4. Теплообмен излучением. Основные понятия и определения.
5. Основы теплового расчета теплообменных аппаратов.
Задача № 3
Задан состав твердого топлива на рабочую массу в %. Определить теоретически необходимое количество воздуха для горения, а также по формуле Д.И. Менделеева низшую и высшую теплоту сгорания топлива, объемы и состав продуктов сгорания при бв, а также энтальпию продуктов сгорания при температуре . Данные для расчета принять по табл. 3.1.
Таблица 3.1Данные к задаче № 3
|
Вариант |
WP |
AP |
SP |
CP |
НP |
OP |
бв |
, єС |
||
|
1 |
13,0 |
21,8 |
3,0 |
49,3 |
3,6 |
1,0 |
8,3 |
1,1 |
120 |
|
|
2 |
14,0 |
25,8 |
3,9 |
44,8 |
3,4 |
1,0 |
7,1 |
1,2 |
130 |
|
|
3 |
8,0 |
23,0 |
3,2 |
55,2 |
3,8 |
1,0 |
5,8 |
1,3 |
140 |
|
|
4 |
11,0 |
26,7 |
3,1 |
49,2 |
3,4 |
1,0 |
5,6 |
1,4 |
150 |
|
|
5 |
9,0 |
34,6 |
3,2 |
44,0 |
3,1 |
0,8 |
5,3 |
1,3 |
160 |
|
|
6 |
12,0 |
13,2 |
0,3 |
58,7 |
4,2 |
1,9 |
9,7 |
1,2 |
170 |
|
|
7 |
8,5 |
11,0 |
0,5 |
66,0 |
4,7 |
1,8 |
7,5 |
1,1 |
180 |
|
|
8 |
9,0 |
18,2 |
0,3 |
61,5 |
3,7 |
1,5 |
5,8 |
1,2 |
190 |
|
|
9 |
6,5 |
16,8 |
0,4 |
68,6 |
3,1 |
1,5 |
3,1 |
1,3 |
200 |
|
|
10 |
7,0 |
30,7 |
0,7 |
53,6 |
3,0 |
1,6 |
3,4 |
1,4 |
210 |
|
|
11 |
14,0 |
9,5 |
0,5 |
59,5 |
4,0 |
1,5 |
11,0 |
1,5 |
220 |
|
|
12 |
10,0 |
13,5 |
0,5 |
67,7 |
3,6 |
1,6 |
5,3 |
1,6 |
230 |
|
|
13 |
12,0 |
18,9 |
0,4 |
59,1 |
3,4 |
1,7 |
4,5 |
1,5 |
240 |
|
|
14 |
32,0 |
25,2 |
2,7 |
28,7 |
2,2 |
0,6 |
8,6 |
1,4 |
250 |
|
|
15 |
5,5 |
23,6 |
0,8 |
59,6 |
3,8 |
1,3 |
5,4 |
1,3 |
260 |
|
|
16 |
10,0 |
19,8 |
2,6 |
55,5 |
3,7 |
0,9 |
7,5 |
1,2 |
270 |
|
|
17 |
6,0 |
31,0 |
6,1 |
48,5 |
3,6 |
0,8 |
4,0 |
1,1 |
280 |
|
|
18 |
18,0 |
29,5 |
1,0 |
37,3 |
2,8 |
0,9 |
10,5 |
1,2 |
290 |
|
|
19 |
8,0 |
23,9 |
0,4 |
60,3 |
2,5 |
0,9 |
4,0 |
1,3 |
300 |
|
|
20 |
8,0 |
9,2 |
0,6 |
67,9 |
4,7 |
0,8 |
8,8 |
1,4 |
310 |
Таблица 3.2Энтальпии газов, воздуха и золы
|
кДж / м3 |
кДж / кг |
|||||
|
100 |
171,1 |
130,1 |
150,5 |
132,7 |
80,8 |
|
|
200 |
360,0 |
261,0 |
304,0 |
267,0 |
169,1 |
|
|
300 |
563 |
394 |
463 |
403 |
264 |
|
|
400 |
776 |
529 |
626 |
542 |
360 |
|
|
500 |
999 |
667 |
795 |
685 |
458 |
|
|
600 |
1231 |
808 |
969 |
830 |
560 |
|
|
700 |
1469 |
952 |
1149 |
979 |
662 |
|
|
800 |
1712 |
1098 |
1334 |
1129 |
767 |
|
|
900 |
1961 |
1247 |
1526 |
1283 |
857 |
|
|
1000 |
2210 |
1398 |
1723 |
1483 |
984 |
|
|
1100 |
2458 |
1551 |
1925 |
1595 |
1097 |
|
|
1200 |
2717 |
1705 |
2132 |
1754 |
1206 |
|
|
1300 |
2977 |
1853 |
2344 |
1914 |
1361 |
|
|
1400 |
3239 |
2009 |
2559 |
2076 |
1583 |
|
|
1500 |
3503 |
2166 |
2779 |
2239 |
1759 |
|
|
1600 |
3769 |
2324 |
3002 |
2403 |
1876 |
|
|
1700 |
4036 |
2484 |
3229 |
2567 |
2064 |
|
|
1800 |
4305 |
2644 |
3458 |
2732 |
2186 |
|
|
1900 |
4574 |
2804 |
3690 |
2899 |
2387 |
|
|
2000 |
4844 |
2965 |
3926 |
3066 |
2512 |
|
|
2100 |
5115 |
3127 |
4163 |
3234 |
- |
|
|
2200 |
5386 |
3289 |
4402 |
3402 |
- |
|
|
2300 |
5658 |
3452 |
4643 |
3571 |
- |
|
|
2400 |
5930 |
3615 |
4888 |
3740 |
- |
|
|
2500 |
6203 |
3778 |
5132 |
3910 |
- |
Пример решения задачи № 3
Исходные данные:
= 13,2; = 22,8; = 3,1; = 50,0; =3,8; = 1,2;
= 5,9; бв = 1,2; = 200 єС.
Решение
Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива вычисляется по формуле
Действительное необходимое количество воздуха
Низшая теплота сгорания 1 кг топлива по формуле Д.И. Менделеева
Высшая теплота сгорания
Теоретические объемы продуктов полного сгорания твердых топлив при бв=1 определяются по формулам:
-объем трехатомных газов
;
-объем азота
-объем сухих газов
;
-объем водяных паров
Полный объем газообразных продуктов сгорания 1 кг топлива при
бВ =1
Объем продуктов сгорания при бВ = 1,2 определяется по формулам:
-объем сухих газов
-объем водяных паров
Полный объем продуктов сгорания
Энтальпия продуктов сгорания, , при бВ=1 и температуре газов =200 єС находится по формуле
(3.1)
где , , - энтальпия соответственно 1м3 углекислого газа, азота и водяных паров (находится по табл. 3.2 при =200 єС):
Подставляя найденные значения энтальпии в уравнение (3.1), получаем
Энтальпия воздуха
где - энтальпия воздуха при =200 єС (см. табл. 3.2).
.
Энтальпия продуктов сгорания при бВ =1,2 и =200 єС
Ответ:
; ; ;
; ; ; ;
; ; ; ; ;
Вопросы для самостоятельной проработки.
1. Топливо. Виды топлива.
2. Состав и характеристика топлива.
3. Понятия низшей и высшей теплотворности топлива.
4. Условное топливо, калорийный эквивалент топлива.
5. Основы теории горения топлива.
Задача № 4
Определить литровую мощность и удельный индикаторный расход топлива четырехцилиндрового (i = 4) четырехтактного (ф = 4) двигателя, если среднее индикаторное давление равно Pi (Па). Диаметр цилиндра D = 0,12 м, ход поршня S = 0,1 м, угловая скорость вращения коленчатого вала щ, (рад/с), механический зм и удельный расход топлива g = 0,008 кг/с.
Данные для расчета принять по табл. 4.1.
Таблица 4.1Данные к задаче
|
Вариант |
Pi , МПа |
щ, рад/с |
зм |
|
|
1 |
0,80 |
377 |
0,80 |
|
|
2 |
0,85 |
398 |
0,81 |
|
|
3 |
0,90 |
419 |
0,82 |
|
|
4 |
0,95 |
440 |
0,83 |
|
|
5 |
1,00 |
471 |
0,84 |
|
|
6 |
1,05 |
492 |
0, 85 |
|
|
7 |
1,10 |
502 |
0,86 |
|
|
8 |
1,15 |
513 |
0,87 |
|
|
9 |
1,20 |
523 |
0,88 |
|
|
10 |
1,15 |
461 |
0,89 |
|
|
11 |
1,10 |
450 |
0,90 |
|
|
12 |
1,05 |
429 |
0,89 |
|
|
13 |
1,00 |
408 |
0,88 |
|
|
14 |
0,95 |
387 |
0,87 |
|
|
15 |
0,90 |
481 |
0,86 |
|
|
16 |
0,85 |
534 |
0,85 |
|
|
17 |
0,80 |
544 |
0,84 |
|
|
18 |
0,85 |
419 |
0,83 |
|
|
19 |
0,90 |
440 |
0,82 |
|
|
20 |
0,95 |
471 |
0,81 |
Пример решения задачи № 4
Исходные данные:
Pi = 8,5 ? 105 Па; щ = 419 рад/с; зм = 0,83; g = 0,008 кг/с; D = 0,12м; S = 0,1м.
Решение
Находим рабочий объем цилиндра:
.
Частота вращения коленчатого вала
.
Индикаторная мощность двигателя
где i - число цилиндров двигателя, i=4; ф - тактность двигателя, для четырехтактного двигателя ф = 4.
Тогда .
Эффективная мощность двигателя
.
Литровая мощность двигателя
.
Удельный индикаторный расход топлива
.
Ответ: ; .
Вопросы для самостоятельной проработки
1. Тепловые машины. Двигатели внутреннего сгорания. Общие сведения и классификация.
2. Идеальные циклы двигателей внутреннего сгорания.
3. Рабочие циклы четырехтактных и двухтактных двигателей внутреннего сгорания.
4. Индикаторные диаграммы двигателей. Основные показатели двигателей внутреннего сгорания.
5. Тепловой баланс и технико-экономические показатели двигателей внутреннего сгорания.
Задача № 5
Одноцилиндровый одноступенчатый поршневой компрессор сжимает воздух от атмосферного давления МПа до требуемого давления р2. Определить эффективную мощность привода компрессора и необходимую мощность электродвигателя с запасом 10 % на перегрузку, если диаметр цилиндра D (м), ход поршня S (м), частота вращения вала N (об/с), относительный объем вредного пространства д = 0,05, показатель политропы расширения остающегося во вредном объеме газа m, коэффициент, учитывающий, уменьшение давления газа при всасывании, зp =0,94 и эффективный адиабатный КПД компрессора е.ад = 0,75.
Данные для расчета принять по табл. 5.1.
Таблица 5.1Данные к задаче № 5
|
Вариант |
P2 , МПа |
D, м |
S, м |
N, об/с |
m |
|
|
1 |
0,50 |
0,10 |
0,10 |
6,67 |
1,30 |
|
|
2 |
0,55 |
0,12 |
0,12 |
7,00 |
1,35 |
|
|
3 |
0,60 |
0,15 |
0,15 |
7,50 |
1,33 |
|
|
4 |
0,65 |
0,17 |
0,17 |
7,92 |
1,37 |
|
|
5 |
0,70 |
0,20 |
0,20 |
8,33 |
1,34 |
|
|
6 |
0,75 |
0,17 |
0,17 |
8,83 |
1,33 |
|
|
7 |
0,80 |
0,15 |
0,15 |
9,17 |
1,35 |
|
|
8 |
0,85 |
0,12 |
0,12 |
9,67 |
1,36 |
|
|
9 |
0,90 |
0,10 |
0,10 |
10,00 |
1,37 |
|
|
10 |
0,95 |
0,12 |
0,12 |
10,33 |
1,30 |
|
|
11 |
1,00 |
0,15 |
0,15 |
11,33 |
1,35 |
|
|
12 |
0,95 |
0,17 |
0,17 |
11,67 |
1,33 |
|
|
13 |
0,90 |
0,15 |
0,15 |
12,00 |
1,37 |
|
|
14 |
0,85 |
0,12 |
0,12 |
12,50 |
1,34 |
|
|
15 |
0,80 |
0,10 |
0,10 |
12,00 |
1,35 |
|
|
16 |
0,75 |
0,13 |
0,13 |
11,67 |
1,30 |
|
|
17 |
0,70 |
0,15 |
0,15 |
11,33 |
1,31 |
|
|
18 |
0,65 |
0,18 |
0,18 |
10,83 |
1,33 |
|
|
19 |
0,60 |
0,20 |
0,20 |
10,00 |
1,32 |
|
|
20 |
0,55 |
0,17 |
0,17 |
9,17 |
1,30 |
Пример решения задачи № 5
Исходные данные:
Решение
Определяем степень повышения давления
.
Объёмный КПД компрессора
.
Коэффициент подачи компрессора
.
Теоретическая подача компрессора
Действительная подача компрессора
Теоретическая мощность привода компрессора при адиабатном сжатии
Эффективная мощность привода компрессора
Необходимая мощность электродвигателя с 10 %-ным запасом перегрузки
Ответ:
Вопросы для самостоятельной проработки.
1. Общие сведения и классификация компрессоров.
2. Поршневые компрессоры.
3. Ротационные компрессоры.
4. Центробежные компрессоры.
5. Действительная индикаторная диаграмма поршневого компрессора.
Основная
3. Ерофеев, В. Л. Теплотехника: учебник для вузов / В. Л. Ерофеев, П. Д. Семенов, А.С. Пряхин. - М. : Академкнига, 2006. - 670 с.
4. Архаров, А. М. Теплотехника: учебник для вузов / А. М. Архаров. - М.: МГТУ им. Баумана, 2004. - 712 с.
дополнительная
6. Панкратов Г.П.Сборник задач по теплотехнике:Учебное пособие . -3-е изд. перераб. и доп. М. : Высш. Шк., 1995. -238 с.: ил.