА №7 «СУШКА»
S7  S 6  C
Условие задачи. Рассчитать теоретический процесс сушки
продовольственного зерна пшеницы в конвективной зерносушилке
шахтного типа с топкой на жидком топливе. Производительность
зерносушилки (G) , вид и рабочий элементарный состав топлива, параметры наружного воздуха температура сушильного агента перед
сушильной камерой и относительная влажность отработавшего агента
сушки принимаются по предпоследней и последней цифрам шифра
студента (табл. 10, 11).
Определить: высшую теплоту сгорания топлива, теоретически
необходимое количество воздуха, коэффициент избытка воздуха, начальное влагосодержание сушильного агента, массу зерна на выходе
из сушильной камеры, массу испаренной влаги, расход сушильного
агента, расход тепла и часовой расход топлива.
Влагосодержание и энтальпию наружного воздуха найти по
id-диаграмме влажного воздуха.
23
Для расчета принять: к.п.д. топки  т =0,9; теплоемкость топлива 2,1 кДж/(кг К); начальная температура топлива tT = t0; энтальпия
водяного пара, содержащегося в сушильном агенте in = 2500 + 1,84·tt
кДж/кг; теплоемкость сушильного агента Сс.а = 1 кДж/(кг К). Влагосодержание и энтальпию наружного воздуха найти по id-диаграмме
влажного воздуха. Представить процесс нагрева воздуха и сушки в
id-координатах топлива.
Примечания:
1. При подсчете расхода топлива учесть коэффициент неполноты
сгорания топлива  сг = 0,95.
2. Принять влажность и температуру зерна
о
перед сушкой: W = 20%,
 1 = 0 C;
после сушки: W = 15%,
 2 = 50°С.
Таблица 10.
Последняя
цифра
шифра
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Топливо
печное быт.
печное быт.
печное быт.
тр. керосин
тр. керосин
тр. керосин
мазут
мазут
мазут
мазут
Состав топлива
H р,
O р,
С р, %
S р, %
%
%
84
14,5 1
0,5
85
14
0,8
0,2
86
13
0,7
0,3
83
16,5 0,2
0,3
83,5 16
0,2
0,3
84
15,5 0,2
0,3
86
13,5 0,4
0,1
86,5 13
0,4
0,1
87
12,5 0,4
0,1
87,5 12
0,4
0,1
Таблица 11.
Последняя
цифра шифра
t1, °С
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
100
105
110
115
120
125
130
135
140
145
GT
т/ч
t0,
оС
 0, %
0,2
0,25
0,3
0,35
0,4
0,45
0,5
0,55
0,6
0,65
22
20
17
IS
14
12
10
9
7
5
80
75
85
80
75
85
80
75
80
75

70
65
60
55
50
70
65
60
55
50
24
%
Алгоритм решения задачи №7.
1. Определим высшую теплоту сгорания в кДж/кг топлива по
следующей формуле:
QВр  339  C p  1256  H p  109  (O p  S p )
2. Теоретическое количество сухого воздуха, необходимое для
сгорания 1 кг топлива определим следующим образом:
L0  0,115  C p  0,345  H p  0,043  (O p  S p )
3. Коэффициент избытка воздуха определяем по формуле:
9H p  W p
9H p  W p
p
Q В   Т  CТ  t Т 
 i п  (1 
)  C са  t са
100
100

d i
L0  ( 0 п  i0  С са  t са )
1000
где
i п  2500  1,84  t1
Влагосодержание d 0 и энтальпию i0 наружного воздуха находим
по id-диаграмме (см. рис. 6 и рис. 7).
4. Начальное влагосодержание газовоздушной смеси, являющейся сушильным агентом, определяется по формуле:
  L0  d 0  10  (9 H p  W p )
d1 
9H p  W p  A p
  L0  1 
100
По id-диаграмме определяем энтальпию агента сушки при входе
в сушильную камеру i1 , а также влагосодержание сушильного агента
после выхода из сушильной камеры d 2 .
25
Рисунок 6 – Иллюстрация поиска характерных точек по
id-диаграмме.
5. Определяем массу зерна на выходе из сушилки:
G 2  G1 
100  W1
100  W2
6. Определяем массу влаги испарившейся в сушильной камере:
W 
G1W1  G 2W2
100
7. Расход агента сушки
L
1000W
d 2  d1
8. Часовой расход теплоты
Q  L  (i1  i0 )
26
9. Часовой расход топлива
GТ 
Q
Q  сг
р
В
Рисунок 7 – id-диаграмма влажного воздуха.
27
СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
Основная:
1. Шатров М.Г. Теплотехника/ М.Г. Шатров, И.Е. Иванов, С.А.
Пришвин и [др.]; под ред. М.Г. Шатрова. – М: Издательский центр
«Академия», 2011. – 288 с.
2. Апальков А.Ф. Теплотехника/ А.Ф. Апальков. – Ростов н/Д:
Феникс, 2008. – 187 с.
3. Ерофеев В.Л. Теплотехника/ В.Л. Ерофеев, П.Д. Семенов, А.С.
Пряхин. – М.: Академкнига, 2008. – 488 с.
Дополнительная:
1. Круглов В.И. Теплотехника/ Г.А. Круглов, Р.И. Булгакова, Е.С.
Круглова. – СПб.: Лань, 2010. – 208 с.
2. Луканин В.Н. Теплотехника/ В.Н. Луканин и [др.]; под ред.
В.Н. Луканина. – М.: Высшая школа, 2002. – 671 с.
3. Баскаков А.П. Теплотехника/ А.П. Баскаков и [др.]; под ред.
А.П. Баскакова. – М.: Энергоатомиздат, 1991. – 224 с.
4. Драганов Б.Х. Теплотехника и применение теплоты в сельском
хозяйстве/ Б.Х. Драганов, А.В. Кузнецов, С.П. Рудобашта; под ред.
Б.Х. Драганова. – М.: Агропромиздат, 1990. – 463 с.
28
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа