met70-2012
.pdfP2 – определяется из уравнения состояния.
Конечные параметры газа, в частности (υ2 ), в задаче № 4 можно определить по
уравнениям адиабатного процесса, заменив показатель степени k на n:
|
|
|
|
|
k |
|
P |
= P |
|
k−1 |
|
||
T2 |
|
|||||
2 |
1 |
|
T |
|
||
|
|
|
1 |
|
|
|
|
|
υ |
1 |
|
k−1 |
||
T |
= T |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
||||||
2 |
|
1 |
|
υ2 |
|
||||
|
|
|
|
|
|||||
P |
|
υ |
2 |
k |
|
||||
1 |
= |
|
|
. |
|||||
P |
|
υ |
1 |
|
|
||||
2 |
|
|
|
|
|
Изменения энтальпии |
|
∆i в |
Дж/кг |
и ∆Ι в |
Дж можно |
определить по формуле: |
|||||||||||
i2 − i1 = |
|
p (T2 − T1). Средняя массовая теплоёмкость |
|
p |
определяется из Справоч- |
||||||||||||
C |
C |
||||||||||||||||
ных данных, табл. 2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Работу газа можно определить по формулам: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
L |
|
= |
|
R |
|
(T − T ), Дж/кг; |
L |
|
= m L |
|
, Дж. |
||||
|
|
|
n −1 |
|
|
||||||||||||
|
|
|
уд |
|
1 |
2 |
|
v |
|
|
|
|
уд |
|
Изменение энтропии можно определить по формулам:
|
|
|
|
n − k |
|
T |
|
|
|
T |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
∆S |
|
= С |
|
lg |
1 |
= C |
|
ln |
1 |
, Дж/кг К; |
|
|
T |
|
T |
||||||||
|
уд |
|
|
v n −1 |
|
|
n |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
2 |
|
|
|
2 |
|
∆S = m ∆Sуд , Дж/К,
где k – показатель адиабатного процесса, можно определить из Справочных данных,
табл. 2 или по отношению: k = Cp .
Cv
По формуле: ∆U = ∆Uуд = U2 −U1 = Cv (T2 −T1) можно определить изменение внут-
ренней энергии газа ∆U, а в задаче № 5 для m кг газа (∆U = m∆U).
Теплота, отводимая наружу, определяется по формуле:
Q = ∆U + Lv , Дж.
21
Контрольное задание 1.2
Контрольное задание 1.2 включает решение двух задач и ответы на два контрольных вопроса по разделу «Тепловые установки и теплоснабжение предприятий обще-
ственного питания».
Контрольные задачи
Задача № 1
В поршневом компрессоре производительностью происходит сжатие воздуха начального давления (P1) до конечного со степенью повышения давления в каждой ступени
компрессора (π). Начальная температура воздуха равна (t1). Сжатие воздуха в каж-
дой ступени компрессора происходит по политропе с показателем (n) и охлаждением воздуха в промежуточном холодильнике до начальной температуры (в случае много-
ступенчатого компрессора).
Определить: параметры воздуха в каждой ступени компрессора в начале и конце сжатия (P, υ, T); работу сжатия ( сж ), а также эффективную мощность привода (Ne )
иработу ( пр ), затрачиваемую на привод компрессора. Изобразить процессы в P − υ
иT − S диаграммах.
Исходные данные взять из табл. 1 и 2 по последней и предпоследней цифрам шифра
зачётной книжки. Газовая постоянная для воздуха R = 287 Дж/кг К.
Таблица 1
Параметры |
Обозна- |
|
|
|
Последняя цифра шифра |
|
|
|
|||||
|
чение, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ед. изм |
0 |
1 |
2 |
|
3 |
4 |
5 |
6 |
|
7 |
8 |
9 |
Начальное давление |
P1, кПа |
100 |
105 |
110 |
|
115 |
120 |
100 |
105 |
|
110 |
115 |
120 |
Начальная |
t1, 0С |
25 |
20 |
15 |
|
10 |
5 |
30 |
25 |
|
20 |
15 |
10 |
температура |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Степень повышения |
π |
1,5 |
2,0 |
2,5 |
|
3,0 |
3,5 |
4,0 |
4,5 |
|
5,0 |
5,5 |
6,0 |
давления |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
22
Таблица 2
Параметры |
Обозна- |
|
|
Предпоследняя цифра шифра |
|
|
|||||
|
чения, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ед.изм. |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Производи- |
G, кг/с |
1,0 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1,8 |
1,9 |
тельность |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Показатель |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
процесса сжа- |
n |
1,24 |
1,26 |
1,28 |
1,30 |
1,32 |
1,34 |
1,36 |
1,38 |
1,40 |
1,42 |
тия |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Количество |
z |
3 |
2 |
1 |
3 |
2 |
1 |
3 |
2 |
1 |
3 |
ступеней |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Общий КПД |
ηк |
|
|
0,8 |
|
|
|
|
0,7 |
|
|
компрессора |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Задача № 2
Используя диаграмму «lgP −i» для фреона-13, определить параметры узловых точек
компрессионной холодильной установки. Компрессор установки всасывает перегретый пар состояния при температуре (t1), давлении (P1) для точки 1 и сжимает его по
адиабате до состояния точки 2 при давлении (P2 ).
Затем из компрессора пары фреона поступают в конденсатор, где превращаются в насыщенную жидкость давления(P2 ). Проходя через регулирующий (дроссельный)
вентиль, фреон дросселируется с понижением давления до (P1), после чего поступает в испаритель, где, отбирая тепло от охлаждаемого тела (продуктов), испаряется при постоянном давлении (P1) и температуре (t4 ) и слегка перегретый до (t1) снова по-
ступает в компрессор. Определить также работу цикла ( ц ), полную холодопроизводи-
тельность (Qo ), холодильный коэффициент (ξ) установки, тепловую нагрузку на кон-
денсатор (qк ), работу ( к ) и адиабатную мощность (Na) компрессора установки. По-
строить цикл в « P − υ», « T − S » и «P −i» координатах с указанием численных значений параметров узловых точек цикла.
Исходные данные взять из табл. 3 и 4 по последней и предпоследней цифрам шифра.
23
Таблица 3
Параметры |
|
|
Обозначения, |
|
|
|
|
Последняя цифра шифра |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
ед. изм. |
0 |
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
|
5 |
|
6 |
|
|
7 |
|
8 |
|
9 |
||||||
Температура фрео- |
|
t1, 0С |
-50 |
|
-55 |
-60 |
-65 |
|
-70 |
|
-75 |
|
-80 |
|
-85 |
|
-90 |
|
-95 |
||||||||
на на входе в ком- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
прессор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Давление фреона |
|
P1, бар |
1,5 |
|
1,5 |
1,0 |
1,0 |
|
0,8 |
|
0,8 |
|
0,6 |
|
0,5 |
|
0,4 |
|
0,3 |
||||||||
на входе в компрес- |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
сор |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 4 |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
Параметры |
Обозначение, |
|
|
|
|
Предпоследняя цифра шифра |
|
|
|
|
|||||||||||||||||
|
ед. изм. |
|
0 |
|
1 |
|
2 |
|
3 |
|
4 |
|
|
5 |
|
|
|
6 |
|
7 |
8 |
|
9 |
||||
Давление |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
фреона по- |
P , бар |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
сле сжатия |
|
|
|
|
|
22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
28 |
|
|
|
|
|||
в компрес- |
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
соре |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Расход хла- |
G, кг/с |
|
0,05 |
|
0,1 |
|
0,15 |
|
0,2 |
|
0,25 |
|
0,3 |
|
0,35 |
|
0,4 |
0,45 |
|
0,5 |
|||||||
доагента |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рис. 1. Схема компрессионной холодильной машины:
А – компрессор; В – конденсатор; С – переохладитель; Д – вентиль регулирующий; Е – отделитель жидкости; F – испаритель
24
Контрольные вопросы по разделу «Тепловые установки и теплоснабжение предприятий общественного питания»
1.Прямые и обратимые, обратимые и необратимые циклы, применение, характери-
стики [1, с. 74–75].
2.Прямой и обратимый цикл Карно в P − υ и T − S диаграммах, его роль в современной теплоэнергетике [1, с. 75–81].
3.Паросиловые установки, их циклы в P − υ и T − S диаграммах. КПД установок [1,
с. 94–100], [1, с. 309–325].
4.Процессы кипения и парообразования. Водяной пар. Диаграмма P − υ и T − S парообразования [1, с. 51–58].
5.Процесс сжатия рабочего тела. Основные термодинамические соотношения про-
цессов сжатия. Понятие об устройстве и работе компрессоров [1, с. 325–332; 340– 350].
6.Процесс расширения рабочего тела. Математическая модель термодинамическо-
го процесса расширения. Понятие о машинах для проведения процесса расшире-
ния [1, с. 58–66].
7. Поршневые ДВС, циклы в P − υ и T − S диаграммах. Понятие об устройстве [1,
с. 332–340].
8.Процессы течения рабочего тела, основные соотношения процесса течения. Ви-
ды производимых работ. Машины и аппараты, имеющие процессы течения [1,
с. 58–66].
9.Трубопроводы, сопла, диффузоры, основные соотношения для описания процессов изменения параметров рабочего тела [1, с. 62–66].
10.Дросселирование рабочего тела. Изменение параметров при дросселировании.
Изображение процесса дросселирования в i − S диаграмме [1, с. 67–68].
11.Холодильные машины, назначение, классификация, холодильные агенты [1,
с. 100–102]; [2, с. 299–300]; [5, с. 219–227].
12.Схема работы паровой компрессорной машины с регулирующим вентилем. Цикл в P − υ, T − S и P(lgP)− i диаграмме. Тепловой баланс цикла.
13.Достоинства и недостатки цикла холодильной машины с регулирующим венти-
лем. Холодильный коэффициент, удельная и полная холодопроизводительность машины, их физический смысл [1, с. 100–102; 2, с. 305–306].
25
14. Системы энергоснабжения предприятий общественного питания. Эксплуатаци-
онные характеристики источников энергии. Достоинства и недостатки.
15.Тепловые электрические станции, общие сведения, устройство [1, с. 352–359].
16.Установки по прямому превращению теплоты в электрическую энергию [1,
с. 359–365].
17.Схемы тепловых аппаратов пищевых производств. Сущность термодинамических процессов в них [5, с. 100–114; с.162–163].
18.Классификация тепловых аппаратов пищевых производств. Содержание тепло-
вого расчёта режима работы [5, с. 137–148].
19.Тепловой баланс тепловых аппаратов пищевых производств на различных режи-
мах работы [5, с.109–114].
20. Основные отличия в конструкции перспективных тепловых аппаратов от традиционных. Преимущества и недостатки [5, с. 162–177].
Таблица 5
Номер |
во- |
|
|
|
Последняя цифра шифра |
|
|
|
|||
проса |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
№ 1 |
|
2,1 |
2,2 |
2,3 |
2,4 |
2,5 |
2,6 |
2,7 |
2,8 |
2,9 |
2,10 |
№ 2 |
|
2,11 |
2,12 |
2,13 |
2,14 |
2,15 |
2,16 |
2,17 |
2,18 |
2,19 |
2,20 |
Номера контрольных вопросов выбирают из табл. 5 по последней цифре шифра за-
чётной книжки. Отдельные вопросы имеют ссылки на источники, рекомендуемые при ответе на данный вопрос.
Методические указания по решению задач
Задача № 1
Нарисовать схему многоступенчатого компрессора [2, с. 230, рис. 16–7]. Определить
параметры воздуха в первой ступени компрессора в начале сжатия: начальное давление P1 и начальная температура T1 заданы по условию; удельный объём υ1 опреде-
лить из уравнения состояния:
υ1 = RT1 , м3/кг.
P1
Параметры воздуха в конце сжатия определить с учётом степени повышения давления
(π) и числа ступеней компрессора (z):
26
|
|
|
n−1 |
|
T2 |
|
n z |
n−1 |
|
= P2 |
|
= (π)n z , |
||
T |
|
P |
|
|
1 |
|
1 |
|
|
где n – показатель процесса сжатия; T [К], P [Па].
Для многоступенчатого компрессора с числом ступеней (z) давление на входе в следующую ступень равно давлению воздуха на выходе из предыдущей ступени.
Работу сжатия 1 кг воздуха определить с учётом количества ступеней компрессора:
|
|
|
|
|
сж = z 1, |
Дж |
, |
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
кг |
|
|
|
|
|
где 1 – работа сжатия в одной ступени компрессора, |
|
Дж |
определяется по форму- |
|||||||||||
|
кг |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
RTн |
|
k−1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
p |
k |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
1 |
= − |
|
|
|
|
−1 , |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
|
|
k −1 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
pн |
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
где k = n; T |
= T ; |
p |
= π. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
н |
1 |
pн |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Работа, затрачиваемая на привод многоступенчатого компрессора,
пр = сж , Дж .
ηк кг
Эффективную мощность на привод компрессора определить с учётом производительности компрессора:
Ne = пр G, Вт.
Для изображения процессов в P − υ и T − S координатах воспользоваться литерату-
рой [1, с. 89; 2, с. 229–232].
Задача № 2
Нарисовать схему компрессионной холодильной установки (рис. 1). Задачу решить,
используя диаграмму: Lg P −I для фреона-13 (рис. 4).
Цикл работы компрессионной холодильной установки в lgP −I координатах пред-
ставлен на рис. 2.
27
Определение параметров рабочего процесса в точке 1. Точка 1 находится на пересечении изобары (P1) и изотермы (t1) в области перегретого пара. Параметры υ1 , i1, S1 определить по диаграмме.
Определение параметров рабочего процесса в точке 2. Точка 2 находится на пересечении адиабаты S2 и изобары P2 . Параметры t2, υ2 , i2 и S2 = S1 определить по диаграмме.
Определение параметров рабочего процесса в точке 3 (процесс снятия перегрева и конденсации):
Температура конденсации (t3 ) находится на пересечении изобары (P2 ) с верхней или нижней пограничной кривой, остальные параметры определяются аналогично точкам 1
и 2.
Точка 4 – состояние после дросселирования жидкости находится на пересечении изо-
бары (P1) и линии i3=i4 = const , её параметры определяются по диаграмме.
Работу цикла ( u ) определить по формуле:
ц = к = i2 − i1 .
Удельную и полную холодопроизводительность определить по формулам:
q |
|
= q |
o |
= i |
− i |
, |
|
кДж |
; |
|
|
|
1 |
4 |
|
|
кг |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Q = q2 G , Вт.
Холодильный коэффициент установки определяется по формуле:
|
|
ξ = q2 |
= i1 − i6 . |
|||||
|
|
|
|
ц |
|
i |
− i |
|
|
|
|
|
|
2 |
1 |
|
|
Тепловая нагрузка на конденсатор равна: |
|
|
|
|
||||
|
q |
к |
= i − i |
|
кДж . |
|||
|
|
2 |
|
3 |
|
кг |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Адиабатная мощность компрессора |
|
|
|
|
[кВт], |
|||
|
Na |
= к |
G , |
|||||
где к |
|
|
|
|
кДж |
|
||
= ц – работа цикла (компрессора), |
|
; |
|
|||||
|
|
|
|
|
|
кг |
|
28
G– расход хладагента, кг .
с
Для построения цикла работы установки в P − υ, P − i и T − S диаграммах воспользоваться рис. 3.
Рис. 2. Цикл компрессионной холодильной установки в диаграмме Lg P −i
29
Рис. 4. Диаграмма LgP −i для фреона