К О Н Т Р О Л Ь Н А Я Р А Б О Т А

по дисциплине

Термодинамика и теплопередача

Вариант № 9

Выполнил студент группы ЭОДНпкбз-15Е.В. Гаськов

группа подпись ФИО

Контрольная работа

защищена с оценкой ________ __________(доцент Н.П. Герасимова)

Иркутск 2016г.

1. Исследование эффективности обратимого теплового цикла

Цель работы:

Углубление знаний по теме «Циклы или круговые процессы», освоение методики исследования обратимого теплового цикла и оценки его эффективности.

Задание:

Идеальный газ массой 1 кг совершает прямой термодинамический цикл, состоящий из последовательных термодинамических процессов.

1.	Необходимо рассчитать основные термодинамические параметры: · давление ; · удельный объем , · температуру для характерных точек цикла;
2.	Для каждого из процессов определить: · изменение внутренней энергии ; энтальпии ; энтропии ; · теплоту процесса ; · работу процесса , связанную с изменением объема; · располагаемую работу .
3.	Определить количество подведенной и отведенной теплоты в цикле, работу цикла , термический к.п.д. цикла ;
4.	Сравнить к.п.д. исследуемого цикла с к.п.д. цикла Карно. Построить цикл в масштабе в и диаграммах. В расчетах принять, что теплоемкость не зависит от температуры .

ПРИМЕР

Параметры	Точки цикла	Изображение цикла в -координатах
МПа			0,392	0,49
м3/кг				0,5	0,994
К
Рабочее тело

РЕШЕНИЕ:

Теплоемкость не зависит от температуры

:

1). Находим основные термодинамические параметры в характерных точках цикла:

Точка 1.

По условию = 0,994 м³/кг, = 300 К.

Точка 2.

По условию = 0,392 МПа.

Точка 3.

По условию = 0,5 м³/кг.

Точка 4.

Определяем температуру:

Точка 5.

По условию = 0,49 МПа.

Процесс 1-2.

Изотермическое сжатие: , , . Работа сжатия является отрицательной и определяется по формуле:

Процесс 2-3.

Изобарное расширение (подвод теплоты):

Работа расширения:

Располагаемая работа равна нулю:

Изменение внутренней энергии:

Изменение энтальпии:

Изменение энтропии в процессе определим:

- массовая изохорная теплоемкость:

- массовая изобарная теплоемкость:

Процесс 3-4.

Изохорное расширение (подвод теплоты):

Работа изменения объема:

Располагаемая работа:

Изменение внутренней энергии:

Изменение энтальпии:

Изменение энтропии:

Процесс 4-5.

Изобарное расширение (подвод теплоты):

Работа расширения:

Располагаемая работа равна нулю:

Изменение внутренней энергии:

Изменение энтальпии:

Изменение энтропии в процессе определим:

Процесс 5-1.

Изохорное сжатие (отвод теплоты):

Работа изменения объема:

Располагаемая работа:

Изменение внутренней энергии:

Изменение энтальпии:

Изменение энтропии:

3). Определим количество подведенной и отведенной теплоты в цикле, работу цикла, его термический к.п.д.

Количество теплоты, подведенной в цикле:

количество теплоты, отведенной в цикле:

Работа цикла:

Термический к.п.д. цикла:

Термический к.п.д. цикла Карно:

Выполним проверку на правильность определения , , для случая :

Сводная таблица результатов вычислений

Точки цикла	Параметры состояния	Процессы	Параметры процесса	, кДж/кг	, кДж/кг
, МПа	, м3/кг	, K	, кДж/кг	, кДж/кг	, кДж/(кг·К)
	0,078	0,994		1-2			-0,4	-125,1	-125,1
	0,392	0,2		2-3			0,9
	0,392	0,5		3-4			-0,1		-49
	0,49	0,5		4-5			0,6
	0,49	0,994		5-1	-1022	-1448	-1
Параметры цикла	цикла Карно, %
, кДж/кг	/ , кДж/кг	, %
250,1	1397,2/ -1147,1	17,9	83,9

Построим в масштабе рассматриваемый в примере цикл в PV- и Ts-координатах:

Рис.1 Расчетный цикл, рассматриваемый в примере,

построенный в масштабе в PV- координатах

Рис.2 Расчетный цикл, рассматриваемый в примере,

построенный в масштабе в Ts-координатах

2. Расчет теплопередачи через плоскую многослойную стенку

Задание

Теплота газообразных продуктов сгорания топлива передается через стенку котла кипящей воде (рис. 1).

Рис. 1

Дано:

1) температура газов – , воды – ;

2) коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке – и от стенки к воде – ;

3) толщина слоя сажи со стороны газов и с теплопроводностью ;

4) толщина стальной стенки котла с теплопроводностью ;

5) толщина слоя накипи со стороны воды и с теплопроводностью .

Исходные данные для расчета выбрать в соответствии с указанным преподавателем вариантом из табл. П1 приложения.

Провести расчет теплопередачи от газов к воде последовательно:

а) через плоскую стальную стенку;

б) через стальную стенку, покрытую слоем накипи;

в) через стальную стенку, покрытую слоями накипи и сажи.

При этом выполнить следующие операции:

1) определить частные термические сопротивления R_α1, R_λ1, R_λ2, R_λ3, R_α2 и общие термические сопротивления теплопередачи R_а, R_б, R_в, м²∙К/Вт;

2) определить коэффициенты теплопередачи от газов к воде k_а, k_б, k_в, Вт/(м²∙К);

3) определить плотности теплового потока, проходящего через стенки q_а, q_б, q_в, Вт/м²;

4) сравнить в процентах величины коэффициентов теплопередачи для случаев "а", "б", "в", взяв за 100% величину коэффициента теплопередачи через чистую металлическую стенку (случай "а");

5) определить для случая "в" эквивалентную теплопроводность λ_экв, Вт/(м∙К), и температуры поверхностей всех слоёв стенки (t_c1, t_c2, t_c3, t_c4) по формулам (3) или (4);

6) построить график распределения температуры в стенке в координатах t-x;

7) провести для случая "в" графическое определение температур между слоями в координатах t-R и сверить их с данными аналитического расчёта.

Проанализировать полученные результаты и сделать соответствующие выводы о влиянии различных загрязнений на интенсивность процесса теплопередачи.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: