3 Контрольні завдання

Завдання 1. Суміш, що складається з M₁ киломолей азоту і М₂ киломолей кисню з початковими параметрами р₁ = 1 МПа і T₁ = 1000 ˚С, розширюється у циліндрі двигуна внутрішнього згоряння до тиску р₂. Розширення може здійснюватися по ізотермі (робочий хід дизельного двигуна), адіабаті (робочий хід карбюраторного двигуна) і політропі з показником п. Визначити газову постійну суміші, її масу і початковий обсяг, кінцеві параметри суміші, роботу розширення, теплоту, що бере участь у процесі, зміну внутрішньої енергії, ентальпії й ентропії. Дати зведену таблицю результатів і аналіз її. Показати процеси в pv- і Ts-діаграмах. Дані, необхідні для рішення задачі, вибрати з табл. 1.

Таблиця 1

Остання цифра шифру	M1	M2	Передостання цифра шифру	p2, Мпа	n
	кмоль
0	0,1	0,9	0	0,43	1,2
1	0,2	0,8	1	0,40	1,3
2	0,3	0,7	2	0,35	1,5
3	0,4	0,6	3	0,33	1,6
4	0,5	0,5	4	0,31	1,7
5	0,6	0,4	5	0,47	1,1
6	0,7	0,3	6	0,54	0,5
7	0,8	0,2	7	0,57	0,8
8	0,9	0,1	8	0,62	0,7
9	0,5	0,5	9	0,66	0,6

Указівка. Показник адіабати та теплоємності c_v , c_p прийняти сталими, що не залежать від температури.

Відповісти на запитання:: як залежить робота розширення від показника політропи п і чому?

Здійснити перевірку щодо виконання першого закону термодинаміки для кожного процесу.

Пояснити, у якому пристрой та як може здійснюватись політропний процес із заданим показником політропи.

Завдання 2. 1 кг водяної пари з початковим тиском р₁ і ступенем сухості х₁ ізотермічно розширюється; при цьому до нього підводиться теплота q. Визначити, користуючись h-s діаграмою, параметри кінцевого стану пари, роботу розширення, зміну внутрішньої енергії, энтальпії й ентропії. Вирішити також задачу; якщо розширення відбувається ізобарно. Зобразити процеси в p-v, T-s і h-s діаграмах. Вихідні дані, необхідні для рішення задачі, вибрати з табл. 2.

Таблиця 2.

Остання цифра шифру	р1, МПа	х1	Передостання цифра шифру	q, кдж/кг		Остання цифра шифру	р1, МПа	х1	Передостання цифра шифру	q, кдж/кг
0	3	0,97	0	500		5	5,5	0,92	5	410
1	3,5	0,96	1	480		6	6	0,91	6	430
2	4	0,95	2	460		7	6,5	0,95	7	470
3	4,5	0,93	3	420		8	7	0,92	8	480
4	5	0,93	4	420		9	8	0,91	9	500

Відповісти на питання:

- котрий з процесів відбувається у пароперегрівачі парового котла, що працює з паровою турбіною, а котрий – з паровою машиною?

-у якому процесі (t = const або р = const) при заданих х₁, р₁ і q робота буде більше і за рахунок чого?

-чи спростяться розрахунки процесів t == const і р = const, якщо кінцева крапка попадає в область вологої пари?

Завдання 3. Витрата газу в поршневому одноступінчатому компресорі складає V₁ при тиску р₁=0,1 МПа і температурі t₁. При стиску температура газу підвищується на 200˚С. Стиск відбувається по політропі з показником n. Визначити кінцевий тиск, роботу стиску і роботу приводу компресора, кількість відведеної теплоти (у кіловатах), а також теоретичну потужність приводу компресора. Вихідні дані, необхідні для рішення задачі, вибирати з таблиці 3.

Указівка. При розрахунку прийняти: k = С_р/С_υ = const ≠ f(t).

Відповісти на питання:

-як впливає показник політропи на кінцевий тиск при обраному тиску р₁ фіксованих t₁ і t₂ (відповідь ілюструйте в Т_S – діаграмі)?

-чим обмежується р₂ у реальному компресорі (крім обмеження по максимально припустимій кінцевій температурі)?

Таблиця 3

Остання цифра шифру	V1, м3/хв	t1, ˚З	Передостання цифра шифру	Газ	n
0	20	0	0	Повітря	1,35
1	25	7	1	Не	1,45
2	30	10	2	ПРО2	1,32
3	35	12	3	N2	1,33
4	40	15	4	CO	1,35
5	45	17	5	N2	1,34
6	50	20	6	ПРО2	1,29
7	55	22	7	Не	1,5
8	60	25	8	CO2	1,28
9	65	30	9	Повітря	1,32

Завдання 4. Визначити потрібну поверхню рекуперативного теплообмінника (економайзера парового котла), у якому вода нагрівається гарячим газом. Розрахунок зробити по прямоточній і протиточній схемі. Привести графіки зміни температур для обох схем руху. Значення температур газу і , води і , витрати води М и коефіцієнта теплопередачі К вибрати з таблиці 4.

Остання цифра шифра	t1` ,° C	t1`` ,° C	t2 ` ,° C	t2 `` ,° C	Перед- остання цифра шифра	M, кг/с	K, Вт/(м2*К)
0	300	150	10	80	0	1,4	30
1	325	175	15	90	1	1,3	32
2	350	200	20	100	2	1,2	34
3	375	225	25	110	3	1,1	36
4	400	250	30	120	4	1,0	38
5	425	275	25	130	5	0,9	40
6	450	300	20	140	6	0,8	42
7	475	325	15	130	7	0,7	44
8	500	350	10	120	8	0,6	46
9	525	375	20	110	9	0,5	48

Таблиця 4

Відповісти на питання:

-яка зі схем теплообмінників (прямоточна або протиточна) має меншу поверхню й чому ?

-з якої сторони стінки необхідно ставити ребра , щоб помітно збільшити теплопередачу?

Завдання 5. По заданому паливу й паропродуктивності D котельного агрегату вибрати тип топки й коефіцієнт надлишку повітря α _{T .}Розрахувати теоретично необхідну кількість повітря для горіння 1 кг ( 1 м³ ) палива, скласти тепловий баланс котельного агрегату й визначити його ККД (брутто). Розрахувати годинну витрату натурального й умовного топлива ( безперервною продувкою зневажити). Вид палива, тиск p_п.п і температуру t _{п. п} перегрітої пари, температуру живильної води t _{п. в} і величину втрат теплоти з газами, що відходять, q ₂ прийняти по табл. 5.

Таблиця 5

Остан цифра шифру	Вид палива	Передостанцифра	D, т/год	p п. п , МПа	t п. п, ° C	t п. в , ° C	q2 , %
0	Кузнецьке вугілля Д (довго-полуменеве)	0	120	10	550	210	6.0
1	Печорське вугілля Ж( жирний )	1	160	10	540	215	5.6
2	Кизелівське вугілля Г(газове)	2	210	14	560	220	5.2
3	Черемховське вугілля Д(довго-полуменеве)	3	320	14	520	215	4.8
4	Чульмаканське вугілля Ж (жирне )	4	10	1.4	240	100	7.8
5	Мазут високосернистий	5	20	1.4	250	100	7.8
6	Газ з газопроводу Карабулак-Грозний	6	16	2.4	250	100	7.4
7	Газ з газопроводу Ставрополь -Грозний	7	20	2.4	240	100	7.2
8	Газ з газопроводу Бухара – Урал	8	35	4.0	450	150	6.8
9	Райчихінське вугілля Б2(буре)	9	75	4.0	440	140	6.5

Указівка. Склад палива, рекомендації з вибору топки, розміри окремих складових теплового балансу взяти з підручника [1].

Відповісти на питання: які фактори впливають на втрати теплоти з газами, що відходять?

Завдання 6. Визначити індикаторну потужність N_i двотактного двигуна внутрішнього згоряння по його конструктивних параметрах і середньому індикаторному тиску. Значення діаметра циліндра двигуна D, хід поршня s, кутову швидкість колінчатого вала ω, число циліндрів z і середній індикаторний тиск p_i вибрати з табл. 31.

Т а б л и ц я 6

Остання цифра шрифту	D, мм	s, мм	ω, хв-1	Перед-остання цифра шрифту	z, шт.	pi, кПа
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	80 83 86 80 85 90 93 96 100 110	97 89 100 80 85 100 105 100 118 120	1800 2000 2200 2400 2600 2800 3000 2800 2600 2500	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	4 6 6 4 4 6 4 8 6 8	850 650 780 660 750 780 750 860 700 800

Відповісти на питання: чим відрізняються процеси приготування горючої суміші і її запалення у карбюраторних і дизельних двигунах?

Додаток

Довідкові таблиці

1. Питомі теплоємності газів

(за даними молекулярно-кінетичної теорії) , кДж/моль

Гази
Одноатомні	12,5	20,8
Двохатомні	20,8	29,1
Трьох- і багатоатомні	29,1	37,4