Пример решения задачи 6
Исходные данные: G = 20 кг; rN2 = 50%; rO2 = 10%; rCO2 = 25%; rH2O= 15%; = 5; n = 1.2; = 20; p1 = 5 МПа; t1 = 750C. Определить: Rсм; (ρсм)0; V1; V2; t2; p3; V3; t3; ΔU1-2; ΔU2-3; ΔI1-2; ΔI2-3; ΔS1-2; ΔS2-3; L1-2; L2-3. Порядок расчёта 1. Определяем массовые доли компонентов смеси: ; 2. По таблице (приложение 1) находим газовые постоянные компонентов смеси: 3. Вычисляем газовую постоянную смеси: Дж/(кг.К). 4. Находим объём газовой смеси в т. 1 из уравнения Клапейрона: м3. 5. Определяем плотность смеси при нормальных условиях: . По таблице (приложение 1) находим плотности компонентов смеси: кг/м3. 6. Рассчитываем термодинамические характеристики смеси в изобарном и политропном процессах.
І Изобарный процесс 1–2.
1) Объём смеси в точке 2 равен м3. 2) Давление в точке 2 равно первоначальному, т.к. процесс 1–2 изобарный: P2 = P1 = 5 МПа. 3) Температура смеси в точке 2 равна 17400К = 14670С. 4) Находим массовую изобарную теплоёмкость смеси . Массовые изобарные теплоёмкости компонентов смеси равны кДж/(кг.К); кДж/(кг.К); кДж/(кг.К); кДж/(кг.К). В расчётах использованы мольные теплоёмкости двухатомных газов (N2 и О2) кДж/(кмоль.К) и трёхатомных газов (СО2 и Н2О) кДж/(кмоль.К). сpсм = 0,45.1,045 + 0,1.0,916 + 0,36.0,85 + 0,09.2,078 = 1,055 кДж/(кг.К). 5) Находим массовую изохорную теплоёмкость смеси: . Массовые изохорные теплоёмкости компонентов смеси равны:
кДж/(кг.К); кДж/(кг.К); кДж/(кг.К); кДж/(кг.К). кДж/(кг.К). 6) Находим изменение внутренней энергии смеси в процессе 1–2: ΔU1-2 = G.сυсм(t2 – t1) = 20.0,788(1467 – 75).10-3 = 21,94 МДж. 7) Определяем изменение энтальпии смеси в изобарном процессе 1–2: ΔI1-2 = G.сpсм(t2 – t1) = 20.1,055(1467 – 75) .10-3 = 29,37 МДж. 8) Работа газовой смеси в процессе 1–2 равна (по І закону термодинамики): L1-2 = Q1-2 – ΔU1-2. В изобарном процессе количество тепла равно изменению энтальпии, т.е. Q1-2 = ΔI1-2 = 29.37 МДж;
L1-2 = 29,37 – 21,94 = 7,43 МДж. 9) Рассчитываем изменение энтропии смеси КДж/К. ІІ Политропный процесс 2–3
1) Объём газа в точке 3 равен м3. 2) В политропном процессе , откуда МПа.
3) Определим температуру газа в точке 3. В политропном процессе 2–3 , откуда 0К = 1450С. 4) Изменение энтальпии в процессе 2–3 равно ΔI2-3 = G.сpсм(t3 – t2) = 20.1,055(145 – 1467).10-3 = –27,89 МДж. 5) Изменение внутренней энергии смеси в процессе 2–3 равно ΔU2-3 = Gс.υсм(t3 – t2) = 20.0,788(145 – 1467).10-3 = –20,84 МДж. 6) Определим работу газовой смеси МДж. 7) Количество тепла, сообщаемого смеси, находим по І закону термодинамики Q2-3 = L2-3 + ΔU2-3 = 35,6 – 20,84 = 14,76 МДж. 8) Изменение энтропии смеси в политропном процессе 2–3 равно:
Задача 7. Водяной пар, имея начальные параметры p1 = 5 МПа и х1 = 0,9, нагревается при постоянном давлении до температуры t2, затем дросселируется до давления p3. При давлении p3 пар попадает в сопло Лаваля, где расширяется до давления p4 = 5 кПа. Определить, используя is-диаграмму водяного пара: -количество тепла, подведенного к пару в процессе 1–2; -изменение внутренней энергии и энтропии, а также конечную температуру t3 в процессе дросселирования 2–3; -конечные параметры и скорость на выходе из сопла Лаваля, параметры пара и скорость в минимальном сечении, а также расход пара в процессе изоэнтропного истечения 3–4, если известная площадь минимального сечения сопла fmin. Все процессы показать в is-диаграмме. Данные, необходимые для решения задачи выбрать из табл. 10.1.
Ответить на вопрос: как изменится скорость истечения из сопла, если давление p3 увеличится от 0,5 до 1,4 МПа при выбранном значении t2 и p4 = const? Числовые данные к заданию 7 Таблица 7.1
Исходные данные: p1=5 МПа; х1=0,9; t2=400 oC; p3=1,4 МПа; р4=5 кПа; fмин=10 см2. Определить:Q1-2; t3; t4; ; X4; C; M; pkp; tkp; Порядок расчета Задачу решаем с помощью is - диаграммы водяного пара. 1. На пересечении изобары р1=5 МПа и кривой сухости пара х1=0,9 находим точку 1- начальное состояние пара. Определяем, проектируя точку 1 на ось ординат, начальную энтальпию пара:
i1=2635 кДж/кг.
2. Процесс нагрева пара при подводе к нему тепла при р2=const изображается линией 1-2. В результате пар переходит из состояния влажного насыщенного (т.1) в перегретый. Положение точки 2 определяется на пересечении изобары р1=5 МПа и изотермы t2=400 оС. Находим в точке 2 энтальпию пара:
i2=3200 кДж/кг.
Энтропия пара определяется путем проектирования точки 2 на ось абсцисс:
s2=6,65 кДж/(кг К).
3. Процесс дросселирования водяного пара протекает при постоянной энтальпии. В is-диаграмме это будет процесс 2-3. Точка 3 находится на пересечении линии i2=const с изобарой р3=1,4 МПа. В результате дросселирования давление пара уменьшается до р3=1,4 МПа. Температуру пара в точке 3 определим по изотерме, проходящей через точку 3: t3=372 oС.
4. Найдём энтропию пара в точке 3, опуская из неё перпендикуляр на ось абсцисс. В точке 3 s3=7,22 кДж/(кг К).
5. Теоретический процесс истечения пара через сопло Лаваля является процессом адиабатного расширения 3-4 по вертикальной линии s3=const. Точку 4 находим на пересечении линии s3=const и изобары р4=5кПа=0,005Мпа.
6.Определим по диаграмме конечные параметры пара в точке 4:
- энтальпия i4=2200 кДж/кг; - степень сухости х4=0,85; - удельный объём -температура t4=35 oС.
7. Вычисляем теоретическую скорость истечения пара из сопла Лаваля по формуле:
8. Определяем критическое давление пара при истечении из сопла Лаваля
Критическое отношение давлений для перегретого пара равно
Тогда Ркр=1,4·0,546=0,764 МПа. Строим в is-диаграмме критическую изобару Ркр=0,764 МПа.
9. На пересечении линии 3-4 и изобары Ркр получаем точку К. Находим в точке К критические параметры водяного пара при истечении:
10.Находим теоретический массовый расход пара через сопло по формуле (10.21):
11. Определяем количество тепла, сообщаемого пару в процессе 1-2:
Q1-2=M(i2-i1)=1,69(3200-2635)=955 кДж/c.
12. Находим изменение внутренней энергии пара в процессе дросселирования 2-3:
.
13. Изменение энтропии пара в процессе 2-3 равно:
14. Найдём критическую скорость пара в наиболее узком сечении сопла Лаваля:
15. Ответ на вопрос задания: при уменьшении конечного давления пара после дросселирования до р/3= 0,5 МПа при р4=0,005 МПа=сonst получаем новый график процесса истечения – линию 3/-4/. В точке 4/ получаем i/4=2340 кДж/кг. Тогда теоретическая скорость будет равна
т.е. уменьшится по сравнению со случаем истечения при большем давлении р3=1,4 МПа. Решение задачи представлено на рис. 4.
Задание 8.
Определить потери тепла в единицу времени с 1 м длины горизонтально расположенной цилиндрической трубы, охлаждаемой свободным потоком воздуха, если температура стенки трубы tс, температура воздуха в помещении tв, а диаметр трубы d. Лучистым теплообменом пренебречь. Данные, необходимые для решения задания, выбрать из таблицы . Таблица 8.1
Популярное: Как выбрать специалиста по управлению гостиницей: Понятно, что управление гостиницей невозможно без специальных знаний. Соответственно, важна квалификация... Личность ребенка как объект и субъект в образовательной технологии: В настоящее время в России идет становление новой системы образования, ориентированного на вхождение... Как вы ведете себя при стрессе?: Вы можете самостоятельно управлять стрессом! Каждый из нас имеет право и возможность уменьшить его воздействие на нас... ©2015-2020 megaobuchalka.ru Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. (1950)
|
Почему 1285321 студент выбрали МегаОбучалку... Система поиска информации Мобильная версия сайта Удобная навигация Нет шокирующей рекламы |