Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Энергетический факультет

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика и теплотехника»

КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ

По курсу «Техническая термодинамика»

Выполнил: Биндей И. А.

студент гр. 106519

Проверил: Романюк В. Н.

преподаватель

Минск 2011



Содержание

• Контрольная работа №1
• Задача 1.9
• Задача 1.20
• Задача 1.28
• Вопрос 1.9
• Вопрос 1.20
• Вопрос 1.28
• Контрольная работа №2
• Задача 2.9
• Задача 2.20
• Задача 2.28
• Вопрос 2.9
• Вопрос 2.20
• Вопрос 2.28
• Контрольная работа №3
• Задача 3.9
• Задача 3.20
• Задача 3.28
• Вопрос 3.9
• Вопрос 3.20
• Вопрос 3.28
• Контрольная работа №4
• Задача 4.9
• Задача 4.20
• Задача 4.28
• Задача 4.33
• Вопрос 4.9
• Вопрос 4.20
• Вопрос 4.28
• Контрольная работа №5
• Задача 5.9
• Задача 5.20
• Задача 5.28
• Задача 5.33
• Вопрос 5.9
• Вопрос 5.20
• Вопрос 5.28
• Вопрос 5.33
• Контрольная работа №6
• Задача 6.9
• Задача 6.20
• Задача 6.28
• Вопрос 6.9
• Вопрос 6.20
• Вопрос 6.33
• Список используемых источников


Контрольная работа №1

Задача 1.9

Баллон с воздухом объёмом 40 л имеет избыточное давление =13,9 МПа при температуре =-23 С. Определить избыточное давление воздуха в баллоне после того, как температура его стала =27 С, а также количество воздуха, которое необходимо выпустить, чтобы при температуре =27 С давление снова упало до . Барометрическое давление принять равным В=750 мм. рт. ст. (Задачу решить в единицах СИ).

Дано: Решение

=13,9МПа Схема системы в различных состояниях представлена на рисунке 1.1

=-23 С

=27 С

=27 С

B=750 мм. рт. ст

, m - ?

Рисунок 1.1 - Схема системы в различных состояниях



Для абсолютного давления можно записать выражение (ф-ла 1.1, стр.35[1])

Запишем уравнение состояния идеального газа (ф-ла 7.3, стр.166[1]):

Из выражения (1.2) имеем:

Следовательно:

А т. к. следовательно

Имеем:

Из выражения (1.1) найдём :



Запишем уравнения Менделеева-Клапейрона для идеального газа для двух состояний:

а т. к. следовательно:

Откуда найдём :

Ответ: , .

Задача 1.20

Определить массовый и объемный составы смеси водорода с азотом, если газовая постоянная ее равна Дж/(кг·К). Определить также парциальные давления компонентов, если абсолютное давление смеси МПа.



Дано: Решение

Дж/(кг·К) Схема системы представлена на рисунке 1.2

МПа.

Рисунок 1.2 - Схема системы

Газовая постоянная смеси определяется по формуле (ф-ла 7.42, стр.177[1]):

Массовая доля водорода (ф-ла 7.35, стр.176[1]):

Откуда с помощью (1.8) получаем



По (1.9) массовая доля азота:

Объёмный состав смеси находим по формуле (ф-ла 7.47, стр.178[1]):

Объёмная доля водорода:

Откуда с помощью (1.11) получаем

Объёмная доля азота:



Парциальные давления водорода и азота (ф-ла 7.39, стр.177[1])

МПа

МПа

Ответ: , , , , МПа, МПа

Задача 1.28

4 м³ кислорода с начальной температурой и абсолютным давлением МПа нагреваются при постоянном давлении до температуры . Определить конечный объем газа, количество подводимого к нему тепла и изменение его энтропии.

Дано: Решение

Процесс в pv- и Ts- диаграммах (рисунок 1.3)



МПа

Уравнение состояния идеального газа:

Конечный объем газа:

Масса системы из (1.15):

Из таблиц (прил.XI, стр.59[2]) для истинных и средних молярных теплоемкостей идеальных газов находим средние изобарные молярные теплоёмкости в необходимых интервалах температур



Находим среднюю изобарную молярную теплоемкость кислорода (ф-ла 2.19, стр.60[1])

По (1.16) и (1.17) находим

Конечный объём, приведённый к нормальным условиям (ф-ла 2.12, стр.60[1]):

Теплота процесса (ф-ла 2.10, стр.59[1]):



Изменение энтропии(ф-ла 4.11, стр.83 [1]):

Ответ: м³, ,

Вопрос 1.9

Что такое внутренняя энергия? Функцией чего она является и как может быть аналитически вычислена.

Ответ: Внутренняя энергия - энергия, определяемая только внутренним состоянием системы, что и определило её название; это функция состояния ТС, определяемая тем, что её превращение в любом процессе, происходящем в закрытой системе, равно сумме теплоты, сообщённой системе, и работе, совершённой над ней.

Всякая ТС имеет однозначную функцию состояния называемую внутренней энергией, изменяющуюся только под влиянием внешних воздействий в процессе перехода системы из одного состояния в другое.

Для элементарного процесса:



Внутренняя энергия определяется с точностью до произвольной постоянной интегрирования:

Внутренняя энергия идеального газа есть функция только температуры:

Вопрос 1.20

Сформулируйте закон Дальтона. Для каких газов он справедлив? Какими способами может быть задана смесь идеальных газов?

Ответ: Закон Дальтона устанавливает, что давление смеси идеальных газов - p_см , между которыми не протекают химические реакции, равно сумме парциальных давлений компонентов смеси.

Этот закон справедлив для идеальных газов. Состав смеси может быть задан тремя характеристиками: массовыми, объёмными, молярными концентрациями.

Массовая концентрация (массовая доля, g_j) - концентрация, выраженная отношением массы компонента (m_j) к массе всей смеси (m_см)



Объёмная концентрация (объёмная доля, r_j) - концентрация, выраженная отношением парциального объёма составляющей в данной смеси к объёму смеси

Мольная концентрация (мольная доля) - концентрация, выраженная отношением числа молей компонента (N_j) к общему числу молей (N_см) многокомпонентной термодинамической системы

Вопрос 1.28

Почему теплоёмкость зависит от вида процесса? Дайте значения теплоёмкости для основных процессов изменения состояния. Выведите уравнение Майера. Для какого газа оно справедливо?

Ответ: Можно рассчитать теплоемкость процесса х = const, используя уравнение состояния:

энергия газ теплоемкость давление

Из последних соотношений можно получить уравнение Майера, дающее связь и :



Для идеального газа уравнение Майера трансформируется в формулу Майера (ф-ла 2.15, стр.60[1]):

которая, в случае использования удельных молярных теплоемкостей, принимает вид:

Интерес для практики представляет теплоемкость вещества в изобарном и изохорном процессах, получившие название, соответственно, изобарная - , определенная для процесса р = const и изохорная -, определенная для процесса v = const.

Выражение для изобарной теплоемкости идеального газа (ф-ла 2.20, стр.60[1]):

где - коэффициент Пуассона или показатель адиабаты,

R - газовая постоянная вещества.

Выражение для изохорной теплоемкости идеального газа:



Контрольная работа №2

Задача 2.9

1 кг кислорода с начальной температурой и с абсолютным давлением адиабатно сжимается с повышением давления до . Определить начальный и конечный удельные объёмы газа, конечную температуру его, изменение внутренней энергии и изменение энтальпии газа.

Дано: Решение:

К Процесс в pv- и Ts- диаграммах (рисунок 2.1)

Рисунок 2.1 - Процесс в pv- и Ts- диаграммах



Запишем уравнение состояния идеального газа:

Из (2.1) и (2.2):

Из уравнения для адиабаты (ф-ла 8.19, стр.193[1]) найдём :

Найдём из соотношения:

Найдём удельную массовую теплоёмкость для изохорного и изобарного процесса:



Изменение внутренней энергии (ф-ла 8.1, стр.189[1]):

Изменение энтальпии (ф-ла 8.10, стр.191[1]):

Ответ: , , ,

Задача 2.20

В центробежном компрессоре воздух политропно сжимается от абсолютного давления и температуры до давления и температуры . Определить величину показателя политропы сжатия, подведенное тепло (на 1 кг), изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Изобразить процесс в pv- и Ts- диаграммах.

Дано: Решение:

k=1,4 Процесс в pv- и Ts- диаграммах (рисунок 2.2)

m=1 кг

,, ,, - ?



Рисунок 2.2 - Процесс в pv- и Ts- диаграммах

Показатель политропы найдём из выражения (ф-ла 8.40, стр.195[1]):

Удельную массовую теплоёмкость при политропном процессе найдём из выражения (ф-ла 8.50, стр.196[1])

Подведённое тепло:



Изменение энтальпии, внутренней энергии, энтропии соответственно:

Ответ: ,

Задача 2.28

Используя дифференциальное уравнение и принимая в первом приближении теплоёмкость , вывести уравнение адиабаты для реального газа, подчиняющегося уравнению Ван - дер - Ваальса . Определить для водяного пара конечную температуру t₂ и абсолютное давление p₂, если начальное состояние водяного пара характеризуется температурой t₁=150 ? и удельным объёмом ; в процессе адиобатного сзатия объём пара уменьшается в 5 раз; , .

Дано Решение

; Из уравнения состояния получаем 

t₁=150 ?;

; Продифференциировав получаем

;

Подставляя в исходное уравнение с учётом, что для адиабаты

t₂ - ?

p₂ -? Проинтегрировав получаем

Принимаем, что теплоёмкость изохорного процесса в реальном газе определяется по формуле

Получим



Выражение для искомой температуры имеет вид:

Молярная масса для воды:

Газовая постоянная в этом случае равна:

Для перегретого пара k=1,4.

Конечная температура:

Конечное давление:

Ответ: Т₂=691 К; Р₂=3,1 МПа;



Вопрос 2.9

В каких пределах изменяется теплоёмкость в политропных процессах? Изобразите график изменения теплоёмкости от показателя политропы. Физическая сущность отрицательной теплоёмкости.

Ответ: Выражение

определяет величину теплоёмкости политропного процесса для идеальной газовой ТС. Из его анализа следует, что с переходом от процесса к процессу (-<n<) теплоёмкость изменяется в диапазоне -<<.

Графическое изображение зависимости теплоёмкости от характера процесса имеет вид:

При n= теплоёмкость процесса принимает значение , при n=1 теплоёмкость оказывается , при n=0 - соответственно . В области процессов 1<n<k теплоёмкость отрицательна, во всём остальном диапазоне положительна. Отрицательную теплоёмкость имеют процессы II и VI групп, где знаки изменения температуры ТС и знаки потоков теплоты противоположны. Во II-й группе теплоёмкость отрицательна, поскольку и внутренняя энергия, и теплота процесса, в конечном итоге, расходуются на совершение работы ТС над внешними объектами. В V-й группе за счёт того, что отвод теплоты от ТС сопровождается возрастанием температуры. Это происходит, поскольку внутренняя энергия растёт за счёт части энергии, подводимой к системе в форме работы.

Вопрос 2.20

В чём сущность второго закона термодинамики? Дайте основные формулировки этого закона и покажите их общность.

Ответ: Процессы в природе протекают под действием движущих сил: градиентов давления, температуры, химического потенциала и др. Опыт свидетельствует, что все естественные процессы идут в направлении установления равновесия, т. е. в направлении исчезновения потенциально возможной работы: выравнивания температуры, давления, концентрации. Это имеет простую физическую иллюстрацию: газ вытекает из ёмкости с высоким давлением в среду, где давление ниже; энергия при теплообмене передается от более горячего тела к более холодному и т. д. На изложенном очевидном факте основывается одно из формулировок второго закона термодинамики: теплота не может самопроизвольно переходить от менее нагретого тела к более нагретому.

Важнейшее различие теплоты и работы заключается в их неравнозначности в части взаимного превращения. Если при превращении работы в теплоту можно ограничиться изменением состояния одного лишь теплоприемника, то при преобразовании теплоты в работу, кроме охлаждения теплоотдающего тела, должно происходить изменение термодинамического состояния других ТС, участвующих в этом процессе, в случае, когда указанный процесс замкнут (циклический), то часть теплоты теплоотдающей ТС должна быть передана некому теплоприёмнику, без которого невозможно провести преобразование. Когда же процесс незамкнут - изменение термодинамического состояния другой ТС, называемой рабочим телом, обеспечивающей протекание процесса преобразования теплоты в работу. Такие изменения состояния ТС, обеспечивающие преобразования теплоты в работу, называются компенсацией. Без компенсации, как следует из опыта, невозможно превращение в работу ни одного джоуля теплоты.

Таким образом, работу нельзя получать за счёт энергии тел, находящихся в термодинамическом равновесии. В этом основной смысл второго закона термодинамики. На этом очевидном факте основывается весьма популярная формулировка второго закона термодинамики: невозможен вечный двигатель второго рода, т. е. невозможно создать циклически действующую машину, единственным результатом которой было бы совершение механической работы за счёт охлаждения теплового резервуара.

Вопрос 2.28

Изобразите изотермы реального газа в p--pV диаграмме. Что такое точка Бойля? Что такое линия Бойля и как аналитически она может быть вычислена? Как построить в диаграмме p--pV линию pv=RT, т.е. линию являющуюся совокупностью состояний реального газа, в которых он следует уравнению состояния идеального газа?

Ответ: Точка Бойля - точка минимума на изотерме реального газа в координатах p--pV (рис.2.2.28.1,где р -- давление газа, V -- занимаемый газом объём), названа в честь англ. учёного Р. Бойля (R. Boyle). Вблизи Б. т. небольшие участки изотерм реального газа можно приближённо рассматривать как отрезки горизонт. прямых, представляющих, согласно Клапейрона уравнению pV=(M/m)RT, изотермы идеального газа (R -- газовая постоянная, М -- масса газа, m -- мол. масса). Иными словами, Б. т. определяет температуру, при которой для данного реального газа применимо уравнение идеального газа. Участок изотермы аb (слева от Б. т.) соответствует условиям, когда реальный газ более сжимаем, чем идеальный; участок be (справа от Б. т.) соответствует условиям меньшей сжимаемости реального газа по сравнению с идеальным. Слева от Б. т. сказывается преобладающее влияние сил притяжения между молекулами, облегчающих сжатие газа, справа от Б. т.-- влияние собств. объёма молекул, препятствующего сжатию. Вблизи Б. т. эти факторы, отличающие реальный газ от идеального, взаимно компенсируются.

Изотермы реального газа в координатах р-- pV. На изотермах с темп-рой T>T_B точки Бойля отсутствуют.

Линия, соединяющая Б. т. отд, изотерм, называют кривой Бойля. Точка этой кривой, лежащая на оси ординат, определяет т. н. температуру Бойля ТB. Для газа, подчиняющегося Ван-дер-Ваальса уравнению, ТB=3,375 Т_к, где Т_к-- критическая температура, При Т<Тk возможно полное сжижение газа под давлением, при Т<Т_к возможно частичное сжижение газов при дросселировании.

Рисунок 2.2.28.1 - Изотермы реального газа в pv-диаграмме



Контрольная работа №3

Задача 3.9

В барабане парового котла находится влажный пар при абсолютном давлении p=20 МПа и х=0,4. Определить массу влажного пара, а так же объёмы воды и насыщенного пара, если объём барабана

V = 12 м³.

Дано Решение

; Схема барабана парового котла (рисунок 3.1):

х=0,4;

V = 12 м³

Рисунок 3.1 - Схема системы



Состояние системы в is - диаграмме представлена на рисунке 3.2:

Рисунок 3.2 - Состояние системы в is - диаграмме

Состояние системы в Тs - диаграмме представлено на рисунке 3.3:

Рисунок 3.3 - Состояние системы в is - диаграмме



Состояние системы в Pv - диаграмме представлено на рисунке 3.4:

Рисунок 3.4 - Состояние системы в Pv - диаграмме

С помощью таблицы «Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения» и is-диаграммы водяного пара определяем параметры характерных точек состояния системы:

по заданному давлению насыщения p=p_s=20 МПа определяем:

Температура насыщения: T_s=365,71 ?;

удельный объём насыщенной жидкости: v'=0,002038 м³/кг ;

удельный объём насыщенного пара: v''=0,005873 м³/кг ;

С помощью данной степени сухости х=0,4 определяем удельный объём v_x влажного пара системы по формуле:



Масса влажного пара

Массу сухого пара, находящегося во влажном паре, определяем из формулы (ф-ла 9.6, стр.215[1]):

Объём насыщенного пара:

Объём насыщенной жидкости:

Ответ: ; .

Задача 3.20

2 кг водяного пара при начальных параметрах t₁=100?, X₁=0,95 сжимаются без теплообмена с окружающей средой, при этом объём пара уменьшается в 8 раз. Определить параметры и состояние пара в конце сжатия, изменение энтальпии и работу сжатия.

Дано Решение

m_вп=2 кг Процесс в is - диаграмме представлен на рисунке 3.4:

t₁=100?

X₁=0,95

dq=0

??i -?

l -?

Рисунок 3.4 - Процесс системы в is - диаграмме

Процесс системы в Ts - диаграмме представлен на рисунке 3.5:



Рисунок 3.5 - Процесс системы в Ts - диаграмме

Процесс системы в Pv - диаграмме представлен на рисунке 3.6

Рисунок 3.6 - Процесс системы в Pv - диаграмме



С помощью таблицы «Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения» и is-диаграммы водяного пара определяем параметры характерных точек состояния системы:

по заданной температуре насыщения t₁=t_s = 100? определяем:

P_1s=1,01325 · 10⁵ Па;

v'=0,00104 м³/кг ;

v''=1,67186 м³/кг ;

s'=1307,01 Дж/(кг·K);

s''=7354,08 Дж/(кг·K);

=419 кДж/кг;

=2676 кДж/кг;

С помощью данной степени сухости х=0,95 определяем удельную энтальпию влажного пара системы по формуле (ф-ла 9.9, стр.216[1]):

Аналогично определяем удельную энтропию и удельный объём влажного пара:



Из условия определяем что

Зная, что процесс адиабатный и зная величину , по is-диаграмме водяного пара определяем

t₂=330 ? и Р₂=1,4 МПа, ,

Из чего видно, что конечная точка 2 лежит в сверхкритической области.

Изменение энтальпии и внутренней энергии:

По 1-му закону термодинамики для адиабатного процесса

:

Задача 3.28

От материала, помещенного в сушилку, необходимо отнять 2000 кг воды. Наружный воздух, имея температуру t₁=15°С и относительную влажность ₁=0,3, проходит через калорифер и подогревается, а затем он поступает в сушилку и выходит из нее при t₂=50°С и относительной влажности ₂=0,9. Определить количество воздуха, которое необходимо пропустить через сушилку. Задачу решить при помощи Id-диаграммы и привести схему решения.

Дано: Решение

m_воды = 2000 кг

t₁ = 15°С

₁ = 0,3

t₂ = 50°С

₂ = 0,9

m_в-ха - ?

По Id-диаграмме находим на пересечении линии ₁ = 0,3 и t₁ = 15°С точку 1 (рис. 3.3).

Опускаемся вниз до пересечения с осью d и находим d₁ = 2 г/кг(с.в.) - влагосодержание воздуха в точке 1.

Поднимаемся вверх до пересечения с линией t₂ = 50°С и находим точку 11 - нагревание воздуха происходит при неизменном влагосодержании d.

По линии i = const доходим до пересечения с линией ₂ = 0,9 - находим точку 2, характеризующую состояние воздуха после сушилки.

Опускаясь вниз до пересечения с осью d, находим влагосодержание точки 2

d₂ =78 г/кг(с.в.)

Т.о. в процессе нагревания 1 кг сухого воздуха испарилось влаги:

г/кг(с.в.)

Для испарения 1 кг влаги потребуется кг сухого нагретого воздуха.

Для испарения 2000 кг влаги потребуется

кг

Ответ: кг

Вопрос 3.9

Объясните, почему изобары воды в Ts-диаграмме располагаются левее нижней пограничной кривой, а также покажите область, в которой это правило нарушается.

Ответ: Это связано с тем, что вода может находиться в разных состояниях, в этой области наблюдается твердая фаза, следовательно свойства вещества иные по сравнению с другими состояниями, например, жидкость или пар. Область, в которой это правило нарушается - твердая и жидкая фаза, или только жидкая, или газообразное состояние.



Вопрос 3.20

Изобразите is-диаграмму воды и водяного пара. Каков характер в этой диаграмме нижней и верхней пограничных кривых? Где будет располагаться критическая точка?

Ответ

При построении диаграммы по оси абсцисс откладывается удельная энтропия пара, а по оси ординат - удельная энтальпия. За начало координат принято состояние воды в тройной точке. Пограничные кривые жидкости и пара сходятся в критической точке К. Пограничная кривая жидкости выходит из начала координат. Линии изобар в области влажного пара являются прямыми наклонными линиями, расходящимися веером от пограничной кривой жидкости. Угловой коэффициент наклона изобар к оси абсцисс в каждой точке диаграммы численно равен абсолютной температуре данного состояния (). В области влажного пара наносится сетка линий постоянной степени сухости (х = const), которые сходятся в критической точке К. Изотермы в области влажного пара совпадают с изобарами. В области перегретого пара они расходятся: изобары поднимаются вверх, а изотермы представляют собой кривые линии, обращенные выпуклостью вверх. На диаграмму наносится сетка изохор, которые имеют вид кривых, поднимающихся более круто вверх по сравнению с изобарами. (рис.3.5)

Вопрос 3.28

Что такое температура мокрого термометра? Почему ее можно называть температурой адиабатного насыщения влажного воздуха?

Ответ: Температура мокрого термометра(t_м) -- температура, регистрируемая термометром, датчик которого смочен водой. Температура, соответствующая наступлению равновесия процессов тепло- и массообмена между влажным воздухом и смоченным термометром, называется температурой мокрого термометра.

Температура мокрого термометра близка к температуре адиабатного насыщения воздуха, которая используется в расчетах систем оборотного водоснабжения, кондиционирования, вентиляции, сушки и т.д., т.е. там, где протекает тепло- и массоперенос между потоком воздуха и поверхностью воды. При этом, если поток воздуха смешан с некоторым количеством воды при температуре t_sм в адиабатной системе, то температура воздуха уменьшается, а влагосодержание -- увеличивается. При этом температуры мокрого термометра и адиабатического насыщения можно считать равными. С увеличением влагосодержания разница между ними увеличивается, но это не имеет значения для многих технических расчетов.



Контрольная работа №4

Задача 4.9

Определить длину расширяющейся части сопла Лаваля, через которое происходит истечение воздуха с начальными параметрами p₁=1,6 МПа, t₁=600 ? в количестве G=0,6 кг/с в среду с атмосферным давлением (p₂=0,1 МПа). Угол конусности равен 10?, скоростной коэффициент сопла ц=0,93. Скоростью на входе в сопло пренебреч.

Дано Решение

p₁=1,6 МПа Схема сопла Лаваля (рисунок 4.1):

t₁=600 ?

G=0,6 кг/с

р₂=0,1 МПа

б=10?

ц=0,93

l - ?

Рисунок 4.1 - Схема сопла Лаваля



Процесс системы в Ts - диаграмме представлен на рисунке 4.2

Рисунок 4.2 - Схема сопла Лаваля

По формуле 10.43, стр.266[1]:

Относительный внутренний КПД сопла (ф-ла 10.112, стр.216[1]):

Через разность энтальпий получаем:



Из (4.3) находим действительную температуру потока в критическом сечении

По формуле 10.44, стр.266[1] определяем плотность потока в критическом сечении:

Расход пара:

Зная коэффициент скорости, находим действительную скорость в критическом сечении(форм. 10.45, стр.266[1]):

Площадь сечения сопла в критическом сечении:



Находим действительную температуру потока в устье сопла:

Плотность потока в устье сопла:

Скорость потока в устье сопла:

Площадь сечения сопла в устье:

Зная угол конусности сопла и диаметры сопла в сечениях, определяем дли расширяющейся части:



Ответ: l=0,075 м

Задача 4.20

Дано Решение

Схема сопла (рисунок 4.2):

p₁=6 МПа

t₁=400 ?

р₂=0,1 МПа

ц=0,95

F=30 мм²

G-?

Рисунок 4.2 - Схема сопла



Находим отношение

Находим критическое отношение давлений потока:

С помощью отношения 4.13

Определяем критическое давление:

По найденному критическому давлению из таблиц «воды и водяного пара» определяем:



Изоображение процесса в Is -диаграмме (рисунок 4.3):

Рисунок 4.3 - Is -диаграмма

Приняв для перегретого пара , определяем в первом приближении по формуле 10.68, стр.272[1]

Точность определённого значения:

По 4.14 определяем в первом приближении:



Из 4.14 находим :

По с помощью таблиц или диаграмм определяем :

Зная определяем во втором приближении :

По найденному

Из 3.25 находим :

Для звукового режима



По по диаграмме воды и водяного пара находим

Относительный внутренний КПД:

По (4.18) находим действительную энтальпию:

Скорость в устье для звукового режима (форм. 10.31, стр.262[1]):

Или

Расход потока:



Ответ:

Задача 4.28

Природный газ (CH₄) поступает в газопровод постоянного сечения со скоростью при параметрах p₁=0,5 МПа и t₁=20 ?. В следствии дросселирования в запорных устройствах давление падает до p₂=0,4 МПа. Определить изменение скорости потока и энтальпии.

Дано Решение

Схема cистемы (рисунок 4.4):

p₁=0,5 МПа

t₁=20 ?

р₂=0,4 МПа

?? i - ?

Рисунок 4.4 - Схема cистемы

Уравнение потока имеет вид:



Уравнение неразрывности имеет вид:

Уравнения состояния для двух сечений потока:

Из (4. 23)и (4. 24)находим плотности потока в соответствующих сечениях:

По (4. 22), (4.25) и (4.26)определяем выходную скорость

Теплоёмкость:



Энтальпия потока в первом сечении:

По (4.21) и (4.28) определяем энтальпию потока во втором сечении:

Изменение скорости потока и энтальпии:

Ответ: ;

Задача 4.33

В клапанах турбины перегретый пар с параметрами p₁=6 МПа и t₁=400°С дросселируется до p₂=5 МПа, а затем расширяется в турбине до р_з=0,004 МПа. Определить потерю теоретической мощности турбины вследствие дросселироиания, если расход пара D= 10 кг/с.

Дано Решение

p₁=6 МПа Изоображение процесса в Тs -диаграмме (рисунок 4.5):

t₁=400°С

p₂=5 МПа

р_з=0,004 МПа

D= 10 кг/с



Рисунок 4.4 - Тs - диаграмма

По заданным параметрам из таблицы “Воды и перегретого водяного пара” и диаграммы определяем:

s_1x= s₁ , s_2x= s₂

s₂=6543 Дж/(кг·K);

s₁=6543 Дж/(кг·K);

=121404 Дж/кг;

=2553709 Дж/кг;

Степень сухости пара после дроселирования:



Степень сухости пара без дроселирования:

Энтальпия в конечных точках процессов:

= (1-)+=121404(1-0,76)+ 2553709·0,76 = 1970506 Дж/кг;

= (1-)+=121404(1-0,77)+ 2553709·0,77 = 1993944 Дж/кг;

Изоображение процесса в Is -диаграмме (рисунок 4.5):

Рисунок 4.5 - Is - диаграмма

Мощность турбины без учёта дросселирования:



Мощность турбины с учётом дросселирования:

Потеря мощности на дросселирование:

Ответ:

Вопрос 4.9

Упростите уравнение первого закона термодинамики применительно к адиабатному расширению рабочего тела в идеальном двигателе. Изобразите процесс в pv-диаграмме и покажите на графике совершаемую в нем техническую работу.

Ответ: Согласно аналитическому выражению первого закона термодинамики для закрытых систем:

(0.1)

тогда для процесса получаем:

(0.2)

(0.3)

Техническая работа процесса изображена на рх-диаграмме



Рисунок

Рисунок 0.6 - -диаграмма адиабатного расширения

Вопрос 4.20

Сформулируйте теорему Гуи -- Стодолы применительно к потоку, совершающему техническую работу при наличии в нем необратимых процессов.

Ответ:

Согласно теореме Гуи-Стодолы, потери эксергии вследствие необратимости процессов протекающих в ней прямо пропорциональны увеличению энтропии системы и абсолютной температуре окружающей среды.

где T₀ - абсолютная температура окружающей среды,

- увеличение энтропии системы.



Вопрос 4.28

Изобразите в рv-диаграмме графики адиабатного расширения рабочего тела при истечении через суживающееся сопло при Р₂/Р₁>р_кр и Р₂/Р₁< р_кр.

Ответ:

Рисунок 4.5 -- Истечение из суживающегося сопла, дозвуковой режим: а) - изменение параметров по длине сопла; б) - процесс изменения состояния газа в pv-диаграмме

Дозвуковой режим имеет место, если отношение давления среды , в которую происходит истечение, к давлению перед соплом больше критического: 

В этом случае в устье сопла (на срезе сопла) давление потока равно давлению среды, куда истекает газ , т.е. происходит непосредственно в сопле полное расширение потока. Потерь энергии не происходит: вся техническая работа превращается в кинетическую энергию потока. Скорость потока в устье сопла дозвуковая . Остальные термодинамические параметры газа в устье сопла устанавливаются в соответствии с уравнением адиабатного процесса 1-2 (рис.4.5)

Рисунок 4.6 -- Истечение из суживающегося сопла, звуковой режим: а) - изменение параметров по длине сопла; б) - процесс изменения состояния газа в pv-диаграмме



Звуковой режим имеет место, если отношение давления среды , в которую происходит истечение, к давлению перед соплом меньше критического:

В этом случае в устье сопла (на срезе сопла) давление потока не зависит от давления среды, куда истекает газ, и равно критическому давлению потока. Непосредственно в сопле происходит расширение газа лишь до , дальнейшее снижение давления потока до давления среды происходит вне сопла. В результате часть внутренней энергии газа рассеивается в окружающей среде и не идёт на увеличение кинетической энергии потока. Скорость потока в устье сопла критическая . Остальные термодинамические параметры газа в устье сопла устанавливаются в соответствии с уравнением адиабатного процесса 1-2 (рис.4.6)



Контрольная работа №5

Задача 5.9

Определить производительность охлаждаемого компрессора при сжатии воздуха с начальными параметрами и до давления , если фактически затрачиваемая на его привод мощность N=50 кВт, изотермический КПД компрессора .

Дано: Решение

Схема охлаждаемого компрессора (рисунок 5.1)

N=50 кВт

V₁ - ?

Рисунок 5.1 - Принципиальная схема охлаждаемого компрессора



Принципиальная схема охлаждаемого компрессора (рисунок 5.2)

Рисунок 5.2 - Принципиальная схема охлаждаемого компрессора

L_пр - работа привода; L_к - работа компрессора; , - расход охлаждающей воды

Процеcсы в - и - диаграммах (рисунок 5.3):

Рисунок 5.3 - Процессы в - и - диаграммах



Запишем уравнение для изотермического КПД (ф-ла 14.23, стр.14 [3]):

Найдём расчётную работу компрессора по формуле (ф-ла 14.15, стр.10[3]):

Из (5.1) и (5.2) имеем:

Отсюда:

Производительность компрессора приведённая к нормальным условиям:

Найдём массовую производительность по формуле:



Ответ: ;

Задача 5.20

Для идеального цикла газотурбинной установки с изобарным подводом тепла, двухступенчатым сжатием и расширением рабочего тела и полной регенерацией определить параметры рабочего тела в характерных точках, термический КПД цикла, количество подведённого и отведённого тепла и полезную работу, если начальные параметры рабочего тела p₁=0,1 МПа и t₁=20 ?, степень повышения давления в компрессорах и понижения в турбинах одинаковы и равны 2,5; рабочие тело после первой ступени компрессора охлаждается до начальной температуры, температура рабочего тела в конце расширения в обеих ступенях турбины равна 400 ?. Сравнить термический КПД данного цикла с термическим КПД цикла Карно для того же интервала температур. Рабочие тело - воздух.

Дано: Решение

p₁=0,1 МПа Процессы цикла в - диаграмме (рисунок 5.4):

t₁=20 ?

в=2,5

t₆=t₈=400 ?

з_t -?

q₁-?

q₂-?

l_Ц-?



Принципиальная схема ГТУ с двухступенчатым сжатием и расширением рабочего тела и полной регенерацией (рисунок 5.5)

К₁, К₂ - первый и второй компрессор соответственно; Х - теплообменник; КС₁, КС₂ - первая и вторая камера сгорания соответственно; Т₁, Т₂ - первая и вторая турбина соответственно; _x - теплота отводимая к теплообменнику; _ут - теплота на утилизацию; 2L_к - работа подводимая к компрессорам; L_н - работа на генератор; , - расходы топлива



ТОЧКА 1:

p₁=0,1 МПа, t₁=20 ?,

ТОЧКА 2:

Из степени повышения давления (ф-ла 15.46, стр.44 [3]) имеем:

Имеем:

ТОЧКА 3:



ТОЧКА 4:

ТОЧКА 5:

ТОЧКА 6:



ТОЧКА 7:

ТОЧКА 8:

Изобарная массовая теплоёмкость рассчитывается по формуле:

Найдём количество подведённой и отведённой теплоты, учитывая, что число ступеней m сжатия и расширения равно 2:

Полезная работа находится по формуле:



Термический КПД (ф-ла 15.65, стр.48 [3]):

Термический КПД цикла Карно (ф-ла 14.16, стр.89 [1]):

При сравнений и можно сделать вывод, что в тех же интервалах температур цикл Карно эффективнее данного на 10%

Ответ: , , , , значения параметров рабочего тела в характерных точках приведены в таблице 5.1

Таблица 5.1 - Значения параметров рабочего тела в характерных точках

N	1	2	3	4	5	6	7	8
p, МПа	0,1	0,25	0,25	0,63	0,63	0,25	0,25	0,10
v, м3/кг		0,44	0,34		0,40	0,77	1,00	1,94
T, К	293	381	293	381	875	673	875	673

Задача 5.28

Определить термический КПД и степень заполнения цикла Ренкина с учётом работы насоса, если параметры пара перед турбиной p₁=24 МПа и t₁=560° С, а давление в конденсаторе p₂=0,004 МПа.

Дано Решение

p₁=24 МПа Принципиальная схема ПСУ (рисунок 5.5):

t₁=560° С

p₂=0,004 МПа

СЗЦ - ?

Рисунок 5.5 - Принципиальная схема ПСУ

ПП-пароперегреватель, ПГ-парогенератор, КА-котлоагрегат, ПТ-паровая турбина, G-генератор, К-конденсатор, Н-насос, ЦВвх-цирк. вода входящая, ЦВух-цирк. вода уходящая

На рисунке 5.6 представлено изображение Тs - диаграммы цикла Ренкина



Рисунок 5.6 - Ts - диаграммы цикла Ренкина и цикла Карно

Изображение цикла в Is - диаграмме (рисунок 5.7)

Рисунок 5.7 - Is - диаграмма цикла Ренкина



По заданным параметрам из таблицы “Воды и перегретого водяного пара” и диаграммы определяем:

s₁ = s₂= s_x=6249,57

=3382,3 кДж/кг;

=121,403 кДж/кг;

=2553,709 кДж/кг;

Степень сухости в точке 2:

С помощью 5.13 определяем энтальпию в точке 2:

== (1-)+=121,403 (1-0,72)+ 2553,709 ·0,72 = 1872,7 кДж/кг;

Работа насоса:

С помощью 5.15 определяем:



Подводимая теплота в парогенераторе:

Работа турбины:

Термический КПД:

Работа цикла Ренкина с учётом работы насоса:

Работа цикла Карно:

Степень заполнения цикла:

Ответ:



Задача 5.33

Паросиловая установка работает по регенеративному циклу с отборами при давлениях 1 МПа и 0,16 МПа, параметры пара перед турбинной p₁=9 МПа и t₁=500°С, давление в конденсаторе p₂=0,004 МПа. Определить термический КПД регенеративного цикла и сравнить его с термическим КПД цикла Ренкина, осуществляемого при тех же начальных параметрах и том же конечном давлении пара.

Дано Решение

p₁=9 МПа Принципиальная схема ПСУ с регенирацией (рисунок 5.8):

p₀₁=1 МПа

p₀₂=0,16 МПа

t₁=500° С

p₂=0,004 МПа

Рисунок 5.8 - Принципиальная схема ПСУ с регенерацией

ПП-пароперегреватель, ПГ-парогенератор, КА-котлоагрегат, ПТ-паровая турбина, G-генератор, К-конденсатор, Н-насос, ПТО1 - паровая турбина 1-го отбора, ПТО2 - паровая турбина 2-го отбора, ПТО3 - паровая турбина 3-го отбора, РТ1- 1-й регенеративный теплообменник, РТ2- 2-й регенеративный теплообменник

По заданным параметрам из таблицы “Воды и перегретого водяного пара” и диаграммы определяем:

=3386,9 кДж/кг;

=121,4 кДж/кг;

=3386,9 кДж/кг;

Степень сухости в точке 2:



С помощью 5.23 определяем энтальпию в точке 2

= (1-) +=121,4· (1- 0,77)+ 2553,7 · 0,77= 2005,7 кДж/кг;

На рисунке 5.9 представлено изображение Тs - диаграммы цикла

Рисунок 5.9 - Ts - диаграмма цикла

Степень сухости в точке 22:



Температура в точках 41 и 42 с учётом недогрева питательной воды:

Баланс теплоты второго подогревателя:

Доля пара, идущая на второй отбор

Баланс теплоты первого подогревателя:



Доля пара, идущая на первый отбор:

Работа турбины с регенеративными отборами пара:

Подводимая теплота в парогенераторе регенеративного цикла:

КПД регенеративного цикла:

Подводимая теплота в парогенераторе цикла Ренкина:

КПД цикла Ренкина:



Повышение эффективности при применении регенирации:

Ответ: , = 3

Вопрос 5.9

Поясните, почему в идеальных циклах поршневых двигателей внутреннего сгорания процесс отвода теплоты принят изохорным?

Ответ: В идеальных циклах поршневых ДВС процесс отвода теплоты принят изохорным, потому что при таком отводе теплоты работа цикла будет больше чем при изобарном отводе. Это можно увидеть на диаграмме (изохора в TS-диаграмме идёт круче изотермы). Рассмотрим к примеру цикл Отто (рисунок 5.6)

Рисунок 5.6 - Цикл Отто



Из графика видно, что при изобарном отводе теплоты работа цикла будет меньше чем при изохорном отводе теплоты. С этой целью в идеальных циклах поршневых ДВС процесс отвода теплы принят изохорным.

Вопрос 5.20

Покажите на графике в Ts-диаграмме, что введение регенерации, ступенчатого сжатия и ступенчатого подвода теплоты приближает термический К.П.Д. цикла газотурбинной установки к термическому К.П.Д. цикла Карно.

Ответ: Как видно из рисунка 5.6, чем больше промежуточных ступеней подогрева и охлаждения, тем выше термический КПД цикла.

Действительно, если представить, что в цикле, показанном рисунке, в процессе 2-3 теплота подводится к рабочему телу только за счет охлаждения рабочего тела в процессе 4-1, то в силу эквидистантности этих процессов эти теплоты не должны учитываться при определении термического КПД цикла. Если приближенно оценить теплоту, подведенную к рабочему телу в совокупном процессе 3-4 в виде произведения и теплоту отданную холодному источнику в процессе 1-2, в виде произведения , то . Так как процессы 2-3 и 4-1 эквидистанты, то , поэтому , т.е. термический КПД такого цикла оказывается равным КПД цикла Карно. Однако это справедливо лишь для циклов с большим числом промежуточных ступеней подогрева и охлаждения.

Вопрос 5.28

Как влияют начальные параметры пара на термический К.П.Д. цикла Ренкина? Охарактеризуйте основные этапы развития советской теплоэнергетики в части повышения начальных параметров пара паросиловых установок?

Ответ: Рабочее тело достигает максимально высоких температур, ограничиваемых возможностями материалов, применяемых в конструкции ПСУ. Сегодня эта температура составляет , что обеспечивает достаточно высокую эффективность цикла. Указанное значение начальной температуры пара в цикле Ренкина приводит к тому, что перед турбиной имеет место состояние перегретого пара. В результате улучшаются условия её работы со всеми вытекающими благотворными последствиями.

Для термического КПД цикла Ренкина нетрудно видеть, что значение определяется только параметрами пара перед трубой и за ней. Эти параметры называются соответственно начальными и конечными параметрами рабочего тела в цикле Ренкина или предельными параметрами.



Рисунок 5.7 -- Цикл в is- и Ts- диаграмме

Выясним влияние начальной температуры пара перед турбиной на термический КПД цикла Ренкина. На рис. 5.7 изображены циклы Ренкина с различной начальной температурой и одинаковыми давлениями . Непосредственно из диаграммы очевидно: увеличение начальной температуры пара приводит к росту средней интегральной температуры подвода теплоты . Средняя интегральная температура отвода теплоты в обоих циклах остаётся одинаковой. На основании изложенного можно сделать вывод о повышении начальной температуры рабочего тела Одновременно с этим следует констатировать увеличение степени сухости пара в конце процесса расширения , что благоприятно во всех отношениях.

Паросиловые установки сыграли исключительную роль в становлении промышленного потенциала бывшего СССР в послевоенный период. При этом исключительную роль сыграли белорусские ученные Одельский Э.Х., Борщевский С.Е., Волков Н.П. и многие другие замечательные специалисты и люди.

Вопрос 5.33

Покажите, что термический К.П.Д. регенеративного цикла паросиловой установки повышается с повышением числа регенеративных отборов. К какому пределу он стремится при этом в случаях применения сухого насыщенного и перегретого пара?

Ответ: Термический К.П.Д. регенеративного цикла паросиловой установки находится из выражения:

С повышением числа регенеративных отборов сумма, находящаяся в скобках, будет уменьшаться, значение во всей скобке - увеличится, и как следствие вырастет КПД.

Величина термического КПД цикла с регенерацией растет с увеличением числа подогревателей, но, так как при этом растет и стоимость схемы, обычно число регенеративных подогревателей не превышает восьми.

Несмотря на все мероприятия, направленные на усовершенствование реальных ПСУ, экономичность последних не может быть выше величины, определяемой термическим КПД цикла Карно для используемого в ПСУ интервала температур рабочего тела. При и можно определить КПД цикла Карно В циклах реальных установок имеет место



Контрольная работа №6

Задача 6.9

Сравнить термический КПД цикла Ренкина с термическим КПД бинарного цикла, состоящего из такого же цикла Ренкина и низкотемпературной фреоновой подстройки для работы в зимних условиях по следующим данным. Перегретый водяной пар с параметрами p₁=1,4 МПа и t₁=300° С адиабатно расширяется в турбине верхний ступени установки с понижением температуры до t₂=30° С и направляется в конденсатор, служащий испарителем для низкотемпературной подстройки. Конденсат откачивается насосом и под давлением p₄=p₁=1,4 МПа подаётся в котлоагрегат, чем замыкается пароводяной цикл. Получаемый в конденсаторе-испарителе сухой насыщенный пар фреона-12 адиабатно расширяется в турбине нижней ступени установки, температура его понижается до t₃= - 20° С и он направляется в низкотемпературный теплообменник, в котором конденсируется при постоянном давлении, отдавая тепло наружному воздуху. Жидкий фреон-12 откачивается насосом и подаётся в конденсатор-нагреватель, где за счёт тепла конденсации водяного пара превращается в сухой насыщенный пар, чем замыкается цикл низкотемпературной подстройки. Изобразить схему описанной бинарной установки и дать график её цикла в Ts-диаграмме.

Дано Решение

p₁=1,4 МПа Принципиальная схема бинарного цикла (рисунок 6.1):

p₄=p₁=1,4 МПа

t₁=300° С

p₄=p₁=1,4 МПа

t₃= - 20° С

з_р -?

-?

Рисунок 6.1 - Принципиальная схема бинарного цикла

ВКА-воденой котлоагрегат, ВПТ-водяная паровая турбина, G-генератор, ВК-водяной конденсатор, ВН-водяной насос, ФКА-фреоновый котлоагрегат, ФПТ-вфреоновая паровая турбина, G-генератор, ФК-фреоновый конденсатор, ФН-фреоновый насос,

На рисунке 6.2 приведена Ts - диаграмма бинарного цикла

Рисунок 6.2 - Ts - диаграмма бинарного цикла

По заданным параметрам из таблицы “Воды и перегретого водяного пара” и диаграммы определяем

\

Высокотемпературная часть системы

Степень сухости в точке 2 высокотемпературной части системы:

С помощью (6.1) определяем:

= (1-) +=· (1- 0,81)+· 0,81= 2102,0 кДж/кг

Работа высокотемпературной части системы:

кДж/кг

Теплота подводимая в котлоагрегате:

кДж/кг



Термический КПД цикла Ренкина:

Низкотемпературная подстройка

ФК (фреоновый конденсатор)

ФКА(фреоновый котлоагрегат)

Степень сухости в точке 2:

С помощью (6.4) определяем:

= (1-) +=· (1- 0,968) + · 0,968= 558,77 кДж/кг



Работа цикла низкотемпературной подстройки:

кДж/кг

Теплота подводимая в котлоагрегате низкотемпературной подстройки:

кДж/кг

Термический КПД цикла низкотемпературной подстройки:

Из баланса ВК-ФКА:

Находим отношения расходов рабочих тел:

Работа бинарного цикла:

кДж/кг

Термический КПД бинарного цикла :



Повышение КПД в следствие использования бинарного цикла:

Ответ: ,

Задача 6.20

Воздушная холодильная установка, работающая по идеальному циклу, имеет холодопроизводительность 300 кДж/с. Параметры воздуха на выходе из холодильной камеры p₁=0,1 МПа и t₁=-3° С. После сжатия давление воздуха p₂=0,4 МПа, температура воздуха после охладителя t₃=20° С. Определить температуру воздуха после расширения в детандере, часовую производительность и мощность привода компрессора, мощность детандера, а также холодильный коэффициент цикла и сравнить его с холодильным коэффициентом обратного цикла Карно для того же интервала температур.

Дано: Решение

Принципиальна схема воздушной холодильной установки (рисунок 6.3)

К -компрессор; Д- детандер; ₀ - холодопроизводительность установки; _ос - теплота, передаваемая окружающей среде; L_хм - работа установки; L_д - работа детандера



Изображение цикла воздушной холодильной машины в pv- и Ts- диаграммах представлены на рисунке 6.4

Рисунок 6.4 - Изображение цикла воздушной холодильной машины в pv- и Ts- диаграммах

Точка 1:

Точка 2:



Точка 3:

Точка 4:

Удельная холодопроизводительность установки определяется (ф-ла 17.8, стр.118 [3])

Поток теплоты :



Удельная работа цикла:

Часовая производительность G определяется с помощью формулы для холодопроизводительности (ф-ла 17.7, стр.118 [3]):

Холодильный коэффициент (ф-ла 17.3, стр.117 [3]):

Холодильный коэффициент обратного цикла Карно для того же интервала температур:

Мощность компрессора:

Мощность детандера:



Ответ:

Задача 6.28

Парокомпрессионная теплонасосная установка с редукционным вентилем имеет теплопроизводительность 300 кДж/с и служит для отопления жилого дома, поддерживая в помещении температуру t₂=20° С при температуре наружного воздуха t₁=-20° С. В качестве рабочего тела используется углекислота, которая выходит из компрессора в виде сухого насыщенного пара. Рассчитать идеальный цикл установки, определив удельное тепло, отдаваемое рабочим телом помещению, отопительный коэффициент цикла и работу, затрачиваемую на цикл. Определить также расход углекислоты и теоретическую мощность привода компрессора.

Дано: Решение

Принципиальна схема парокомпрессионной теплонасосная установки с редукционным вентилем (рисунок 6.5)

t₁=-20° С

t₂=20° С

G_к - ?

N_к - ?



Рисунок 6.5 - Принципиальна схема парокомпрессионной теплонасосная установки с редукционным вентилем

Кд-конденсатор, Др - детандер, Дв - двиготель, К - компрессор, И - испаритель, q₀ - удельная холодопроизводительность, Q₁ - теплопроизводительность

На рисунке 6.6 приведена Ts - диаграмма цикла



Рисунок 6.6 - Ts - диаграмма цикла

По заданным параметрам из таблицы “Воды и перегретого водяного пара” и диаграммы определяем

Удельная холодопроизводительность:



Степень сухости:

С помощью (6.10) находим:

= (1-) +=394,0· (1- 0,86)+ 655,7 · 0,86= 619,6 кДж/кг

Удельная теплопроизводительность:

Работа компрессора:

Холодильный коэффициент:

Из выражения для теплопроизводительности:

Расход рабочего тела:



Мощность компрессора:

Ответ: ;

Вопрос 6.9

Опишите принцип действия топливного элемента. Какие значения термического к. п. д. могут быть достигнуты в топливных элементах?

Ответ: Топливный элемент - электрохимическое устройство, подобное гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне в отличие от ограниченного количества энергии, запасенного в гальваническом элементе или аккумуляторе. Топливные элементы не могут хранить электрическую энергию, как гальванические или аккумуляторные батареи, но для некоторых применений, таких как работающие изолированно от электрической системы электростанции, использующие непостоянные источники энергии (солнце, ветер), они совместно с электролизерами и емкостями для хранения топлива (напр. водорода), образуют устройство для хранения энергии. Общий КПД такой установки (преобразование электрической энергии в водород, и обратно в электрическую энергию) 30-40 %.

Вопрос 6.20

В чем состоит принципиальное отличие цикла теплового насоса от цикла холодильной установки? Изобразите в Ts-диаграмме идеальные циклы обеих установок и дайте пояснения по графику. Каким коэффициентом характеризуется эффективность цикла теплового насоса?

Ответ:

Тепловой насос - это холодильная машина, используемая для подвода теплоты к нагреваемому объекту. Такая установка как бы «перекачивает» теплоту из холодного источника в горячий.

В то время как холодильная машина - установка, непрерывно поддерживающая температуры тел ниже температуры окружающей среды.

Цикл теплового насоса аналогичен циклу паровой компрессорной установки(см. рис 6.6).

В компрессоре сжимается сухой насыщенный пар или влажный пар рабочего тела(аммиак, фреон)с большой степенью сухости по адиабате 1-2 до состояния перегретого пара. Из компрессора пар нагнетается в конденсатор, где полностью превращается в жидкость(2-3). Из конденсатора рабочее тело дросселируется(3-4) в испаритель, где испаряется т.о. замыкая цикл.

Эффективность теплового насоса характеризуется отопительным коэффициентом, представляющим собой следующее отношение: