 |
Задачи. Приложение
|
|
|
|
Задачи
При решении задач считать, что рабочее тело обладает свойствами идеального газа.
10. 1. Для идеального цикла газовой турбины с подводом теплоты при Р=const найти параметры в характерных точках, полезную работу, термический к. п. д., количество подведенной и отведенной теплоты, если Р1=100 кПа, t1=27°С, t3=800°С, β =Р2/Р1=12, k=1, 4.
10. 2. Для идеального цикла газотурбинной установки (ГТУ) с подводом теплоты при Р=const определить параметры в характерных точках, полезную работу, термический к. п. д., количество подведенной и отведенной теплоты. Известны следующие параметры: Р1= 1, 0 бар, t1=17°С, t3=600°С, β =10. Рабочее тело – воздух. Теплоемкость считать постоянной.
10. 3. ГТУ работает по циклу Брайтона. Известны параметры: Р1=0, 1 МПа, t1=37°С, t4=450°С, степень увеличения давления β =12. Рабочее тело – воздух. Определить параметры в характерных точках цикла, количество подведенной и отведенной теплоты, работу, совершаемую за цикл, и термический к. п. д. Теплоемкость считать постоянной.
10. 4. Газотурбинная установка работает по циклу с подводом теплоты при P=const. Степень повышения давления β =15.
Рассчитать термический к. п. д. ГТУ для двух случаев: 1) рабочим телом является воздух; 2) рабочим телом является гелий.
10. 5. Компрессор газотурбинной установки сжимает воздух с начальными параметрами Р1=1 бар и t1=5°С до давления Р2=0, 8 МПа. Внутренний относительный к. п. д. компрессора равен 0, 84. Определить температуру воздуха на выходе из компрессора и мощность привода компрессора Nк, если известно, что компрессор должен подавать 105 кг/ч воздуха.
10. 6. В турбину ГТУ входит гелий с параметрами Р3=1, 0 МПа; t3=700°С. Внутренний относительный к. п. д. турбины равен 0, 87, давление за турбиной Р4=1 бар. Определить температуру гелия на выходе из турбины, а также его массовый часовой расход, если действительная мощность турбины Nт=40 МВт.
|
|
|
10. 7. Для ГТУ, работающей со сжиганием топлива при Р=const, известно: Р1=1бар, t1=27°С, t3=820°С, η т0i = 0, 90; η к0i= 0, 88, производительность компрессора 360 т/ч, степень повышения давления β =8. Определить параметры характерных точек идеального и реального циклов ГТУ, термический и внутренний к. п. д. ГТУ, теоретические и действительные мощности турбины, компрессора и всей установки в целом. Считать, что рабочим телом является воздух; теплоемкость воздуха рассчитывать по молекулярно-кинетической теории.
10. 8. Для ГТУ с регенерацией тепла известно: Р1=1 бар, t1 =20°С, β =Р2/P1=5, 6, t3=820°С. Внутренние относительные к. п. д. турбины и компрессора η тоi=0, 87 и η кoi=0, 84 соответственно. Регенерация предельная, рабочее тело обладает свойствами воздуха, теплоемкость которого следует рассчитывать по молекулярно-кинетической теории. Определить параметры всех точек цикла и внутренний к. п. д. ГТУ при условии выключения системы регенерации. Рассчитать термический к. п. д. ГТУ с регенерацией.
10. 9. ГТУ работает по циклу с подводом тепла при Р = const без регенерации. Известны степень повышения давления в цикле, равная 7 и степень предварительного расширения, равная 2, 5. Рабочее тело – воздух. Найти термический к. п. д. этого цикла и сравнить его с циклом поршневого двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при Р = const при одинаковых степенях сжатия и при одинаковых степенях расширения. Представить цикл в T-s-диаграмме.
10. 10. Газотурбинная установка работает с подводом теплоты при постоянном объеме и с полной регенерацией тепла. Известны параметры: t1=27°С и t5=400°С, β =4. Рабочее тело – воздух. Определить термический к. п. д. этого цикла. Изобразить цикл в диаграммах T-s и Р-ν .
|
|
|
10. 11. Построить график зависимости термического к. п. д. идеального цикла газотурбинной установки с подводом теплоты при Р = const для степеней повышения давления, равных 2, 4, 6, 8 и 10.
10. 12. Известно, что термический к. п. д. простейшей ГТУ с подводом теплоты при Р=const возрастает с увеличением степени повышения давления β. Как будет изменяться термический к. п. д. с ростом β при неизменной температуре перед турбиной, если ГТУ работает с предельной регенерацией? Задачу решить с помощью Т-s-диаграммы.
10. 13. Швейцарской фирмой «Эшер Висс» спроектирована газотурбинная установка, работающая по замкнутой схеме, с нагреванием газа в атомном реакторе. Рабочим телом является гелий при высоком давлении. В отличие от обычных схем ГТУ в данной установке вместо камеры сгорания установлен атомный реактор, и так как схема замкнутая, то газ не выбрасывается в атмосферу, а поступает в охладитель газа и далее вновь к компрессору. Параметры гелия по тракту ГТУ следующие: Р1=2, 94 МПа; t1=32°С; Р2=4, 57 МПа; Р3=4, 53 МПа; t3=32°С; Р4=7, 02 МПа; Р5=6, 87 МПа; t5=469°С; Р6=6, 76 МПа; t6=760°С; Р7=3, 04 МПа; Р8=2, 99 МПа. Через ГТУ проходит 100 кг/с гелия. Внутренние относительные к. п. д. компрессоров равны 88%, внутренний относительный к. п. д. турбины η тoi=88, 9%.
1). С помощью приведенных данных рассчитать схему ГТУ.
2). Рассчитать температуры в точках 2, 4, 7 и 8, действительную мощность турбины и двух компрессоров, действительную мощность ГТУ на лопатках, а также электрическую мощность на клеммах генератора, приняв механический к. п. д. η м=0, 985, а к. п. д. генератора η г=0, 976.
3). Рассчитать электрический к. п. д. ГТУ. Представить цикл ГТУ в T-s-диаграмме.
10. 14. Самолет летит со скоростью 1000 км/ч при температуре воздуха -400С. В дальнейшем скорость самолета снижается до 900 км/ч при температуре воздуха -300С. Определить, насколько изменится термический к. п. д. цикла прямоточного воздушно-реактивного двигателя, стоящего на самолете.
Приложение
Характеристики и свойства воды и некоторых газов
| Газ | Химическое обозначение | Молярная масса | Плотность, кг/м3 | Критическая температура, °С | Критическое давление, МПа | Критический объем, м3/кг |
| Воздух | 28, 97 | 1, 2928 | –140, 6 | 3, 769 | 0, 003196 | |
| Гелий | He4 | 4, 0026 | 0, 1785 | –267, 95 | 0, 226 | 0, 014343 |
| Аргон | Ar | 39, 9440 | 1, 7839 | –122, 5 | 4, 858 | 0, 001876 |
| Водород | H2 | 2, 01590 | 0, 08987 | –239, 9 | 1, 2568 | 0, 032258 |
| Азот | N2 | 28, 0134 | 1, 2505 | –146, 9 | 3, 396 | 0, 003835 |
| Кислород | O2 | 31, 9968 | 1, 42895 | –118, 38 | 5, 087 | 0, 00246 |
| Хлор | Cl2 | 70, 904 | 3, 22 | 7, 711 | 0, 001715 | |
| Окись углерода | CO | 28, 009 | 1, 2500 | –140 | 3, 496 | 0, 003322 |
| Двуокись углерода | CO2 | 44, 0079 | 1, 9768 | 31, 05 | 7, 383 | 0, 002137 |
| Сернистый газ | SO2 | 64, 0658 | 2, 9263 | 157, 5 | 8, 147 | 0, 001904 |
| Аммиак | NH3 | 17, 0306 | 0, 7714 | 132, 4 | 11, 298 | 0, 0042553 |
| Вода | H2O | 18, 014 | 0, 998 | 374, 12 | 22, 115 | 0, 003147 |
|
|
|
Литература
1. Рабинович О. М. Сборник задач по технической термодинамике. – М.: Машиностроение, 1969.
2. Дрыжаков Е. В., Исаев С. И., Корнейчук Н. К. и др. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче. – М.: Высшая школа, 1968.
3. Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндлин А. Е. Техническая термодинамика. – М.: Издательский дом МЭИ, 2016. – 496с.
4. Андрианова Т. А., Дзампов Б. В., Зубарев В. Н., Ремизов С. А. Сборник задач по технической термодинамике. – М.: Издательский дом МЭИ, 2016. – 496с.
5. Александров А. А., Григорьев Б. А. Таблицы теплофизических свойств воды и водяного пара. – М.: Изд-во МЭИ. 1999. – 168с.
6. Бурдаков В. П., Дзюбенко Б. В., Меснянкин С. Ю. Термодинамика. – М.: Дрофа, 2009.
7. Пригожин И., Кондипуди Д. Современная термодинамика – М.: Мир, 2002. – 462с.
8. Белозеров В. И., Яркин А. Н., Кузина Ю. А. Сборник задач по курсу «Техническая термодинамика». – Обнинск: ИАТЭ, 2009. – 72с.
Содержание
| 1. | Параметры состояния …………………………….. … | |
| 2. | Идеальные газы ……………………………………… | |
| 3. | Смеси идеальных газов ……………………………… | |
| 4. | Первый закон термодинамики……….. …………….... | |
| 5. | Процессы изменения состояния идеальных газов …. | |
| 6. | Второй закон термодинамики. Работоспособность газов……………………. …………………………. ….. | |
| 7. | Вода и водяной пар. Равновесная парожидкостная смесь……... ……………………………………….. ….. | |
| 8. | Цикл Ренкина (цикл паросиловых установок)……... | |
| 9. | Цикл парокомпрессорной холодильной установки… | |
| 10. | Циклы газотурбинных установок …………………… | |
| Приложение…. ……………………………………….. | ||
| Литература…………………………………………… |
|
|
|
|
|
|
