Ответы на билеты по термодинамике и теплопередаче

Подождите немного. Документ загружается.

0000

002

vnp

кр









































































Характеристика растяжения сжатия:

2,0



















 

кр

кркр

кр

кркркр

кр

pvnvpnC























000





Для адиабатного процесса:

 

apvkC

кр



, где

- скорость звука.

Для идеального газа:

 

кр

RTkC 

Чтобы массовая скорость стала критической, то есть

кр





Массовый расход:

maxminmax

UfG 

Вопрос №25.

Переход через критическую скорость (сопло Лаваля).



- угол раскрытия канала.

Начальные параметры:

 



Параметры среды:

ср

Можно поставить две задачи:

1. Найти линейную скорость, массовую скорость и массовый расход,

при известной геометрии аппарата.

2. Найти геометрию аппарата, при известном массовом расходе.

Решаем вторую задачу.

ср





Сравнивая величину



кр



, получим три варианта:

1. Докритический режим,

кр





кр

Cp,

max



средыокр

2. Критический режим:

кр





3. Закритический режим:

кр





Нужно найти площади сечений:

min

Уравнение неразрывности:





. Подставляя в это уравнение массовые

скорости, можно найти площади сечений, но для каждого случая нужно знать

величину



, то есть нужно с помощью уравнений процессов (

idempv



idempv



) найти давления

кр

. Зная площади сечений можно найти

характеристические размеры сечений.

Длины можно найти геометрически:

















min1



, где

 1210



2,00



C

Для адиабатного процесса

 

0q



потенциальная работа находится по

формуле:

 

202,0

hh 



, тогда линейная скорость

 

2 hhC 

Вопрос № 26

Особенности истечения из каналов переменного сечения.

Уравнение истечения:

idem

G 



(а)

CdC

dcdp 















(б)

pdv

vdp

kn 

kpv

dv 1



(в)

 

kpf



















Если

1M

(докритический режим), то при сужающемся канале

 

0df

давление будет падать

 

0dp

, а скорость возрастать

 

0dC

. Такой аппарат

называется соплом. При расширяющемся канале

 

0df

давлении будет расти

 

0dp

, а скорость падать

 

0dC

. Такой аппарат называется диффузор.



Теоретический процесс Реальный процесс

Потери

Если

1M

(закритический режим), то при сужающемся канале

 

0df

давление будет расти

 

0dp

, а скорость падать

 

0dC

. Такой аппарат

называется диффузор. При расширяющемся канале

 

0df

давление будет

падать

 

0dp

, а скорость возрастать

 

0dC

. Такой аппарат называется соплом.

Вопрос №27.

Дросселирование.

Дросселирование – процесс движения паров, жидкостей и газов через

внезапное сужение(местное сопротивление).

pppp

CCCC





Для быстро протекающего процесса можно теплотой внешнего

теплообмена пренебречь, то есть

q



, также

CC 

2.1





Первое начало термодинамики:

dhq 

****



, следовательно,

0dh

, или

idemh 

, то есть процесс изоэнтальпийный, но он реальный, то есть протекает с

необратимыми потерями давления.

Явление изменения температуры газа или жидкости при

адиабатном дросселировании называется эффектом

Джоуля – Томсона.

Для характеристики дроссельного процесса вводится

коэффициент Джоуля-Томпсона:

















, который

можно найти по следующей формуле































. Если

0

, то

0dT

Если

0

, то

0dT

. Если

0

, то

0dT

111

;; tCp

111

;; tCp

111

;; tCp

222

;; tCp

Cp ;



Дросселирование является изоэнтальпийным процессом, при котором

2,1

w

Для идеального газа

v 

, тогда

0

, следовательно

 

thh 

Вопрос №28

Процесс парообразования. Определение параметров влажного или

насыщенного пара.

Возьмём один килограмм жидкости при

температуре равной нулю и каком-то давлении

При нагреве растут, и температура, и объём –

точка

. В точке

начинается кипение.

Давление -

, температура равняется

температуре насыщения -

. В точке

- появляется сухой насыщенный пар,

давление -

, температура

. В точке

образуется перегретый пар,

давление -

, температура равняется температуре перегретого пара

пп

Степень сухости:











, где



- масса кипящей жидкости,



- масса

сухого пара.

Влажность:

x1

Насыщенный пар.

Давление насыщения:

Температура насыщения:

Теплота фазового перехода:

, при этом теплота фазового перехода

зависит от давления, то есть

 

pfr 

- уравнение фазовых переходов.

Определение параметров насыщенного пара.

Дано давления -

и степень сухости











Любую характеристику можно определить, как

zzz













0

0

0

пж 

0x 1x

 

zxzx

zGzGGz

























Например:

Удельный объём:

 

vxxvv







 1

Энтальпия:

   

zxhhhxhhxxhh























 1

Энтропия:

 































rdx

SdSSSSxSxSS













Для полного испарения:

SS 





Диаграмма

Sh 

для водяного пара:

- степень перегрева.

С помощью графика можно найти

, и

. С помощью этих

данных можно вычислить энергию по формуле:

pvhU 

Вопрос № 29

Циклы газотурбинных установок (ГТУ)

Газотурбинной установкой принято называть такой двигатель, где в качестве

рабочего тела используется неконденсирующийся газ (воздух, продукты

сгорания топлива), а в качестве тягового двигателя применяется газовая

турбина. В отличие от поршневых ДВС, где процессы сжатия, подвода

теплоты и расширения осуществляются в одном и том же цилиндре, в

газотурбинных установках эти процессы происходят в различных элементах

установки, в которые последовательно попадает поток рабочего тела.

1x

9.0x

8.0x

Насыщенный пар

Перегретый пар

Сухой, нагретый пар

idemt 

idemv 

idemp 

Рис. 48. Принципиальная схема газотурбинной установки

Газотурбинная установка простейшей схемы работает следующим образом:

наружный воздух поступает на вход компрессора (1), где сжимается по

адиабате (1–2) до давления р

(рис. 48, 49). После сжатия в компрессоре

воздух поступает в камеру сгорания (2), куда одновременно подается

жидкое или газообразное топливо и происходит процесс сгорания

при

idemp 

(2–3). Образующиеся при сжигании топлива продукты сгорания

поступают в газовую турбину (3), где расширяются по адиабате (3–4)

практически до атмосферного давления р

. Отработавшие продукты сгорания

выбрасываются в атмосферу (4–1). а

Рис. 49. Цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном

давлении в координатах p-v (а) и T-s (б)

В газотурбинных установках подвод теплоты к рабочему телу может

осуществляться при постоянном давлении (цикл Брайтона) или при

постоянном объеме (цикл Гемфри). Коэффициент полезного действия

термодинамического цикла ГТУ с подводом теплоты при постоянном

давлении (цикл Брайтона) определяется соотношением

 

1TT

TTc

23pm

14pm















(1)

Для газотурбинных установок вводят параметр, характеризующий степень

повышения давления рабочего тела в компрессоре С = р

/р

. Выразим

отношение температур в выражении (1) через соотношение давлений сжатия

для компрессора С, используя уравнения адиабаты для идеального газа, в

виде следующей системы уравнений:





















;































. (2)

Поскольку р

= р

, а р

= р

, то T

. С учетом этого равенства и

системы уравнений (2), выражение для определения термического КПД цикла

Брайтона примет вид





. (3)

Из соотношения (3) следует, что КПД цикла Брайтона повышается с

увеличением значения степени повышения давления рабочего тела в

компрессоре С.

ГТУ, работающие по циклу Гемфри (1-2- 3-4).





. ГТУ такого типа имеют больший

коэффициент полезного действия, чем ГТУ,

работающие по циклу Брайтона.

Вопрос № 30

Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания

Поршневыми двигателями внутреннего сгорания (ДВС) называются

двигатели, в которых топливо сжигается в цилиндрах, где возвратно-

поступательно двигается поршень.

Несмотря на то, что цикл Карно имеет наивысший КПД, в реальных машинах

он не реализуется. Дело в том, что цикл Карно, будучи сильно растянутым в

координатах р–v, связан с весьма большими значениями удельного объема и

давления.



0q



Рис. 43. Цикл Карно в координатах p-v

Отношение объема цилиндра к объему камеры сгорания

V/V

= v

(эта

величина в поршневых ДВС называется степенью сжатия), работающего по

циклу Карно, достигает 400, а давление в

точке (а) –

= 280 – 300 МПа.

Термодинамических циклы ДВС: цикл с подводом теплоты при постоянном

объеме (цикл Отто),состоящий из двух изохор и двух адиабат (a

-b-c

-d-a

) и

цикл с подводом теплоты при постоянном давлении (цикл Дизеля),

состоящий из изобары a

–b, изохоры с

–d и двух адиабат b–c

и d–a

-b-c

d- a

). Полученные циклы имеют КПД меньше, чем КПД цикла Карно

Процесс (1–2) в цикле Отто характеризует адиабатное сжатие рабочего тела,

процесс (2–3) - изохорный подвод теплоты q

, процесс (3–4) - адиабатное

расширение и процесс (4–1) - изохорный отвод теплоты q

Полезная работа в цикле равна разности подведенной и отведенной теплоты

21ц

qql 

и численно равна площади (1-2-3-4-1). Степень сжатия цикла

весьма сильно влияет на КПД цикла. Чем выше степень сжатия, тем выше

КПД цикла. Термический КПД цикла

Рис. 45. Цикл Отто в координатах p-v (а) и T-s (б)

1

Это значит, что КПД цикла Отто растет с увеличением степени сжатия.

Цикл Дизеля состоит из процесса адиабатного сжатия (1–2), изобарного

подвода теплоты (2–3), адиабатного расширения (3–4) и изохорного отвода

теплоты (4–1) (рис. 46). Степень сжатия в двигателях, работающих по циклу

Дизеля, составляет



= 14 – 18.

а б

Сравним между собой циклы Отто и Дизеля при одинаковых параметрах

точек (1) и (4) с помощью диаграммы Т–s (рис. 46). Если в этих циклах будет

одинаковая степень сжатия ε и одинаковое количество отводимой теплоты q

то КПД цикла Отто будет выше КПД цикла Дизеля.

КПД цикла Дизеля, в условиях одинакового максимально возможного

давления, больше, чем КПД цикла Отто.

Подачу топлива можно осуществлять так, что одна его часть будет сгорать

при постоянном объеме, а другая – при постоянном давлении. Такой цикл

называется циклом смешанного сгорания топлива или циклом

Тринклера .Цикл со смешенным подводом теплоты занимает по

эффективности промежуточное положение между циклами Отто и Дизеля как

в условиях сравнения при одинаковой степени сжатия ε, так и при сравнении

по условию одинакового максимального давления в цилиндре двигателя.

Рис. 46. Циклы Отто и Дизеля в координатах p-v (а) и T-s (б)

а б

Выведем уравнение для определения термического КПД смешанного цикла.

Количество подводимой теплоты на изохоре (2–3) равно

 

23vm1

TTcq 



, а в

изобарном процессе (3–4) –

 

34pm1

TTcq 



. Количество отводимой теплоты q

на изохоре (5–1) по абсолютной величине составляет

 

15vm22

TTcqq 

Следовательно, термический КПД цикла

)1(k)1(













Из уравнения видно, что КПД цикла со смешанным подводом теплоты растет

с увеличением ε и λ и с уменьшением ρ. Если ρ = 1, то цикл со смешанным

подводом теплоты превращается в цикл Отто, термический КПД которого

находится из соотношения







Если λ = 1, то смешанный цикл превращается в цикл Дизеля, термический

КПД которого находится из выражения

 













Вопрос №31

Теплопередача.

Основы теории теплообмена.

Теплопередача – наука, занимающаяся изучением теплообмена между

телами и распределением температуры в телах.

Основные формы передачи теплоты:

Рис. 47. Цикл смешанного сгорания в координатах p-v (а) и T-s (б)