ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Курсовая работа по дисциплине:

«Техническая термодинамика»

Расчет цикла водяного пара.

Расчет процесса водяного пара через сопло Лаваля и конструирование этого сопла

Выполнил:

студент факультета

Кузнецов Н.В.

Вариант 12

Москва 2016

Содержание

1.Расчет процессов водяного пара 3

2. Расчет процесса истечения через сопло Лаваля и конструирование сопла 9

Список использованной литературы 16

1. Расчет процессов водяного пара

1.1 Определить параметры состояния для основных точек прямого термодинамического цикла, в котором рабочим телом является 1 кг водяного пара. Использовать диаграммы, а также изобразить цикл схематично в и координатах. Результаты представить в виде таблицы, каждая строка которой должна содержать номер точки и параметры: давление р, МПа, удельный объем V,м³/кг, температуру t, ⁰С, энтальпию i,кДж/кг, энтропию S, кДж/кг, внутреннюю энергию U,кДж/кг.

1.2 Для каждого процесса цикла определить изменение внутренней энергии , кДж/кг, энтальпии ,кДж/кг, энтропии ,кДж/(кг*К), а также теплоту ,кДж/кг и работу ,кДж/кг. Результаты представить в виде таблицы.

1.3Пользуясь результатами пункта 2 , рассчитать следующие характеристики цикла: подведенную теплоту , отведенную теплоту , работу расширения , работу сжатия , работу цикла , термический КПД , термический КПД цикла Карно .

1.4 Для специально указанной точки в области влажного пара , считая заданным давление ( или температуру) насыщения и степень сухости Х, определить параметры состояния согласно п.1, а также величины для процесса парообразования от пограничной кривой жидкости. Получить два значения ( по таблицам и по диаграмме), найти расхождение в процентах.

Исходные данные

1р2об3ад1; р₁=0,1; х₁ = 0,9; об₃=3,0; т.3

Расшифруем процессы:

1-2 – изобарный;

2-3-изохорный;

3-1 –адиабатный.

Параметры: р₁=0,1МПа; х₁ = 0,9; v₃=3,0м³/кг ; т.3

т.3 в области влажного пара рассчитывается согласно п.4.

Решение

Построим цикл на Is-диаграмме (рис.1), согласно которой находим параметры пара в каждой точке процесса. Результаты сводим в таблицу 1

Таблица 1

Точка	Р,МПа	V,м3/кг	Т,К		,кДж/кг	,кДж/кг*К	,кДж/кг	х,%
1	0,1	1,6	373	2100	2450	6,75	2290	0,9
2	0,1	3,0	658	385	3250	8,5	2950	-
3	0,042	3,0	351	78	2325	6,75	2199	0,865

Приведем схематично изображение цикла в ,координатах (рис.2)

Рисунок 2 –Цикл в ,координатах

Рисунок 1 – Построение цикла в Is-диаграмме

Для каждого процесса определяем изменение внутренней энергии , кДж/кг, энтальпии ,кДж/кг, энтропии ,кДж/(кг*К), а также теплоту ,кДж/кг и работу ,кДж/кг. Результаты сводим в таблицу 2.

Таблица 2

Процессы	,кДж/кг	, кДж/(кг*К)	, кДж/кг	,кДж/кг	,кДж/кг
1-2	800	1,75	660	0	710
2-3	-925	-1,75	-751	495	0
3-1	125	0	91	-245	0
Сумма	0	0	0	200	200

Изменение энтальпии:

Изменение энтропии:

Изменение внутренней энергии:

Теплота процесса:

,т.к. процесс изобарный

,т.к процесс изохорный

, т.к процесс адиабатный

Работа процесса:

, т.к процесс изохорный

, т.к процесс адиабатный

Таким образом,

Для точки 3 параметры по IS- диаграмме уже определены по ходу расчета.

Результаты сводим в таблицу 3

Таблица 3

Параметры	Размерность	По паровым таблицам	По диаграмме	% расхождения
	м3/кг	3,301	3,0	9,11
	кДж/кг	2326,11	2325	0,048
	кДж/(кг*К)	6,765	6,75	0,22
	кДж/кг	2187,47	2199	-0,53
	кДж/кг	2025,16	2036,69	-0,57

По диаграмме:

По таблицам:

Находим расхождение:

:

:

:

:

2. Расчет процесса истечения через сопло Лаваля и конструирование сопла

1. Рассчитать и построить кривые изменения скорости, давления и удельного объема водяного пара по длине расширяющейся части сопла Лаваля, выполненной в виде конуса с боковым углом 5,5⁰.

2. Расчет вести для шести промежуточных сечений сопла: критического, выходного и четырех промежуточных. Определяются следующие величины: давление, энтальпия, теоретическая скорость ; действительная скорость , удельный объем, площадь поперечного сечения, диаметр, расстояние от горловины. окончательные результаты расчета представить в виде таблицы.

3. Скоростной коэффициент определяется из условия возрастания степени сухости пара на выходе из сопла на 3% по сравнению с обратным истечением. Удельный объем определять для состояний на условной линии необратимого истечения.

Исходные данные

Р₁=12бар t₁=320°С

Р₂=0,1бар М =5,9кг/с

Поскольку отношение давлений , то в горловине сопла устанавливается критическое давление .

Из диаграммы (рис.4)

;

Скоростной коэффициент сопла

Теоретическая скорость движения водяного пара:

Действительная скорость движения водяного пара:

, м/с

плотность:

площадь сечения по длине сопла:

мм²

М=5,9кг/с

Диаметр по длине сопла

,мм

Длина сопла

скорость звука:

, м/с

;

Результаты расчетов сводим в таблицу 4

Таблица 4

№	Вычисление величины	Р2кр.	Р1	Р2	Р3	Р4	Р2
1	Р, бар	6,55	4,5	3,5	2,2	1,0	0,1
2	Δhо, кДж/кг	150	240	290	380	510	840
3	, м/с	547,7	692,8	761,6	872,8	1009,9	1296,1
4		531,27	672,02	735,7	846,62	979,6	1257,2
5	Vдейств, м3/кг	0,36	0,46	0,59	0,8	1,4	14
6	ρдейств , кг/м3	2,78	2,17	1,69	1,25	0,714	0,071
7	, мм2	3998	4038	4712	5575	8432	65698
8	, мм	71,4	71,72	77,47	84,3	103,6	289,3
9	L, мм	0	1,66	31,52	66,98	167,18	1131,3
10	t, °C	240	198	170	12,5	100	48
11	Т, К	513	471	443	398	373	321
12	wзв = , м/с	576	552	535	507	491	456

Проводим построение (см. рисунок 5)

Определяем КПД сопла:

Рисунок 4 – Построение процесса истечения в IS-диаграмме

Рисунок 5 График изменения параметров вдоль сопла Лаваля. Чертеж сопла

Список использованной литературы

1. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике.- М.: Машиностроение, 1973. -344с.

2. Карминский В.Д. Техническая термодинамика и теплопередача. Курс лекций.-М.: Маршрут, 2005.- 224 с.

3. Теплотехника /Под ред. А.П. Баскакова.-М.:Энеергоатомиздат, 1991. -224 с.

4. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача . М.: Высшая школа, 1975.-496 с.

2