Задания для решения

Практическая работа №5

Тема : Исследование изотермического и адиабатного термодинамических процессов.

Цель работы

учебная:

получить практические навыки по определению термодинамических

при решении задач.

воспитательная:

побудить к познавательной , творческой деятельности , привить навыки самостоятельного изучения дополнительной и справочной литературы по данной теме.

Краткие теоретические сведения

Практическая работа №6

Тема : Определение эксергии и потери работоспособности рабочего тела.

Цель работы

учебная:

получить практические навыки по определению максимальной полезной работы

(эксергии) рабочего тела , потери работоспособности рабочего тела , научиться применять выводы второго закона термодинамики при решении задач.

воспитательная:

побудить к познавательной , творческой деятельности , привить навыки самостоятельного изучения дополнительной и справочной литературы по данной теме.

Краткие теоретические сведения

В термодинамике имеет большое значение понятие о работе, которую совершает

изолированная система при изменении своего состояния и условий , при которых

получается максимальная работа.

Получение работы возможно только от такой системы , которая не находится

в равновесном состоянии с окружающей средой. По мере совершения работы изолированная система будет приближаться к равновесному состоянию со средой. Получение работы связано с переходом изолированной системы из неравновесного состояния в равновесное.

Максимальную работу в цикле Карно можно получить только когда совершаются

обратимые адиабатные и изотермические процессы.

Уравнение для максимальной полезной работы при обратимых процессах:

(1)

где L – максимальная полезная работа,

S₁ и S₂ энтропия рабочего тела в начальном и конечном состояниях,

V₁ и V₂ начальный и конечный объемы рабочего тела,

U₁ и U₂ внутренняя энергия тела в начальном и конечном состояниях,

Т₀ и р₀ температура и давление окружающей среды

Таким образом максимальная полезная работа при заданных параметрах окружающей среды определяется начальным состоянием рабочего тела и не зависит от пути изменения состояния.

(2)

где I₀ и S₀ - энтальпия и энтропия рабочего тела в состоянии равновесия с

окружающей средой,

(I₁ – I₀ ) – полезная внешняя работа в обратимом адиабатном процессе ,

Т₀ (S₁-S₀) – полезная внешняя работа в обратимом изотермическом процессе

Полученную по уравнению (2) максимальную полезную работу называют работоспособностью, или эксергией рабочего тела. Метод исследования термо-

динамических процессов с помощью эксергии называется эксергетическим.

Все действительные процессы являются необратимыми , поэтому энтропия изолированной системы всегда увеличивается . Возрастание энтропии при

необратимых процессах связано с уменьшением работоспособности изолированной

системы.

Уменьшение работоспособности изолированной системы , в которой

происходят необратимые процессы , равно произведению приращения энтропии на

минимальную абсолютную температуру в системе. Все необратимые процессы

протекают всегда с увеличением энтропии. Принцип возрастания энтропии

изолированной системы представляет собой общее выражение второго закона

термодинамики.

Вопросы по допуску к практической работе:

6. Основные формулировки второго закона термодинамики.

7. Можно ли использовать для получения работы всю затраченную теплоту?

8. Что называется круговым процессом или термодинамическим циклом?

9. Прямой обратимый цикл. Что называется термическим коэффициентом полезного

действия . При каких условиях он равен единице?

6. Обратный обратимый цикл. Что называется холодильным коэффициентом? Что он показывает?

7. Прямой цикл Карно. Описание цикла.

8. Термический к.п.д. цикла Карно. Может ли быть термический к.п.д цикла

Карно быть равен единице? От чего зависит термический к.п.д. цикла ?

6. Обратный цикл Карно. Какие машины работают по обратному циклу Карно?

7. Холодильный коэффициент обратного цикла Карно. От чего зависит холодильный коэффициент?

8. Что доказывает теорема Карно?

9. Математическое выражение второго закона термодинамики. Первый и второй интеграл Клаузиуса.

10. Каково изменение энтропии в замкнутой системе, если в ней протекают обратимые и необратимые процессы?

Как определить уменьшение работоспособности изолированной системы , в которой происходят необратимые процессы?

13. Что называется эксергией рабочего тела ?

14. Как определить абсолютную термодинамическую температуру с помощью второго

закона термодинамики.

14. Как определяется среднеинтегральная температура?

Задания , предлагаемые для решения.

Задача №1

Воздух в противоточном теплообменнике нагревается от температуры t₁, ⁰С , а

газы охлаждаются от температуры t_{3 ,} ⁰С до температуры t₄ , ⁰С. Тепловые потери

теплообменника составляют … % от теплоты , отдаваемой газом.

Определить потерю работоспособности на 1 кг проходящего газа вследствие

необратимого теплообмена. Газ и воздух считать идеальными газами, обладающими

свойствами воздуха. Теплоемкость воздуха и газов считать величинами постоянными. Температура окружающей среды t₀ , ⁰С.

Порядок решения задачи № 1

1. Определяем температуру t₂, ⁰С до которой нагревается воздух из уравнения

теплового баланса ТО

2. Определяем тепловые потери на 1 кг проходящего газа

где

3. Определяем изменение энтропии газа

4. Определяем изменение энтропии воздуха

5. Изменение энтропии среды

6. Изменение энтропии системы

7. Определяем потерю работоспособности установки на 1 кг проходящего газа

Задача №2

Определить работоспособность (эксергию) 1 кг воздуха, находящегося под

давлением р₁ , МПа и имеющего температуру t₁ , ⁰C. Температура и давление

окружающей среды t_o , ⁰С и р_{0 ,} мм.рт.ст. Задачу решить при условии , что с=Сonst.

Порядок решения задачи № 2

1. Определяем теплоемкость воздуха

2. Определяем эксергию 1 кг воздуха

где

Задача №3

Какое количество теплоты необходимо затратить , чтобы в политропном процессе

нагреть m , кг воздуха от T₁ , ⁰К при давлении р₁ бар до температуры

Т₂ , ⁰К при давлении р₂ , бар. Теплоемкость воздуха с_р= 1 кДж/кгК.

Порядок решения задачи № 3

1. Определяем среднеинтегральную температуру воздуха при данных условиях

2. Определяем изменение энтропии на 1 кг воздуха

3. Определяем количество теплоты

Варианты индивидуальных заданий

№ В	Задача №1					Задача №2				Задача №3
	t1	t3	t4	%	t0	p1	t1	t0	p0	T1	p1	T2	p2
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14
1	25	250	100	5	18	5	200	19	760	200	1,5	500	8
2	30	500	300	12	25	10	280	22	755	190	2	440	7
3	45	350	205	15	19	7	300	28	770	220	4	560	10
4	35	400	180	20	20	9	350	21	755	350	3	680	9
5	40	450	320	5	21	3	380	20	765	250	1,3	700	5
6	55	380	170	14	22	4	420	27	745	198	2,5	450	6
7	50	520	320	16	17	11	250	25	770	310	3	570	7
8	60	440	220	6	19	9	240	26	760	280	4	600	11
9	70	300	190	10	16	8	190	18	762	170	3,2	780	8
10	65	280	120	11	21	5	480	24	746	260	4,3	590	9
11	80	570	310	25	20	4	330	23	754	270	3,1	705	6
12	75	390	220	8	22	7	325	21	753	320	3,6	860	6,8
13	90	490	210	18	25	8	280	20	758	305	2,2	490	5,4
14	85	410	190	12	19	10	430	26	761	240	2,1	650	6,7
15	70	360	150	10	18	3	380	24	750	195	1,9	480	5,8
16	65	220	170	13	24	4	290	25	772	255	3,5	720	9,2
17	60	350	195	5	25	7	320	20	740	290	4,1	590	8,5
18	40	410	215	8	20	11	290	19	748	310	5,2	630	9,2
19	45	385	180	10	21	12	470	18	758	260	2,8	490	6,8
20	55	420	225	12	17	9	390	21	765	205	2,7	680	8,4
21	50	330	195	15	20	7	330	23	769	150	3,4	450	7,8
22	35	230	165	20	19	6	220	29	771	180	3,9	580	9,2
23	30	405	235	22	22	4	260	27	763	330	3,5	850	8,6
24	25	190	110	18	21	5	360	26	754	270	2,7	640	5,2
25	50	340	170	9	18	9	420	25	772	220	2,5	550	4,8
26	45	460	245	10	19	10	290	24	759	195	1,9	740	8,1
27	20	370	190	15	23	7	370	23	758	245	2,9	560	7,6
28	25	290	160	5	22	8	350	19	746	280	3,3	620	8,4
29	60	420	250	12	20	4	460	20	750	190	3,5	495	7,6
30	65	460	205	13	24	6	380	21	758	305	3,8	570	9,4

Перечень рекомендуемой литературы

1. В.А. Кузовлев " Техническая термодинамика и основы теплопередачи"

Учебник для машиностр. спец. техникумов – 2-е изд., перераб. и доп. – М.Высш.

шк.,1983. – 335 с., ил.

2. Лашутина Н.Г. ,Макашова О.В., Медведев Р.М. "Техническая термодинамика с

основами теплопередачи и гидравлики: Учеб. пособие для учащихся техникумов по

специальности "Холодильно-компрессорные машины и установки" – Л.:

Машиностроение . Ленингр. отд-ние1988.- 336 с.: ил.

3. В.В. Нащокин Техническая термодинамика и теплопередача . Учеб. пособие для

вузов М., "Высшая школа" , 1969 , 550 с. с ил.

4. Рабинович О.М. "Сборник задач по технической термодинамике. М., Машиностроение, 1973 – 344 с.

Практическая работа №6

Тема : Определение параметров газов в процессе истечения, дросселирования и смешения.

Цель работы

учебная:

получить практические навыки по определению параметров газов в процессе истечения, дросселирования и смешения.

воспитательная:

побудить к познавательной , творческой деятельности , привить навыки самостоятельного изучения дополнительной и справочной литературы по данной теме.

Краткие теоретические сведения

Располагаемую работу при адиабатном истечении идеального газа определяем из уравнения

а скорость адиабатного истечения идеального газа находим из уравнения

тогда

или

Массовый секундный расход газа при истечении определяется из уравнения

, кг

где - площадь выходного сечения канала

-скорость истечения

- удельный объем газа в выходном сечении канала

При адиабатном истечении газа

Тогда массовый секундный расход идеального газа

или

кг/с

Дросселированием называют необратимый процесс , в котором давление при прохождении газа через суживающееся отверстие уменьшается без совершения внешней работы.

Дросселирование газа , следовательно падение давления

вызывается всяким сопротивлением в трубопроводе ( вентили , задвижки , шайба, кран , клапан и др.)

Величина падения давления зависит от природы рабочего тела , его

состояния , величины сужения газопровода и скорости движения газа.

В большинстве случаев дросселирование сопровождается уменьшением

работоспособности тела , приносит безусловный вред. Но иногда оно является необходимым и создается искусственно , например в холодильных установках.

При прохождении газа через отверстие , представляющее местное сопротивление

, кинетическая энергия газа и его скорость в узком сечении возрастает , что

сопровождается падением температуры и давления.

Дросселирование , как указывалось , является необратимым процессом , при

котором всегда происходит увеличение энтропии и уменьшение работоспособности рабочего тела.

Уравнение процесса дросселирования

Рассмотрим участок трубопровода , где имеется суженое отверстие.

Сечения 1-1 и 11-11 в трубопроводе закрыты невесомыми поршнями , которые перемещаются

без трения.

На поршень 1 площадью F₁ действует давление р₁

на поршень 11 площадью F₂ действует давление р₂

р₁>р₂

Трубопровод не имеет теплообмена с окружающей средой.

При перемещении 1 кг газа через отверстие поршень 1 переместится в положение 1¹

а поршень 11 - в положение 11¹, поршень 1 совершит путь s₁, а поршень 11 совершить путь s₂.

Для перемещения газа необходимо затратить работу p₁ s₁ F₁ или p₁v₁.

часть этой работы p₂ s₂ F₂ или p₂v₂ будет израсходована на преодоление давления р₂.

разность работ p₁v₁ и p₂v₂ вызовет изменение энергии рабочего тела.

Если начальная скорость газа w₁ и внутренняя энергия u₁ ,

а конечная скорость w₂ и внутренняя u₂ , то будем иметь

При условии , что скорости газа w₁ и w₂ мало отличаются друг от друга , изменением внешней кинетической энергии можно пренебрегать и считать

,

или

и

полученное равенство показывает , что энтальпия в результате процесса дросселирования не

изменяется. Этот вывод с промежуточным состоянием газа неприменим. В сечениях у отверстия

энтальпия не остается постоянной величиной , т.е. процесс дросселирования нельзя отождествлять с изоэнтальпическим процессом. Данное равенство справедливо только для сечений, достаточно удаленных от сужения.

Энтальпия идеального газа является однозначной функцией температуры. Отсюда следует, что в результате дросселирования идеального газа температура его не изменяется (Т₁=Т₂) .

В результате процесса дросселирования реального газа энтальпия для начальных и конечных

значений остается одинаковой , энтропия и объем увеличиваются , давление падает , а температура может увеличиваться , уменьшаться или же , в частном случае остаться без изменения.

Перечень вопросов по допуску к ПР

1. Написать уравнение первого закона термодинамики для потока.

2. Объясните все величины, входящие в уравнение для потока.

3. Какие каналы называют соплами и диффузорами?

4. Какое состояние рабочего тела называется стационарным?

5. Написать уравнение неразрывности для потока.

6. Вывод уравнения работы проталкивания.

7. Уравнение первого закона термодинамики для потока с применением энтальпии.

За счет чего происходит изменение внешней кинетической энергии рабочего тела при адиабатном процессе истечения?

8. Какая величина называется располагаемой работой?

9. Графическое изображение располагаемой работы на pv- диаграмме.

10. Уравнение располагаемой работы для политропного и адиабатного процессов.

11. Уравнение располагаемой работы при адиабатном процессе с применением энтальпии.

12. Скорость истечения жидкости при адиабатном процессе.

13. Скорость истечения идеального газа при адиабатном процессе.

14. Секундный расход идеального газа.

15. Анализ уравнения секундного расхода газа.

16. Критическое отношение давлений и его определение.

17. Уравнение для определения критической скорости.

18. Как определяется скорость звука?

19. Связь скорости звука и критической скорости истечения.

20. Как определяется максимальный секундный расход идеального газа.

21. Какие случаи существуют при истечении газа из суживающегося сопла?

22. Дать описание комбинированного сопла Лаваля.

23. Как определяется скорость истечения и секундный расход газа при выходе из сопла Лаваля?

24. Как определяется минимальное и выходное сечение сопла Лаваля?

25. Как определяется длина сопла Лаваля?

26. Какой процесс называется дросселированием, где он встречается ?

27. Какие величины изменяются и какие остаются постоянными за суженным сечением?

28. Уравнение адиабатного процесса дросселирования.

29. Почему дросселирование нельзя назвать изоэнтальпным?

30. Как изменяется температура идеального газа при дросселировании?

31. Эффект Джоуля-Томсона и его уравнение.

32. Что такое дифференциальный и интегральный эффект дросселирования?

33. Что называется точкой и температурой инверсии?

34. Когда и при каких условиях температура реального газа при дросселировании повышается, понижается и остается без изменения?

35. Дать определение температуры и давления смеси газов при постоянном объеме.

36. Температура и объем при смешении газовых потоков.

37. Температура смеси газов при наполнении резервуара.

38. Объяснить причину изменения энтропии при смешении и дать формулу для энтропии смеси.

ЛИТЕРАТУРА

1.Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. Учеб. Пособие для вузов

М., "Высшая школа".

Практическая работа №8

Тема : Определение теоретической роботы для привода одноступенчатого и

многоступенчатого компрессоров.

Цель работы

учебная:

получить практические навыки по определению.

воспитательная:

побудить к познавательной , творческой деятельности , привить навыки самостоятельного изучения дополнительной и справочной литературы по данной теме.

Краткие теоретические сведения

Практическая работа №7

Тема : Определение неизвестных параметров водяного пара по таблицам и диаграммам.

Цель работы

учебная:

получить практические навыки по определению.

воспитательная:

побудить к познавательной , творческой деятельности , привить навыки самостоятельного изучения дополнительной и справочной литературы по данной теме.

Краткие теоретические сведения

Водяной пар является рабочим телом в паровых турбинах , паровых машинах , в атомных установках , а также теплоносителем в различных теплообменниках.

Газообразное тело в состоянии , близком к кипящей жидкости , называется паром , а процесс превращения вещества из жидкого состояния в парообразное называется парообразованием .

Испарением называется парообразование , которое происходит всегда и при любой температуре с поверхности жидкости. Интенсивность испарения возрастает с увеличением температуры. Испарение происходит, когда отдельные молекулы с большими скоростями преодолевают притяжение соседних молекул и вылетают в окружающее пространство.

Если к жидкости подводить теплоту , то при некоторой температуре и давлении , зависящих от физических свойств рабочего тела, наступает процесс парообразования по всей массе жидкости. Образовавшиеся пузырьки пара, пройдя всю толщу жидкости , вылетают в окружающее пространство. Таким образом, осуществляется кипение жидкости.

Если от пара отводить теплоту , то пар будет превращаться в жидкость , этот обратный процесс называется конденсацией. Процесс конденсации протекает при постоянной температуре и давлении. Жидкость , полученная при конденсации пара называется конденсатом.

Процесс перехода твердого вещества непосредственно в пар называется сублимацией.

Обратный процесс перехода пара в твердое состояние называется десублимацией.

Если испарение жидкости происходит в неограниченное пространство , то оно будет полным Если же испарение происходит в закрытом сосуде , то в некоторый момент времени между испарением жидкости и обратным переходом молекул из пара в жидкость может наступить равновесие : число молекул , вылетающих из жидкости , равно числу молекул , возвращающихся обратно в жидкость. В этот момент в пространстве будет находиться максимально возможное количество молекул. Пар в этом состоянии принимает максимальную плотность и при данной температуре называется насыщенным.

Пар, соприкасающийся с жидкостью и находящийся в термическом с ней равновесии

называется насыщенным. С изменением температуры жидкости равновесие нарушается , изменяется плотность и давление насыщенного пара.

В момент испарения последней капли жидкости в ограниченном пространстве без изменения температуры и давления образуется сухой насыщенный пар. Состояние сухого насыщенного пара определяется одним параметром – давлением , или удельным объемом , или температурой.

В насыщенном паре над зеркалом испарения находятся мельчайшие капельки жидкости , равномерно распределенные по всей массе пара. Механическая смесь , состоящая из сухого пара и мельчайших капелек жидкости , называется влажным паром. Массовая доля сухого пара во влажном называется степенью сухости и обозначается буквой х.

масса сухого пара во влажном

х =----------------------------------------------

масса влажного пара

Массовая доля кипящей жидкости во влажном паре, равная ( 1- х ) , называется степенью влажности. Для кипящей жидкости при температуре насыщения х=0 ,

а для сухого пара х=1, следовательно, степень сухости может меняться от 0 до 1.

Если сухому насыщенному пару сообщить некоторое количество теплоты при постоянном давлении, то температура его будет возрастать. Пар , получаемый в этом процессе, называется перегретым.

Перегретый пар при данном давлении имеет более высокую температуру и удельный объем, чем сухой насыщенный пар. Перегретый пар над поверхностью жидкости получить нельзя. Перегретый пар является не насыщенным, так как при данном давлении удельный объем перегретого пара больше удельного объема сухого насыщенного пара , а плотность меньше. Он по своим физическим свойствам приближается к газу и тем ближе, чем выше степень перегрева.

Практическая работа №10

Тема : Построение теоретического цикла паровой холодильной машины.

Расчет цикла.

Цель работы

учебная:

получить практические навыки по

воспитательная:

побудить к познавательной , творческой деятельности , привить навыки самостоятельного изучения дополнительной и справочной литературы по данной теме.

Краткие теоретические сведения

Практическая работа №1

Тема : Изображение процессов обработки воздуха в i-d диаграмме.

Цель работы

учебная:

получить практические навыки по определению

воспитательная:

побудить к познавательной , творческой деятельности , привить навыки самостоятельного изучения дополнительной и справочной литературы по данной теме.

Краткие теоретические сведения

З В І Т

про виконання індивідуального плану за

2001/2002 навчальний рік

викладачем коледжу Г р і н е в і ч І. В.