- •Содержание
- •Введение
- •Часть I. Примеры решения задач по термодинамике
- •1. Система единиц измерения
- •Уравнение состояния идеального газа
- •Теплоемкость
- •4. Термодинамические процессы изменения состояния идеального газа
- •Теплота, работа, внутренняя энергия, энтальпия, I закон термодинамики
- •6. Энтропия, II закон термодинамики, цикл карно
- •Истечение газов и паров из резервуара
- •8. Смеси идеальных газов
- •9. Водяной пар, процессы, таблицы свойств воды, влажного и перегретого пара, диаграмма
- •10. Сжатие газа в компрессоре
- •11. Расширение газа в турбине
- •12. Дросселирование газов и паров
- •13. Паросиловой цикл ренкина
- •14. Эксергия, эксергетический анализ, эксергетический кпд
- •15. Влажный воздух
- •16. Холодильные машины
- •17. Циклы тепловых двигателей
- •Часть II. Задачи для самостоятельного решения
- •Литература
- •Березин Сергей Романович практикум по термодинамике учебное пособие
- •4 50000, Уфа-центр, ул.К.Маркса, 12
17. Циклы тепловых двигателей
Двигатель внутреннего сгорания с подводом тепла при (цикл Отто).
Степень сжатия .
Рис. 17. Рис. 18.
Термический КПД .
Среднее индикаторное давление (рис. 18).
Двигатель внутреннего сгорания с подводом тепла при (цикл Дизеля).
Рис. 19.
Степень сжатия .
Степень предварительного расширения .
Термический КПД .
Газотурбинный двигатель (ГТД) со сгоранием при
Рис. 20.
Степень повышения давления .
Термический КПД .
Внутренний КПД .
Задача 17.1. Найти теоретическую работу двигателя внутреннего сгорания по циклу Отто с . Расход топлива топлива с низшей теплотой сгорания на 1 кг воздуха. Принять .
Решение. Термический КПД:
.
Подведенное тепло от сгорания топлива:
.
Теоретическая работа цикла:
.
Задача 17.2. Индикаторная мощность четырехтактного Дизеля составляет . Диаметр цилиндра , ход поршня , частота вращения . Найти среднее индикаторное давление.
Решение. Рабочий объем двигателя:
.
Для четырехтактного двигателя частота рабочих циклов вдвое меньше, чем частота вращения .
Работа, совершаемая в одном цикле:
.
Среднее индикаторное давление:
.
Задача 17.3. Параметры воздуха, поступающего в компрессор ГТД, . Степень повышения давления . Температура газа перед турбиной . Расход воздуха . КПД . Найти индикаторную мощность двигателя, термический и внутренний КПД. Свойства рабочего тела эквивалентны свойствам воздуха как идеального газа.
Решение.
Считаем процессы сжатия в компрессоре и расширение в турбине изоэнтропные, тогда
;
.
Термический КПД:
.
Адиабатический КПД компрессора:
, откуда .
Адиабатический КПД турбины:
, откуда .
Внутренний КПД:
.
Мощность турбины:
.
Мощность для привода компрессора:
.
Мощность ГТД:
.
Часть II. Задачи для самостоятельного решения
По трубопроводу d=50 мм подается кислород при давлении 2 ати и температуре 30С. Скорость потока 20 м/с. Найти расход газа.
Воздух в трубе нагревается электрическим током I=0,46 А U=25,3 В на 18. Расход воздуха =0,55л/с. Давление 750 мм Hg, температура воздуха на входе 25С. Найти массовую удельную теплоемкость воздуха ср.
В поршневом компрессоре сжимается воздух, имеющий давление и температуру . Процесс сжатия – политропный с показателем политропы . Давление в конце сжатия . Определите работу сжатия для 1 кг воздуха и количество отнятой теплоты.
В поршневом компрессоре сжимается воздух от начальных P1=1 ата и t1=20С. Показатель политропы n=1,3. Давление в конце сжатия P2=7 ата. Найти работу сжатия и количество отнятой теплоты.
Осевой компрессор всасывает воздух при давлении 1,013 бар и температуре 303С и подает его в камеру сгорания газотурбинного двигателя при давлении 7,3 бар и температуре 640С. Определить показатель политропы процесса сжатия, изменение энтальпии и работу 1 кг воздуха в компрессоре.
Компрессор сжимает воздух при до Часовая производительность 1200 м3/час при нормальных физических условиях. Адиабатный КПД Найти мощность приводного электродвигателя.
Центробежный компрессор в 1 мин. подает 200 кг кислорода при Начальное состояние газа Найти показатель политропы сжатия и мощность компрессора.
Компрессор сжимает воздух при до , . Какова температура воздуха на выходе? Найти мощность приводного двигателя.
Компрессор сжимает адиабатно 100 кг/час азота. При сжатии энтальпия азота увеличивается на 200 кДж/кг. Найти мощность привода компрессора.
Начальное состояние азота задано параметрами . Нагрев при P=const до . Найти конечную температуру .
При политропном расширении объем увеличился в 5 раз, а температура уменьшилась в 2,5 раза. Найти показатель политропы.
В газгольдере находится метан при
. После нагрева газа . Найти P2 и теплоту, подведенную к газу Q.
Найти плотность метана при нормальных физических условиях.
В баллоне 40л содержится азот под давлением 75 ати по манометру и при . Найти массу газа в баллоне.
Скорость воздуха в трубе 15 м/с. Давление 0,3 ати, температура . Расход воздуха = 0,5 кг/с. Найти диаметр трубы.
К газу подведено 150 кДж теплоты. Внутренняя энергия его увеличилась на 15 кДж. Что это за процесс? Какова работа газа?
В цилиндре дизеля воздух с начальными параметрами сжимается по политропе с n= 1,36. Сжатие идет до Определить Р2, .
Скорость потока углекислоты в трубе 10 м/с, Р= 2,5 ата , . Диаметр трубы d = 10 см. Найти расход газа.
Баллон с водородом с поместили в помещение с . Определить количество теплоты, полученной газом после выравнивания температуры.
Состояние воды определяется параметрами, с помощью таблиц найти состояние воды.
1)
2)
3)
4)
Каковы качественно эти состояния (вода, пар и в каком состоянии).
Сколько требуется теплоты, чтобы при P= 10 ата превратить кипяток в сухой насыщенный пар?
Определить изменения энтропии и энтальпии 1кг воды при полном испарении ее в котле при Р= 10 ата.
В пароперегревателе котла сухой насыщенный пар с Р= 16 ата получил 600 кДж/кг тепла. Найти конечные параметры пара. Использовать i-s диаграмму.
1 кг пара Р1 = 8 ата, х = 0,95 расширяется адиабатически до Р = 1 ата. Найти массу сконденсировавшегося пара. Использовать i-s диаграмму.
В трубе течет пар при Р=2 МПа х= 0,96, скорость потока 80 м/с, расход пара 15 т/час. Найти диаметр трубы. Использовать i-s диаграмму.
Найти объем котла, заполненного влажным паром х = 0,85, m = 160кг, . Использовать таблицы.
В резервуаре V = 6 м3 находится влажный пар х= 0,3, Р= 0,9 МПа. Найти массу пара, объем, занимаемый водой и объем, занимаемый сухим насыщенным паром. Использовать таблицы.
Какое количество теплоты нужно отвести от 1 кг влажного пара Р1= 11ата х1= 0,90, чтобы при постоянном давлении достичь х2= 0,80. Использовать i-s диаграмму.
В котле находится кипящая вода массой 5000 кг под давлением 0,9 МПа. Объем котла V= 8 м3. Найти ступень сухости пара в котле. Использовать таблицы.
Пар с начальными параметрами дросселируется до . Найти начальные и конечные параметры пара .Использовать диаграмму.
В котле находится пар массой 0,18 кг при . Найти энтальпию, удельный объем и энтропию пара.
Найти показатель политропы для пара в процессе расширения от Использовать диаграмму.
В целях регулирования температуры перегретого пара в смеситель впрыскивается холодная вода. Какое количество воды на 1 кг пара следует подать в смеситель, если через него проходит перегретый пар и , температуру которого нужно снизить до ? Вода на входе имеет давление такое же, как и давление пара, а ее температура .
При смешивается две порции пара Найти степень сухости смеси, энтальпию смеси, удельный объем. Использовать таблицы.
Определить температуру, удельный объём, энтропию и энтальпию пара при Использовать таблицы.
Найти энтальпию, удельный объём, энтропию воды при Использовать таблицы.
Какое количество теплоты нужно отвести от 23 кг пара при . Процесс изобарный.
Найти объём котла, заполненного влажным паром . Использовать диаграмму.
В паровом котле кипит вода массой 8т при давлении 0,9 МПа. Найти массу сухого насыщенного пара в котле с объёмом 15 м3. Использовать таблицы.
В трубе течет пар при со скоростью 40 м/с. Расход пара 5 т/час. Найти диаметр трубы.
В изобарном процессе расширения к 1 кг водяного пара с начальным давлением 3 МПа и степенью сухости х=0,7 подводится количество теплоты 450 кДж/кг. Определить, пользуясь i-s диаграммой водяного пара, параметры конечного состояния пара, работу расширения, изменения внутренней энергии, энтальпии и энтропии пара. Изобразить процесс в p-v и Т-s диаграммах.
Давление водяных паров в комнате P=2кПа. Температура воздуха t=25C. Объём комнаты 60 м3. Найти массу водяных паров в комнате.
Найти располагаемый теплоперепад для пара с при выпуске его в атмосферу. Использовать таблицы и диаграмму.
Водяной пар имеет , степень сухости х1= 0,95. Сколько нужно отнять теплоты при =const, чтобы х2= 0,8? Найти также
Пар с начальными параметрами дросселируется до . Найти показатель политропы процесса. Использовать диаграмму.
Пар дросселируется от Р1= 12 ата, = 0,85 до Р2= 4,5 ата. Найти энтальпию i2 и температуру t2 .
Насыщенный водяной пар при начальном давлении и дросселируется до давления . Определите изменение температуры и степени сухости пара, пользуясь таблицами водяного пара.
Определить изменение энтропии и энтальпии 4 кг воды при полном испарении её в котле при . Использовать таблицы.
Найти КПД паровой турбины, если внутренние потери вследствие необратимости процесса расширения составляют 138 кДж/кг. Состояние пара перед турбиной . Использовать диаграмму.
Паровая турбина имеет на входе , на выходе . . Найти мощность турбины . Использовать таблицы.
Паровая винтовая машина имеет на входе и на выходе P2=3ата. Расход пара 20 т/час. Величина КПД . Найти мощность машины и температуру пара на выходе.
Найти КПД паровой турбины с индикаторной мощностью 700 кВт. Параметры на входе , на выходе . Расход пара 12 т/час.
Найти параметры пара после турбины, работу турбины и показатель политропы расширения при Р1=9 МПа .
Найти КПД паровой турбины с мощностью 900 кВт. Параметры на входе Р1 = 9 ата, х1 = 0,93, на выходе Р2 = 0,8 ата. Расход пара 18 т/час.
Пар при начальных параметрах и вытекает из расширяющегося сопла в среду с давлением 0,1 МПа. Площадь минимального сечения . Определите секундный расход пара, скорость истечения и площадь выходного сечения сопла. Потерями в сопле пренебречь.
Продукты сгорания авиационного двигателя через сопло Лаваля выбрасываются в атмосферу. Давление перед соплом , . Диаметр сопла в горловой части . Найти в горловой части сопла и на срезе сопла. Принять .
Из резервуара вытекает углекислота в атмосферу через суживающее сопло . В резервуаре , . Найти скорость на срезе сопла и расход газа. Принять к=1.3.
Пар расширяется без потерь в сопле Лаваля . Найти располагаемый теплоперепад для струи пара и максимальную возможную скорость пара. Использовать диаграмму.
Пар расширяется в сопле Лаваля до P2=1ата принять к=1,3. Найти скорость газа в критическом сечении и на срезе сопла. Потерями пренебречь. Использовать диаграмму.
Пар расширяется в сопле Лаваля от Р1 = 3,5 ата до Р2 = 0,5 ата, к= 1,3. Найти скорость на среде сопла. Потерями пренебречь. Использовать i-s диаграмму.
Найти КПД паровой турбины, если внутренние потери вследствие необратимости процесса расширения составляют 150 кДж/кг. Состояние пара перед турбиной . Использовать i-s диаграмму.
Определить температуру газа, если при объем 1кмоля составляет .
По трубопроводу d = 50 мм подается кислород при давлении 2 ата, и температуре . Скорость потока 50 м/с. Найти расход газа.
Водяной пар с х = 0,98 дросселируются до . Найти температуру пара в конце процесса. Использовать i-s диаграмму.
Найти энтальпию, удельный объем, энтропию воды при . Воспользоваться таблицами.
Воздух объемом 0,3 м3 смешивается с 0,5 кг CO2. Оба газа до смешивания имели . Найти парциальные давления компонентов.
Из резервуара с и в атмосферу вытекает воздух с расходом . Найти площадь сечения суживающегося сопла.
Из баллона вытекает азот в ресивер. Давление в баллоне , . Давление в ресивере 3 ати. Определить расход газа, если площадь сечения суживающегося сопла .
Пар с и вытекает из котла в атмосферу. Найти на срезе суживающегося сопла (считать ).
В котле находится пар с и . В котел впрыскивают воду с и . Масса воды . Найти температуру пара в котле после впрыска воды.
Сухой насыщенный пар при расширяется по идеальной адиабате пока его удельный объем не станет . Найти показатель адиабаты процесса. Использовать таблицы.
Паротурбинная установка мощностью расходует условного топлива на . Какова массовая производительность вентиляторов, подающих воздух в котел, если для сжигания 1 кг топлива требует воздуха при НФУ. Каков КПД установки?
Начальное состояние влажного воздуха при атмосферном давлении задано параметрами , . Воздух охлаждается до . Сколько влаги выпадает из 1 кг воздуха.
Определить плотность влажного воздуха при параметрах , .
Определить удельный объем влажного воздуха при , .
Определить энтальпию влажного воздуха при , .
В трубе протекает воздух при . Температура мокрого термометра , сухого . Найти влагосодержание и относительную влажность.
Какое количество теплоты нужно отвести от 3 кг пара при до . Процесс изобарный.
Найти параметры пара после турбины, работу турбины и показатель политропы расширения в турбине , , , .
При смешивается две порции пара. , и . Найти степень сухости смеси, энтальпию смеси, удельный объем. Использовать таблицы.
Определите размеры минимального и выходного сечений сопла Лаваля, если давление воздуха на входе в сопло , температура . Наружное давление . Расход воздуха .
Компрессор сжимает воздух при и до . Часовая производительность при нормальных физических условиях. Адиабатный КПД . Найти мощность приводного электродвигателя.
Рассчитать сопло Лаваля и найти скорость истечения из него кислорода. Расход кислорода ; давление на входе , температура , давление среды ; коэффициент скорости .
Стальной шар массой 10 кг при погружается в сосуд с 18 кг воды, температура которой равна . Определите изменение энтропии системы в этом процессе. Считать, что тепловые потери отсутствуют. Теплоемкость стали принять равной , теплоемкость воды .
В котле находится кипящая вода массой под давлением . Объем котла . Найти ступень сухости пара в котле. Использовать таблицы.
Скорость потока аммиака в трубе . Диаметр трубы . Найти расход газа.
К газу подведено 150 кДж теплоты. Внутренняя энергия его уменьшилась на 15 кДж. Что это за процесс? Какова работа газа?
Насос подает воду в котельный агрегат, сжимая ее от параметров до давления . Производительность насоса . Найти теоретическую мощность привода насоса.
В идеально охлаждаемом компрессоре происходит изотермическое сжатие диоксида углерода. В компрессор поступает газа (приведенного к нормальным условиям) при и . Давление за компрессором . Найдите теоретическую мощность приводного двигателя.
Воздух протекает по трубе с небольшой скоростью, течение адиабатное. Газ идеальный. Параметры воздуха на входе , . На выходе давление равно . Найдите температуру в конце процесса течения.
Какое количество теплоты нужно отвести от 3 кг пара при до . Процесс изобарный.
Пар расширяется в сопле Лаваля . Потерями пренебречь. Найти располагаемый теплоперепад для струи пара и максимальную возможную скорость пара. Использовать диаграмму.
Компрессор сжимает воздух при до . Какова температура воздуха на выходе? . Найти мощность двигателя.
Турбокомпрессор адиабатно сжимает воздуха от и до . Адиабатный КПД компрессора . Определите конечную температуру сжатия и мощность турбокомпрессора.
Азот с приведенным к нормальным условиям объемом находится в первоначальном состоянии при и . Его подвергают изотермическому сжатию до давления . Найдите удельные объемы в начальном и конечном состояниях, работу, затраченную на сжатие, и теплоту, отведенную от газа.
Сопло с минимальными сечением работает при следующих условиях: рабочее тело – воздух, . Определите секундный расход, пренебрегая потерями на трение.
По трубопроводу подается кислород при давлении 2 ати, и температуре . Скорость потока 100 м/с. Найти расход газа.
Какое количество охлаждающей воды следует подавать на колодки испытательного тормоза в 1 ч, если мощность двигателя 55 кВт, температура охлаждающей воды , а предельно допустимая температура воды на выходе ? Часть теплоты трения рассеивается в окружающей среде.
Расход воздуха при истечении его из суживающегося сопла составляет 425 кг/ч. Начальное давление , температура . Воздух вытекает в среду с давлением 100 кПа. Принимая скоростной коэффициент сопла равным , определите площадь выходного сечения и скорость потока.
Воздушный двигатель, использующий для работы сжатый воздух, должен развивать мощность . Каков часовой расход сжатого воздуха, если начальные параметры его . Давление в конце адиабатного расширения .
Найти располагаемый теплоперепад для пара с , при выпуске его в атмосферу. Использовать таблицы и диаграмму, результаты сравнить.
Определить мощность двигателя воздушной холодильной машины, если температура охлаждаемого помещения , температура окружающей среды при холодопроизводительности 600 МДж/ч. Давление воздуха на выходе из компрессора , давление в холодильной камере . Представьте цикл в Т – s – диаграмме.
Мощность электростанции на выходных шинах составляет 12 МВт. Какое количество топлива В кг/ч, сжигается в топках котлов электростанции, если все потери энергии на станции составляют 70 %, а низшая теплота сгорания топлива .
Определить давление газа, если при объем 0,3 кмоля составляет .
Воздух выходит из компрессора при и и поступает в холодильник. На выходе из холодильника температура воздуха равна . Определите количество теплоты, отданной охлаждающей воде в течение часа, если производительность компрессора при нормальных условиях.
В резервуаре находится влажный пар , . Найти массу пара, объем, занимаемый водой и объем, занимаемый сухим насыщенным паром. Использовать таблицы.
Насыщенный водяной пар при начальном давлении и дросселируется до давления . Определите изменение температуры и степени сухости пара, пользуясь таблицами водяного пара.
Испытание двигателя ведется при помощи присоединенного к нему генератора. Напряжение на клеммах генератора постоянного тока , сила тока , КПД генератора . Определите мощность двигателя на валу.
На рис. 21 представлен необратимый цикл, состоящий из трех процессов. Процесс 1-2 – необратимый адиабатный, процесс 2-3 – обратимый изобарный, процесс 3-1 – обратимый адиабатный процесс. Известно: ; ; ; . Вычислите интеграл Клаузиуса для этого цикла. Рабочее тело – воздух, масса воздуха 1 кг.
Рис. 21
На рис. 22 изображен необратимый цикл Карно, где - необратимый адиабатный процесс расширения. Остальные процессы обратимы. Вычислите интеграл Клаузиуса для данного цикла. Известно: ; . Подведенная теплота 400 кДж, а отведенная - 250 кДж.
Рис. 22
Имеется прямой необратимый цикл Карно рис. 22, где в-с необратимый адиабатный процесс. Т1=800К, Т2 = 300К, Q1=400 кДж, Q2 = 400 кДж. Найти КПД цикла и интеграл Клазиуса.