Министерство образования и науки Украины
Приазовский государственный технический университет
Кафедра ,,Теплотехника и теплоэнергетика металлургических процессов,,
Контрольная работа
по теплоэнергетике
Выполнил: студент группы ……………
ФИО
Проверил: доцент Куземко Руслан Дмитриевич.
Мариуполь – 2015г.
Реферат
Записка содержит 33 страниц, 8 рисунков, 1 таблицу.
В задании рассмотрены типовые решения по теплоэнергетике, которые включают разделы по по термодинамике, тепломассообмену (теплопроводность, конвективный теплообмен, лучистый теплообмен) и теплообменным аппаратам.
Раздел 1. Термодинамика. Задача № 1.
Объёмный состав горючего газа: rСО = 11%; r Н2 = 47% ; rСН4 = 30%; rС2Н4 = 5%; rСО2 = 4%; rN2 = 4%.
Определить кажущуюся мольную массу, плотность, удельный объем при нормальных условиях, массовую газовую постоянную R, парциальное давление метана в процентах и массовые доли содержания компонентов.
Дано: rСО = 11%; rН2 = 47% ; rСН4 = 30%; rС2Н4 = 5%; rСО2 = 4%; rN2 = 4%.
|
Найти: μсм. ; (ρсм.)н.; υсм.; R см.; pСН4; gСО ; gН2 ; g С2Н4 ; g СН4 ; g N2; g СО2 – ?
Решение:
Молекулярная масса смеси
μсм = ∑ rіμі = rco μСО+ rco μ Н2 + rco μСН4 + rco μС2Н4 + rco μСО2 + rco μN2 = 0,11 · 28 + 0,47 · 2 + 0,30 · 16 + 0,05 · 28 + 0,04 · 44 + 0,04 · 28 =
= 3,08 + 0,94 + 4,8 + 1,4 + 1,12 = 11,34 кг/кмоль
Плотность каждого газа составляет
ρі = μі/22,4
ρСО = 28÷22,4=1,25 кг/м3
ρ Н2 = 2 ÷22,4=0,09 кг/м3
ρ СН4 = 16÷22,4=0,71 кг/м3
ρ С2Н4= 28÷22,4=1,25 кг/м3
ρ СО2 = 44÷22,4=1,96 кг/м3
ρ СО2 = 28÷22,4=1,25 кг/м3
(ρсм.)н = ∑ ρі · gі
ρсм. = μсм /22,4
ρсм. = 11,34÷ 22,4=0,506 кг/м3
Удельный объем при нормальних физических условиях составляет
υсм = 1/ρсм = 1/0,506 = 1,976 м3/кг
Газовая постоянная смеси
R см = μ R/ μсм = 8314 /11,34 = 733,16 Дж/(кг·К)
Парциальное давление метана в процентах:
pСН4 = rСН4pсм. = 0,30 р = 30%
Массовая доля каждого из компонентов:
gі = rі ( μі / μсм )
gСО = 0,11(28 / 11,34) = 0,27
gН2 = 0,47 (2 / 11,34) = 0,083
g СН4 = 0,30 (16 / 11,34) = 0,423
g С2Н4 = 0,05 (28 / 11,34) = 0,123
g СО2 = 0,04 (44 / 11,34) = 0,155
g N2 = 0,04 (28 / 11,34) = 0,099
Ответ: μсм.= 11,34 г/моль; (ρсм.)н.= 0,506 кг/м3 ; υсм = 1,976 м3/кг;
R см = 733,16 Дж/(кг·К) или 0,733 кДж/(кг·К); pСН4 = 30%; gСО = 0,27; gН2 = 0,083; g СН4 = 0,423; g С2Н4 = 0,123; g СО2 = 0,155; g N2 = 0,099.
Задача № 2.
Воздух в количестве 1 кг последовательно меняет свое состояние следу-ющим образом (см. рис.): сначала, имея параметры р1 = 0,26 МПа и t1 = 40°С, изобарно расширяется до объема υ2=2,80 υ1, затем адиабатно сжимается до состояния при р3 = 2МПа и, наконец, изотермически расширяется до υ4=υ2. Определить недостающие параметры во всех характерных точках процессов, подведенную или отведенную теплоту, изменение внутренней энергии и энтальпии, а также работу расширения (сжатия) в каждом процессе. Проверить уравнение первого закона термодинамики для совокупности процессов.
Теплоемкости ср и сυ считать не зависящими от температуры и для их расчета применить молекулярно-кинетическую теорию.
Дано: m = 1 кг. р1 = 0,26 МПа = 2,6 · 106 Па t1 = 40°С = 313 К р = const υ2 = 2,80 υ1 р3 =2МПа Т = const υ4 = υ2. |
Найти: ср; сυ; рі; Vі; tі; q; ∆u; ∆hі; ιі - ?
Решение:
Rвозд. = 8314 / μ
Rвозд. = 8314 / 29 = 286,7 Дж/(кг·К)
ср = (k / k-1) R, где k = 1,4
ср = (1,4 / 1,4-1) 286,7 = 1003,45 Дж/(кг·К)
ср = 1 / ( k-1) R = 1/(1,4-1) 286,7 = 716,75 Дж/(кг·К)
Параметры в точке 1
Из уравнения состояния р1v1= RТ1
уделный объем равен v1 = RТ1/ р1= 286,7 · 313,15/(2,6· 106 ) = 0,345 м3/кг
внутреняя энергия u1= сυ Т1 = 716,75 · 313,15 = 224,45 кДж/кг
энтальпия h1 = ср Т1 = 1003,45 · 313,15 = 314,23 кДж/кг
Параметры в точке 2
р1 = р2 = 0,26 МПа
υ 2 = 2,80 · 0,345 = 0,97 м3/кг
Т2 = ( р2υ 2 ) / R =( 0,26 · 106 · 0,97) / 286,7 = 880 К = 605°С
∆t = t2 – t1 = 605 – 40 = 565°С
u2 = сυ Т2 = 716,75 · 880 = 631 кДж/кг
h2 = ср Т2 = 1003,45 · 880 = 883,036 кДж/кг
∆h = ср ∆Т = 1003,45 · 565 = 566949,25 = 566,9 кДж/кг
Параметры в точке 3
показатель адиабаты k = ср / сυ = 1003,45 / 716,75 = 1,4
Так как Т2 / Т3 = (p3 / p2)(k-1) / k то: Т3 = Т2 (p2 / p3)(k-1) / k
Т3 = 880 / (0,26/2)(1,4 -1) / 1,4 = 1895 К = 1620°С
υ 3 = (Т3 R) / p3 = (1895 · 286,7) / ( 2 · 106 ) = 0,27 м3/кг
u3 = сυ Т3 = 0,716 · 1895 = 1356,8 кДж/кг
h3 = ср Т3 = 1003,45 · 1895 = 1901,44 кДж/кг
Параметры в точке 4
υ4 = υ2 = 0,97 м3/кг
Так как Т = const, тогда k = 1
p3 / p4 = υ 4 / υ 3
p4 = (υ 3 / υ 4) p3 = (0,27 / 0,97) · 2 = 0,5567 МПа
Т4 = (p4 υ 4) / R = 1895 К = 1620°С
u4 = u3 = 1356,8 кДж/кг
h4 = h3 = 1901,44 кДж/кг
Процесс 1 – 2:
Изменение внутренней энергии ∆ u1-2 = u2 – u1 = 631 – 224,45 = 406,55 кДж/кг
подведенная теплота q1-2 = ∆ h1-2 + ιтехн. , где ιтехн = 0
q1-2 = ∆ h1-2 = 883,036 – 314,23 = 568,8 кДж/кг
работа изменения объема ι1-2 = ∫ рdυ = р (υ 2 – υ 1) = 0,26 (0,97 – 0,345) = 162,5 кДж/кг
Процесс 2 – 3:
∆u2-3 = u3 – u2 = 1356,8 – 631 = 725,8 кДж/кг
∆h = ср ∆Т = 1003,45 (1620 – 605) = 1018501,7 Дж/кг = 1018,5 кДж/кг
q2-3 = 0, тогда ιтехн. 2-3 = – (h3 – h2)
техническая работа ιтехн. 2-3 = 883,036 – 1901,44 = –1018,4 кДж/кг
работа изменения объема ι = ιтехн / k = –1018,4 / 1,4 = –727,4 кДж/кг
Процесс 3 – 4:
подведенная теплота q3-4 = ιтехн.
q = ι = RТln (p3/ p4) = 286,7 · 1895 ln (2/0,5567) = 1951846 Дж/кг = 1951,8 кДж/кг
∆u3-4 = сυ ∆Т = 0
∆h3-4 = ср ∆Т = 0
Ответ:
Точки |
р, МПа |
υ, м3/кг |
t, 0С |
Т, К | |||
1 |
0,26 |
0,345 |
40 |
313,15 | |||
2 |
0,26 |
0,97 |
605 |
880 | |||
3 |
2 |
0,27 |
1620 |
1895 | |||
4 |
0,5567 |
0,97 |
1620 |
1895 | |||
Процесс |
q, кДж/кг |
∆и, кДж/кг |
∆h, кДж/кг |
ι , кДж/кг | |||
1-2 2-3 3-4 |
568,8 0 1951,8 |
406,55 725,8 0 |
566,9 1018,5 0 |
162,5 -727,4 1940,5 | |||
|
2520,6 |
1132,35 |
1585,4 |
1375,6 |