Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Определение параметров водяного пара методом дросселирования

ВВЕДЕНИЕ

Состояние влажного водяного пара как двухкомпонентной смеси кипящей воды и сухого пара полностью описывается одним параметром и степенью сухости х. Для определения параметров пара в работе используется метод дросселирования пара, при этом в конце процесса дросселирования обеспечивается получение перегретого пара. Состояние перегретого пара за дросселем определяется его температурой и давлением, измеряемыми в процессе дросселирования. Так как энтальпия пара при дросселировании постоянна, то состояние пара перед дросселем определяется по известной энтальпии и одному измеряемому в эксперименте параметру (давление или температура).

1. ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Задачами работы являются:

1. Исследование термодинамических процессов с водяным паром.

2. Определение состояния и параметров водяного пара экспериментальным путем.

3. Изображение и расчет процесcов и состояний водяного пара с помощью диаграммы h-s и таблиц водяного пара.

Продолжительность работы - 4 часа.

2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЙ УСТАНОВКИ

Установка (схема приведена в отчете) представляет собой паровой котел 1, в котором к воде подводится тепло от электрического нагревателя 2. Пар из котла выпускается в атмосферу через канал с дросселем 5 и краном 4. Давление пара перед дросселем измеряется манометром 3, давление и температура пара после дросселя - манометром 6 и термометром 7. Измерения проводятся в установившемся режиме - при постоянной температуре за дросселем.

3. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Проверить наличие воды в котле по водомерному стеклу (не менее половины) и включить котел.

2. При закрытом кране 4 поднять давление в котле до 2-2,5 бар по манометру 3.

3. Открыть кран 4 полностью.

4. Записать при установившейся температуре по термометру 7 показания приборов:

а) избыточное давление пара в котле р1изб - по манометру 3;

б) избыточное давление пара за дросселем р2изб - по манометру 6;

в) температуру пара за дросселем t2 - по термометру 7.

5. Выключить нагреватель, закрыть кран 4.

6. Записать показания барометра В, мм рт.ст.

7. Определить цены делений манометров 3 и 6.

4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Вычислить атмосферное давление pатм, Па, по формуле

2. Вычислить абсолютное давление, Па:

в котле;

после дросселя.

3. По диаграмме h-s водяного пара:

А. Найти точку 2, определяющую состояние пара после дросселя, на пересечении изотермы t2 и изобары р2. Определить энтальпию пара h2 в точке 2.

Б. Провести линию постоянной энтальпии h2=const до пересечения с изобарой р1 и найти точку 1, определяющую состояние пара в котле (перед дросселем). Найти по диаграмме h-s параметры пара в котле: температуру t1, степень сухости х1, энтальпию h1.

В. Определить:

а) по табл.1 (по давлении в котле р1):

энтальпию кипящей воды , кДж/кг;

теплоту парообразования r, кДж/кг.

б) по табл. 2 (по давлению р2 и температуре t2 за дросселем) энтальпию перегретого пара h2, кДж/кг.

Термодинамические свойства воды и водяного пара:

а) состояние насыщения;

Таблица 1

	t, ^оС	кДж/кг	кДж/кг	r, кДж/кг
2,5	127,43	535,4	2717,2	2181,8
2,6	128,73	540,9		2178,1
2,7	129,98	546,2	2720,7	2174,5
2,8	131,20	551,4	2722,3	2170,9
2,9	132,4	556,5	2723,9	2167,4
3,0	133,5	561,4	2725,5	2164,1
3,1	134,66	566,2		2160,8
3,2	135,76	570,9	2728,4	2157,5
3,3	136,82	575,5	2729,8	2154,3
3,4	137,86	579,9	2731,2	2151,3
3,5	138,88	584,3	2632,5	2148,2
3,6	139,87	588,5	2733,8	2145,3
3,7	140,84	592,7		2142,3
3,8	141,79	596,8	2736,2	2139,4

б) перегретый пар.

Таблица 2

t, ^оС	p =1,1^.10⁵, Па	p =1,2^.10⁵, Па	p =1,3^.10⁵, Па	p =1,4^.10⁵, Па
h	S	h	S	h	S	h	S
		7,35		7,305		1,390		1,39
		7,355		7,310		7,27		1,40
		7,36		7,315		7,276		1,41
		7,365		7,320		7,283		7,25
		7,37		7,325		7,290		7,255
		7,375		7,330		7,295		7,26
		7,38		7,335		7,30		7,265
		7,385		7,340		7,305		7,27
		7,39		7,345		7,310		7,275
		7,395		7,350		7,315		7,28
		7,40		7,355		7,32		7,285
		7,405		7,360		7,325		7,29
		7,41		7,365		7,33		7,295
		7,415		7,370		7,335		7,30

4. Вычислить степень сухости пара в котле

5. Составить отчет по прилагаемой форме.

5. ОБРАЗЕЦ ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1. Схема установки

2. Результаты измерений

Параметр	Значение параметра
Барометрическое давление В, мм рт. ст р_атм, Па
Давление перед дросселем р_1изб, дел. р_1изб, Па р₁, Па
Давление после дросселя р_2изб, дел. р_2изб, Па р₂, Па
Температура после дросселя t₂, ^оС

3. Результаты вычислений

Параметр	Значение параметра
по диаграмме h-s	таблицам
Температура пара в котле t₁, ^оС
Энтальпия пара в котле h₁, кДж/кг
Энтальпия кипящей воды h₁, кДж/кг
Теплота парообразования r, кДж/кг
Степень сухости x

4. Процесс дросселирования в диаграмме h-s

Студент:

Группа:

Работу принял:

6. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дать определение сухого, влажного, перегретого, насыщенного пара. Показать соответствующие области и состояния в диаграмме h-s.

2. Определить температуру кипения воды при давлениях 0,1; 1; 10 МПа.

3. Под каким давлением находится вода, если она кипит при температуре 150; 200; 50 оС?

4. Найти температуру влажного пара при давлении р =1 МПа и степени сухости х =0,90.

5. Определить состояние, заданное параметрами: t =120 оС и х =0,8. Сколько нужно тепла, чтобы получить сухой пар из рабочего тела с такими параметрами?

6. Пар с параметрами р1 =2 МПа и t1 =300 оС адиабатно расширяется до р2 =0,01 МПа. Найти конечное состояние и параметры пара в этом состоянии.

7. Определить теплоту перегрева пара с параметрами р =0,5 МПа и t =300 оС.

8. Показать процесс изотермического подвода 545 кДж тепла к 1 кг пара с параметрами: р =0,1 МПа; х =0,9. Найти конечные параметры пара.

9. Определить теплоту парообразования пара с давлением р =0,1 МПа.

10. Пар с начальными параметрами: р1 =1 МПа, t1 =300 oC адиабатно расширяется до р2 =0,005 МПа. Определить снижение работоспособности пара, если перед адиабатным расширением до р2 его дросселировать до рдр =0,5 МПа.

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Ривкин, С.Л. Термодинамические свойства воды и водяного пара: справочник/С.Л. Ривкин, А.А. Александров. - 5-е изд.-М.: Энергоатомиздат, 2006.-80 с.

2. Александров, А.А. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок/А.А. Александров. -М.: Изд-во МЭИ, 2004.-157 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №9

Моделирование цикла ГТУ

ВВЕДЕНИЕ

Исследование термодинамических циклов тепловых машин является одной из основных задач термодинамики. Использовать для этой цели натурные установки в учебных условиях не представляется возможным; физическое моделирование не позволяет приблизиться к рабочим параметрам. Единственный реальный метод исследования циклов тепловых двигателей - математическое моделирование.

Достоинства метода:

1. Расширение числа исследуемых параметров и диапазона их изменения - вплоть до выхода на граничные и аварийные ситуации.

2. Сокращение времени исследования: получение выходных параметров определяется временем работы ЭВМ по заданной программе.

3. Не происходит потери точности: предметом анализа является термодинамический цикл, т.е. сама математическая модель установки.

I. ЗАДАЧИ РАБОТЫ

1. Установить влияние параметров цикла на мощность и эффективный коэффициент полезного действия газотурбинной установки (ГТУ).

2. Определить параметры цикла, обеспечивающие оптимальное значение коэффициента полезного действия ГТУ.

Продолжительность работы - 4 часа.

2. ОПИСАНИЕ СХЕМЫ И ЦИКЛА ГТУ

Схема ГТУ и ее цикл с подводом тепла при давлении р=const приведены в отчете.

Воздух из окружающей среды с температурой t1 и давлением р1 поступает в компрессор К, где адиабатно сжимается до давления р2. В камере сгорания КС в воздух впрыскивается и сжигается топливо при р=const, в результате температура рабочего тела возрастает до Т3. В газовой турбине Т рабочее тело адиабатно расширяется до давления р1 окружающей среды.

Часть мощности турбины расходуется на привод компрессора, остальная преобразуется в электрическую энергию в генераторе.

В действительном цикле ГТУ сжатие воздуха в компрессоре и расширение газа в турбине протекают необратимо - по политропам 1-5 и 3-6; степень необратимости учитывается значениями относительных внутренних КПД компрессора и турбины.

Основными показателями эффективности цикла ГТУ являются:

1. Эффективный коэффициент полезного действия ГТУ , показывающий, какая часть подведенного в реальном цикле тепла превращается в механическую энергию lц, передаваемую генератору:.

2. Действительная полезная работа цикла lц, определяемая как разность работ турбины и компрессора в реальном цикле:

3. ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ

Обеспечение лабораторной работы состоит из вычислительной программы TURB и 4-х подпрограмм-функций.

После ввода начальных параметров рабочего тела (Т1, р1, ср, R, К) и температуры Т3машина находит оптимальную степень сжатия рабочего тела в компрессоре, при которой достигается максимальный термодинамический КПД цикла. Результаты оптимизации выводятся на печать в виде графика, где , , с указанием значений хопт, уопт.

Основная программа, используя полученные значения хопт, рассчитывает параметры в характерных точках цикла ГТУ и выводит их на печать в табличной форме.

В процессе моделирования значения параметров изменяются в пределах, соответствующих современным ГТУ:

1. Температура газа перед турбиной, определяемая жаростойкостью турбинных лопаток, t3 =800...1100 оС (большие значения t3 - для лопаток с принудительным охлаждением).

2. Внутренние относительные КПД компрессора и турбины примерно одинаковы: hК = hТ =0,75...0,90; механический КПД hм =0,9.

3. Давление в камере сгорания колеблется в диапазоне р2 =0,5....1,5 МПа при атмосферном давлении ратм =0,1 МПа.

4. Параметры воздуха принимаются постоянными и равными: теплоемкость ср =1 кДж/кг.К; газовая постоянная R =0,287 кДж/кг.К; показатель адиабаты К =1,4.

4. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Подгруппа из 3-5 человек выполняет одну из указанных преподавателем задач:

1. Исследовать влияние температуры газа перед турбиной t₃ на эффективный КПД ht и мощность ГТУ.

Ввести в программу значения параметров: р1 =0,1 МПа; t1 =20 оС; hмех =0,9; hK =0,8; hT =0,8 и, задавая ряд значений t3 от 800 до 1100 оС (через 50 оС), рассчитать значения ht (определяя каждый раз хопт) и параметры цикла для каждого из значений t3. Построить зависимость , оптимальный цикл ГТУ в координатах Т-s. Для оптимального цикла найти полезную работу lц.

2. Исследовать влияние температуры воздуха t1 на эффективный КПД ht и мощность ГТУ.

Ввести в программу значения параметров: р1 =0,1 МПа; hмех =0,9; hК =0,8; hТ =0,8; t3 =800 оС и, задавая ряд значений t1 от -40 до +40 оС (через 20 оС), рассчитать значения ht, xопт и параметры цикла для каждого значения t1.

Построить зависимость , оптимальный цикл ГТУ в кординатах T-s; для оптимального цикла найти мощность ГТУ при расходе газа М =20 кг/с.

3. Исследовать влияние внутренних относительных КПД турбины hT и компрессора hK на эффективный КПД ht и мощность ГТУ.

Ввести в программу значения параметров: р1 =0,1 МПа; t1 =20 оС; hмех =0,9; t3 =1000 оС и, задавая ряд значений hK = hT от 0,7 до 0,9 (через 0,05), определить для каждого случая ht и xопт. Построить график зависимости , оптимальный цикл в T-s координатах; для оптимального цикла найти полезную работу lц.

4. Исследовать влияние свойств рабочего тела на эффективный КПД ht и мощность ГТУ.

Ввести в программу значения параметров: р1 =0,1 МПа; t1 =20 оС;

hмех =0,9; hК =0,8; hТ =0,8; t3 =1000 оС. Рассчитать значения ht и xопт для следующих рабочих тел:

воздуха: ср =1,0 кДж/(кг.К), R =0,287 кДж/(кг.град), К =1,4;

гелия: ср =6,24 кДж/(кг.К), R =2,078 кДж/(кг.град), К =1,67;

метана: ср =2,36 кДж/(кг.К), R =0,5188 кДж/(кг.град), К =1,29.

Построить график зависимости . Представить оптимальный цикл для гелия в координатах Т-s; вычислить полезную работу lц для цикла на метане СН4.

Работа проводится в диалоговом режиме: программа выводится на экран дисплея по шагам, запрашивая от студента необходимую информацию. Каждый студент полностью рассчитывает один режим работы ГТУ. При построении графиков привлекаются результаты, полученные другими студентами подгруппы.

5. Обработка результатов эксперимента

1. Используя распечатку параметров оптимального цикла ГТУ, вычислить для каждого из процессов реального цикла ГТУ:

А. Изменение внутренней энергии ; здесь для воздуха кДж/(кг.К).

Б. Изменение энтальпии .

В. Количество тепла в процессе, причем для процессов сжатия в компрессоре 1-5 и расширения в турбине 3-6 количество тепла равно 0.

В изобарных процессах 5-3 и 6-1 количество тепла определяется как разность энтальпий, т.е. q5-3=h3-h5; q6-1=h1-h6.

Г. Работу в процессе по первому закону термодинамики: .

2. Вычислить термодинамический КПД цикла

и сравнить его с результатами машинного расчета.

3.Составить отчет по прилагаемой форме.

6. ОБРАЗЕЦ ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА ПО ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ

1. Схема и цикл ГТУ с подводом тепла при постоянном давлении

2. Вариант....., исходные данные: р1 =, t1 =, t3 =, hT =, hK =, hм =0,9. Рабочее тело, ср=, R =.

3. Оптимизация цикла (машинная распечатка).

4. Параметры оптимального цикла (машинная распечатка).

5. Расчет цикла.

Элементы цикла	Параметр
DU, кДж/кг	l, кДж/кг	q, кДж/кг	Dh, кДж/кг
Процесс 1 – 5 5 – 3 3 – 6 6 – 1
Цикл 1 – 5 – 3 – 6 – 1

6. Термодинамический КПД цикла ГТУ по расчету:

7. Влияние....................... на эффективность цикла

Студент:

Группа:

Работу принял:

7. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Для цикла ГТУ, построенного в отчете определить:

а) количество теплоты, подведенное к рабочему телу;

б) количество теплоты, отведенное от рабочего тела;

в) степень сжатия в компрессоре;

г) работу сжатия в компрессоре;

д) работу расширения газа в турбине;

е) полезную работу ГТУ.

2. Возможна ли регенерация тепла в цикле ГТУ, построенном по результатам расчета? Если возможна, то определить количество тепла, отводимое в регенераторе.

3. Определить смысл понятий: внутренний относительный КПД турбины, компрессора, термодинамический КПД цикла, индикаторный КПД цикла, эффективный КПД цикла. Построить цикл ГТУ при .

4. Как изменится оптимальная степень сжатия газа в компрессоре при увеличении допускаемой температуры газа t3 перед турбиной?

СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Александров, А.А. Термодинамические основы циклов теплоэнергетических установок/ А.А. Александров.- М.: Изд-во МЭИ, 2004.-157 с.

2. Попов, В.Н. Оптимизация цикла ГТУ/ В.Н. Попов. -М.: Изд-во МЭИ, 2006.-70 с.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №10

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 Следующая ⇒

Воспользуйтесь поиском по сайту: