Решение задач на различные процессы и циклы в теплотехнике

t_х = 5⁰С – расчетная температура холодной воды.

Тогда

Ф_г.в.пр = 0,278×10,4×4,187(55-5) = 0,605 кВт.

На 100 грузовых автомобилей  Ф_г.в.пр = 0,605×100 = 60,5 кВт.

Максимальный расход теплоты на горячее водоснабжение общественного здания:

Ф_г.в.о = 2× Ф_г.в.ср = 2×16 = 32 кВт,

где Ф_г.в.ср = q_г.в.×n = 50×320 = 16000 Вт,

где n = 50 – количество рабочих;

q_г.в. = 320 Вт – укрупненный показатель.

В летний период

Ф_г.в.об = 0,65× Ф_г.в.о = 0,65×32 = 20,8 кВт,

Ф_г.в.пр = 0,82× Ф_г.в.пр = 0,82×60,5 = 49,6 кВт.

Определяем расход теплоты на технологические  нужды автопредприятия:

Ф_т = 0,278×y×G(i - к_в×i_вод), Вт,

где y_т - коэффициент спроса на теплоту, равный 0,6…0,7, принимаем y = 0,65;

G – расход теплоносителя, кг/ч;

i – энтальпия теплоносителя, кДж/кг. Принимаем i = 398 кДж/кг для воды при t = 95⁰С [2];

i_вод = 280 кДж/кг – энтальпия обратной воды [2];

к_в = 0,7 – коэффициент возврата обратной воды.

Расход теплоносителя (воды при t = 95⁰С) для получения смешанной воды с температурой t_см = 60⁰С равен:

, кг/ч,

где t_x = 10⁰C – температура холодной воды;

G_см = n×q/24 кг/ч – количество смешанной воды;

n – число автомобилей, подвергающихся мойке в течение суток. Принимаем n = 20 автомобилей.

Q = 250 кг/сут – среднесуточный расход воды на мойку одного автомобиля.

Тогда

 кг/ч,

 

а

кг/ч.

Следовательно

Ф_т = 0,278×0,65×122,4×(398-0,7×280) = 4450 Вт = 4,5 кВт.

Средневзвешенная расчетная  температура равна

t_в.ср = (15552×18 + 1555×20) / 17107 = 18⁰С.

Строим годовой график потребления теплоты производственного  корпуса на 100 грузовых автомобилей.

 

Рис. 3. Годовой график потребления  тепла производственным корпусом на 100 грузовых автомобилей.

Находим суммарный годовой  расход теплоты:

Q_год = 3,6×10^-6F× m_ср×m_i , ГДж/год,

где F = 4178 мм² – площадь годового графика;

m_ср = 8,3 Вт/мм – масштаб расход теплоты:

m_i = 66,7 ч/мм – масштаб времени потребления теплоты.

Тогда

Q_год = 3,6×10^-6×4178×8,3×66,7 = 8,7 ГДж/год

 

 

 

 

ЗАДАНИЯ К КОНТРОЛЬНОЙ  РАБОТЕ

Задача 1. В процессе изменения состояния 1 кг газа внутренняя энергия его увеличивается на Δu. При этом над газом совершается работа, равная l. Начальная температура газа t₁, конечное давление р₂.

Определить для заданного  газа показатель политропы n, начальные и конечные параметры, изменение энтропии Δs и изменение энтальпии Δh. Представить процесс в p – v и T - s- диаграммах. Изобразите также (без расчета) изобарный, изохорный, изотермический и адиабатный процессы, проходящие через ту же начальную точку, и дать их сравнительный анализ. Данные для решения задачи выбрать из таблицы 1.

Таблица 1

Последняя цифра шифра	Род газа	Предпоследняя цифра шифра	Δu, кДж/кг	l, кДж/кг	t1, оС	р2, Мпа
0	SO2	0	2	5	15	0,5
1	О	1	4	10	17	0,7
2	N	2	6	15	19	0,9
3	СО3	3	8	20	25	1,1
4	СО2	4	10	25	27	1,3
5	Н	5	12	30	30	1,5
6	Н2S	6	14	35	32	1,7
7	SO2	7	16	40	35	1,9
8	NO2	8	18	45	40	2,0
9	Н2S	9	20	50	45	2,2

 

Контрольный вопрос. Какова общая формулировка и математическое выражение первого закона термодинамики?

Задача 2. Определить параметры рабочего тела в характерных точках идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с изохорно-изобарным подводом теплоты (смешанный цикл), если известны давление р₁ и температура t₁ рабочего тела в начале сжатия. Степень сжатия ε, степень повышения давления λ, степень предварительного расширения ρ заданы.

Определить работу, получаемую от цикла, его термический КПД и изменение энтропии отдельных процессов цикла. За рабочее тело принять воздух, считая теплоемкость его в расчетном интервале температур постоянной.

Построить на "миллиметровке" в масштабе этот цикл в координатах p - v и T - s. Дать к полученным диаграммам соответствующие пояснения. Данные для решения задачи выбрать из таблицы 2.

Таблица 2

Последняя цифра шифра	р1, МПа	t1, оС	Предпоследняя цифра шифра	ε	λ	ρ
0	0,089	15	0	16,3	1,5	1,11
1	0,092	17	1	16,2	1,6	1,0
2	0,095	20	2	16,1	1,7	1,1
3	0,100	22	3	16,0	1,8	1,2
4	0,110	25	4	15,9	1,9	1,3
5	0,120	27	5	15,8	2,0	1,4
6	0,125	30	6	15,7	2,1	1,5
7	0,130	32	7	16,0	2,2	1,1
8	0,135	35	8	15,9	2,3	1,2
9	0,140	37	9	16,3	2,4	1,3

 

Контрольный вопрос. В чем смысл второго закона термодинамики?

Задача 3. Смесь газов с начальной температурой t₁ = 27°С сжимается в одноступенчатом поршневом компрессоре от давления р₁ = 0,1 МПа до давления р₂. Сжатие может проходить по изотерме, по адиабате и по политропе с показателем политропы n. Определить для каждого из трех процессов сжатия конечную температуру газа t₂, отведенное от смеси тепло Q кВт, изменение внутренней энергии и энтропии смеси и теоретическую мощность компрессора, если его производительность G. Дать сводную таблицу и изображение процессов сжатия в p - v и T - s - диаграммах, а также какое количество воды необходимо прокачивать через рубашку цилиндра при сжатии газа по изотерме и по политропе, если температура воды при этом повышается на 20°С?

Данные, необходимые для  решения задачи, выбрать из таблицы 3.

Указание. Расчет провести без учета зависимости теплоемкости от температуры.

Таблица 3

Последняя цифра шифра	Состав смеси	n	Предпоследняя цифра шифра	р2, МПа	10-3 G, кг/ч
0	2 кг О + 8 кг N2	1,25	0	0,9	0,3
1	5 кг О2 + 5 кг СО2	1,22	1	1,0	0,4
2	3 кг СО2 + 7 кг О2	1,30	2	0,85	0,5
3	6 кг N + 4 кг СО2	1,35	3	0,8	0,6
4	5 кг Н2О + 5 кг СО2	1,29	4	0,95	0,7
5	2 кг N + 8 кг Н2	1,23	5	0,9	0,8
6	4 кг СО3 + 6 кг Н	1,27	6	0,85	0,9
7	2 кг СО2 + 8 кг СО	1,25	7	0,9	1,0
8	1 кг Н + 9 кг N2	1,33	8	0,8	1,1
9	5 кг N + 5 кг СО2	1,28	9	0,85	1,2

 

Контрольный вопрос. В каком из процессов сжатия мощность, затрачиваемая на привод компрессора, будет больше?

Задача 4. Определить потребную поверхность рекуперативного теплообменника, в котором вода нагревается горячими газами. Расчет провести для прямоточной и противоточной схем. Привести графики изменения температур для обеих схем движения. Значения температур газа t'₁ и t"₁, воды t'₂ и t"₂, расхода воды М и коэффициента теплопередачи К выбрать из таблицы 4.

Таблица 4

Последняя цифра шифра	t'1, оС	t"1, оС	t'2, оС	t"2, оС	Предпоследняя цифра шифра	М, кг/с	К, Вт/(м2К)
0	300	150	10	80	0	1,4	26
1	325	175	15	90	1	1,3	28
2	350	200	20	100	2	1,2	30
3	375	225	25	110	3	1,1	32
4	400	250	30	120	4	1,0	34
5	425	275	25	130	5	0,9	36
6	450	300	20	140	6	0,8	38
7	475	325	15	130	7	0,7	40
8	500	350	10	120	8	0,6	42
9	525	375	20	110	9	0,5	44