Тепловой расчет промышленных парогенераторов
Конечные удельные объемы воздуха по уравнению Клапейрона. Расчет теоретического цикла двигателя внутреннего сгорания, зависимость термического КПД цикла без регенерации теплоты от степени повышения давления. Описание процессов расширения пара в турбине.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 13.11.2019 |
| Размер файла | 1,1 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Технический институт (филиал) федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего образования
«Северо-Восточный федеральный университет имени М.К.Аммосова»
в г.Нерюнгри
Расчётно-графическая работа
По дисциплине: «Общая энергетика»
Нерюнгри 2019
Задача 1.1. Воздух, имеющий начальное давление P1=0,1МПа и температуру t1=20C, сжимается в одноступенчатом поршневом компрессоре до давления Р2. Сжатие может быть изотермическим, адиабатным и политропным с показателем политропыn. Определить для каждого процесса сжатия все начальные и конечные параметры воздуха, считая его идеальным газом; отведенную от воздуха теплоту Q, кВт и теоретическую мощность привода компрессора N, кВт, если производительность компрессора G, кг/с. Дать сводную таблицу и изображение процессов сжатия в pv- и Ts-диаграммах.
n=1,12, P2=0,9МПа, G=0,2 кг/с.
Для воздуха, как для идеального газа, принять: изохорную массовую теплоемкость Cv=0,72кДж/кгК, газовую постоянную R=287Дж/кгК, показатель адиабаты К=1,41. тогда начальный удельный объем воздуха по уравнению Клапейрона:
н==
Конечные температуры воздуха при изотермическом, адиабатном и политропном сжатиях соответственно:
Конечные удельные объемы воздуха по уравнению Клапейрона:
Теплота, отведенная от воздуха, по уравнению теплового баланса:
(процесс без теплообмена)
Размещено на http://www.allbest.ru/
=-36 кВт
где знак (-) означает, что тепло отводится от сжимаемого воздуха.
Теоретические мощности привода компрессора:
что подтверждает вывод о том, что мощность привода изотермического компрессора минимальна, а адиабатного - максимальна.
Таблица 1 - Сводная таблица рассчитанных величин
|
Величина |
Изотермическое сжатие |
Адиабатное сжатие |
Политропное сжатие |
|
|
T2, К V2, м3/кг Q, кВт N, кВт |
293 0,093 -36 36 |
555 0,1769 0 52 |
371 0,1183 -27 42 |
Рис. 1.1 - PV-диаграмма процессов сжатия
Рис. 1.2 - TS-диаграмма процессов сжатия
Задача 1.2. Рассчитать теоретический цикл двигателя внутреннего сгорания (ДВС), считая, что рабочим тело является воздух с начальными параметрами P1 =0,1МПа, t1=20С. Определить основные параметры рабочего телаP, V, T во всех точках цикла, изменение внутренней энергии U, энтальпии h, энтропииSдля всех процессов и для цикла; теплоту и работу для процессов и для цикла, а также термический КПД цикла. Дать сводную таблицу и изобразить цикл в PV- иTS-диаграммах.
Цикл Отто; =9=2.3=1
Решение. Для воздуха, как для идеального газа, принять: теплоемкости Cp=1,01кДж/(кгК) иCv=0,72 кДж/(кгК); газовую постоянную R=287 Дж/(кгК), показатель адиабаты K=1,41. Для варианта 11 задан цикл ДВС соизохорным подводом теплоты (цикл Отто).
Начальный удельный объем рабочего тела по уравнению Клапейрона:
==
По степени сжатия =v1/v2 находим удельный объем рабочего тела в точке 2
Процесс 1-2 - это адиабатное сжатие рабочего тела, а уравнение адиабатного процесса
,
Откуда находится давление в точке 2:
Температура в точке 2 находится по уравнению Клапейрона:
Для изохорного процесса подвода тепла к рабочему телу 2-3 характеристикой является степень повышения давления =P3/P2, откуда находится давление в точке 3:
С учетом того, что для адиабатного процесса v3= v2=0,09 м3/кг, температура рабочего тела в точке 3 по уравнению Клапейрона:
С учетом того, что процесс 4-1 - это изохорный отвод тепла от рабочего тела. Тогда для адиабатного процесса расширения рабочего тела 3-4: P4•v4k=P3•v1k ,откуда находится давление в точке 4:
Температура рабочего тела в точке 4 по уравнению Клапейрона:
Параметры всех точек цикла сводим в табл.2.
Таблица 2 - Рассчитанные параметры точек цикла
|
Параметры |
Точки |
||||
|
1 |
2 |
3 |
4 |
||
|
Давление Р, МПа |
0,1 |
2,21 |
4,83 |
0,206 |
|
|
Удельный объем , м3/кг |
0,841 |
0,09 |
0,09 |
0,09 |
|
|
Температура Т, К |
293 |
693 |
1514 |
603 |
|
|
Температура t, єC |
20 |
420 |
1240 |
330 |
Изменение внутренней энергии в процессах и для цикла в целом:
Суммарное изменение внутренней энергии в цикле ?, что подтверждает правильность расчетов, так как
?.
Изменение энтальпии в процессах и для цикла в целом:
Изменение энтропии в процессах и для цикла в целом: , так как это процесс адиабатный, то есть без теплообмена между рабочим телом и окружающей средой:
так как адиабатный
что также подтверждает правильность расчетов.
Работа процессов и цикла в целом
так как это процесс адиабатный, то есть без отвода теплоты от рабочего тела, поэтому внутренняя энергия рабочего тела возрастает за счет теплоты сжатия, а знак “-” означает затрату работы на сжатие газа.
,так как в изохорном процессе нет измерения объема газа, следовательно, работа против внешних сил не совершается.
Теплота процессов и цикла в целом
, так как это процесс адиабатный, то есть без теплообмена
что подтверждает правильность расчетов, так как для циклов ,следовательно, по I закону термодинамики .
Термический КПД цикла представляет собой отношение работы цикла к подведенной к рабочему телу теплоте:
Проверка:
Погрешность расчета:
Рис. 1.3 - PV-диаграмма цикла Отто
Рис. 1.4 - TS-диаграмма цикла Отто
Задача 1.3. Определить эффективную мощность Ne газотурбинной установки (ГТУ) без регенерации теплоты и ее эффективный КПД по заданной степени повышения давления , известным адиабатным КПД турбины и компрессора , температуре воздуха перед компрессором , температуре газа перед турбиной и по расходу воздуха через ГТУ . Изобразить цикл ГТУ в PV- и TS- диаграммах. Показать, как зависит термический КПД ГТУ от степени повышения давления .
Решение: в расчете принимать теплоемкость воздуха и газа Ср=1,01кДж/(кгК); показатель адиабаты К=1,41; механический КПД ГТУ зм=0,98; давление воздуха перед компрессором Р1=0,1 МПа.
Удельный объем воздуха перед компрессором по уравнению Клапейрона:
Температура воздуха после компрессора при адиабатном теоретическом сжатии по уравнению адиабатного процесса:
а при действительном адиабатном сжатии - из выражения внутреннего адиабатного КПД компрессора:
Давление сжатого воздуха в компрессоре:
Удельные объемы воздуха в точках 2, 2Д, 3 по уравнению Клапейрона:
Температура газов после газовой турбины при адиабатном теоретическом расширении
а при действительном адиабатном расширении - из выражения внутреннего адиабатного КПД газовой турбины
Удельные объемы газа в точках 4 и 4Д по уравнению Клапейрона:
Для построения цикла ГТУ в TS - диаграмме необходимо определить изменения энтропии в процессах:
Эффективная работа ГТУ:
Эффективный КПД ГТУ:
Эффективная мощность ГТУ:
Зависимость термического КПД цикла ГТУ от степени повышения давления определялась по выражению
результаты расчетов по которому представлены в табл. 3.
Таблица 3 - Зависимость термического КПД цикла без регенерации теплоты от степени повышения давления
|
5 |
6,2 |
7 |
8 |
9 |
||
|
|
0,374 |
0,412 |
0,432 |
0,454 |
0,472 |
Из табл. 3 следует, что термический КПД возрастает с увеличением степени повышения давления в компрессоре.
Рис. 1.5 - PV-диаграмма ГТУ без регенерации теплоты
Рис. 1.6 - TS-диаграмма ГТУ без регенерации теплоты
Задача 1.4. Определить термический КПД цикла Ренкина и эффективную мощность паротурбинной установки (ПТУ) по заданным начальному давлению Р1и температуре перегретого пара перед турбиной t1; конечному давлению в конденсаторе Р2 , расходу пара через турбину D, внутренним относительным КПД турбинызТ и питательного насоса зН. Изобразить цикл Ренкина в TS - диаграмме, а процессы сжатия воды в питательном насосе и расширения пара в турбине - в hS - диаграмме. Механический КПД ПТУ принять равным зМ=0,98. Исходные данные выбрать из табл.1.7.
Таблица 1.7 - Исходные данные к задаче 1.4
|
Послед-няяциф-ра шифра |
Р1, МПа |
t1, єC |
зТ |
Предпос-ледняя цифра шифра |
Р2, кПа |
D, кг/с |
зН |
|
|
0 |
10,0 |
500 |
0,80 |
0 |
3,0 |
50 |
0,70 |
|
|
1 |
10,5 |
510 |
0,81 |
1 |
3,5 |
100 |
0,71 |
|
|
2 |
11,0 |
520 |
0,82 |
2 |
4,0 |
150 |
0,72 |
|
|
3 |
11,5 |
530 |
0,83 |
3 |
4,5 |
200 |
0,73 |
|
|
4 |
12,0 |
540 |
0,84 |
4 |
5,0 |
50 |
0,74 |
|
|
5 |
12,5 |
550 |
0,85 |
5 |
3,0 |
100 |
0,75 |
|
|
6 |
13,0 |
560 |
0,86 |
6 |
3,5 |
150 |
0,76 |
|
|
7 |
13,5 |
570 |
0,87 |
7 |
4,0 |
200 |
0,77 |
|
|
8 |
14,0 |
580 |
0,88 |
8 |
4,5 |
50 |
0,78 |
|
|
9 |
14,5 |
590 |
0,89 |
9 |
5,0 |
100 |
0,79 |
Решение. Решение может быть выполнено с помощью hS - диаграммы водяного пара (приближенное) или с помощью таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара (точное).
На рис. 1.7…1.9 изображены процессы в паротурбинной установке: 1-2 - теоретическое адиабатное расширение пара в турбине; 1-2Д - действительное расширение пара; 2- - изобарно-изотермическая конденсация пара в конденсаторе; -3 - теоретическое адиабатное сжатие воды в питательном насосе; -3Д - действительное сжатие воды (в TS - диаграмме эти процессы не отражены, ввиду малого изменения параметров воды в этих процессах; они изображены в увеличенном масштабе в hS - диаграмме на рис. 6.8); 3Д-4 - изобарный нагрев воды до температуры насыщения в водяном экономайзере; 4-5 - изобарно-изотермическое парообразование в парогенераторе; 5-1 - изобарный перегрев пара в пароперегревателе.
Точка I в hS -диаграмме находится на пересечении изобары Р1= 105 бар и изотермы t1 = 510є C, для которой находится энтальпия перегретого пара перед турбиной h1 = 3586 кДж/кг. Теоретическое расширение пара в турбине 1-2 изображается вертикальной линией S2 = S1 до пересечения с изобарой Р2= 0,03 бар, откуда в точке 2 находится энтальпия пара после турбины h2 = 2035 кДж/кг.
Ниже приведены таблицы 1.8 и 1.9 термодинамических свойств воды и водяного пара, с помощью которых задача решается более точно. Критические параметры воды: Ркр = 221,29 бар; tкр = 374,15 є C; vкр = 0,00326 м3/кг; hкр = 2100 кДж/кг; Sкр= 4,43 кДж/(кгК).
Из табл. 1.9 свойств перегретого пара для давления Р1 = 105 бар и температуры t1 = 510є C находим методом линейной интерполяции энтальпию h1 = 3554 кДж/кг и энтропию перегретого пара перед турбиной S1 = 6,67 кДж/(кгК).
Теоретическое адиабатное расширение пара происходит при постоянной энтропии S2 = S1 = 6,67 кДж/(кгК) до давления Р2 = 0,035 бар. Из hS - диаграммы процесса на рис. 1.9 видно, что состояние пара после турбины (в точке 2) соответствует влажному насыщенному пару, для которого энтропия находится по формуле:
где энтропия воды на линии насыщения при давлении Р2 = 0,035 бар по табл. 1.8 = 0,4761 кДж/(кгК) и энтропия сухого насыщенного пара = 8,393 кДж/(кгК). Тогда степень сухости влажного пара после турбины (в точке 2):
Рис. 1.7 - цикл ренкина в TS-диаграмме
Рис. 1.8. Процессы теоретического 2ґ-3 и действительного 2ґ-3Д сжатия воды в питательном насосе
Рис. 1.9. Процессы расширения пара в турбине: 1-2- - теоретический; 1-2Д - действительный
Тогда энтальпия влажного пара после турбины:
где = 137,8 кДж/кг - энтальпия воды на линии насыщения и = 2561 кДж/кг - энтальпия сухого насыщенного пара, взятые также из табл. 1.8 при давлении Р2 = 0,035 бар. клапейрон воздух пар термический
Необратимые потери при действительном расширении пара в турбине 1-2Д учитываются внутренним относительным КПД турбины
откуда, при заданном = 0,89, находим энтальпию в конце действительного расширения пара:
Степень сухости пара в точке 2Д:
Энтропия пара в точке 2Д:
Повышение энтальпии питательной воды в насосе:
где Р1 = 10.5·103 кПа - давление питательной воды после насоса; = 0,001005 м3/кг - удельный объем воды перед насосом (при Р2 = 0,035 бар); = 0,71 - внутренний относительный КПД насоса (задан).
Энтальпия воды за питательным насосом:
Внутренний относительный КПД насоса
откуда находим энтальпию питательной воды после теоретического сжатия:
Процессы теоретического -3 и действительного -3Д сжатия воды в питательном насосе изображены в hS - диаграмме на рис.1.8.
Термический КПД цикла Ренкина:
Так как работа пара в турбине
намного больше работы сжатия воды в насосе.
то для приближенных расчетов работой сжатия воды в насосе пренебрегают (), тогда приближенно:
С учетом внутренних необратимых потерь в турбине и в насосе находим внутреннюю работу ПТУ:
Теоретическая работа ПТУ:
Следовательно, из-за необратимых потерь работоспособность ПТУ теряется на величину:
Эффективная мощность ПТУ:
Список использованной литературы
1. Щукин А.А., Сушкин И.Н., Зах Р.Г., и др. Теплотехника. - М.: Металлургия, 1973. - 479с.
2. Баскаков А.П., Берг Б.В., Вит О.И. и др. Теплотехника. - М.: Энергия, 1982.
3. Хазен М.М., Матвеев Г.А., Грищевский М.Е. и др. Теплотехника. - М.: Энергия, 1981.
4. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. - М.: Энергия, 1974. - 477с.
5. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. - М.: Энергия, 1981. - 440с.
6. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. - М.: Высшая школа, 1980. - 559с.
7. Юдаев Б.Н. и др. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче. - М.: Высшая школа, 1968. - 371с.
8. Краснощеков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче. - М.: Энергия, 1969. - 264с.
9. Частухин В.И. Тепловой расчет промышленных парогенераторов. - Киев: Вища школа, 1980. - 183с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Принципиальная схема двигателя внутреннего сгорания и его характеристика. Определение изменения в процессах цикла внутренней энергии и энтропии, подведенной и отведенной теплоты, полезной работы. Расчет термического коэффициента полезного действия цикла.
курсовая работа [209,1 K], добавлен 01.10.2012Тепловой расчет двигателя внутреннего сгорания. Определение параметров в начале и в конце сжатия, а также давления сгорания. Построение политропы сжатия и расширения. Индикаторная диаграмма расчетного цикла. Конструктивный расчет деталей дизеля.
дипломная работа [501,1 K], добавлен 01.10.2013Молярная масса и массовые теплоемкости газовой смеси. Процесс адиабатного состояния. Параметры рабочего тела в точках цикла. Влияние степени сжатия, повышения давления и изобарного расширения на термический КПД цикла. Процесс отвода теплоты по изохоре.
курсовая работа [35,7 K], добавлен 07.03.2010Расчет тепловой схемы, коэффициента полезного действия, технико-экономических показателей ГТН–16. Определение расчётных зависимостей внутреннего КПД цикла от степени повышения давления при различных значениях начальных температур воздуха и газа.
контрольная работа [1,5 M], добавлен 07.02.2016Построение процесса расширения пара в h-s диаграмме. Расчет установки сетевых подогревателей. Процесс расширения пара в приводной турбине питательного насоса. Определение расходов пара на турбину. Расчет тепловой экономичности ТЭС и выбор трубопроводов.
курсовая работа [362,8 K], добавлен 10.06.2010Преобразование тепловой энергии в механическую турбинными и поршневыми двигателями. Кривошипный механизм поршневых двигателей внутреннего сгорания. Схема газотурбинной установки. Расчет цикла с регенерацией теплоты и параметров необратимого цикла.
курсовая работа [201,3 K], добавлен 20.11.2012Устройство и принцип работы теплового газотурбинного двигателя, его схема, основные показатели во всех основных точках цикла. Способ превращения теплоты в работу. Определение термического коэффициента полезного действия через характеристики цикла.
курсовая работа [232,8 K], добавлен 17.01.2011Параметры рабочего тела. Количество горючей смеси для карбюраторного двигателя. Индикаторные параметры рабочего цикла. Расчет внешних скоростных характеристик двигателей. Силы давления газов. Приведение масс частей кривошипно-шатунного механизма.
курсовая работа [375,9 K], добавлен 07.07.2015Порядок расчета теоретически необходимого количества воздуха для сгорания топлива. Определение параметров процессов впуска. Вычисление основных параметров процесса сгорания, индикаторных и эффективных показателей двигателя. Основные показатели цикла.
контрольная работа [530,4 K], добавлен 14.11.2010Процесс расширения пара в турбине в h,s-диаграмме. Баланс основных потоков пара и воды. Определение расхода пара на приводную турбину. Расчет сетевой подогревательной установки, деаэратора повышенного давления. Определение тепловой мощности энергоблоков.
курсовая работа [146,5 K], добавлен 09.08.2012
