Решение тренировочных заданий

Пример 1-1. Определить абсолютное давление пара, если манометр показывает давление р_И = 4,5 кГс /см², а показание барометра В= 745 мм рт.ст.

Решение. Приближенно абсолютное давление этого пара равно

р = 4,5 + 1 = 5,5 бар = 0, 55 МПа.

Для точного расчета надо сначала выразить показания манометра и барометра в единицах СИ:

р_и = 4,5 * 0,98= 4,41 бар = 0,4413 МПа,

В = 745 * 0,00133 = 0,993 бар = 0,0993 МПа.

Тогда

р = 4,413 + 0,993 = 5,406 бар = 0, 5406 МПа.

Вычисленное значение давления можно использовать при пользовании таблицами термодинамического состояния данного пара.

Пример 1-2. Водяной пар при температуре t=400⁰С и давлении p=4МПа имеет, как следует из таблиц термодинамических свойств, удельную энтальпию h=3214,5 кДж/кг и удельный объем v=0.07339 м3/кг. Определить удельную внутреннюю энергию u.

Решение. Предварительно выразим давление в килопаскалях: р=4000 кПа. Тогда

u = h - pv = 3214,5 - 4000. 0,07339 = 2920,9 кДж/кг.

Пример 1-3. Известно, что водяной пар входит в турбину в состоянии с удельной энтальпией h₁ = 3330 кДж/кг, а выходит при h₂ = 2220 кДж/кг. Определить техническую работу, совершаемую при расширении 1 кг пара, протекающего по турбине.

Решение. Искомая величина определяется по формуле (1-2):

L_техн= h₁ - h₂ = 3330 - 2220 = 1110 кДж/кг.

Пример 1-4. Определить параметры перегретого водяного пара при давлении р = 4,0МПа и температуре t = 400⁰С.

Решение. По таблицам “Термодинамические свойства воды и водяного пара” (см.[3]) находим: v = 0,07339 м³/кг, h = 3214,5 кДж/кг, s = 6,7713 кДж/(кг.К).

Пример 1-5. Определить параметры водяного пара на выходе из парового котла Е-16-14 ГМ при значениях абсолютного давления р =1,4 МПа и температуры t = 225^oC.

Решение. По hs-диаграмме водяного пара: h = 2870 кДж/кг, s = 6,62 кДж/кг/К, v=0,155 м³/кг. Эти результаты отклоняются не более чем на 1% от точных значений, получаемых по таблицам.

Пример 1-6. Сухой насыщенный пар с давлением 1 МПа после котла дросселируют в целях достижения безопасного давления до 0,12МПа. Определить удельную энтальпию пара и его температуру до и после дросселирования.

Решение.

На hs-диаграмме водяного пара находим линию изобары с давлением 1 МПа и линию сухого насыщенного пара х=1. На их пересечении отмечаем точку 1 начала процесса. Для этой точки находим по шкале на координатной оси h энтальпию h_вх= 2777 кДж/кг и по обозначению на линии изотермы, проходящей через точку 1, температуру t_вх=180⁰C. Конечную точку процесса найдем на диаграмме исходя из условия, что ее энтальпия имеет такое же значение, как и в начале дросселирования, т.е. тоже 2777кДж/кг. Следовательно, находим точку 2 пересечения горизонтальной линии этой изоэнтальпы с линией изобары 0,12МПа. Выбираем линию изотермы, которая проходит через эту точку 2 и определяем температуру t_вых=150⁰C.

Пример 2-I. Определить тепловой поток, проходящий через стенку теплообменника поверхностью 1 м². Температуры поверхностей теплообменника t¹_ст = 80⁰С и 20⁰С. Теплопроводность стенки λ=0,8 Вт/(м К), толщина стенки 0,1 м.

Решение. Тепловой поток определяется по формуле (2.5):

Q = [(t¹_ст-t¹¹_ст)F] / (δ/λ) = [(80 – 20)1]/(0,1/ 0,8) = 480 Вт

Пример2-2. О пределить режим движения жидкости в трубе диаметром 0,05м, скорость потока 2 м/с, коэффициент кинематической вязкости 5,4м²/с.

Решение. Режим движения определяется числом Рейнольдса

Rе = ωd/ ν = 2 ^. 0,05 /5,4 ^.10^-6 = 1,85^.10⁴

Режим движения турбулентный, поскольку Re>10⁴.

Пример2-3 Определить плотность теплового потока, проходящего через стенку при коэффициенте теплопередачи 0,8 Вт/(м² К) и температурном напоре 60⁰С.

Решение. Плотность теплового потока в процессе теплопередачи q = K∆t = 0,8 ^. 60 = 48 Вт/ м²

Пример 2-4. Определить коэффициент теплоотдачи при кипении воды в испарителе, если температура стенки испарителя 150⁰С, давление пара 0,45 МПа, температура воды 142⁰С.

Решение. Коэффициент теплоотдачи при кипении определяется

α = 146,1Δt^2,33р^0,5 = 146.1 (150-142)^2,33 0.45^0,5 = 12456 Вт / (м²К)

Пример3-1. В железнодорожном составе перевозится В=600 тонн Канско-Ачинского угля марки Б2Р (бурый-2, рядовой). Выразить это количество в единицах условного топлива.

Решение. Теплота сгорания Канско-Ачинского угля равна Qpн=15,7 МДж/кг. Отсюда 600 тонн этого угля эквивалентны условному топливу в количестве

В_усл= В Q^p_н / 29,35= 600.15,7 / 29,35 = 321 т.у.т.

Пример 3-2. Годовая потребность хлебозавода (на собственную котельную и на хлебопекарные печи) в природном газе Ставропольского месторождения составляет В=1,2.10⁶м³ при годовой выработке хлебо-булочных изделий в количестве Р=18000 тонн. Вычислить расход условного топлива на единицу продукции (т.у.т./ т).

Решение. При теплоте сгорания природного газа Ставропольского месторождения, равной Q^c_н= 35,5 МДж/кг, годовой расход условного топлива составит

Вусл= В.Q^с_н / 29,35 = 1,2.10⁶м³.(35,5 МДж/м³) / (29,35МДж/кг)=

=1,45.106 кг = 1450 т.у.т.

Отсюда искомая величина равна

b = Bусл/ Р = 1450 / 18000 = 0, 081 т.у.т./ т.

Пример 3-3. Известно, что типовые крупные ТЭС (тепловые электростанции) имеют электрическую мощнсть Nтэс =2400 МВт при эффективном КПД = 39%. Определить часовой выход золы и серы (в составе оксидов серы) при сжигании кузнецкого угля марки ГР.

Решение. По таблице определяем массовую долю золы и серы в рабочей массе и теплоту сгорания угля:

Ар= 11%, Sр= 0,5%, Qpн=26,1 МДж/кг

По вышеприведенным формулам определяем приведенную зольность и приведенное содержание серы:

Ап= 10.11/ 26,1 = 4,2 г / МДж,

Sп= 10. 0,5 / 26,1 = 0,19 г / МДж.

Определяем секундный расход (поток) энтальпии, поступающий вместе с топливом через горелки на входе в котлы электростанции. Этот поток, называемый тепловой мощностью электростанци Qтэс, равен

Q_тэс= N_тэс/ КПД = 2400 / 0,39 = 6150 МВт = 6150 МДж/с = 6150 МВт.

Искомый выход золы равен

G_A= А_п. Q_тэс= 4,2.6150 = 25800 г/с =25800.3600/106=93 тонны золы в час.

Выход серы

G_s= S_п. Q_тэс= 0,19. 6150 = 1170 г/с = 1170.3600/106=4,2 тонны серы в час.

Полученные результаты показывают, какой дорогой ценой (загрязнение окружающей среды, кислотные дожди) окупается производство электроэнергии на угольных ТЭС.

ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ

1. Сформулируйте 1-й и второй закон термодинамики.

2. Назовите термодинамический процесс в котором работа равна нулю.

3. Назовите основные виды теплообмена.

4. Назначение котельного агрегата.

5. Способы сжигания топлива.

 

ТЕСТ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

6. Можно ли определить параметры состояния влажного пара по его степени сухости и температуре?

1)-да, 2)-нет

7. При любых ли адиабатных процессах энтропия рабочего тела остается постоянной?

1)-да, 2)-нет

8. Возможны ли процессы теплообмена при одинаковых температурах исследуемых систем?

1)-да, 2)-нет

9. Возможен ли процесс конвективного теплообмена в твердых телах?

1)-да, 2)-нет

17.Существуют ли котлы без водяного экономайзера?

1)-да, 2)-нет

 

 

Список литературы.

1.Теплотехника.П/ред.А.П. Баскакова.-М.:Энергоатомиздат,1991.

2. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. Справочник.-М.: Издательство МЭИ,1999.

3. Воскресенский В.Ю. Краткий курс технической термодинамики.-М.: РИО МГТА, 2000.

4. В.П. Исаченко, В.А. Осипова, А.С. Сукомел. Теплопередача. Энергия,1971

5. В.В. Нащокин. Техническая термодинамика и теплопередача. Высшая школа.1980.