| Методичка по теплотехнике

Методические указания предназначены для студентов всех форм обучения по дисциплинам:

– теплотехника;

– энергоснабжение;

– общая энергетика.

Контрольная работа состоит из семи задач.

При выполнении контрольной работы студенту необходимо соблюдать следующие требования:

1) записать условие задачи;

2) решение сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором указать какая величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в формулу (из условия задачи, из справочника, определенные раньше и т. д.);

3) вычисления давать в развернутом виде;

4) размерности всех заданных и расчетных величин подставлять в международной системе СИ;

5) графический материал должен быть выполнен четко.

После решения произвести краткий анализ полученных результатов и сделать соответствующие выводы.

В конце работы дать перечень используемой литературы.

Задача № 1

Цикл идеального компрессора

Воздух в компрессоре сжимается от давления р1 до давления р2 (при изотермическом, адиабатном и политропном сжатии).

исходные данные принять по таблице 1.

Таблица 1 – исходные данные для расчета компрессора

№ п/п в журнале	р1, МПа	р2, МПа	n	Т1, К	M, кг	№ п/п в журнале	р1, МПа	р2, МПа	n	Т1, К	М, кг
1	0,10	0,30	1,20	285	2,0	16	0,15	1,00	1,20	359	2,0
2	0,10	0,40	1,22	290	2,2	17	0,15	1,10	1,22	345	1,9
3	0,10	0,50	1,23	295	2,3	18	0,15	1,20	1,23	340	1,8
4	0,10	0,60	1,24	300	2,4	19	0,15	1,30	1,24	335	1,7
5	0,10	0,70	1,25	305	2,5	20	0,15	1,40	1,25	330	1,6
6	0,10	0,80	1,26	310	2,6	21	0,20	0,80	1,26	325	1,5
7	0,10	0,90	1,27	315	2,7	22	0,20	0,90	1,27	320	1,4
8	0,10	1,00	1,28	320	2,8	23	0,20	1,00	1,28	315	1,3
9	0,10	1,10	1,29	325	2,7	24	0,20	1,10	1,29	310	1,2
10	0,10	1,20	1,30	330	2,6	25	0,20	1,20	1,30	305	1,5
11	0,15	0,50	1,31	335	2,5	26	0,20	1,30	1,31	300	1,6
12	0,15	0,60	1,32	340	2,4	27	0,20	1,40	1,32	295	1,7
13	0,15	0,70	1,33	345	2,3	28	0,20	1,50	1,33	290	1,8
14	0,15	0,80	1,34	350	2,2	29	0,20	1,60	1,34	285	1,9
15	0,15	0,90	1,35	355	2,1	30	0,20	1,70	1,35	280	2,0

1. Рассчитать:

1.1) параметры в начале сжатия: удельный объем v1, м3/кг, и объем V1, м3, для М кг воздуха;

1.2) параметры в конце сжатия: удельный объем v2, м3/кг и объем V1, м3, для М кг воздуха; температуру Т2, К (для изотермического, адиабатного и политропного сжатия);

1.3) для привода компрессора: удельную работу ℓ, Дж/кг, и работу L, Дж, для М кг воздуха (для изотермического, адиабатного и политропного сжатия);

1.4) изменение удельной энтропии ∆s, Дж/(К·кг) и энтропии ∆S, Дж/К, для М кг воздуха (для изотермического, адиабатного и политропного сжатия).

2. рассчитанный цикл вычертить в рv и Тs координатах.

3. Вычертить индикаторную диаграмму идеального и реального одноступенчатого компрессора в рv-координатах.

4. ответить на контрольные вопросы:

· назначение компрессора?

· какие допущения делаются при изучении идеального компрессора, отличающие его от реального компрессора?

общие теоретические положения

компрессор – машина для сжатия и перемещения газов со степенью сжатия ε > 1,1.

Торможение трамваев, поездов ж/д транспорта производится с помощью воздуха, сжимаемого в компрессоре. Сжатый воздух от компрессоров подается в шахты для отбойных молотков, в доменные печи, широко применяется для пневмотранспорта и других технических целей (элемент ТГУ). Компрессоры приводятся в действие от тепловых двигателей, от электродвигателей, следовательно, компрессор – это машина, не вырабатывающая энергию, а потребляющая ее. Поэтому понятно стремление проводить сжатие рабочего тела в компрессоре по термодинамическим процессам, которые требуют минимальной затраты работы. Термодинамика сжатия рабочего тела в компрессоре одинакова для любых типов компрессоров.

Классификация

По принципу выполняемой работы:

· объемные компрессоры, в которых происходит повышение давления сжатия за счет уменьшения объема рабочего пространства. К ним относятся – поршневые компрессоры с возвратно-поступательным движением поршней, ротационные с вращающими поршнями и зубчатые;

· лопастные – центробежные, осевые;

· струйные;

· винтовые.

По роду сжимаемого газа:

· воздушные;

· газовые (кислородные, фреоновые и др);

· паровые.

По создаваемому давлению:

· низкого давления ризб = 2…0 ат (0, …1,0 Мпа);

· среднего давления ризб = 10…100 ат (1,0…10 Мпа);

· высокого давления ризб = 100…1000 ат (10…100 Мпа); пределы даны для воздуха.

поршневые компрессоры

по расположению оси цилиндра: горизонтальные; вертикальные; U-образные; W-образные.

По числу ступеней: одноступенчатые; 2-х ступенчатые; многоступенчатые.

По числу цилиндров: одноцилиндровые; 2-х цилиндровые; многоцилиндровые.

По способу охлаждения цилиндров и промежуточных холодильников: с воздушным охлаждением (небольшие передвижные компрессоры); с водяным охлаждением (стационарные компрессоры).

По способу установки: передвижные; стационарные.

На рисунке 1 приведена схема поршневого компрессора.

процессы одноступенчатых компрессоров

Термодинамические исследования проще проводить применительно к поршневому компрессору. Предполагается, что в таком компрессоре все процессы являются равновесными.

Равновесные процессы – это научная абстракция, идеализация реальных процессов, позволяющих изучать главнейшие, принципиальные свойства термодинамической системы (ТС) при обмене энергией с окружающей средой (ОС). В равновесном процессе ТС проходит ряд бесконечно близких состояний, каждое из которых является равновесным. Равновесные процессы являются и обратимыми, где ТС может вернуться после окончания процесса в исходное состояние, повторив последовательно в обратном направлении все равновесные состояния, которые имела ТС в прямом термодинамическом процессе. Все реальные процессы сопровождаются трением, диффузией, теплообменом между ТС и ОС, следовательно, они неравновесны и необратимы.