Министерство образования и науки Российской Федерации

федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования

Национальный исследовательский ядерный университет «МИФИ»

Волгодонский инженерно-технический институт –

филиал НИЯУ МИФИ

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

ПО ОРГАНИЗАЦИИ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ

РАБОТЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«Техническая термодинамика»

Направление подготовки: 13.03.01 Теплоэнергетика и

теплотехника

Профиль подготовки: Тепловые электрические станции

Наименование образовательной программы: Тепловые

электрические станции

Квалификация (степень) выпускника: академический

бакалавр

Форма обучения: очная

г. Волгодонск 2014

2

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

К ИНДИВИДУАЛЬНОМУ ДОМАШНЕМУ

ЗАДАНИЮ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

«ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА»

Учебное пособие для студентов-специалистов и студентов-

бакалавров по направлениям подготовки:

141403.65 «Атомные станции: проектирование, эксплуатация и инжиниринг»,

140100.62 «Теплоэнергетика и теплотехника», 141100.62

«Энергетическое машиностроение»,

140700.62 «Ядерная энергетика и теплофизика»

Волгодонск 2014

3

УДК 621.039.51

В 381

Рецензент – Бекетов В.Г. к.т.н.

Составитель – Веселова И.Н.

Техническая термодинамика: методические указания к индивидуальному

домfiytve заданию по дисциплине «Техническая термодинамика». /

Волгодонский инженерно-технический институт (филиал) НИЯУ МИФИ. –

Волгодонск: ВИТИ НИЯУ МИФИ, 2014.- с. 48.

Методические указания содержат методические основы расчета задач по

основным разделам курса «Техническая термодинамика», варианты задач и

необходимые справочные материалы.

Методические указания предназначены для организации самостоятельной

работы студентов всех форм обучения квалификации «специалист» и «бакалавр»

по направлениям подготовки: 141403.65 «Атомные станции: проектирование,

эксплуатация и инжиниринг», 140100.62 «Теплоэнергетика и теплотехника»,

141100.62 «Энергетическое машиностроение», 140700.62 «Ядерная

энергетика и теплофизика» при выполнении домашнего задания по дисциплине

«Техническая термодинамика».

© ВИТИ НИЯУ МИФИ, 2014

4

Оглавление

Цель индивидуального домашнего задания 4

Требования к оформлению индивидуального домашнего задания 4

Варианты домашнего задания 5

Методические основы расчета 6

1 Общие принципы расчета 6

2 Циклы двигателей внутреннего сгорания 8

3 Циклы газотурбинных установок 11

4 Циклы паротурбинных установок 15

5 Циклы парогазовых (бинарных) установок 18

6 Обратные циклы холодильных установок и теплового насоса 20

Задачи 24

Библиографический список 43

Приложение 1 44

Приложение 2 45

5

Цель индивидуального домашнего задания

Индивидуальное домашнее задание является обязательным для

студентов всех форм обучения квалификации «специалист» и

«бакалавр» по направлениям подготовки: 141403.65 «Атомные

станции: проектирование, эксплуатация и инжиниринг», 140100.62

«Теплоэнергетика и теплотехника», 141100.62 «Энергетическое

машиностроение», 140700.62 «Ядерная энергетика и теплофизика».

Целью индивидуального домашнего задания является изучение

термодинамических циклов и тепловых схем с целью закрепления

знаний по курсу «Техническая термодинамика».

Методические указания включают в себя схемы и варианты

исходных данных, а также необходимые теоретические сведения для

расчета термодинамических циклов. Представленный объем

материала и его построение позволяет использовать методические

указания, как для аудиторной, так и для самостоятельной работы

студентов.

Выполнение индивидуального домашнего задания

предусматривает:

– закрепление теоретических знаний, полученных при изучении

дисциплины;

– выработку навыков при проведении расчета тепловой или

газовой установки при изменении начальных и конечных параметров

цикла;

– закрепление навыков пользования справочной литературой.

Требования к оформлению

индивидуального домашнего задания

Задание должно быть оформлено в соответствии с общими

требованиями, предъявляемыми к студентам ВИТИ НИЯУ МИФИ, и

содержать следующее:

– номер варианта задания и перечень исходных данных в

соответствии с вариантом;

– расчетную схему с обозначением всех параметров (давление,

температура, энтальпия и др.), участвующих в расчете;

– построение hS- и TS-диаграмм, где это необходимо;

– перечень справочных теплофизических параметров воды и

водяного пара, участвующих в расчете;

– подробное изложение расчетных уравнений и выкладки по их

6

преобразованию;

– окончательные и промежуточные результаты расчета в

численном виде с указанием размерности.

Варианты домашнего задания

Варианты домашнего задания приведены в таблице 1. Вариант

выбирается по списку в журнале группы.

Таблица 1 – Исходные данные

Вариант 1 2 3 4 5

Номера

задач

1, 21,

41

2, 22, 42 3, 23, 43 4, 24, 44 5, 25, 45

Вариант 6 7 8 9 10

Номера

задач

6, 26,

46

7, 27, 47 8,28, 48 9, 29, 49 10, 30,

50

Вариант 11 12 13 14 15

Номера

задач

11, 31,

51

12, 32, 52 13, 33, 53 14, 34,

54

15, 35,

55

Вариант 16 17 18 19 20

Номера

задач

16, 36,

56

17, 37, 57 18, 38, 58 19, 39,

59

20, 40,

60

7

Методические основы расчета

1 Общие принципы расчета

Термодинамическим циклом называется непрерывная

последовательность термодинамических процессов, в результате

которых рабочее тело возвращается в исходное состояние.

Различаются прямые и обратные циклы.

В прямом цикле (рис. 1, а) к рабочему телу подводится большее

количество теплоты q1 (в процессе 1-а-2) при большей температуре и

отводится меньшее количество теплоты q2 (в процессе 2-b-1) при

более низкой температуре; разность этих значений теплоты равна

совершенной работе цикла:

21 qqц −=l.

В основе теплосиловых установок лежат прямые

термодинамические циклы: за счет подвода теплоты q1 совершается

полезная работа l ц.

В обратных циклах (рис. 1, б) к рабочему телу подводится

меньшее количество теплоты q2 (в процессе 1-b-2), а отводится

большее количество теплоты q1 (в процессе 1-а-2) при более высокой

температуре. Обратные циклы лежат в основе холодильных установок

и тепловых насосов.

Процессы, из которых состоит цикл, могут быть обратимыми и

необратимыми. Если все процессы в цикле обратимы, цикл

называется обратимым. Если хотя бы один процесс необратим, то и

цикл называется необратимым.

а) б)

Рисунок 1 – Прямой (а) и обратный (б) циклы

Цl

b

1 2

S

T a

Цl

a

b

1 2

S

T

8

Эффективность обратимых циклов оценивается:

– для прямых циклов теплосиловых установок − термическим

КПД

2

1

1

1T

T

q

Ц

t −==l

η;

– для обратимых циклов холодильных установок −

холодильным коэффициентом

срср

ср

Ц TT

Tq

21

22

−==

lε

;

– для обратных циклов тепловых насосов − отопительным

коэффициентом

=отk срср

ср

Ц TT

Tq

21

11

−=

l .

Для реализации прямых и обратных циклов необходимы два

источника теплоты, одним из которых, как правило, является

окружающая среда.

На рисунке 2 на примере цикла Карно − цикла, состоящего из

двух изотерм и двух адиабат, показано, в каком температурном

интервале работают теплосиловые (а), холодильные (б) установки и

тепловой насос (в).

Заштрихованные площади равны величине полезного эффекта. В

обратимом цикле Карно изотермические процессы осуществляются

при температурах верхнего и нижнего источников.

Для обратимого цикла Карно:

– термический КПД

2

11T

Tkt −=η

;

– холодильный коэффициент

21

2

TT

Tk

−=ε

;

9

– отопительный коэффициент

=к

отk21

1

TT

T

−.

Перечисленные параметры не зависят от свойств рабочего тела.

Tгор и Tхол − температуры тепловых источников,

Т0 − температура окружающей среды.

Рисунок 2 – Цикл Карно – цикл теплосиловой (а)

и холодильной (б) установок, теплового насоса (в)

2 Циклы двигателей внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это тепловая машина, в

которой подвод теплоты к рабочему телу осуществляется за счет

сжигания топлива внутри самого двигателя. Рабочим телом в таких

двигателях являются на первом этапе воздух или смесь воздуха с

легковоспламеняемым топливом, а на втором этапе – продукты

сгорания. В таких двигателях рабочее тело можно рассматривать как

идеальный газ.

На рисунке 3 изображен обратимый цикл ДВС с подводом

теплоты при V=const – цикл Отто. В процессе 1-2 происходит сжатие

(в первом приближении – адиабатное) смеси воздуха с парами

топлива. В точке 2 с помощью электрической свечи горючая смесь

поджигается. Сгорание при V=const эквивалентно изохорному

процессу нагревания 2-3. Образовавшиеся газы, расширяясь,

перемещают поршень (адиабатный процесс 3-4). Уменьшение

T

S

q2

4

3

1

2

41

32q3

4 1

23

Цl

T T

Tгор

T0

Tхол

S S a) б) в)

10

давления в цилиндре ДВС до атмосферного, вследствие открытия

специального клапана, эквивалентно изохорному охлаждению в

процессе 4-1.

Рисунок 3 – Цикл Отто

Термический КПД такого цикла:

1

11

−−=

kt

εη ,

где 2

1

ν

νε = – степень сжатия;

k – показатель адиабаты.

Показатель адиабаты можно определить по формуле:

V

P

V

P

С

С

С

Сk ==

µ

µ

,

где ρµC и νµC – мольные теплоемкости, определяемые при

постоянном давлении и постоянном объеме

соответственно.

Для приближенных расчетов значения мольных теплоемкостей

при невысоких температурах можно выбрать по таблице 2, а более

точные значения массовых и объемных теплоемкостей – по

приложению 1.

q2

4

1

2

3

V

P

q1

11

Таблица 2 Значения теплоемкостей и показателей адиабаты для

газов различной атомности

Атомность νµC,

кДж/(кмоль·град)

ρµC,

кДж/(кмоль·град)

k

Одноатомные

газы

12,6 20,9 1,69

Двухатомные

газы

20,9 29,3 1,41

Трех- и

многоатомные

газы

29,3 37,7 1,29

Возможность повысить степень сжатия ε реализуется в ДВС с

подводом теплоты при р = сonst (в цикле Дизеля). В этом случае

сжимается воздух, температура которого в результате адиабатного

сжатия превышает температуру воспламенения топлива (процесс 1-2,

рис. 4). В процессе 2-3 происходит впрыск топлива и его сгорание при

р = сonst. Рабочий ход 3-4 и выхлоп 4-1 не отличаются от таковых в

цикле Отто.

Рисунок 4 Цикл Дизеля

Термический КПД двигателя со сгоранием:

1

1

)1(

11

−⋅

−

−−=

K

K

kt ερ

ρη

.

q2

4

1

2 3

V

P

q1

12

Цикл со смешанным подводом теплоты − цикл Тринклера

показан на рисунке 5.

Рисунок 5 Цикл Тринклера

Термический КПД цикл Тринклера:

1

1

)1(1

11

−⋅

−+−

−−=

k

k

tk ερλλ

λρη ,

где

2

1

ν

νε = − степень сжатия;

5

3

ν

νρ = − степень предварительного расширения;

2

5

p

p=λ − степень повышения давления в изохорном процессе.

3 Циклы газотурбинных установок

Принципиальная схема простой газотурбинной установки (ГТУ)

приведена на рисунке 6, а. Цикл, совершаемый рабочим телом ГТУ,

приведен на рисунке 6,б, где 1-2-3-4-1 − обратимый цикл, 1-2д-3-4д-1

− цикл с необратимыми процессами сжатия и расширения. Процессы

2-3 и 4-1 − изобарные.

Обратимые процессы, совершаемые рабочим телом в турбине и

компрессоре − изоэнтропные. Реальные же процессы,

сопровождающиеся трением, необратимы это процессы 3-4д и 1-2д.

Если теплоемкость Ср газов считать постоянной, то термический

q2

4

1

2

3

V

P

q1

5

13

КПД обратимого цикла простой ГТУ определяется по формуле:

K

Kt 1

11

−−=

β

η ,

где

1

2

p

p=β − степень повышения давления в компрессоре.

Внутренний КПД цикла с необратимым сжатием и расширением

рабочего хода:

)1()(

)1(1

1

1013

003

−⋅−⋅−

−−

−⋅⋅

=τη

ττ

ηη

ηTTT

T

i K

i

K

i

T

i

,

где K

K

T

T 1

1

2−

== βτ − степень повышения температуры при обратимом

сжатии в компрессоре, Ki

Ti 00 ,ηη

− внутренние относительные КПД турбины и

компрессора.

Рисунок 6 Принципиальная схема (а) и цикл (б) простой ГТУ

a)

б)

К

КС

Т

Г

2 3

1 4

1

T 3

q2

4

1

2

q1

4д

14

Принципиальная схема и цикл ГТУ с регенерацией теплоты

приведены на рисунке 7 а,б.

S

а) б)

Рисунок 7 Принципиальная схема (а) и цикл (б) ГТУ

с регенерацией

Из сравнения схемы такой установки (рис. 7,а) со схемой ГТУ без

регенерации (рис. 6,а) видно, что в ней добавлен только

регенеративный теплообменник РП, в котором уходящие газы

охлаждаются (процесс 4-6), нагревая при этом воздух, поступающий в

камеру сгорания (процесс 2-5).

В схемах ГТУ с многоступенчатым сжатием и расширением

рабочего тела воздух сжимается в многоступенчатом компрессоре –

после каждой ступени компрессора, кроме последней, воздух

охлаждается почти до температуры окружающей среды. Расширение

рабочего тела осуществляется многоступенчато – после каждой

ступени турбины, кроме последней, воздух попадает в камеры

сгорания, где снова нагревается до максимальной температуры в

цикле. Обычно число ступеней турбины и компрессора не превышает

трех. На рисунке 8 показан цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и

двухступенчатым расширением рабочего тела.

К

КС

Т

Г

35

1

4

6

2 РП

q2 6

1

3T q1

4

2

5

qрег

15

Рисунок 8 Цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и

двухступенчатым расширением

Цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и двухступенчатым

расширением с регенерацией теплоты показан на рисунке 9.

Рисунок 9 Цикл ГТУ с двухступенчатым сжатием и

двухступенчатым расширением с регенерацией теплоты

q2

1

3

S

T

q1 4а

2а

3а

4

1а

2

0

q2 1

3

S

T q1

4а

2а

3а

4

1а

2

0

qрег

56

16

4 Циклы паротурбинных установок

Основу современной стационарной теплоэнергетики и атомной

энергетики составляют паротурбинные установки (ПТУ),

использующие в качестве рабочего тела воду и водяной пар. В основе

современных ПТУ лежит цикл Ренкина (рис. 10,11).

Рисунок 10 Принципиальная схема простой ПТУ

(а) (б)

Рисунок 11 Обратимый цикл Ренкина на насыщенном (а) и

перегретом (б) паре

Полезная (механическая) работа, совершаемая 1 кг пара в

q2

4 4 T

x=1

2

3

S

q1

k

1

2’

x=1

2

3

S

T q1 k 1

2’ q2

T КА

ПН

2` 3

2

1

Г

К

17

обратимом процессе в турбине, равна:

21 hhT −=l ;

− работа насоса:

'23 hhH −=l;

− подведенная в цикле теплота:

311 hhq −=;

− термический КПД цикла Ренкина:

1q

HTt

ll −=η

.

Принципиальная схема ПТУ с промежуточным перегревом пара

показана на рисунке 12,а, а цикл, совершаемый рабочим телом этой

установки, изображен на рисунке 12,б. Особенностью цикла (рис.

12,б) является сверхкритическое начальное давление пара

р1 > рк = 22,1 МПа. В отличие от схемы (рис. 10) здесь добавлен

промежуточный пароперегреватель (ПП). Промежуточный перегрев

позволяет увеличить термический и внутренний КПД цикла за счет

возрастания средней температуры подвода теплоты и уменьшения

конечной влажности.

Рисунок 12 Принципиальная схема ПТУ с промперегревом на

сверхкритическом давлении пара (а) и ее цикл (б)

Г

TНД

П2` 3

2

1

К

TВД

а b

КА

1

a) б)

2

3

S

T

q

k

2’

’ q

b

a

q

18

В циклах Ренкина на насыщенном и перегретом паре с целью

повышения КПД применяется регенерация теплоты, которая позволяет

поднять среднюю температуру подвода теплоты за счет увеличения

температуры питательной воды, поступающей в котел, либо в

парогенератор.

Принципиальная схема ПТУ с регенеративными отборами пара

показана на рисунке 12,а, а цикл, совершаемый водяным паром этой

установки, показан на рисунке 12,б. В отличие от схемы простой ПТУ

(рис. 10,а), здесь пар из отборов турбины подается в систему

регенеративных подогревателей РП, в результате чего в котел

подается питательная вода при температуре tПВ.

КПД цикла − цикл (б) ПТУ с регенеративными отборами пара

определяется по формуле:

( )

пвi

n

i

ii

ihh

hhhh

−

−−−

=∑

=1

2021 )( α

η,

где 1m

mii =α

− доля пара в i-ом отборе;

h − энтальпия этого пара;

n − число регенеративных подогревателей (число отборов пара).

Рисунок 12 Принципиальная схема (а) и цикл (б) ПТУ с

регенеративными отборами пара

Число регенеративных подогревателей выбирается из технико-

экономических соображений, так как при их увеличении капитальные

n0’

a)

T

К

Н 2`

2

1 Г

К

10 К

А

ПН

ПВ РП

x=1 2

10’

S

T q1

б)

k 1

2’ q2

10

ПВ n

0

19

затраты растут пропорционально n, а прирост КПД становится все

меньше. Число регенеративных подогревателей в современных

установках не превышает десяти. Цикл паротурбинной

теплофикационной установки – это цикл для комбинированной

выработки электроэнергии и теплоты − показан на рисунке 13.

Рисунок 13 Цикл паротурбинной теплофикационной установки

5 Циклы парогазовых (бинарных) установок

Парогазовыми установками (ПГУ) называются комбинированные

установки, работающие по циклу Ренкина − циклу паротурбинной

установки (ПТУ) − и циклу газотурбинной установки (ГТУ). К

настоящему времени предложено несколько вариантов ПГУ,

отличающихся способом воздействия рабочего тела одного цикла на

рабочее тело другого цикла. Все эти схемы объединяет одна идея −

использование теплоты уходящих газов ГТУ в паротурбинной части

установки.

Принципиальная схема одной из таких ПГУ показана на рисунке

14, а цикл, совершаемый рабочими телами (водяным паром и

воздухом) этой установки, − на рисунке 15. Предполагается

использование только ПТУ (правая часть рис. 14) при работе и

базовом режиме. Газотурбинная часть установки (левая часть рис. 14)

включается только для покрытия пиков нагрузки и работает совместно

с ПТУ, как ПГУ.

x=1 0

S

T k 1

0’

2 2’

20

Рисунок 14 Принципиальная схема парогазовой установки (ПГУ)

Паротурбинная часть установки, как и обычная ПТУ, состоит из

паровой турбины ПТ, конденсатора, питательного насоса Н,

котельного агрегата КА и системы регенеративных подогревателей

питательной воды (на схеме для простоты показан лишь один

подогреватель РП). При работе в базовом режиме газотурбинная часть

ПГУ не работает, вентили А и С открыты, вентили В закрыты, и

регенеративный подогрев питательной воды осуществляется, как в

обычной ПТУ, за счет теплоты отборного пара, поступающего в РП

через вентиль А.

Рисунок 15 Цикл парогазовой установки (ПГУ)

5

К

КС

ГТ

Г

2 3

1 4

ПT

Н

7`

7

6 Г

К

КА

8

B

РП

ГВП B

A

C C

x=1 7

S

T

q1

k 6

7` q2

q2

5

1

3

q1 4

2

А 8

21

Цикл, совершаемый водяным паром этой установки (правая часть

рис. 14), ничем не отличается от цикла Ренкина на перегретом паре:

процесс 6-7 − адиабатное расширение пара в турбине, 7-7’ −

конденсация пара, 7-8 − подогрев питательной воды в РП за счет

теплоты конденсации А-8 отборного пара, 7’-6 − подвод теплоты в

КА.

Для покрытия пиков нагрузки включается газотурбинная часть

ПГУ, состоящая из компрессора К, камеры сгорания КС и газовой

турбины ГТ. При этом закрываются вентили А, С и открываются

вентили В (весь пар, таким образом, проходит через паровую турбину

ПТ), а подогрев питательной воды (процесс 7-8) осуществляется за

счет теплоты уходящих газов ГТУ в газоводяном подогревателе ГВП.

Газы при этом охлаждаются до температуры Т5.

Парогазовые установки могут работать не только как пиковые

электростанции, но и как базовые. Современные ПГУ имеют более

высокий КПД (около 55 %), чем у ПТУ (около 40 %).

6 Обратные циклы холодильных установок и теплового насоса

В воздушной холодильной установке, принципиальная схема

которой показана на рисунке 16, хладагент − воздух, охлажденный в

результате адиабатного расширения в детандере 1 от температуры Т1

до температуры Т2, поступает в охлаждаемый объем 2, из которого он

отбирает теплоту q2 при постоянном давлении. Компрессор 3

адиабатно сжимает воздух и подает его в охладитель 4, где воздух

отдает теплоту q1 в окружающую среду. Цикл воздушной холодильной

установки с обратимыми процессами сжатия и расширения

представлен в ТS-диаграмме на рисунке 17. Здесь 1-2 – адиабатное

обратимое расширение в детандере; 3-4 – адиабатное обратимое

сжатие воздуха в компрессоре; 2-3 – изобарный нагрев хладагента в

холодильной камере за счет подвода теплоты q2 к хладагенту от

охлаждаемого объема, имеющего температуру Т2; 4-1 – изобарный

отвод теплоты q1 в среду, имеющую температуру Т1.

22

Рисунок 16 Принципиальная схема воздушной холодильной

установки

Согласно определению, удельная холодопроизводительность

равна:

232 hhq −=;

− отведенная в окружающую среду теплота:

141 hhq −=;

– работа компрессора:

34 hhk −=l;

− работа детандера:

21 hhд −=l;

− холодильный коэффициент:

дk

q

ll −= 2ε

.

М

3 1 4

2

23

Рисунок 17 Цикл воздушной холодильной установки

Цикл парокомпрессионной холодильной установки и его

принципиальная схема изображены на рисунке 18 и рисунке 19

соответственно.

Необходимые для расчета значения энтальпий берутся из таблиц

термодинамических свойств хладагентов в состоянии насыщения.

Холодильный коэффициент определяется по формуле:

34

23

hh

hh

−

−=ε

.

Рисунок 18 Принципиальная схема парокомпрессионной холодильной

установки

1

3

S

T

2к

2

0

TI

T2

4

3к

b а

3 1 4

2

24

Рисунок 19 Цикл парокомпрессионной холодильной установки

x=1

S

T k

1

2 3

4

А

с a b

T1

T2

25

Задачи

1. Идеальный поршневой компрессор сжимает 450 м3/ч воздуха

(в пересчете на нормальные условия) температурой t1 = 30°С от

р1 = 0,1 МПа и до р2 = 0,5 МПа. Определить мощность, затрачиваемую

на привод компрессора, если сжатие происходит адиабатно, и

температуру газа на выходе из компрессора.

2. Компрессор сжимает 600 м3/ч воздуха от давления р1 = 0,098

МПа до р2 = 0,6 МПа. Определить мощность, необходимую на привод

компрессора, если сжатие происходит:

1) адиабатно;

2) политропно с показателем n = 1,3;

3) изотермически.

3. Многоступенчатый поршневой компрессор без вредного

объема сжимает воздух от начального давления р1 = 0,098 МПа до

давления р2 = 5,4 МПа. Известно, что отношение конечного давления к

начальному одинаково для всех цилиндров, и находится в пределах

6-8. Определить число ступеней в компрессоре, мощность двигателя,

если КПД ступени равен 0,7, и расход охлаждающей воды при

увеличении ее температуры на 15°С. Известно, что начальная

температура воздуха t1 = 17°С, а сжатие политропическое с

показателем n = 1,3. Производительность компрессора 300 м3/ч (в

пересчете на нормальные условия).

4. Двухступенчатый поршневой компрессор сжимает воздух от

давления р1 = 0,0981 МПа до давления р2 = 5,8 МПа. Сжатие

политропное с показателем n = 1,25. Начальная температура воздуха

t1 = 20°С, производительность компрессора 500 м3/ч. Определить

расход охлаждающей воды на охлаждение цилиндров и

промежуточного холодильника, если ее температура возрастает от 10

до 30°С, а также мощность двигателя на привод компрессора, если kη

= 0,65. Компрессор без вредного объема.

5. В двухступенчатом компрессоре без вредного объема воздух

адиабатически сжимается от 0,098 до 4,9 МПа. Определить

производительность компрессора, если мощность его двигателя 60 кВт,

КПД компрессора kη = 0,65. Начальная температура воздуха 27°С.

26

6. В изотермическом компрессоре воздух сжимается от 0,098 до

0,981 МПа. Как изменится мощность двигателя для привода

компрессора, если сжатие будет производиться изотермически до 98,1

МПа.

7. Определить объемную часовую производительность по

сжатому воздуху компрессора, сжимающего воздух от р1 = 0,098 МПа

и t1 = 15°С до р2 = 0,78 МПа. Сжатие изотермическое, мощность

двигателя 40 кВт.

8. В результате уменьшения расхода воды, охлаждающей

цилиндр компрессора, температура сжатого воздуха на выходе из

компрессора возрастает от 100 до 150°С. Начальная температура

воздуха остается постоянной и равной 17°С. Давление сжатого

воздуха р2 = 0,5 МПа, начальное давление р1 = 0,1 МПа. Как изменится

затрачиваемая мощность? Сжатие политропное.

9. Кислородный компрессор сжимает кислород от р1 = 0,098

МПа и t1 = 17°С до давления 0,4 МПа. Определить необходимую

мощность двигателя, если адиабатный КПД установки адη = 0,83.

Производительность компрессора равна 200 м3/ч сжатого газа.

10. Определить экономию в работе, полученную за счет перехода

от одноступенчатого к двухступенчатому адиабатному сжатию

воздуха в поршневом компрессоре без вредного объема. Начальное

давление р1 = 0,098 МПа, температура t1 = 17°С. Конечное давление

р2 = 0,981 МПа.

11. Определить предельное давление (в долях от начального),

при котором производительность одноступенчатого компрессора,

сжимающего воздух, становится равной нулю. Объем вредного

пространства составляет 2, 4 и 6% части объема цилиндра,

соответствующей ходу поршня. Сжатие — адиабатное.

12. Определить часовую нормальную производительность

одноступенчатого неохлаждаемого компрессора Vн, м3/ч, а также

полный объем цилиндра V, если известны: параметры всасываемого

воздуха р1 = 0,098 МПа и t1 = 20°С; степень повышения давления

8=β ; эффективный КПД 68,0=kη ; частота вращения вала n = 300

27

об/мин; коэффициент наполнения, равный объемному коэффициенту

883,0== vλλ ; мощность на валу компрессора N = 52 кВт.

13. Начальное состояние воздуха, поступающего в воздушный

двигатель, характеризуется параметрами: р1 = 1,2 МПа и t1 = 157°С.

Расширение в цилиндре двигателя происходит по политропе с n = 1,3

и р2 = 0,1 МПа. Определить часовой расход сжатого воздуха, если

мощность двигателя N = 200 кВт.

14. Воздушный двигатель, использующий для работы сжатый

воздух, должен развивать мощность N = 30 кВт. Каков часовой расход

сжатого воздуха, если начальные параметры его р1 = 2,0 МПа; t1 =

30°С. Давление в конце адиабатного расширения р2 = 0,098 МПа.

15. Построить график, иллюстрирующий зависимость

термического коэффициента полезного действия от степени сжатия

для цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с подводом

тепла при v = const, изменяя ε от 3 до 9. Показатель политропы n = 1,3.

Начальное состояние рабочего тела: р1 = 0,09 МПа; t1 = 20°С.

16. Рассчитать полезную работу, совершенную за цикл с

подводом теплоты в процессе v = const, если известно, что расход

топлива составляет 44 г на 1 кг воздуха, ε = 6, теплота сгорания

топлива Qрн = 29,26 МДж/кг, k = 1,37.

17. Двигатель работает по циклу с подводом теплоты в

процессе v = const. Начальная температура рабочего тела,

обладающего свойствами воздуха, t1 = 20°С. Степень сжатия ε = 4,6.

При сгорании выделяется энергия в количестве 900 кДж/кг.

Определить термический КПД цикла, учитывая зависимость

теплоемкости от температуры.

18. Для цикла с подводом теплоты в процессе v = const определить

среднее индикаторное (цикловое) давление. Начальное давление

р1 = 0,0981 МПа; t1 = 20°С; ε = 3,6; == 23 / ppλ 3,33.

28

19. Для цикла с подводом теплоты в процессе р = const определить

полезную работу, отнесенную к 1 кг рабочего тела, и термический

коэффициент полезного действия, если р1 = 0,098МПа; и t1 = 50°С;

ε = 14; k = 1,4; степень предварительного расширения .4,1=ρ

20. Известно, то в цикле с подводом теплоты в процессе р =

const при начальных параметрах р1 = 0,083 МПа и t1=25°С,

подведенная теплота составляет 773 кДж/кг; ε = 14. Требуется

определить термический КПД и полезную работу за цикл, отнесенную

к 1 кг рабочего тела. Рабочее тело обладает свойствами воздуха.

21. Для цикла Дизеля, рабочее тело которого обладает

свойствами воздуха, заданы температуры, соответствующие

следующим точкам цикла: t1 = 40°С; t2 = 600°С; t4 = 270°С. Определить

термический КПД и сравнить его с термическим КПД цикла Карно в

том же интервале температур.

22. В цикле поршневого двигателя внутреннего сгорания с

комбинированным подводом теплоты (рис. 20) начальное давление p1

= 0,085 МПа и температура t1 = 50°С. Степень сжатия ε = 8; λ= 2,0

и ρ = 1,2. Определить параметры в характерных для цикла точках,

количество подведенного тепла, полезную работу и термический КПД

цикла. Рабочее тело обладает свойствами воздуха.

Рисунок 20 Цикл поршневого двигателя внутреннего сгорания

23. Для цикла двигателя внутреннего сгорания с

комбинированным подводом теплоты расход топлива составляет

5

1

2

4

V

P

3

S=const

S=const

29

0,035 кг на 1 кг рабочего тела. Начальные параметры: p1 = 0,088 МПа;

t1 = 50°С. Степень сжатия ε = 10. Максимальное давление в цикле 40

МПа. Определить термический КПД и долю теплоты топлива,

подведенной в процессе p = const. Теплота сгорания топлива Qрн

=29,26 МДж/кг. Рабочее тело обладает свойствами воздуха.

24. Рассчитать термический КПД простейшей газотурбинной

установки, работающей по циклу с подводом теплоты при р = соnst и

при следующих степенях повышения давления:

1) β1 = 5; 2) β2 = 10; 3) β3= 20

Считать, что рабочее тело обладает свойствами воздуха.

Показатель адиабаты принять равным k =1,4.

25. Газотурбинная установка (ГТУ) работает по циклу с

подводом теплоты при р = const, Степень повышения давления β = 12.

Рассчитать термический КПД ГТУ для двух случаев:

1) рабочим телом является воздух; 2) рабочим телом является

гелий.

26. Компрессор газотурбинной установки сжимает воздух с

начальными параметрами р1 = 0,1 МПа и t1 = 5°С до давления

p2 = 0,8 МПа. Внутренний относительный КПД компрессора равен

0,84. Определить температуру воздуха на выходе из компрессора и

также мощность привода компрессора Nк, если известно, что

компрессор должен подавать 105 кг/ч воздуха.

27. Для ГТУ (рис. 21), работающей со сжиганием топлива при

р = const известно: р1 = 0,1 МПа, t1 = 15°С, t3 = 800°С, T

i0η = 0,88, k

i0η= 0,87, производительность компрессора 360 т/ч, степень

повышения давления β = 7,5. Определить параметры характерных

точек идеального и реального циклов ГТУ, термический и внутренний

КПД ГТУ, теоретические и действительные мощности турбины,

компрессора и всей ГТУ. Считать, что рабочим телом является воздух;

теплоемкость воздуха рассчитывать по молекулярно-кинетической

теории.

30

Рисунок 21 – Обратимый и необратимый циклы ГТУ в T,s−диаграмме

28. Газотурбинная установка, в которой топливо сгорает при

р = const, работает при следующих параметрах t1 = 12°C p1=0,09 МПа,

степень повышения давления β = 7, температура газов перед соплами

турбины равна 750 °С. Внутренние КПД турбины и компрессора: T

i0η = k

i0η= 0,8. Вторая установка работает при тех же параметрах, но за

счет улучшения проточных частей турбины и компрессора внутренние

относительные КПД были повышены до значений T

i0η = k

i0η= 0,85.

Рассчитать значения внутренних КПД первой и второй ГТУ. Принять

показатель адиабаты k = 1,4. Определить также термический КПД

установки.

29. Известны следующие данные ГТУ со сгоранием топлива

при p=const: начальные параметры воздуха t1 = 20°С, p1 = 0,1 МПа,

степень повышения давления β = 8, температура газов перед турбиной

t3 = 780°С, внутренние относительные КПД турбины T

i0η = 0,89 и

компрессора k

i0η= 0,87, производительность компрессора D = 450 т/ч.

Определить параметры всех точек действительного цикла,

действительные мощности турбины, компрессора и всей ГТУ,

внутренний КПД ГТУ. Считать, что рабочее тело обладает свойствами

воздуха, учесть зависимость теплоемкости воздуха от температуры.

Задачу решить с помощью приложения 2.

30. Самолет с прямоточным воздушно-реактивным двигателем

летит со скоростью 1000 км/ч. Температура воздуха t = − 20°С.

Определить термический КПД цикла, по которому работает двигатель.

4

1

2

3

S

T

6

5

31

31. Газотурбинная установка, работающая по циклу с подводом

теплоты при р = const, работает с непредельной регенерацией (рис. 22).

Параметры установки: β=4,5, t1 = 15°С, t3 = 790°С, степень

регенерации σ=0,75, внутренние относительные КПД турбины и

компрессора T

i0η= 0,85 и

K

i0η = 0,83. Рассчитать внутренний КПД

такой установки. Считать, что рабочее тело обладает свойствами

воздуха; показатель адиабаты к принять равным 1,4.

Рисунок 22 Схема и TS-диаграмма ГТУ с регенерацией

32. Известно, что термический КПД простейшей ГТУ с

подводом теплоты при р = const возрастает с ростом степени

увеличения давления β. Как будет изменяться термический КПД с

ростом β при неизменной температуре перед турбиной, если ГТУ

работает с предельной регенерацией? Задачу решить с помощью ТS-

диаграммы (рис. 23,24).

Рисунок 23 Схема ГТУ с двухступенчатым сжатием и расширением

4

1

2

3

S

T

6

5 8

7

1

К

С

Р

Т

7 8

2

К

3 4

К

ТНД

9 10

4

КВД

8

КНД

ТВД

КС-II

5

6 7

2 3 1

32

Рисунок 24 TS-диаграмма ГТУ с двухступенчатым сжатием и

расширением

33. Самолет летит со скоростью 900 км/ч при температуре

воздуха 10°С. В дальнейшем скорость самолета снижается до 800 км/ч

при температуре воздуха 0°С. Определить, насколько изменится

термический КПД цикла прямоточного воздушно-реактивного

двигателя, стоящего на самолете.

34. На рисунке 25 изображены схемы и цикл

турбокомпрессорного реактивного двигателя, находящегося на

самолете. Самолет летит со скоростью 850 км/ч при параметрах

воздуха t = 0°С, р = 0,04 МПа. Известно, что степень увеличения

давления в компрессоре β р3/p2 = 8, а температура газов перед соплами

турбины t4 = 800°С. Рассчитать параметры во всех характерных точках

цикла, а также скорость газа на выходе из реактивного сопла

двигателя. Считать процессы сжатия обратимыми. Рабочее тело

обладает свойствами воздуха, тепловые свойства его рассчитываются

по молекулярно-кинетической теории.

1

5

S

T

8

4

7

1

3

2

9 6

33

Рисунок 25 Схема и цикл турбокомпрессорного реактивного

двигателя самолета

35. Рассчитать цикл Карно, который осуществляется

насыщенным водяным паром. Установка работает по схеме (рис. 26):

сухой насыщенный пар при давлении p1 = 2 МПа поступает в цилиндр

паровой машины, где изоэнтропно расширяется до 0,1 МПа, после

чего поступает в теплообменник; там влажный пар частично

конденсируется до тех пор, пока его энтропия не становится равной

энтропии жидкости в состоянии насыщения при р2 = 2 МПа.

Пароводяная смесь изоэнтропно сжимается компрессором до p4 = p1 и

кипящая вода подается в котел, где она превращается снова в сухой

насыщенный пар. Определить параметры во всех точках цикла,

термический КПД цикла, полезную работу, теплоту q1, подведенную в

цикле, и q2, отведенную к нижнему источнику.

1 2 3 4 5

6

4

1

2

3

V

P

5

6

34

Рисунок 26 Схема и цикл паровой машины

36. В установке, описанной в задаче 35, теплообменник Т (рис.

26) заменен конденсатором, в котором отработанный в цилиндре

паровой машины пар полностью конденсируется до состояния 5, после

чего конденсат сжимается поставленным взамен компрессора водяным

насосом до давления р4 и подается в котел, где подогревается до

температуры насыщения, а затем превращается в сухой насыщенный

пар. Иными словами, цикл Карно заменяется на цикл Ренкина. Каков

термический КПД этого цикла? Насколько он уменьшился по

отношению к tkη? Начальное и конечное давление те же, что и в цикле

задачи 35.

37. Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина при

следующих параметрах пара: перед турбиной р1 = 9 МПа и t1 = 535°С,

давление в конденсаторе р2 = 40 кПа (рис. 27). Определить работу

турбины и питательного насоса, а также термический КПД цикла с

учетом и без учета работы насоса и относительную разность этих

КПД.

Компрессор 3

2

К

4

1

о.в.

т

п.м

x2

S

T k

1

2 3

4

x3

5

35

Рисунок 27 Схема и цикл паротурбинной установки, работающей

по циклу Ренкина

38. Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина с

начальными параметрами p1 = 10 МПа и t1 = 530°С. Давление в

конденсаторе p2 = 40 кПа. Определить термический КПД цикла

Ренкина и сравните его с термическим КПД цикла Карно в том же

интервале температур.

39. При одинаковой начальной температуре t1 = 500°С

построить кривую зависимости tη цикла паротурбинной установки от

начального давления p1, приняв его равным 5,0; 10,0; 15,0 и 20,0 МПа.

Давление в конденсаторе одинаково и равно рк = 40 кПа. Учесть

работу питательного насоса. Представить циклы в ТS-диаграмме.

40. Паротурбинная установка работает при параметрах пара

перед турбиной р1 = 9 МПа и t1 = 535°С. Построить кривую

зависимости термического КПД цикла от давления в конденсаторе р2,

которое принять равным 20, 40, 60, 80 кПа.

41. Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина с

начальными параметрами p1 = 9 МПа и t1 = 500°С. Давление в

конденсаторе p2 = 40 кПа. Определить термический КПД цикла

Ренкина.

2` 3

2

1

TВД

К

x=1

2

3

S

T k 1

2

4

36

42. При одинаковом начальном давлении р1 =10 МПа построить

кривую зависимости tη цикла паротурбинной установки от начальной

температуры t1, приняв ее равной 450, 500, 550 и 600°С. Давление в

конденсаторе одинаково, р2 = 45 кПа. Учесть работу питательного

насоса. Представить циклы в TS-диаграмме.

43. Определить зависимость термического КПД паротурбинной

установки от начальных параметров пара, если при начальных и

конечных давлениях соответственно р1 = 3,0 МПа и р2 = 40 кПа, пар

перед турбиной:

1) имеет сухость x = 0,9; 2) сухой насыщенный; 3) перегретый до

температуры 450°С.

44. Определить внутренний относительный КПД турбины, если

внутренние потери вследствие необратимости процесса расширения

пара в турбине 138 кДж/кг. Состояние пара перед турбиной

р1 = 10 МПа, t1 = 500°С, давление в конденсаторе р2 = 40 кПа.

45. Определить параметры пара перед конденсатором, где

давление p2 = 40 кПа, если параметры пара перед турбиной

р1 = 9 МПа и t1 = 510°С, а внутренний относительный КПД турбины

0,87. Построить процесс в hS- и ТS-диаграммах. Задачу решать,

пользуясь таблицами [4,5].

46. Определить параметры, определяющие состояние пара за

турбиной и подсчитать внутренний КПД установки, если p1 = 11 МПа,

t1 = 550°С, р2 = 40 кПа и внутренний относительный КПД турбины

0,85. Работу насоса не учитывать. Задачу решать, пользуясь hS-

диаграммой.

47. К соплам паровой турбины поступает пар с параметрами

р1 = 17 МПа и t1 = 550°С. После изоэнтропного расширения до

tb = 350°С он направляется в промежуточный пароперегреватель, где его

температура повышается до ta = 520°С. Затем пар расширяется в

последующих ступенях турбины до давления в конденсаторе

р2 = 40 кПа (рис. 28). Определить: 1) термический КПД цикла со

вторичным перегревом; 2) насколько уменьшается влажность пара на

выходе из турбины и насколько увеличивается термический КПД цикла

в результате введения вторичного перегрева. Учесть работу насоса.

37

Рисунок 28 Схема и цикл паротурбинной установки с промежуточным

перегревом

48. В паровую турбину (рис. 29) поступает пар с параметрами

р1 = 9,0 МПа и t1 = 540°С. Турбина имеет два регенеративных отбора в

подогреватели поверхностного типа с каскадным сбросом конденсата

греющего пара. Давление отборов р1 = 0,6 МПа и p2◦= 0,12 МПа.

Давление в конденсаторе рк = 40 кПа. Определить термический КПД

регенеративного цикла и удельный расход пара на 1 МДж и на 1 кВт·ч

выработанной энергии. Сравнить эти показатели с такими же

показателями для цикла без регенерации. Вычислить величину

экономии от введения регенеративного подогрева. Во всех задачах на

регенеративные циклы считается, что в подогревателях вода

нагревается до температуры конденсата греющего пара. Работа

насосов не учитывается.

49. Бинарная ртутно-водяная установка работает по схеме,

показанной на рисунке 30. Ртутный котел вырабатывает сухой

насыщенный пар при температуре t1p’= 500°С, который направляется в

ртутную турбину. Отработанный пар с температурой t2p = 230°С идет в

конденсатор-испаритель, где отдает теплоту конденсации воде,

подаваемой насосом из конденсатора пароводяной турбины. При этом

вода превращается также в сухой насыщенный пар, который

перегревается в пароперегревателе, установленном в газоходах

ртутного котла, и направляется в пароводяную турбину. Параметры

водяного пара: р1 = 2,4 МПа, t1 = 520°С; давление в конденсаторе

р2 = 40 кПа. Определить термический КПД бинарного цикла (рис. 31)

и его отношение к термическому КПД цикла Карно, осуществляемого

в тех же пределах максимальной и минимальной температур.

ТНД

ТВ

P2

ta

tb

К

P1; t1

2

3

S

T k 1

2’

4

a

b

38

Рисунок 29 Схема паротурбинной установки с регенерацией

Рисунок 30 Схема бинарной ртутно-водяной установки

P2

K

P1 ;t1

α1; h10

α2; h20

α1; h10’

α1+α2; h20’

1-α1-α2

h2’

P1 P2

I II

1; h10’ 1; h2

0’

1

K-

И

1

РK ВТ

2

РТ

2`

1``

2р

К

1p``

2p`

39

Рисунок 31 Цикл бинарной ртутно-водяной установки

50. В северных районах в холодное время года целесообразна

работа бинарных паротурбинных установок, в которых нижний цикл

осуществляется насыщенным паром низкокипящего вещества.

Определить термический КПД бинарного цикла вода-фреон-12. Схема

установки и цикл изображены на рисунках 32-33. Исходные данные

для воды: р1 = 16,0 МПа; t1 = 540°С; p2 = 0,12 МПа; для фреона-12:

t’’1ф = 95°С; t2ф = 10°С. Сравнить полученный tηбин с термическим

КПД простого цикла Ренкина с рабочим веществом водой, для

которого максимальные параметры такие же, как и в бинарном цикле,

а давление в конденсаторе р2 = 40 кПа. Дополнительные данные для

фреона-12: при температуре насыщения tS = 95°С энтальпии

h' = 522,1 кДж/К, h" = 599,2 кДж/К, а энтропии s' = 4,502 кДж/(кг·К),

s"= 4,7115 кДж/(кг·К).

Рисунок 32 Схема бинарной паротурбинной установки

ТНД

ТВ Д

1'

К

2

1

КТ 2ф

2` 3

2`ф

40

Рисунок 33 Цикл бинарной паротурбинной установки

51. Воздушная холодильная машина должна обеспечить

температуру в охлаждаемом помещении tохл=5°С при температуре

окружающей среды t0 = 20°С. Холодопроизводительность машины 840

МДж/ч. Давление воздуха на выходе из компрессора р2 = 0,5 МПа,

давление в холодильной камере р1 = 0,1 МПа. Определить мощность

двигателя для привода машины, расход воздуха, холодильный

коэффициент и количество теплоты, передаваемое окружающей среде.

Подсчитать холодильный коэффициент машины, работающей по

циклу Карно, в том же интервале температур. Представить цикл в ТS-

диаграмме.

52. Определить мощность двигателя холодильной машины,

если температура охлаждаемого помещения tохл = −10°С, температура

окружающей среды t0 = 25°С при холодопроизводительности

600 МДж/ч. Максимальное давление воздуха на выходе из

компрессора р2 = 0,5 МПа, давление в холодильной камере

р1 = 0,1 МПа. Представить цикл в TS- диаграмме.

53. Воздушная холодильная машина производит 198 кг/ч льда

при t = − 6°С из воды, температура которой t = 12°С. Воздух в

компрессоре сжимается от давления р1 = 0,098 МПа до р2 = 0,5 МПа.

Определить часовой расход воздуха и необходимую для холодильной

машины мощность.

m кг фреон-

2(3)

S

T

1ф

1

2`

4

2ф 2`ф

1 кг

41

54. Воздушная холодильная установка имеет

холодопроизводительность 840 МДж/ч. Параметры воздуха на выходе

из холодильной машины: р1 = 0,1 МПа и t1= −3°С. После сжатия

воздух имеет давление 0,4 МПа. Температура окружающей среды

20°С. Определить температуру воздуха после расширения, мощность

компрессора и детандера, холодильный коэффициент. Определить

холодильный коэффициент обратного цикла Карно в том же интервале

температур.

55. Компрессор К холодильной установки (рис. 34) всасывает

пар фреона-12 при t1 = −15 °С и степени сухости x1 = 0,972 и

изотропно сжимает его до давления, при котором степень сухости

х2 = 1. Из компрессора фреон-12 поступает в конденсатор В, где

охлаждается водой с температурой на входе t1в = 12°С, а на выходе t2в

= 20°С. В дроссельном вентиле Д жидкий фреон-12 дросселируется до

состояния влажного насыщенного пара, после чего направляется в

испаритель А, из которого выходит со степенью сухости х1. Теплота,

необходимая для испарения фреона-12, подводится из охлаждаемой

камеры. Определить теоретическую мощность двигателя холодильной

установки, часовой расход фреона-12 и охлаждающей воды, если

холодопроизводительность установки Q0 = 200 МДж/ч. Использовать

[1, табл. 25].

Рисунок 34 Холодильная установка

56. Компрессор аммиачной холодильной установки имеет

теоретическую мощность 40 кВт. Из компрессора сухой насыщенный

пар аммиака при температуре t2 = 25°С направляется в конденсатор,

после которого жидкость в дроссельном вентиле расширяется.

2

S

T

1

3

k

4

h=cons

t

t1В

К В

t2В

А

Д

42

Температура испарения аммиака в охлаждаемой среде t1 = − 10°С.

Определить холодопроизводительность установки. Использовать [1,

табл. 24].

57. Холодильная установка, использующая в качестве

холодильного агента фреон-12, работает с дроссельным вентилем. В

компрессор подается насыщенный пар фреона-12 и сжимается до

такого давления, при котором температура насыщения ts’= 30°С и

энтальпия h2 = 592,4 кДж/кг. В конденсаторе пар изобарно

охлаждается и затем конденсируется. После дросселирования пар

отбирает теплоту из охлаждаемой камеры при t = − 17°С.

Холодопроизводительность установки Qо = 500 МДж/ч. Определить

холодильный коэффициент цикла и теоретическую мощность

двигателя компрессора.

58. Сравнить холодопроизводительность, холодильный

коэффициент и теоретическую мощность двигателя холодильной

установки, работающей без переохлаждения, с теми же параметрами

установки, в которой производится переохлаждение конденсата.

Компрессор всасывает сухой насыщенный пар фреона-12 при

температуре t = −10°С и сжимает его изоэнтропно до давления P = 0,5

МПа. Пройдя через конденсатор и переохладитель, пар превращается в

жидкость с температурой t = 10°С. Холодопроизводительность

Qо = 600 МДж/ч. Энтальпия перегретого пара фреона-12 равна

h2 = 587,3 кДж/кг.

59. В аммиачной холодильной установке влажный пар аммиака

при t1 = − 5°С и x1 = 0,95 изоэнтропно сжимается до тех пор, пока не

становится сухим насыщенным. После этого он поступает в

конденсатор, где превращается в жидкость, а затем переохлаждается

до температуры насыщения ts = 10°С. После дросселирования пар

подсушивается, отбирая из охлаждаемого объекта теплоту, и снова

поступает в компрессор. Холодопроизводительность установки

Qо = 800 МДж/ч. Определить холодильный коэффициент и сравнить

его с холодильным коэффициентом цикла Карно для того же

интервала температур.

43

60. Для отопления зданий может быть использована

холодильная установка, в которой нижним источником теплоты

служит окружающая среда. Этот принцип положен в основу работы

теплового насоса. В результате его работы теплота передается

источнику теплоты с более высокой температурой, чем окружающая

среда. Сколько можно получить теплоты в час для отопления здания

при помощи теплового насоса, если температура охлаждающей среды

tо = − 5°С, температура нагревательных устройств tн = 25°С. Мощность

двигателя компрессора N = 15 кВт. Принять, что установка работает

по циклу, показанному на рисунке 34. Холодильный агент – аммиак.

44

Библиографический список

1. Андриянова Т.Н., Дзампов Б. В., Зубарев В. Н., Ремизов С. А.

Сборник задач по технической термодинамике. – М.:

Энергоиздат, 1981.

2. Крутов В.И., Исаев С.И. и др. Техническая термодинамика. –

М.: Высш. шк., 1991.

3. Рабинович О. М. Сборник задач по технической

термодинамике. – М.: Машиностроение, 1973.

4. Александров А.А., Григорьев Б.А. Таблицы теплофизических

свойств воды и водяного пара: Справочник.– М.: Изд-во МЭИ.

1999. – 168 с.; ил.

5. Ривкин С.А., Александров А.А. Термодинамические свойства

воды и водяного пара. Справочник. изд-е 2-е перераб. и допол.

– М.: Энергоатомиздат. 1984. – 80 с.

45

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Интерполяционные формулы

для истинных и средних теплоемкостей газа

Газ Мольная теплоемкость при р=const в кДж/(кмоль·К)

истинная средняя

В пределах 0 – 10000 С

О2

N2

CO

Воздух

H2O

SO2

ρµC= 29,5802 + 0,0069706t

ρµC= 28,5372 + 0,0053905t

ρµC= 28,7395 + 0,0058862t

ρµC= 28,7558 + 0,0057208t

ρµC= 32,8367 + 0,0116611t

ρµC= 42,8728 + 0,0132043t

mCρµ= 29,2080 + 0,0040717t

mCρµ= 28,7340 + 0,0023488t

mCρµ= 28,8563 + 0,0026808t

mCρµ= 28,8270 + 0,0027080t

mCρµ= 33,1494 + 0,0052749t

mCρµ= 40,4386 + 0,0099562t

В пределах 0 − 15000 С

H2

CO2

ρµC= 28,3446 + 0,0031518t

ρµC= 41,3597 + 0,0144985t

mCρµ= 28,7210 + 0,0012008t

mCρµ= 38,3955 + 0,0105838t

В пределах 1000 – 27000 С

O2

N2

CO

Воздух

Н2О

ρµC= 33,8603 + 0,021951t

ρµC= 32,7466 + 0,0016517t

ρµC= 33,6991 + 0,0013406t

ρµC= 32,9564 + 0,0017806t

ρµC= 40,2393 + 0,0059854t

mCρµ= 31,5731 + 0,0017572t

mCρµ= 29,7815 + 0,0016835t

mCρµ= 30,4242 +0,0015579t

mCρµ= 30,1533 + 0,0016973t

mCρµ= 34,5118 + 0,0045979t

В пределах 1500 – 30000 С

H2

CO2

ρµC= 31,0079 + 0,0020243t

ρµC= 56,8768 + 0,0021738t

mCρµ= 28,6344 + 0,0014821t

mCρµ= 48,4534 + 0,0030032t

46

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

Интерполяционные формулы

для средних и массовых и объемных теплоемкостей газов

Газ Теплоемкость в кДж/(кг·К)

массовая объемная

В пределах 0 – 10000 С

O2

N2

CO

Воздух

H2O

SO2

mCρ = 0,9127 + 0,00012724t

vmC= 0,6527 + 0,00012724t

mCρ = 1,0258 + 0,00008882t

vmC= 0,7289 + 0,00008382t

mCρ = 1,0304 + 0,00009575t

vmC= 0,7335 + 0,00009575t

mCρ = 0,9952 + 0,00009349t

vmC= 0,7084 + 0,00009349t

mCρ = 1,8401 + 0,00029278t

vmC= 1,3783 + 0,00029278t

mCρ = 0,6314 + 0,00015541t

vmC= 0,5016 + 0,00015541t

mC ρ'

= 1,3046 + 0,00018183t

vmC'

= 0,9337 + 0,00018183t

mC ρ'

= 1,2833 + 0,00010492t

vmC'

= 0,9123 + 0,00010492t

mC ρ'

= 1,2883 + 0,00011966t

vmC'

= 0,9173 + 0,00011966t

mC ρ'

= 1,2870 + 0,00012091t

vmC'

= 0,9161 + 0,00012091t

mC ρ'

= 1,4800 + 0,00023551t

vmC'

= 1,1091 + 0,00023551t

mC ρ'

= 1,8472 + 0,00004547t

vmC'

= 1,4763 + 0,00004547t

В пределах 0 – 15000 С

H2

CO2

mCρ = 14,2494 + 0,00059574t

vmC= 10,1241 + 0,00059574t

mCρ = 0,8725 + 0,00024053t

vmC= 0,6837 + 0,00024053t

mC ρ'

= 1,2803 + 0,00005355t

vmC'

= 0,9094 + 0,00005355t

mC ρ'

= 1,7250 + 0,00004756t

vmC'

= 1,3540 + 0,00004756t

47

48

49

Методические указания к индивидуальному домашнему заданию

по дисциплине «техническая термодинамика»

Учебное пособие для студентов-специалистов и студентов-бакалавров по направлениям подготовки:

141403.65 «Атомные станции: проектирование, эксплуатация и инжиниринг»,

140100.62 «Теплоэнергетика и теплотехника»,

141100.62 «Энергетическое машиностроение»,

140700.62 «Ядерная энергетика и теплофизика»

Составитель – Веселова И.Н

Компьютерная вёрстка Вишнёва М.М.

Корректор Вишнёва М.М. ИПО ВИТИ НИЯУ МИФИ

Подписано к печати 17.04.2014 г

Бумага «SvetoCopy» 80 г/м2. Объем 3.12 усл.печ.л.

Гарнитура «Times New Roman»,

Тираж 40 экз.

Отпечатано в типографии ИПО ВИТИ НИЯУ МИФИ

г. Волгодонск, ул. Ленина, 73/94