Учебное пособие: Методические указания и задания к выполнению контрольных работ для студентов инженерного факультета по специальностям 110301 и 110304 г. Вологда-Молочное 2011 г

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации

ГОУ ВПО Вологодская государственная

Молочно -хозяйственная академия им. Н.В.Верещагина

инженерный факультет

Кафедра тракторов, автомобилей

и теплотехники

ТЕПЛОТЕХНИКА

.

Методические указания и задания к

выполнению КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ

для студентов инженерного факультета по

с п е ц и а л ь н о с т я м 110301 и 110304

г.Вологда-Молочное

2011 г.

УДК 62.112.9

ББК 31.36

Авторы: доцент Зефиров И.В., старший преподаватель Шевкопляс Л.А., старший преподаватель Ножнин С.Р., старший преподаватель Бирюков А.Л.

Рецензенты: Зав. кафедрой теоретической механики профессор Туваев В.Н.,

Теплотехника. Методические указания/ Сост. Зефиров И.В.,

Шевкопляс Л.А., Ножнин С.Р., Бирюков А.Л.

Вологда-молочное: ИЦ ВГМХА, 2011- с

Методические указания и задания к выполнению контрольных работ по теплотехнике для студентов инженерного факультета составлены в соответствии с требованиями Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования от 2000г и УМК по дисциплине для специальностей 110301 "Механизация сельского хозяйства", и 110304 "Технология ремонта и обслуживания машин в АПК"

Методические указания и задания к выполнению контрольных работ по теплотехнике для студентов инженерного факультета рассмотрены и рекомендованы к изданию методической комиссией факультета механизации сельского хозяйства (протокол № __ от ___________2011года)

УДК 62.112.9

ББК 31.36

Зефиров И.В.

Шевкопляс Л.А.

Ножнин С.Р.

Бирюков А.Л.

Оформление ИЦ ВГМХА

Таблица вариантов контрольных заданий.

ВВЕДЕНИЕ

Студент-заочник, руководствуясь программой курса и методическими ука­заниями к ней, самостоятельно изучает материал учебника и учебных посо­бий и выполняет письменные контрольные работы. Со всеми непонятными во­просами нужно обращаться за консультацией на кафедру. В пе­риод экзаменационной сессии по наиболее сложным вопросам преподаватели читают лекции.

Курс теплотехники рекомендуется изучать в указан­ной последовательности. Следует иметь в виду, что математические приемы, применяемые в курсе, должны помогать глубокому пониманию разбираемых явлений и процессов, но ни в коем случае не заслонять собой их физической сущности.

При изучении теоретического материала, как и при решении задач, необ­ходимо обращать внимание на единицы измерения величин, с которыми производятся математические операции. Следует помнить, что проверка единиц в процессе математических выкладок помогает не допускать ошибки. Единицы измерения отражают физический смысл величины.

Критерием усвоения темы после изучения теоретического материала является Умение решать задачи и дать правильные ответы на вопросы для само­проверки.

Для лучшего усвоения материала курса рекомендуется составлять кон­спект (реферат) по каждой теме.

Обязательный элемент изучения курса теплотехники — посещение лекций и выполнение студен­том лабораторно-практических заданий под руководством преподавателей.

Цель лабораторно-практических занятий — более прочное и глубокое ус­воение студентами теоретических положений курса, а также приобретение ими расчетных и экспериментальных навыков.

К сдаче экзамена допускают студентов, успешно выполнивших контроль­ные работы и требуемый объем лабораторных работ.

ЛИТЕРАТУРА Основная

1) Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача. М., 1980.

2) Щукин А. А., Сушкин И. Н., Бахмачевский В. И., Лызо Г. П. Тепло­техника. М., 1973.

3) Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче / Под ред. Б. Н. Юдаева. М., 1968.

4) Краснощеков Е. А., Сукомел А. С. Задачник по теплопередаче. М., 1975.

5) Панкратов Г. П. Сборник задач по общей теплотехнике. М., 1977.

ПРОГРАММА, МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ ТЕМ КУРСА И ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

Методические указания

Теплотехника — общетехническая дисциплина, предмет изучения которой способы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а так­же принципы действия и конструктивные особенности тепло- и парогенерато­ров, тепловых и холодильных машин, аппаратов и устройств.

Теоретическими основами теплотехники являются техническая термодина­мика и теория тепло- и массообмена.

Теплотехническая подготовка студентов инженерных специальностей имеет ряд особенностей, которые обусловлены характером их будущей прак­тической деятельности. Большинство технологических процессов, применяемых на предприятиях отрасли, протекает с выделением или поглощением теплоты, а также с широким использованием электрической и механической энергий, которые вырабатываются в различных теплосиловых установках и тепловых двигателях.

Инженер в своей практической деятельности имеет дело с раз­личными тепловыми процессами и с их конструктивным оформлением в виде теплотехнического оборудования, встроенного в технологические процессы. Поэтому он должен уметь грамотно и эффективно использовать тепловое обо­рудование, которое применяется в данной отрасли народного хозяйства, руко­водить эксплуатацией энерготехнологических систем производства, заниматься выявлением и использованием вторичных энергоресурсов и активно участво­вать в экономии топливно-энергетических ресурсов на предприятии. Особую важность теплотехническая подготовка инженеров приобретает в связи с рациональным использованием топливно-энергетических ресурсов нашей страны. Для этого он должен хорошо разбираться в тепловых процес­сах, конструкциях теплоэнергетических установок и способах экономного ис­пользования теплоэнергетических ресурсов в условиях предприятия. Все воз­растающее использование топливно-энергетических ресурсов в промышленности с особой остротой ставит проблему защиты окружающей среды от загрязне­ния ее продуктами сгорания топлива. Без достаточной теплотехнической под­готовки инженер не сможет принимать активное участие в эффек­тивном решении этой проблемы для конкретного предприятия, конкретного производства.

Основная задача курса теплотехники — дать необходимую квалифицированную теплотехническую подготовку будущему инженеру.

1 ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

1.1 Основные понятия и определения

Программа

Предмет технической термодинамики и ее метод. Термодинамическая си­стема и ее виды. Рабочее тело и внешняя среда. Теплота и работа как формы энергетического взаимодействия внешней среды и рабочего тела. Основные параметры состояния рабочего тела. Термодинамический процесс. Равновесный и неравновесный процессы. Обратимый и необратимый процессы. Графическое изображение обратимых процессов в термодинамических диаграммах. Понятие о круговом обратимом процессе.

Идеальный газ. Уравнения состояния идеального газа. Смеси идеальных газов. Способы задания газовых смесей. Определение средней молярной массы и удельной газовой постоянной смеси. Парциальные давления и объемы.

Методические указания

Техническая термодинамика — наука, изучающая взаимопревращения энергии (теп­лоты и работы) и условия, при которых эти превращения совершаются наибо­лее эффективно. Она устанавливает взаимосвязь между тепловыми и механи­ческими процессами, которые совершаются в тепловых и холодильных маши­нах, изучает процессы, происходящие в газах и парах, а также свойства этих тел при различных физических условиях.

Теоретическим фундаментом, на котором ба­зируются все выводы технической термодинамики, является первый и второй законы термодинамики, представляющие собой обобщение опыта познания человеком природы. Основная особенность метода термодинамики — логически последовательное применение аналитических выражений первого и второго за­конов термодинамики совместно с уравнением состояния рабочего тела. При изучении темы студент должен внимательно разобрать такие понятия, как тер­модинамическая система, рабочее тело и внешняя среда, равновесное и нерав­новесное состояния рабочего тела, термодинамический процесс.

Необходимо усвоить определения и физическую суть таких понятий, как равновесный и неравновесный, обратимый и необратимый термодинамические процессы. Понять, что равновесное состояние рабочего тела, так же как рав­новесный и обратимый процессы, является научной абстракцией, как некото­рые идеализированные модели реальных состояний и процессов. Реальные со­стояния и процессы приближаются к идеализированным при условии очень ма­лых изменений параметров состояния и когда время между последовательны­ми изменениями состояния достаточно велико. Однако именно введение этих идеализированных понятий позволило построить стройный математический ап­парат термодинамики, позволяющий получать результаты, достаточно близкие к практике.

Для усвоения последующего материала необходимо уяснить, что теплота и работа представляют собой определенные формы энергии — теп­ловую и механическую, причем работа может переходить в теплоту, а теп­лота в работу, т. е. они взаимопревращаемы.

Работа всегда полностью превращается в теплоту, в то время как пере­ход теплоты в работу имеет определенные ограничения даже в идеальном процессе. Взаимное превращение теплоты и работы в теп­ловой машине осуществляется ^с помощью рабочего тела, которое благодаря тепловому и механическому воздействию должно обладать способностью зна­чительно изменять свой объем. Поэтому в качестве рабочего тела в тепло­вых машинах используется газ или пар. Усвоить, что физическое состояние рабочего тела в термодинамике определяется тремя параметрами: абсолютным давлением р(Па), удельным объемом v (м³ /кг) и абсолютной температурой Т(К). Эти три параметра называются основными и связаны между собой уравнением состоя­ния F ( p , v , Т) = 0. Независимые, т. е. выбираемые произвольно - два любых параметра, а третий определяют из уравнения состояния. Например, если р и v — независимые параметры, то Т= f (р, v ), где f (р, v ) — функция, опре­деляемая при решении уравнения состояния относительно зависимого пара­метра Т.

Для четкого понимания физической сути изучаемых закономерностей тер­модинамики и принципов работы различных теплотехнических устройств нужно овладеть принципом графического изображения любых процессов, включая круговые (т.е.циклы) в термодинамических диаграммах. Необходимо уяснить, что графически можно изображать только равновесные обратимые процессы и цик­лы, которые совершаются рабочим телом.

Во всех теплотехнических установках, в которых в качестве рабочего те­ла используют газ, он считается идеальным, т. е. газом, состоящим из моле­кул — материальных точек, не имеющих размеров и между которыми отсут­ствуют силы взаимодействия (притяжения и отталкивания), кроме упругих соударений. Как известно из физики, такой газ подчиняется уравнению со­стояния Клапейрона, которое может быть записано для m кг газа ( pV = mRT ) и для 1 кг газа ( pv = RT , где v = V / m — удельный объем газа, м³ /кг).

Понятие идеального газа является научной абстракцией, моделью реаль­ного газа, дающей хорошую сходимость с практикой, когда состояние газа далеко от состояния сжижения и силы взаимодействия практически равны нулю, т.е. потенциальная энергия молекул намного меньше их кинетической Применение этой модели позволяет построить достаточно простые аналитические зависимости термодинамики, применение ко­торых к тепловым машинам дает, как правило, приемлемую сходимость с прак­тикой.

Для насыщенного пара, т. е. для состояния, близкого к состоянию сжи­жения, модель идеального газа неприемлема. В этом случае приходится при­менять очень сложные модели и уравнения реальных газов, в которых учи­тывают собственные размеры молекул, а также силы взаимодействия между ними.

При изучении материала необходимо разобрать получение уравнения состояния Клапейрона—Менделеева для 1 моля идеального газа. Важно понять различие между удельной газовой по­стоянной, принимающей определенное значение для каждого газа, и универ­сальной газовой постоянной, одинаковой для всех газов и равной R_m =8314 Дж/(Кмоль•К).

При изучении газовой смеси необходимо понять, что основным здесь явля­ется умение определять газовую постоянную смеси газов, заданной массовым и объемным составом. Знание газовой постоянной смеси позволяет при иссле­довании термодинамических процессов пользоваться уравнением Клапейрона так же, как и для отдельного газа.

Литература : [1], с. 5—20, 22—26, 28—32, 54—56.

Вопросы для самопроверки

1. Приведите определение термодинамической системы.

2. Что такое ра­бочее тело?

3. Какое число независимых параметров определяет состояние рабочего тела? почему?

4. В чем состоит энергетическое воздействие внешней среды на рабочее тело?

5. Какой процесс называют термодинамическим?

6. Ка­кие процессы называют равновесными и какие неравновесными?

7. Какие про­цессы называют обратимыми, а какие необратимыми?

8. Какая разница меж­ду разомкнутым термодинамическим процессом и круговым (циклом)?

9. Ка­кой газ называют идеальным?

10. Какие известны уравнения состояния иде­ального газа?

11. Что такое моль газа? Что называют нормальными физиче­скими условиями? 12. Какое соотношение между удельной газовой постоянной и универсальной газовой постоянной и в каких единицах их выражают?

13. Как определяют газовую постоянную смеси идеальных газов, заданную массовыми долями?

14. Как определяют газовую постоянную смеси идеальных газов, за­данную объемными долями?

1.2 Первый закон термодинамики

Программа

Сущность первого закона термодинамики. Внутренняя энергия. Работа процесса. Графическое изображение работы в pv-диаграмме. Теплота процес­са. Принцип эквивалентности теплоты и работы. Аналитическое выражение и формулировка первого закона термодинамики. Энтальпия. Теплоемкость га­зов. Средняя и истинная теплоемкость. Теплоемкость смеси идеальных газов. Применение первого закона термодинамики к идеальному газу. Теплоемкость идеального газа при постоянном давлении и при постоянном объеме. Энтропия. Вычисление изменения энтропии идеальных газов. Диаграмма Ts . Графическое изображение теплоты в диаграмме Ts .

Методические указания

Студент должен понять особенности применения в термодинамике общего закона сохранения и превращения энергии. Энергетические изменения, проис­ходящие в термодинамической системе, определяют по изменению параметров рабочего тела, которое является объектом анализа.

Аналитическое выражение первого закона термодинамики имеет две фор-

мы: и . Следует четко разобраться в разнице понятий „работа расширения" и „располагаемая работа" и уметь дать геометрическую интерпретацию их в диаграмме pv .

Уяснить принципиальную разницу между внутренней энергией, однозначно определяемой данным состоянием рабочего тела, а также работой и теплотой, которые появляются лишь при наличии процесса перехода рабочего тела из одного состояния в другое и, следовательно, зависят от характера этого про­цесса. Следует понять разницу между функцией состояния и функцией про­цесса.

При изучении темы необходимо разобраться с вопросом, что внутренняя энергия

функция (параметр) состояния, которая называется энтропией. Здесь этот параметр служит лишь для упро­щения термодинамических расчетов, а главное позволяет графически изобра­зить теплоту, участвующую в процессе, в диаграмме Ts . Нужно понять, как из выражения можно установить знак теплоты, участвующей в про­цессе. Знание этого вопроса поможет при пользовании Ts-диаграммой, в которой , т. е. площадь под кривой процесса в диаграмме Ts определяет в масштабе количество теплоты, подведенной к рабочему телу (если ds > 0) или отведенной от него (если ds < 0).

Уяснить, почему для всех процессов, в которых рабочим телом является идеальный газ, всегда .

Литература : [1], с. 45—78.

Вопросы для самопроверки

1.Что такое внутренняя энергия рабочего тела?

2. Что такое теплота и работа процесса?

3. В чем сущность первого закона термодинамики?

. Что такое энтальпия и энтропия? в чем они выражаются?

. В чем разница меж­ду функцией состояния и функцией процесса?

6. Как доказать на примере иде­ального газа, что энтальпия и энтропия являются функциями состояния?

7. Как графически изобразить работу и теплоту процесса?

8. Что такое тепло­емкость? какие существуют теплоемкости?

9. В чем разница между средней и истинной теплоемкостями?

10. Как вычислить теплоемкость смеси идеальных газов?

11. Каков физический смысл удельной газовой постоянной? в чем фи­зический смысл уравнения Майера?

12. Как вычислить изменение энтропии идеального газа?

1.3 Второй закон термодинамики

Программа

Круговые термодинамические процессы (циклы). Прямой и обратный (об­ратимый) цикл Карно. Обобщенный (регенеративный) цикл Карно. Сущность второго закона термодинамики и его основные формулировки. Аналитическое выражение второго закона термодинамики. Изменение энтропии изолированной термодинамической системы. Максимальная работа и понятие об эксергии.

Методические указания

Непрерывное получение работы за счет подведения теплоты возможно только в цикле и невозможно в разомкнутом процессе. Поэтому следует тща­тельно изучить все вопросы, относящиеся к циклам, особенно к циклу Карно, который имеет большое значение в термодинамике, так как с его помощью выводят все аналитические зависимости, относящиеся ко второму закону тер­модинамики, а формула для к. п. д. этого цикла, по существу, является "техни­ческим выражением существа второго закона термодинамики в применении к тепловым машинам.

Обратимый цикл Карно при выбранных температурах Т _{m ах} горячего ис­точника теплоты и T_mhn холодильника имеет наивысший термический к. п. д. среди любых других обратимых циклов.

Первый закон термодинамики не устанавливает условий, при которых теп­лота в машине превращается в работу. Это легко уяснить из следующих рас­суждений.

Если применить уравнение первого закона термодинамики к циклу и про­интегрировать его по замкнутому контуру цикла, то получим

поскольку и — функция состояния. Отсюда вытекает, что теплота, подведен­ная к рабочему телу в цикле (#_ц ), равна работе, полученной в результате совершения цикла (/_ц ). Последнее может привести к неверному выводу о пол­ном превращении теплоты в работу цикла, что равносильно возможности соз­дания вечного двигателя второго рода. Это противоречие легко устранить с помощью понятия энтропии, как функции состояния. Проинтегрировав выражение по замкнутому контуру цикла, получим , так как S — функция состояния. Учитывая, что абсолютная температура Т не может быть величиной отрицательной, приходим к выводу, что интеграл может быть равен нулю только в том случае, если на отдельных участ­ках цикла будет иметь место неравенство , т. е. будет осуществляться отвод теплоты. Следовательно, при совершении цикла наряду с подводом теп­лоты к рабочему телу ( ) обязательно должны быть процессы с отводом теплоты ( ). Именно это и означает, что подведенную к рабочему телу теплоту в цикле нельзя полностью превратить в работу.

Несмотря на наличие в литературе большого количества формулировок второго закона термодинамики, сущность этого закона сводится к двум поло­жениям: 1) теплота не может самопроизвольно переходить от холодного тела к горячему без затраты работы; 2) для превращения теплоты в работу в пе­риодически действующей машине необходимо наличие не менее двух источни­ков теплоты: теплоотдатчика (горячего) и теплоприемника (холодного). При этом только часть теплоты, переданной телу от горячего источника, может быть превращена в работу, остальная часть должна быть отдана холодному источнику.

В отличие от первого закона термодинамики, являющегося абсолютным законом природы, справедливым как для макромира, так и для микромира, второй закон термодинамики таковым не является. Объясняется это тем, что он получен из наблюдений над объектами, имеющими конечные размеры в ок­ружающих нас земных условиях, и не может произвольно распространяться как на бесконечную Вселенную, так и на бесконечный микромир.

Следует иметь в виду, что если рассматривается изолированная система, состоящая из теплоотдатчика, рабочего тела, совершающего обратимый цикл Карно, и теплоприемника, то: а) в случае обратимых процессов передачи теп­лоты (т. е. при бесконечно малой разнице температур) от теплоотдатчика ра­бочему телу и от него теплоприемнику энтропия системы остается постоянной (As_c = 0); б) в случае если один из процессов, например теплоотдача от ис­точника к рабочему телу, протекает при конечной разнице температур, энт­ропия системы возрастает (As_c > 0).

Независимо от обратимости процесса энтропия рабочего тела в цикле (как функция состояния) всегда остается неизменной (As_{p . T} — 0).

Все реальные процессы являются необратимыми, поэтому энтропия изоли­рованной системы, в которой протекают такие процессы, всегда возрастает (As_c >0). Возрастание энтропии в необратимых процессах само по себе ни о чем не говорит. Однако возрастание энтропии ( ) приводит к уменьше­нию работоспособности изолированной системы. Необходимо разобраться в том, что для количественной оценки потерн работоспособности системы вводится понятие удельной эксергии, под которой понимают максимальную удельную работу, совершаемую системой при ее переходе от данного состояния до рав­новесия с окружающей средой. Следует понимать, почему потеря эксергии, ведущая к уменьшению работоспособности системы из-за необратимости про­цесса, определяется произведением наименьшей температуры системы на при­ращение энтропии.

Литература: [1], с. 96—123.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое термодинамический цикл?

2. В чем состоят термическая и ме­ханическая необратимости процессов?

3. Что такое прямой и обратный (обра­тимые) циклы Карно?

4. Что называется термическим к. п. д. и холодильным коэффициентом произвольного цикла, чему они равны для цикла Карно?

5. Почему обратимый цикл Карно является самым эффективным среди дру­гих циклов, осуществляемых в заданном интервале температур?

6, В чем сущность второго закона термодинамики? Приведите основные формулировки &того закона.

7. Приведите аналитическое выражение второго закона термо­динамики для обратимых и необратимых процессов.

8. Как изменяется энтро­пия изолированной системы при протекании в ней обратимых и необратимых процессов?

9. Что такое эксергия? Чем определяется уменьшение работоспо­собности изолированной системы?

1.4 Термодинамические процессы

Программа

Общие вопросы исследования процессов изменения состояния любых рабочих тел. Термодинамические процессы идеальных газов. Политропные про­цессы. Уравнение политропы. Определение показателя политропы и теплоем­кости политропного процесса. Основные термодинамические процессы: изо-хорный, изобарный, изотермический и адиабатный как частные случаи поли­тропного процесса. Изображение политропных процессов в pv - и fs-диаграм-мах. Отличие реального газа от идеального. Термодинамические процессы из­менения состояния водяного пара как реального газа. Процессы парообразо­вания в pv - и Ts-диаграммах. Понятие об уравнении Вукаловича — Новикова. Термодинамические таблицы воды и водяного пара. Расчет термодинамических процессов водяного пара с помощью таблиц и hs-диаграммы.

Методические указания

В термодинамике переход рабочего тела из одного равновесного состоя­ния в другое совершается в обратимом термодинамическом процессе. Следует уяснить, что задание начального и конечного состояний рабочего тела озна­чает полное знание всех термодинамических параметров состояния начальной и конечной точек процесса.

Основная задача исследования термодинамического процесса — определе­ние теплоты ( )» участвующей в процессе, и работы изменения объема рабочего тела ( ), Такие величины, как изменение внутренней энергии ( )_, энтальпии ( ), энтропии ( ), являются вспомогательными, служащими для решения основной задачи.

Общий метод исследования термодинамических процессов является уни­версальным, не зависящим от природы рабочего тела. Метод базируется на применении уравнения первого закона термодинамики, записанного в двух разнозначных формах:

которое справедливо для любых рабочих тел.

Различие в применении общего метода исследования к идеальным газам и водяному пару обусловлено отсутствием для пара такого простого уравне­ния состояния, как уравнение Клапейрона для идеального газа, и сложной зависимостью теплоемкости пара от температуры и давления. Поэтому реше­ние основной задачи для идеального газа опирается на конечные аналитиче­ские зависимости, в то время как для пара применение общего метода тре­бует использования таблиц или диаграммы hs . Например, в случае изотерми­ческого процесса изменения состояния 1 кг рабочего тела общими формулами будут:

В случае идеального газа: . В случае реального газа (пара): где величины берутся из таблиц или сни­маются с диаграммы для точек, определяющих начальное и конечное со­стояния пара.

Водяной пар является рабочим телом в современных теплосиловых уста­новках, а также находит широкое применение в различных технологических процессах. Необходимо разобраться в процессе парообразования и уметь изо­бражать этот процесс в - и - диаграммах. Параметры водяного пара мож­но определить по таблицам, а также с помощью диаграммы . Наиболее про­сто и с достаточной для инженерных расчетов точностью параметры влажного, сухого насыщенного и перегретого паров определяются с помощью диаграммы . Студент должен уяснить принцип работы с диаграммой и научиться определять по ней параметры пара различного состояния. Любая точка на диаграмме в области перегретого пара и на кривой сухого насыщенного пара определяет шесть параметров , а любая точка в области влажного пара определяет семь параметров, так как к названным выше параметрам добавляется еще степень сухости . Нужно уметь опре­делять все параметры любой точки на диаграмме . Для успешного решения различных задач, связанных с водяным паром, необходимо научиться схема­тично изображать основные процессы (изобарный, изохорный, изотермический и адиабатный) в диаграммах .

Уяснить понятие политропного процесса, под которым понимается любой термодинамический процесс идеального газа с постоянной теплоемкостью с_п (или показателем политропы n) в этом процессе. Уметь показать общность политропного процесса, выраженного уравнением , получая из него уравнение известных основных процессов (изохорного, изобарного, изотерми­ческого и адиабатного). Разобраться в определении показателя политропы и теплоемкости политропного процесса идеального газа как обобщающих величин, из которых получают частные значения для основных процессов.

Научиться изображать графически в диаграммах как основные, так и общие политропные процессы.

Литература: [1], с. 33—35, 80—92, 162—178.

Вопросы для самопроверки

H. Какие термодинамические процессы рабочего тела называют основны­ми? 2. Изобразите в - и -диаграммах основные процессы идеального газа и приведите характеристику каждому из них. 3. Чему равен показатель поли­тропы в основных процессах идеального газа? 4. Чему равна теплоемкость политропного процесса? 5. Какие группы политропных процессов вы знаете? Покажите их на - и -диаграммах. 6. В чем физический смысл отрицатель­ной теплоемкости? 7. В чем принципиальное различие между идеальным и ре­альным газами? 8. Изобразите процесс парообразования в - и - диаграм­мах. 9. В чем сущность исследования термодинамических процессов любого рабочего тела? 10. Как определяют теплоту и работу изменения объема для основных термодинамических процессов идеального газа? 11. Изобразите в диаграммах основные термодинамические процессы водяного пара. 12. Как определяют теплоту и работу изменения объема для основных термодинамических процессов водяного пара?

1.5 Влажный воздух

Программа

Определение влажного воздуха. Абсолютная и относительная влажность воздуха, влагосодержание. Психрометр. Температура точки росы. Энтальпия и плотность влажного воздуха, Диаграмма влажного воздуха.

Методические указания

Усвоить основные определения и понятия, относящиеся к влажному воз­духу. Уметь определять газовую постоянную влажного воздуха и его энталь­пию. Обязательно приобрести навыки в пользовании диаграммой влажного воздуха.

Литература: [1], с. 210—217.

Вопросы для самопроверки

1. Приведите определение влажного воздуха.

2. Что такое абсолютная и относительная влажность?

3. Что такое влагосодержание?

4. В каких пре­делах может изменяться влагосодержание?

5. Что такое точка росы?

6. Как изображают основные процессы влажного воздуха в td-диаграмме?

1.6 Термодинамика потока.

Истечение и дросселирование газов и паров

Программа

Уравнение первого закона термодинамики для потока и его анализ. Адиа­батное истечение. Скорость адиабатного истечения. Критическое отношение дав­лений. Расчет скорости истечения и секундного массового расхода для критиче­ского режима. Геометрическое воздействие на поток. Сопло Лаваля. Особен­ности определения скорости истечения для водяного пара. Влияние потерь на скорость истечения. Сущность процесса дросселирования. Изменение пара­метров рабочего тела при дросселировании. Понятие об эффекте Джоуля — Томсона. Температура инверсии. Техническое применение эффекта дросселиро­вания. Условное изображение процесса дросселирования водяного пара в диа­грамме . Потеря работоспособности рабочего тела при дросселировании.

Методические указания

Тщательно разобрать физический смысл отдельных членов уравнения пер­вого закона термодинамики для потока. Понять, за счет чего совершаются различные виды работ при течении рабочего тела. Ясно представить себе, по­чему в суживающихся и цилиндрических каналах скорость потока не может превзойти скорости звука. Разобраться в геометрическом воздействии профи­ля канала на скорость потока и уметь анализировать изменение параметров рабочего тела при течении его по соплу Лаваля. Понять принципиальную раз­ницу в расчете скорости истечения идеального газа и водяного пара. Необ­ходимо отчетливо представлять себе влияние трения на адиабатный процесс истечения идеального газа и водяного пара и уметь изображать реальный процесс истечения в диаграммах . Из-за явной необратимости адиабат­ного процесса дросселирования последний нельзя отождествлять с процессом, протекающим при постоянной энтальпии. Уяснить принципиальную разницу между адиабатным дросселированием, при котором , и адиа­батным обратимым процессом расширения рабочего тела, при котором . Понять, почему в результате дросселирования водяного пара темпе­ратура его может уменьшаться, увеличиваться или оставаться неизменной.

Литература: [1], с. 180—194, 197—204.

Вопросы для самопроверка

1.Какие допущения лежат в основе вывода уравнения первого закона термодинамики для потока?

2. Объясните физический смысл каждого члена уравнения первого закона термодинамики для потока.

3. На что расходуется работа расширения газа в потоке?

4. Что такое работа проталкивания и какой она может иметь знак?

5. Что такое располагаемая работа, как показать ее на - диаграмме?

6. Что такое сопло и диффузор?

7. Каков физический смысл критической скорости?

8. Какая связь между изменением профиля канала, из­менением плотности рабочего тела и изменением скорости его течения?

9. Ка­ким условиям должны отвечать диффузор и сопло для дозвукового и сверх­звукового режимов течения?

10. Какой процесс носит название дросселиро­вания?

11. Как протекает процесс адиабатного дросселирования?

12. Как и по­чему меняется температура водяного пара при его дросселировании? 13. Воз­можно ли осуществить сжижение газа в процессе дросселирования?

Тема 7. Термодинамический анализ процессов в компрессорах

Программа

Назначение я классификация компрессоров. Техническая работа в комп­рессоре. Работа, затрачиваемая на привод компрессора. Изотермическое и по-литропное сжатие. Индикаторная диаграмма. Отличие индикаторной диаграм­мы действительного цикла от теоретического. Понятие о многоступенчатом сжатии. Изображение в диаграммах процессов в компрессорах для одно- и многоступенчатого сжатия. Определение эффективной мощности, за­трачиваемой на привод компрессора, и понятие о внутреннем относительном к. п. д.

Методические указания

Из-за широкого распространения в промышленности компрессоров термо­динамический анализ работы компрессоров имеет большое значение в подго­товке студентов-технологов. Ознакомившись с конструктивной схемой и рабо­той поршневых и центробежных компрессоров, необходимо обратить внима­ние на то, что процессы всасывания и выталкивания, изображенные на инди­каторной диаграмме горизонтальными линиями, нельзя рассматривать как изо­барные, так как в этих процессах не происходит изменения состояния, а про­исходит изменение количества всасываемого или выталкиваемого рабочего те­ла. Необходимо уделить должное внимание изображению термодинамических процессов в диаграммах. Сравнить изотермическое, адиабатное и политропное сжатие рабочего тела. Уяснить влияние вредного пространства на работу поршневого компрессора. В связи с применением высокого давления в некоторых технологических аппаратах разобрать принципы работы много­ступенчатых компрессоров.

Литература: [1], с. 217—228.

Вопросы для самопроверки

1. Назначение компрессоров.

2. Классификация компрессоров.

3. Принцип действия поршневого компрессора и изображение работы компрессора в рv-диаграмме.

4. Какой процесс сжатия в поршневом компрессоре наиболее выгод­ный?

5. Можно ли получить газ высокого давления в одноступенчатом комп­рессоре?

6. Как определяется работа, затрачиваемая на привод компрессора?

7. Как определяется техническая работа компрессора?

8. Чем вызвано приме­нение нескольких ступеней сжатия в многоступенчатом компрессоре?

9. Чем отличаются центробежные компрессоры от поршневых?

10. Приведите описа­ние многоступенчатого компрессора.

11. Как влияет вредное пространство на работу компрессора?

12. Как определяется эффективная мощность, затрачи­ваемая на привод компрессора?

13. Как определяется внутренний относитель­ный к. п. д. компрессора?

1.8 Циклы двигателей внутреннего сгорания.

Циклы газотурбинных установок

Программа

Классификация поршневых двигателей внутреннего сгорания (ДВС). Изо­бражение циклов ДВС в pv - и Ts-диаграммах. Анализ и сравнение циклов поршневых двигателей внутреннего сгорания. Определение термического к. п. д. и влияние параметров цикла ДВС на увеличение к. п. д. Преимущества газо­турбинных установок по сравнению с поршневыми ДВС. Циклы газотурбин­ных установок. Цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при посто­янном давлении. Цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при по­стоянном объеме. Изображение циклов в диаграммах. Анализ и сравнение циклов газотурбинных установок. Определение термического к. п. д. и методы повышения к. п. д. газотурбинных установок. Методы анализа цик­лов теплоэнергетических установок. Эксергетический метод анализа циклов.

Методические указания

Термодинамический анализ циклов двигателей внутреннего сгорания про­водится при допущении термодинамической обратимости процессов, составля­ющих цикл. Для простоты анализа циклов ДВС в качестве рабочего тела применяют идеальный газ с постоянной теплоемкостью.

Разность температур между источником теплоты и рабочим телом счи­тают бесконечно малой, а подвод теплоты к рабочему телу осуществляют от внешних источников теплоты, а не за счет сжигания топлива. Научиться ана­лизировать различные циклы, пользуясь при этом диаграммами. При рассмотрении действительных процессов обратить внимание на отличие инди­каторных диаграмм от теоретического идеального цикла. Проанализировать уравнение для определения термического к. п. д. различных циклов и влияние основных параметров на величину термического к. п. д.

Следует разобраться в вопросе об экономичности циклов ДВС. При сравне­нии экономичности рассматриваемых циклов при одинаковых степенях сжатия следует помнить, что наиболее экономичным будет цикл с изохорным подво­дом теплоты. Если же сравнение экономичности производить при одинаковых максимальных давлениях и температурах, то максимальный к. п. д. имеет цикл с изобарным подводом теплоты, а наименьший — цикл с изохорным подводом теплоты.

При рассмотрении газотурбинных установок (ГТУ) обратить внимание на преимущества их перед поршневыми двигателями внутреннего сгорания. Разо­брать принцип работы газотурбинных установок, знать схемы установок и уметь анализировать их работу, используя диаграммы pv и Ts. Понять прин­цип получения уравнения термического к. п. д., внутреннего относительного к. п. д. и эффективного к. п. д. газотурбинных установок, обратить внимание на физический смысл этих понятий. Запомнить, что при сравнении циклов ГТУ при различных степенях повышения давлений и одинаковых максимальных температурах наибольший к. п. д. имеет цикл с изобарным подводом теплоты. Разобрать методы повышения термического к. п. д. и помнить, что регенера­ция теплоты, ступенчатое сжатие и ступенчатый подвод теплоты значительно повышают к. п. д. газотурбинной установки, а идеальный цикл при этом при­ближается к обобщенному циклу Карно.

Литература: [1], с. 230—241, 244—254.

Вопросы для самопроверки

1. Приведите определение понятия «двигатель внутреннего сгорания».

2. Как классифицируются теоретические циклы двигателей внутреннего сгора­ния?

3. Изобразите тепловой процесс цикла ДВС с подводом теплоты при v = const в диаграммах pv и Ts.

4. Как определяется термический к. п. д цикла ДВС с подводом теплоты при v = const?

5. Почему в циклах ДВС с под­водом теплоты при v = const нельзя применять высокие степени сжатия?

6. Изобразите идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при р = const в pv- и Ts-диаграммах.

7. Как определяется термиче­ский к. п. д. цикла ДВС с подводом теплоты при р = const?

8. Изобразите идеальный цикл двигателя внутреннего сгорания со смешанным подводом теплоты в pv- и Ts-диаграммах.

9. Как определяется термический к. п. д. и полезная работа в цикле?

10. Почему термический к. п. д. цикла ДВС при р = const больше, чем в цикле при v = const?

11. Какие преимущества имеют газотурбинные установки по сравнению с двигателями, внутреннего сгорания?

12. Приведите принципиальную схему газотурбинной установки с подводом теплоты при v = const. Изобразите тепловой процесс в pv- и Ts-диаграммах.

13. Приведите принципиальную схему газотурбинной установки с подводом теплоты при р = const. Изобразите тепловой процесс в pv- и Ts-диаграммах.

14. Что называется внутренним относительным к. п. д. газотурбинной установ­ки и как он определяется?

15. Что называется эффективным к. п. д. газотур­бинной установки и как он определяется?

16. Назовите методы повышения термического к. п. д. газотурбинной установки. 17. Приведите сравнительную характеристику идеальных циклов газотурбинных установок.

18. В чем сущ­ность эксергетического метода анализа циклов?

1. 9 Циклы паросиловых установок

Программа

Основной цикл паросиловой установки — цикл Ренкина. Принципиальная схема паросиловой установки. Изображение идеального цикла Ренкина в pv -, Ts- и ts-диаграммах. Определение термического к. п. д. цикла Ренкина. Влия­ние основных параметров на термический к. п. д. цикла Ренкина. Способы по­вышения экономичности паросиловых установок. Цикл со вторичным перегре­вом пара, регенеративный цикл, бинарные и парогазовые циклы. Основы теп­лофикации. Понятие о внутреннем, относительном и эффективном к. п. д. паро­силовых установок. Понятие о циклах атомных силовых установок.

Методические указания

Циклы паросиловых установок являются основой советской теплоэнерге­тики. Поэтому повышению эффективности паросиловых установок в настоя­щее время уделяется большое внимание. Прежде всего необходимо изучить историю развития теории циклов паросиловых установок, ее современное со­стояние и перспективы развития. Особое внимание следует уделить основному циклу паросиловой установки. Разобрать принципиальную схему установки. Следует знать, что за основной цикл принят идеальный цикл Ренкина. В этом цикле осуществляется полная конденсация рабочего тела в конденсаторе, по­этому для подачи питательной воды в паровой котел вместо громоздкого ма­лоэффективного компрессора используется питательный насос, который имеет малые габариты и высокий к. п. д. Исследование основного цикла осуществ­ляется с помощью pv-, Ts- и hs-диаграмм. Умение анализировать циклы с по­мощью диаграмм является обязательным. Разобрать вывод уравнения для опре­деления термического к. п. д. цикла Ренкина. Исследование термического к. п. д. при различных начальных и конечных состояниях пара позволяет сделать вы­вод, что увеличение начального давления и температуры, а также снижение давления в конденсаторе приводят к росту к. п. д. паросиловой установки, и в итоге — значительная экономия топлива. Повышение к. п. д. достигается путем изменений в самом цикле. Эти изменения приводят к созданию циклов, из которых наибольший интерес представляют: с вторичным перегревом пара, регенеративный, парогазовый и бинарные. Несмотря на снижение термического к. п. д. в теплофикационном цикле, метод комбинированной выработки тепло­вой энергии является наиболее прогрессивным. Комбинированное производство теплоты и электроэнергии значительно снижает расход топлива по сравнению с раздельной выработкой, поэтому развитие теплофикации в РФ имеет большое народнохозяйственное значение. При изучении темы ознакомиться с общими понятиями термодинамических циклов атомных установок. Этой отрасли народного хозяйства при­надлежит будущее.

Литература: [1], с. 259—277, 280—287.

Вопросы для самопроверки

1. В чем принципиальное отличие паросиловой установки от двигателей внутреннего сгорания?

2. Приведите принципиальную схему паросиловой уста­новки.

3. Изобразите идеальный цикл Ренкина в ри-диаграмме.

4. Изобразите идеальный цикл Ренкина в Ts-диаграмме.

5. Изобразите идеальный цикл Рен­кина в ts-диаграмме.

6. В чем отличие цикла Ренкина от цикла Карно?

7. Как определить термический к. п. д. цикла Ренкина?

8. Как и почему изменяется термический к. п. д. цикла Ренкина при увеличении начальных параметров во­дяного пара?

9. Каково влияние конечных параметров водяного пара на величину термического к. п. д. цикла Ренкина?

10. Покажите с помощью hs-диаграммы, как изменяется влажность пара в конце адиабатного расшире­ния при повышении начального давления при неизменной начальной темпе­ратуре и конечном давлении пара?

11. Для каких целей в паросиловой уста­новке используют вторичный перегрев пара?

12. Объясните работу регенера­тивного цикла паросиловой установки с помощью ts-диаграммы.

13. Приведи­те описание бинарного цикла.

14. Что такое внутренний относительный к. п. д. паросиловой установки и как его определяют?

15. В чем преимущество ком­бинированной выработки теплоты и электроэнергии? 16. Как определяют удель­ный расход пара в паросиловой установке?

17. Как определяют эффек­тивный к. п. д. паросиловой установки?

18. В чем сущность парогазо­вого цикла?

1. 10. Прямые преобразователи энергии

Программа

Общие понятия о солнечных теплогенераторах, солнечных электрических парогенераторах. Лазерные теплогенераторы. Циклы установок с магнитогидро-динамическими генераторами.

Методические указания

Рассматриваемая тема посвящена новым источникам получения тепловой и электрической энергии. В связи с истощением запасов органических ископае­мых, используемых в качестве топлива для получения теплоты и электроэнер­гии, в СССР с середины XX в. начинается быстрое развитие новой энерго­техники. Создаются энергоустановки, позволяющие вырабатывать электроэнер­гию: топливные элементы, термоэлектрогенераторы магнитогазодинамические электрогенераторы, солнечные электрогенераторы. Интенсивно ведутся работы по теплофикационному использованию солнечной энергии, использованию тер­моядерной реакции для получения тепловой и электрической энергии.

Большое значение придается использованию низкотемпературной плазмы для получения электроэнергии. Следует знать, что магнитогидродинамический (МГД) генератор основан на принципе движения ионизированного потока газа (при высокой температуре) между полюсами сильного электромагнита. Более детальный анализ работы установок по прямому преобразованию энергии рас­сматривается в части HHH, посвященной теплоэнергетическим установкам.

Литература: [1], с. 287—290.

Вопросы для самопроверки

1. Каковы новые методы получения тепловой и электрической энергии?

2. Каким образом можно использовать энергию Солнца для получения элект­роэнергии?

3. Можно ли использовать солнечную энергию для работы элект­рических парогенераторов?

4. Приведите определение понятия низкотемпера­турной плазмы.

5. На каком принципе основана работа магнитогидродинами-ческих генераторов?

1. 11 Циклы холодильных машин, теплового насоса и

термотрансформаторов (обратные термодинамические циклы)

Программа

Основные понятия о работе холодильных установок. Классификация холо­дильных установок. Понятие о холодильном коэффициенте и холодопроизво-дительности. Циклы воздушных, пароэжекторных и абсорбционных холодиль­ных установок. Принципиальные схемы установок и изображение циклов в pv-и Ts-диаграммах. Цикл паровой компрессорной холодильной установки, прин­ципиальная схема и изображение цикла в Ts-диаграмме. Общие понятия о глу­боком охлаждении. Принципиальная схема теплового насоса. Понятие о ко­эффициенте теплоиспользования. Требования, предъявляемые к рабочим телам холодильных установок.

Методические указания

В этой теме студент изучает термодинамические основы холодильных ус­тановок, осуществляющих производство холода. Вопросы, рассматриваемые в данной теме, представляют большой практический интерес для будущих ин­женеров-технологов. Холодильные установки работают по обратному циклу. Знание классификации и принципиальных схем холодильных установок позво­ляет правильно выбирать соответствующий тип холодильной установки при расчете охлаждения. Несмотря на то, что воздушные холодильные установки в промышленности используют редко, изучение схемы и принципа действия такой установки позволит студенту изучить термодинамические основы холо­дильного цикла. Усвоив учебный материал темы, студент сможет анализиро­вать с помощью Ts-диаграммы работу холодильных циклов, определять холо­дильные коэффициенты и холодопроизводительность установок. Особое внима­ние обратить на работу паровой компрессорной холодильной установки, полу­чившей наибольшее распространение в промышленности. Уяснить принципи­альное отличие паровых компрессорных установок от воздушных. Запомнить, что в паровой компрессорной холодильной установке не применяется расшири­тельный цилиндр (детандер), а рабочее тело дросселируется в регулировочном вентиле. Несмотря на то что это приводит к потере холодопроизводительности, замена упрощает установку и дает возможность легко регулировать давление пара и получать низкую температуру в охладителе. По обратному циклу ра­ботают не только холодильные машины, но и тепловые насосы, в которых теплота, забирваемая от окружающей среды, с помощью затраченной работы повышает энергетический уровень рабочего тела и при более высокой темпе­ратуре отдается внешнему потребителю. Уяснить понятие коэффициента теп­лоиспользования и разобрать принципиальную схему и работу теплового на­соса.

Литература: [1], с. 290—302.

Вопросы для самопроверки

1. Какие машины называются холодильными? 2. Назовите отрасли про­мышленности, в которых большое применение находят холодильные установки. 3. Как классифицируются холодильные установки? 4. Чем отличается холо­дильная установка от теплового двигателя? 5. Что называется холодильным коэффициентом? 6. Приведите определение понятия «холодопроизводитель­ность». 7. Приведите принципиальную схему воздушной холодильной установ­ки и описание ее работы. 8. Изобразите идеальный цикл воздушной холодиль­ной установки в pv- и Ts-диаграммах. 9. Принцип работы пароэжекторных хо­лодильных установок. 10. Объясните понятие «абсорбция». 11. Приведите прин­ципиальную схему абсорбционной холодильной установки и описание ее ра­боты. 12. Почему наибольшее распространение получили паровые компрессор­ные холодильные установки? 13. Приведите принципиальную схему работы паровой компрессорной установки и описание ее работы. 14. Чем отличается работа теплового насоса от работы холодильных установок?

2 ТЕОРИЯ ТЕПЛО- И МАССООБМЕНА

2. 1 Основные понятия и определения

Программа

Предмет и основные задачи теории. Место этой дисциплины в подготов­ке инженера-технолога. Основные понятия и определения. Виды распростране­ния теплоты: теплопроводность, конвекция и тепловое излучение. Сложный теплообмен. Понятие о массообмене.

Методические указания

При изучении термодинамики студент не получал никаких указаний на то, каков механизм отвода теплоты от горячего тела к холодному. Теория теплообмена, наоборот, все внимание концентрирует на способах передачи теп­лоты, раскрывая механизм и физическую сущность их различных видов, и дает оперативные зависимости для расчета параметров как отдельных видов тепло­обмена, так и их совокупности, называемой сложным теплообменом.

Необходимо понять и запомнить такие основные понятия, как темпера­турное поле, градиент температуры, передаваемая теплота, тепловой поток, поверхностная плотность теплового потока, линейная плотность теплового по­тока.

Уяснить, что рассмотрение отдельных видов теплообмена, таких, как теп­лопроводность, конвекция и излучение, является методологическим приемом, вызванным сложностью реального теплообмена, в котором, как правило, одно­временно участвуют все перечисленные выше виды распространения теплоты.

Литература: [1], с 306—309.

1. Что такое температурное поле? каковы виды температурного поля?

2. Что такое передаваемая теплота, тепловой поток и поверхностная плот­ность теплового потока? в каких единицах они выражаются?

3. Что такое температурный градиент, каково его направление и в каких единицах он вы­ражается?

4. На каком законе термодинамики базируется теория теплообме­на?

5. Какая разница между поверхностной плотностью теплового потока и ли­нейной плотностью теплового потока?

6. Что такое теплопроводность, конвек­ция и излучение? каков механизм каждого из этих видов теплообмена?

2. 2 Распространение теплоты теплопроводностью

Программа

Основной закон теплопроводности (закон Фурье). Теплопроводность, Диф­ференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности. Теплопро­водность различных стенок при стационарном режиме. Граничные условия H рода. Определение теплопередачи через стенки. Граничные условия ИТ рода. Коэффициент теплопередачи. Пути интенсификации процесса теплопередачи. Правило выбора материала теплоизоляции. Основные сведения о нестационар­ной теплопроводности.

Методические указания

Нужно понять значение закона Фурье для решения задач стационарной теплопроводности. Усвоить, что физически теплопроводность представляет со­бой процесс распространения теплоты путем теплового движения микрочастиц вещества без визуально наблюдаемого перемещения самих частиц. Явление теплопроводности имеет место в твердых телах, неподвижных жидких и газо­образных веществах. Если происходит движение жидкости или газа, то теп­лопроводность в чистом виде имеет место в весьма тонком неподвижном слое, прилегающем к поверхности твердого тела.

Уяснить назначение и состав условий однозначности при решении задач теплообмена. Понять влияние рода граничных условий на решение уравне­ния теплопроводности при стационарном режиме. Разобраться, как, применяя граничное условие H рода, получают решение по распространению температуры внутри тела, а применяя граничное условие HHH рода, получают решение по передаче теплоты от горячего носителя к холодному через разделяющую их стенку (теплопередача).

Конечная цель решения задач стационарной теплопроводности — определе­ние теплового потока, т. е. количества теплоты, передаваемой, за 1 с. Надо понимать разницу между линейной и поверхностной плотностями теплового потока, а также между коэффициентом теплопередачи и линейным коэффици­ентом теплопередачи. Разобраться в способах интенсификации теплопередачи, а также в том, как надо правильно подбирать материалы теплоизоляции ци­линдрического теплопровода. Понять, почему критерии Bh и Fo определяют нестационарную теплопроводность при нагревании и охлаждении тела.

Литература: [1], с. 309—322, 326—332, 339.

Вопросы для самопроверки

1. Что понимают под явлением теплопроводности? 2. Напишите уравнение теплопроводности Фурье. Объясните физический смысл входящих в него вели­чин. 3. Каковы границы изменения теплопроводности для металлов, изоляци­онных и строительных материалов, жидкостей и газов? 4. От чего зависит теплопроводность? 5. Чем отличаются условия однозначности для стационар­ного и нестационарного режимов теплопроводности? 6. В чем отличие гра­ничных условий H и HHH рода и к чему приводит это отличие при решении уравнений теплопроводности? 7. Напишите выражение теплового потока для теплопроводности через плоскую однослойную и многослойную стенки. 8. На­пишите выражение теплового потока для теплопроводности через цилиндри­ческую однослойную и многослойную стенки. 9. Почему необходимо отличать поверхностную плотность теплового потока от линейной при рассмотрении теплопроводности через стенки трубы? 10. Что такое теплопередача и чем она отличается от теплопроводности? 11. Что называется термическим сопротив­лением теплопередачи? 12. Что может происходить при неправильном выборе материала теплоизоляции цилиндрического теплопровода? какое существует правило выбора теплоизоляции для этого случая? 13. Для чего стремятся ин­тенсифицировать теплопередачу и какие для этого существуют пути? 14. Как влияет материал плоской стенки на перепад температур наружной и внут­ренней поверхностей стенки при теплопередаче?

2. 3 Конвективный теплообмен

Программа

Физическая сущность конвективного теплообмена. Формула Ньютона — Рихмана. Коэффициент теплоотдачи. Основы теории подобия. Гидродинамиче­ское и тепловое подобие. Критерии подобия и принцип их получения. Критери­альное уравнение конвективного теплообмена. Определяющие и определяемые критерии подобия. Определяющая температура и определяющий линейный раз­мер. Теплообмен при вынужденном движении жидкости или газа в трубах н каналах. Теплооомен при вынужденном поперечном омывании труб. Тепло­обмен при свободном движении жидкости. Теплообмен при изменении агре­гатного состояния вещества.

Методические указания

При решении задачи стационарной теплопроводности при граничных усло­виях HHH рода в полученное решение для уравнения теплопередачи входят ко­эффициенты теплоотдачи , характеризующие теплообмен между тепло­носителями и твердой стенкой. В этой задаче численные значения счи­таются заданными.

Основная задача теории конвективного теплообмена — разработка зависи­мости для расчета коэффициента теплоотдачи α. Опыт преподавания показы­вает, что этот раздел теории тепло- и массообмена является наиболее трудным.

Для того чтобы уяснить, как вычислить α, нужно внимательно изучить материал учебника, в котором разбирается физическая сущность конвектив­ного теплообмена на основе теории Прандтля. Коэффициент теплоотдачи α учитывает тепловое взаимодействие жидкости (или газа) и твердого тела. Поэтому α зависит от большого числа факторов. Существенный момент неза­висимо от режима течения теплоносителя — конечный акт передачи теплоты теплопроводностью в тонком неподвижном слое жидкости (или газа), приле­гающем к стенке. В случае ламинарного движения теплота от ядра потока к стенке передается теплопроводностью. В случае турбулентного потока «пи­тание» теплотой ламинарного неподвижного подслоя осуществляется турбулент­но перемещающимися макрочастицами теплоносителя. Совместное действие конвекции и теплопроводности называют конвективным теплообменом. Сту­дент должен понять, что система четырех дифференциальных уравнений вто­рого порядка в частных производных, описывающих конвективный теплообмен, совместно с условиями однозначности в принципе позволяют в результате строгого решения получить величину коэффициента теплоотдачи α. Однако практически при решении этой системы уравнений встречаются непреодолимые математические трудности. С другой стороны, экспериментальное определение величины α на натурном объекте экономически нецелесообразно, так как необ­ходимо провести очень большое число опытов для определения влияния на а каждого из факторов. При этом полученный результат будет пригоден только для объекта, на котором проводится эксперимент.

Теория подобия допускает проведение опытов не на натурном объекте, а на его модели, а результаты опыта позволяют распространять на все подоб­ные явления. Кроме того, базируясь на системе дифференциальных уравнений конвективного теплообмена, теория подобия четко определяет условия подо­бия физических явлений и процессов. Теория подобия — теория эксперимента. Нужно хорошо разобраться в материале учебника, посвященном основам тео­рии подобия, и понять суть трех теорем подобия. Усвоить принцип получе­ния критериев подобия конвективного теплообмена из дифференциальных урав­нений, описывающих этот процесс. Запомнить, что определяющие критерии ста­ционарного конвективного теплообмена (Re, Pr, Gr) составлены нз парамет­ров, входящих в условия однозначности, а определяемый критерий (Nu) на­ряду с параметрами, входящими в условия однозначности, включает в себя искомую величину коэффициента теплоотдачи α.

Понять значение второй теоремы подобия, позволяющей для подобных яв­лений записать общее решение системы дифференциальных уравнений конвек­тивного теплообмена (не решая ее) в виде функции критериев подобия вида . Уравнение получается строго теоретически на основании теории подобия. Для перехода к практике допускают, что полученное общее решение может быть записано в виде

где — коэффициенты, определяемые на основе экспериментальных данных.

Последнее выражение представляет собой критериальное уравнение (урав­нение подобия) в самом общем виде. Это уравнение является полуэмпириче­ским, так как оно получено на основе общих теоретических соображений, а коэффициенты, входящие в него, находятся из опыта. Имея уравнение по­добия, находят определяемый критерий Nu, а по нему искомое значение коэф­фициента теплоотдачи . После того как найден коэффициент тепло­отдачи а, нетрудно рассчитать тепловой поток по формуле Ньютона — Рихмана.

Для условий теплообмена общее критериальное уравнение упрощается, на­пример, при вынужденном движении жидкости по трубе и а при свободной конвекции . Понять необходимость введения в критериальное уравнение множителя который учитывает влияние на критерии Nu, а сле­довательно, и на а направления теплового потока при теплоотдаче (нагревание или охлаждение жидкости). Учитывая изложенное, нужно четко уяснить физи­ческий смысл основных критериев (Nu, Pr, Gr, Re) и применять при расчетах те критериальные зависимости, которые соответствуют конкретному виду задачи.

Литература: [1], с. 348—385, 388—391, 394—401.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое свободная и вынужденная конвекция? 2. Что такое динами­ческий пограничный слой и тепловой пограничный слой? какая между ними связь? 3. Что называется конвективным теплообменом? 4. Сформулируйте ос­новной закон теплоотдачи конвекцией. 5. От каких факторов зависит коэф­фициент теплоотдачи? в каких единицах его выражают? 6. В чем суть теории подобия? 7. В чем физический смысл критериев подобия? 8. Чем характери­зуется критерий Nu? 9. Что называется критериальным уравнением (уравне­нием подобия)? 10. Что обозначают индексы у критериев, входящих в урав­нение подобия? 11. Как отличить определяющие критерии от определяемых? 12. Какие основные формулы применяют для различных случаев конвектив­ного теплообмена? 13. Что такое «кризис кипения»? 14. Какие факторы отри­цательно влияют на теплообмен при конденсации водяного пара?

2. 4 Теплообмен излучением

Программа

Основные понятия и определения. Основные законы теплового излучения. Теплообмен излучением между твердыми телами. Защита от теплового излу­чения. Тепловое излучение газов.

Методические указания

Нужно прежде всего уяснить принципиальную разницу между теплообме­ном излучением и двумя уже известными видами теплообмена—теплопровод­ностью и конвекцией.

В процессе теплообмена излучением происходит двойное превращение энер­гии — сначала внутренняя энергия превращается в энергию электромагнитных волн, которые, попадая на другое тело, вновь превращаются во внутреннюю энергию этого тела. Разобраться в количественном соотношении между погло­щенной, отраженной и пропущенной сквозь тело энергией электромагнитного излучения.

Понимание этого вопроса позволит грамотно управлять тепловым излуче­нием в нужном для практики направлении. Так, например, при защите объек­тов от лучистой энергии на пути ее распространения ставят экраны, макси­мально отражающие лучистую энергию. Наоборот, если необходим максималь­ный нагрев за счет лучистой энергии, объекту необходимо придать такие свой­ства, при которых осуществляется максимум поглощения лучистой энергии (покрытие краской, шероховатость и др.)- Для получения максимальной про­пускающей способности лучистой энергии (например, света) необходимо вы­брать стенку с соответствующими свойствами. Основные законы излучения и экспериментальные данные по свойствам отдельных тел дают возможность решать конкретные задачи, связанные с лучистым теплообменом. Поэтому сту­денту необходимо усвоить законы Планка, Вина, Кирхгофа, Стефана — Больц-мана, методику и границы их применения. Практически в теплообмене участву­ют одновременно все три его вида, поэтому при решении конкретных задач нужно различать «весомость» того или иного вида теплообмена, с тем чтобы уметь сознательно упрощать решение задачи с допускаемой погрешностью.

Литература: [1], с. 402—420.

Вопросы для самопроверки

1. Какие длины волн характерны для тепловых лучей? 2. Что такое абсо­лютно черное, абсолютно белое и диатермичное тело? 3. Что такое лучистый поток, излучательность, спектральная излучательность? в каких единицах их выражают? 4. Сформулируйте законы теплового излучения. 5. Что такое «эф­фективное излучение»? чем оно отличается от собственного излучения? 6. Как определяют лучистый поток между параллельными плоскими стенками? чему равен приведенный коэффициент излучения для этого случая? 7. Как опреде­ляют лучистый поток при расположении одного тела внутри другого? чему равен приведенный коэффициент излучения для этого случая? 8. Для чего нужны экраны и какими свойствами они должны обладать? 9. Что такое сплошной и селективный спектры излучения? 10. Каковы особенности излуче­ния газов по сравнению с твердыми телами? 11. Какие газы излучают и по­глощают энергию излучения? 12. Как определяют коэффициент черноты газо­вой среды?

2. 5 Сложный теплообмен. Теплообменные аппараты

Программа

Сложный теплообмен. Суммарный коэффициент теплоотдачи. Типы тепло-обменных аппаратов. Уравнение теплового баланса и теплопередачи. Основные схемы движения теплоносителей. Среднеарифметический и среднелогарифмический напоры. Основы теплового расчета рекуперативных теплообменных аппа­ратов. Методы интенсификации теплообмена в рекуперативных теплообмен никах.

Методические указания

Обычно передача теплоты от теплоносителя с высокой температурой к теп­лоносителю с низкой температурой происходит через разделительную стенку. В этом процессе, как правило, участвуют все виды теплообмена — теплопро­водность, конвекция и излучение, которые были изучены в предыдущих темах.

Теплообмен, учитывающий все виды теплообмена, называется сложным. Прак­тически сложность теплообмена выражается в суммарном коэффициенте тепло­отдачи as, который в силу независимости по своей природе излучения и кон­вективного теплообмена представляет собой сумму обоих видов теплового воздействия, а именно as = aK + аи.

Нужно уметь оценить, какой из видов теплообмена является превалирую­щим. Для этого уже известными методами определяют ак, а величина коэффи­циента теплоотдачи за счет излучения может быть оценена по формуле

аи ^0,23 • е ^ ——g-j » гДе е — приведенный коэффициент черноты системы;

Тг и Тст — температура газа и стенки соответственно.

Теплообменными аппаратами называют всякое устройство, в котором осу­ществляется процесс передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Уяснить их классификацию по принципу действия, обратив внимание на реку­перативные теплообменники, как наиболее распространенные. Уметь изобра­жать схематично для рекуперативного теплообменника характер изменения температур рабочих жидкостей в функции поверхности нагрева для случаев прямотока и противотока в зависимости от соотношения между водяными эквивалентами.

Запомнить, в каких случаях необходимо применение среднелогарифмиче-ского температурного напора, а в каких случаях можно ограничиться средне­арифметическим температурным напором.

Понять основной принцип расчета теплообменного аппарата, связанный с уравнением теплопередачи и уравнением теплового баланса. Особое внима­ние обратить на особенности теплообменников, в которых происходит измене-кие агрегатного состояния одного из теплоносителей (испарение или конден­сация), уяснив, почему в этих случаях направление тока не влияет на эффек­тивность работы теплообменника. Студент должен понимать, почему для вы­числения среднелогарифмического напора, независимо от схемы включения (прямоток или противоток) справедлива формула

где и — наибольший и наименьший температурный напор соответст­венно.

Разобраться в методах интенсификации теплообмена в рекуперативных теплообменных аппаратах и понять, для чего нужна интенсификация. Литература: [1], с. 421—422, 424—429.

Вопросы для самопроверки

1, Что называется сложным теплообменом? 2. Почему возможно сумми­ровать коэффициент теплоотдачи, определяемый конвективным теплообменом, и коэффициент теплоотдачи, определяемый излучением? 3. Что называется теп-лообменным аппаратом и какие существуют типы аппаратов? 4. Как состав­ляются тепловой баланс и уравнение теплопередачи для рекуперативного теп­лообменника? 5. Почему рекуперативный теплообменник с противоточной схемой при одинаковой начальной температуре холодной жидкости всегда ком­пактнее, чем теплообменник с прямоточной схемой включения? 6. В каких слу­чаях необходимо вычислять среднело! арифмический температурный напор? ког­да можно применять среднеарифметический температурный напор? 7. Как про­изводится усреднение коэффициента теплопередачи? 8. Что является целью конструктивного теплового расчета рекуперативного теплообменника, а что является целью проверочного расчета? 9. Для чего нужно стремиться к интен­сификации теплопередачи в теплообменниках и каковы методы интенсифика­ции? 10. В чем особенность рекуперативных теплообменников, в которых один из носителей изменяет свое агрегатное состояние? 11. Какая формула примекяется для определения среднелогарифмического температурного напора неза­висимо от схемы «прямоток» или «противоток»? 12. Почему, несмотря на габа­ритные преимущества схемы «противоток», на практике находит применение н схема «прямоток»?

3 ПРОМЫШЛЕННЫЕ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ

УСТАНОВКИ

3. H ТОПЛИВО И ОСНОВЫ ТЕОРИИ ГОРЕНИЯ

3. 1.1 Виды сжигаемого топлива и их характеристики

Программа

Понятие о топливе и классификация топ л ив. Элементарный состав топ­лива. Теплотехнические характеристики топлива: теплота сгорания, влажность, зольность и выход летучих веществ. Условное топливо. Характеристики от­дельных видов твердого, жидкого и газообразного топлива. Перспективы при­менения различных видов топлива в промышленности. Структура топливного баланса СССР. Проблема экономии топлива. Проблема защиты окружающей среды от выброса продуктов сгорания топлива.

Методические указания

Источник теплоты, используемой для получения пара в котельных агре­гатах и для совершения механической работы в тепловых двигателях,— топ­ливо. К нему относятся недефкцитные каменные угли, бурые угли, антрацито­вая мелочь, торф, продукты перегонки нефти (бензин, дизельное топливо и ма­зут) и природный газ. В связи с быстрым ростом потребления топлива, one-режающим его добычу, одной из важнейших народнохозяйственных задач явля­ется экономия топлива. Качество топлива зависит от его элементарного состава. Поэтому нужно знать влияние отдельных составляющих топлива на его качество и свойства. Необходимо различать рабочую, горючую, сухую и орга­ническую массы топлива и разбираться в формулах для пересчета топлива из одной массы в другую. Важнейшая теплотехническая характеристика топ­лива — его теплота сгорания. Необходимо понять различие между низшей и высшей теплотой сгорания топлива и методику их пересчета при переходе от одной массы топлива к другой. Разобраться в структуре формулы Д. И. Мен­делеева для определения низшей теплоты сгорания топлива по его составу. Для сравнения тепловой ценности различных видов топлива пользуются поня­тием условного топлива. Поэтому нужно уметь определять расход условного топлива по известному расходу натурального топлива. При изучении других теплотехнических характеристик топлива следует обратить внимание на опре­деление величин приведенной влажности и зольности топлива. Рассматривая характеристики твердого, жидкого и газообразного топлива, необходимо знать особенности каждого вида топлива, перспективы его дальнейшего использова­ния в промышленности и его влияние на структуру топливного баланса страны.

Ознакомиться с проблемой защиты среды от" выброса продуктов сгорания топлива.

Литература: [2], с 206—211, 214—220.

Вопросы для самопроверки

1. По каким признакам классифицируют топлива? 2. Какие элементы вхо­дят в состав твердого и жидкого топлива? 3. Как производится пересчет со­става топлива из одной массы в другую? 4. Почему сера и влага являются нежелательными элементами топлива? что такое приведенная влажность и как она определяется? 5. Почему зола является нежелательной примесью топлива? что такое приведенная зольность и как она определяется? 6. Назовите основ­ные теплотехнические характеристики топлива. 7. Что называют теплотой сго­рания топлива? в чем различие между низшей и высшей теплотой сгорания топлива? 8. Зависит ли значение теплоты сгорания топлива от его состава? 9. Какое топливо называется условным? как определяется расход условного топлива? 10. Что такое энергетическое и технологическое топливо? 11. Како­ва структура топливного баланса СССР?

3.1.2 Основы теории горения топлива

Программа

Понятие о горении и основных условиях его осуществления. Гомогенное и гетерогенное горение. Влияние физических и химических факторов на скорость горения. Кинетическое и диффузионное горение. Понятие о фронте пламени и скорости его распространения. Особенности горения газообразного, жидкого и твердого топлива.

Методические указания

Горение топлива — это физико-химический процесс окисления его горючих составляющих, сопровождающийся выделением теплоты и образованием про­дуктов сгорания. В зависимости от характера протекающих при горении топ­лива физико-химических процессов различают гомогенное и гетерогенное горе­ние. Необходимо ознакомиться с влиянием смесеобразования на скорость распространения пламени и на полноту сгорания топлива. Изучая горение газо­образного и жидкого топлива, нужно понять, что топливо и окислитель нахо­дятся в одном агрегатном состоянии и в зависимости от способа смесеобра­зования горение может протекать как в кинетической, так и в диффузионной областях.

Рассматривая горение твердого топлива, необходимо знать, что его про­цесс протекает в диффузионной области и состоит из тепловой подготовки топлива, смесеобразования летучих топлив с воздухом и их сгорания.

В заключение следует ознакомиться с путями интенсификации процессов горения.

Литература: [2], с. 222—240,

Вопросы, для самопроверки

1. Что называют горением? 2. В чем различие между гомогенным и гете­рогенным горением? 3. Что называется скоростью горения топлива и фронтом пламени? от каких факторов зависит скорость горения топлива? 4. В чем раз­личие между кинетическим и диффузионным горением? 5. Каково влияние ка­чества смесеобразования на скорость горения топлива? 6. В чем отличие горе­ния газообразного топлива от горения твердого топлива?

3.1. 3 Расчеты горения твердого, жидкого и газообразного топлива

Программа

Определение теоретически необходимого количества воздуха для сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива. Коэффициент избытка воздуха (α_T ) и его численное значение при сжигании твердого, жидкого и газообраз­ного топлива. Определение объема продуктов сгорания при α_T = 1 и α_T > 1 Расчет энтальпии продуктов сгорания. Теоретическая температура горения. Диаграмма продуктов сгорания.

Методические указания

Восстановить в памяти известные из химии реакции окисления углерода, водорода и серы, являющиеся основой термохимических расчетов для опреде­ления объемов теоретически необходимого количества воздуха и продуктов сгорания. При протекании процесса горения с теоретически необходимым коли­чеством воздуха на практике не удается достигнуть полного сгорания из-за несовершенства процесса смесеобразования топлива с окислителем. Уяснить, что процесс горения ведется с некоторым избытком воздуха. Нужно уметь поль­зоваться формулами для определения теоретически необходимого количества воздуха для полного сгорания твердого, жидкого и газобразного топлива и объемов продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха α_T = 1 и α_T > 1. Студент должен научиться рассчитывать энтальпии продуктов полно­го сгорания и определять теоретическую температуру горения топлив с по­мощью диаграммы.

Литература: [2], с. 241—245.

Вопросы для самопроверки

1. Напишите формулу для определения теоретически необходимого коли­чества воздуха для полного сгорания 1 кг твердого и жидкого топлива. 2. Что называют коэффициентом избытка воздуха и каковы его значения для различ­ных видов топлива? 3. Как определяются объемы сухих газов при коэффи­циенте избытка воздуха α_T = 1 и α_T > 1для твердого, жидкого и газообразного топлива? как определяются объемы водяных паров при α_T = 1 для твердого, жидкого и газообразного топлива? 4. Как определяется объем продуктов пол­ного сгорания при α_T > 1 для твердого, жидкого и газообразного топлива? 5. Как определяется энтальпия продуктов полного сгорания топлива? 6. Что такое теоретическая температура горения топлива и как она определяется с помощью -диаграммы?

3.2 КОТЕЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

3.2. 1 Понятие о котельной установке

Программа

Назначение и схема котельной установки, ее основные элементы и их компоновка. Основные характеристики котельной установки.

Методические указания

Котельные установки предназначены для получения водяного пара. В них происходит преобразование химической энергии топлива в физическую тепло­ту продуктов сгорания, которая через металлические поверхности нагрева пере­дается воде для ее испарения и пару для его перегрева. Основные элементы котельной установки — котельный агрегат и вспомогательные устройства. Ко­тельный агрегат состоит из топки, парового котла, пароперегревателя, водяного экономайзера, воздухоподогревателя, каркаса и обмуровки. К вспомогательным устройствам котельной установки относятся агрегаты и механизмы, предна­значенные для транспортировки и подготовки топлива и воды, тягодутьевые устройства, контрольно-измерительные и регулирующие приборы. Уяснить на­значение основных элементов котельного агрегата и принципиальную схему компоновки оборудования современной котельной.

Литература: [2], с. 250—253

Вопросы для самопроверки

1. Что называют котельной установкой? 2. Из каких основных элементов состоит котельная установка? что относится к вспомогательным устройствам котельной установки? 3. Приведите классификацию котельных установок по производительности и давлению пара. 4. Какова принципиальная схема компо­новки оборудования современной котельной установки? 5. Назовите основные характеристики котельной установки.

3.2. 2 Топочные устройства (топки)

Программа

Классификация топочных устройств и требования, предъявляемые к ним. Слоевой, факельный и вихревой способы сжигания топлива. Тепловые харак­теристики топочных устройств. Лучевоспринимающие поверхности топок. Слое­вые топки и их конструктивные схемы. Камерные топки — факельные и вих­ревые. Пылеугольные топки? Топки для жидкого и газообразного топлива. Форсунки и горелки. Понятие о расчете теплообмена в топках.

Методические указания.

Уяснить сущность процессов горения топлива в слое, факеле и вихре. Для сравнительной оценки слоевых и камерных топок следует знать тепловые характеристики топок. Обратим внимание на определение значения теплового напряжения площади колосниковой решетки, топочного объема и коэффици­ента полезного действия топки. Разобрать устройство и принцип действия полумеханизированных и механизированных слоевых топок и камерных топок для сжигания газа и мазута. Сделать сравнительный анализ их типов и кон­струкций, стремясь уяснить области применения каждого типа по роду топ­лива и производительности котельного агрегата. Ознакомиться с классифика­цией, устройством и принципом действия горелок для газа и форсунок для мазута. Уяснить принципы расчета теплообмена в топках.

Литература: [2], с. 253—281.

Вопросы для самопроверки

1. Какие существуют типы топок? 2. Какие требования предъявляются к топкам? 3. Какие существуют способы сжигания топлива в топках котель­ных агрегатов? 4. Какие существуют типы камерных топок для сжигания жидкого, газообразного и пылевидного топлива? 5. Какие причины вызывают потери теплоты с механической и химической неполнотой сгорания топлива, каково значение этих потерь для различных типов топок? 6. Каковы особен­ности топок с твердым и жидким шлакоудалением? 7. Что такое тепловое напряжение площади колосниковой решетки и топочного объема? каковы зна­чения теплового напряжения топочного объема камерных топок для различ­ных видов топлива? 8. Чем отличаются пылеугольные топки от топок для жидкого и газообразного топлива? какие существуют типы мельниц для раз­мола топлива? 9. Объясните назначение и устройство горелок для пылевид­ного и газообразного топлива и форсунок для мазута?

3.2. 3 Котельные агрегаты.

Программа

Паровые котлоагрегаты с естественной и принудительной циркуляцией. Водогрейные котлы и котлы-утилизаторы. Пароперегреватели. Водяные эконо­майзеры и воздухоподогреватели. Тягодутьевые устройства. Устройство для очистки продуктов сгорания. Питательные устройства. Водоподготовка и борь­ба с образованием накипи в паровых котлах. Сепарационные устройства паро­вых котлов. Тепловой баланс, коэффициенты полезного действия и расход топлива котельного агрегата. Понятие о расчете конвективных поверхностей нагрева котельного агрегата. Современные тенденции повышения тепловой эффективности котлоагрегатов. Правила Гостехнадзора и техники безопасности.

Методические указания

Уяснить сущность процессов парообразования в экранных и конвективных поверхностях нагрева котла, естественной циркуляции воды и сепарации пара. При'рассмотрении типов паровых котлоагрегатов, применяемых в промышлен­ности, особое внимание обратить на изучение устройства и принципа действия вертикально-водотрубных котлов малой и средней паропроизводителыюсти, вы­полняемых в виде цилиндрических безбарабанных, двухбарабанных и одноба-рабанных агрегатов. Изучая устройство и принцип действия таких элементов котлоагрегатов, как пароперегреватель, водяной экономайзер и воздухоподо­греватель, студент должен понять, что применение этих элементов в котло-агрегате вызвано стремлением повысить экономичность топливоиспользования и уменьшить тепловые потери в котельном агрегате. Разобрать назначение и устройство элементов тягодутьевого устройства. Уяснить необходимость очист­ки подаваемой в котлоагрегат питательной воды от механических и коллоид­ных примесей и накипеобразующих солей, освобождения от растворенных в ней коррозионно-активных газов, а также поддержания водного режима па­ровых котлов путем осуществления их продувки. Студент должен уметь составить тепловой баланс котлоагрегата, дать определение всех составляющих, входящих в уравнение теплового баланса, определить коэффициент полезного действия, расчетный расход топлива и расход натурального топлива. Ознако­миться с расчетом конвективных поверхностей нагрева котельного агрегата. Изучить правила Гостехнадзора и техники безопасности при эксплуатации котлоагрегатов.

Литература: [2], с. 282—288, 292—324.

Вопросы для самопроверки

1. Какие процессы протекают в современном котельном агрегате при пре­вращении в нем воды в перегретый пар? 2. В чем физическая сущность есте­ственной циркуляции? что такое кратность циркуляции? 3. Из каких основ­ных элементов состоит котельный агрегат? 4. Что называют паропроизводи-тельностыо котла и поверхностью нагрева? 5. Какие существуют типы паро­перегревателей и водяных экономайзеров? 6. Чем обеспечивается естественная и искусственная тяга в газовоздушном тракте котлоагрегата? 7. Почему сырая вода без обработки непригодна для питания паровых котлов? 8. При каких условиях возникает образование накипи в паровых котлах и каковы пути предотвращения этого вредного явления? 9.. В чем сущность процесса сепа­рации пара в паровом котле? 10. Каково назначение продувки паровых кот­лов? что такое периодическая и непрерывная продувка? 11. Из каких статей составляется тепловой баланс котельного агрегата? 12. Чем характеризуется экономичность котельного агрегата? 13. Перечислите арматуру паровых кот­лов. Для чего она предназначена? 14. Каковы основные правила Гостехнад­зора и техники безопасности при эксплуатации котлоагрегатов?

3.3 ПАРОВЫЕ И ГАЗОВЫЕ ТУРБИНЫ

3.3.1 Паровые турбины

Программа

Схема устройства и принцип работы турбины. Преобразование энергии в сопловом аппарате и на лопатках турбины. Активный и реактивный прин­ципы работы потока пара в ступени. Многоступенчатые турбины. Тепловые потери. Коэффициенты полезного действия и тепловые потери. Регулирование мощности паровых турбин. Типы паровых турбин: конденсационные турбины без регулируемых отборов пара и с регулируемыми отборами пара, турбины с противодавлением. Конденсационные устройства турбин. Тепловой баланс конденсатора.

Методические указания

Паровые турбины получили широкое распространение благодаря ряду су­щественных преимуществ перед другими тепловыми двигателями и прежде всего благодаря высокой экономичности, надежности и возможности получе­ния больших мощностей в одном агрегате.

Уяснить принцип действия турбины. Превращение тепловой энергии пара в механическую работу в турбине осуществляется в два этапа: сначала по­тенциальная энергия пара преобразуется в кинетическую при истечении пара из сопл, а затем кинетическая энергия потока пара на рабочих лопатках преобразуется в механическую работу вращения вала турбины. Изучить осо­бенности процессов превращения тепловой энергии в механическую работу в активной и реактивной ступенях, а также в ступени скорости, используя для этого ts-диаграмму. Разобрать устройство многоступенчатых турбин и по­рядок расположения в них различных ступеней. Эффективность работы тур­бины зависит от величины тепловых потерь в ней, поэтому необходимо учи­тывать и потери, возникающие в турбине. Уметь определять коэффициенты полезного действия турбины, ее мощность и расход пара на турбину. При рассмотрении конструкции турбин обратить внимание на то, как в многосту­пенчатых турбинах происходит отбор пара из промежуточных ступеней. Ком­бинированная выработка тепловой и электрической энергии, как известно, зна­чительно повышает коэффициент использования теплоты. Обратить особое вни­мание на теплофикационные турбины, т. е. конденсационные турбины с регу­лируемыми отборами пара и турбины с противодавлением.

Для нормальной работы турбины большое значение имеет регулирование ее мощности, поэтому необходимо уделить должное внимание рассмотрению основных способов регулирования мощности турбин А. Поскольку все конден­сационные турбины снабжены установками, обеспечивающими конденсацию от­работавшего в турбине пара и создание глубокого вакуума за турбиной, необ­ходимо ознакомиться с устройством и принципом действия поверхностных кон­денсаторов, применяемых в паротурбинных установках.

Литература: [2], с. 327—330, 340—350, 357—366.

Вопросы для самопроверки

1. Как осуществляется преобразование тепловой энергии пара в механи­ческую работу" в паровых турбинах? 2. В чем разница между активной и ре­активной ступенями турбины? 3. Почему современные паровые турбины выпу­скают многоступенчатыми? 4. Чем отличаются профили лопаток активной и ре­активной ступеней? 5. Что называют степенью реактивности ступени и как она определяется? 6. Как определяется действительная скорость истечения пара из сопл? 7. Какими коэффициентами полезного действия характеризуется ра­бота паровой турбины? 8. Что называют эффективной мощностью турбины и как она определяется? 9. Для чего осуществляется регулирование мощности паровых турбин? 10. По каким признакам классифицируются паровые турби­ны? 11. Какие турбины называют конденсационными и теплофикационными? 12. Какие существуют типы конденсаторов? почему в современных паровых турбинах устанавливают конденсаторы поверхностного типа?

Тема 2. Газовые турбины и газотурбинные установки (ГТУ)

Схемы устройства и принцип работы газовой турбины и ГТУ. Тепловые потерн, коэффициенты полезного действия, мощность и расход топлива ГТУ. Регенерация теплоты отработавших газов. Современные конструкции ГТУ. Технико-экономические показатели ГТУ.

Методические указания

Газотурбинные установки, получающие все более широкое распространение в энергетике, имеют ряд существенных преимуществ перед паротурбинными установками благодаря малой массе, компактности и простоте в обслужи­вании.

Разобрать схему простейшей газотурбинной установки с непрерывным сго­ранием при постоянном давлении, действительный цикл этой установки, коэф­фициенты полезного действия и способы повышения ее экономичности. Эффек­тивность работы ГТУ зависит от величины тепловых потерь в газовой тур­бине, компрессоре и камере сгорания, поэтому необходимо разобраться с потерями, возникающими в ГТУ. Нужно уметь определить коэффициент полез­ного действия ГТУ, ее мощность и расход топлива. Ознакомиться с конструк­циями газовых турбин и ГТУ, используемых в народном хозяйстве.

Литература: [2], с. 370—374.

Вопросы для самопроверки

1. Как осуществляется преобразование тепловой энергии в механическую работу в газовых турбинах? 2. Какими тепловыми потерями оценивается внут­ренний к. п. д. ГТУ? 3. Как определяется удельный эффективный расход топ­лива и удельный расход воздуха ГТУ? 4. Что называется степенью регенера­ции и как она определяется? 5. Перечислите способы повышения экономич­ности ГТУ. 6. Как определяется внутренний к. п. д. ГТУ с регенерацией теп­лоты? 7. Какие преимущества и недостатки ГТУ по сравнению с паротурбин­ной установкой?

РАЗДЕЛ HV. КОМПРЕССОРНЫЕ УСТАНОВКИ

Тема 1. Поршневые компрессоры, вентиляторы и турбогенераторы

Устройство и работа поршневого компрессора. Определение производитель­ности и мощности поршневого компрессора. Объемный коэффициент компрес­сора. Коэффициент подачи компрессора. Коэффициенты полезного действия. Многоступенчатые компрессоры. Принцип действия центробежных и осевых вентиляторов. Производительность, к. п. д. и мощность вентилятора. Класси­фикация вентиляторов. Многоступенчатые центробежные и осевые машины. Процессы сжатия в турбокомпрессорах. Коэффициенты полезного действия и за­трата мощности на привод компрессора. Классификация турбокомпрессоров.. Технико-экономические показатели.

Методические указания

Применение различных типов компрессоров (поршневых, центробежных, осевых и др.) обусловливается двумя различными факторами, которые не уда­ется совместить ни в одном из типов, а именно производительностью и сте­пенью повышения давления в ступени. Основное назначение компрессора <— сжатие, а вентилятора — перемещение газа, поэтому они работают при раз­личных давлениях. Ознакомиться с рабочими процессами и конструкцией ре­альных машин. В процессе изучения устройства и работы реального поршне­вого компрессора следует уяснить различие между теоретическими и действи­тельными процессами. Необходимо знать методы определения производитель­ности, мощности и коэффициентов полезного действия компрессора.

Рассмотреть устройство и принцип действия центробежных и осевых вен­тиляторов, а также влияние формы лопаток колеса центробежного вентиля­тора на его характеристики. Нужно уметь определять напор, коэффициенты полезного действия и мощность вентилятора. Рассматривая устройство и рабо­ту турбокомпрессоров, обратить внимание на особенность сжатия в них воз­духа. Необходимо уметь находить затраты мощности на привод компрессоров и коэффициенты полезного действия турбокомпрессоров. Ознакомиться с харак­теристиками турбогенераторов.

Литература: [2], с. 385—391, 396—408.

Вопросы для самопроверки

1. Чем отличается действительный рабочий процесс поршневого компрес­сора от теоретического? 2. Почему действительная производительность комп­рессора меньше теоретической? как определяется действительная производи­тельность компрессора? 3. Что называют индикаторной мощностью компрес­сора и как она определяется? 4. Что называют объемным коэффициентом компрессора и от каких факторов он зависит? 5. Чем отличаются центробежные компрессоры от осевых? 6. Что называют вентилятором и каково его назна­чение? 7. Как определяется теоретический и действительный напор, развивае­мый вентилятором? 8. Как определяется мощность, потребляемая вентилято­ром? 9. Как влияет форма лопаток колеса центробежного вентилятора на его напор? 10. Объясните сущность процессов сжатия воздуха в турбокомпрессо­ре. 11. Как определяется мощность привода центробежного и осевого комп­рессоров? 12. Какими коэффициентами полезного действия характеризуется ра­бота турбокомпрессоров?

РАЗДЕЛ V. ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИ

Типы электростанций и их роль в развитии энергетики СССР. Класси­фикация тепловых электростанций (ТЭи). Паротурбинные конденсационные электростанции (КЭС) и электростанции с комбинированной выработкой теп­лоты и электрической энергии (ТЭЦ), их принципиальные схемы и показатели тепловой эффективности. Регенеративный подогрев питательной воды. Теплофикания и ее развитие в СССР. Дизельные и газотурбинные электростанции, томные электростанции (АЭС). Технико-экономические показатели электро­станций.

Методические указания

Преобразование теплоты в электрическую энергию осуществляется в ос­новном на тепловых электростанциях, где используется теплота, выделяющая­ся при сгорании топлива и при распаде ядерного горючего. Основное коли­чество электрической энергии, получаемое на тепловых электростанциях, выра­батывается паровыми турбогенераторами, поэтому основное внимание следует уделить изучению паротурбинных ТЭС. При этом должны быть рассмотрены как конденсационные электростанции, отпускающие только электрическую энер­гию, так и теплоэлектроцентрали, отпускающие теплоту и электроэнергию. Изучить принципиальные тепловые схемы этих электростанций, а также пока­затели экономичности их работы и уяснить пути дальнейшего повышения эко­номичности тепловых электростанций. При рассмотрении дизельных и газо­турбинных электростанций уяснить особенности этих станций, область их при­менения и перспективы использования дизельных и газотурбинных двигателей в качестве пиковых турбогенераторов.

Ознакомиться с устройством атомных электростанций и их принципиаль­ной тепловой схемой. Изучить виды атомных реакторов и типы реакторов. Для оценки экономичности работы электрических станций нужно знать, как опре­деляются коэффициенты полезного действия, удельный расход условного топ­лива и удельный расход теплоты на выработку электроэнергии.

Литература: [2], с. 446—452, 464—471.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите виды электрических станций по типу устанавливаемых теп­ловых двигателей. 2. Каково назначение конденсационной электростанции и теп­лоэлектроцентрали? 3. Изобразите принципиальные тепловые схемы КЭС и ТЭС. 4. Для чего осуществляется регенеративный подогрев питательной во­ды в паросиловых установках? 5. Какие основные показатели характеризуют экономичность паротурбинных электростанций? 6. Каковы преимущества и не­достатки дизельных и газотурбинных электростанций?

РАЗДЕЛ VH. ТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ ПРЕДПРИЯТИЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Характеристика потребителей тепловой энергии на предприятиях отрасли народного хозяйства. Характеристика предприятий как потребителей теплоты. Производственное теплопотребление. Расход теплоты на отопление, вентиля­цию и горячее водоснабжение. Схемы теплоснабжения и их анализ. Теплоснаб­жение предприятий.

Методические указания.

Теплоснабжение предприятий включает производство тепловой энергии, ее транспортирование и экономное распределение теплоты между потребителями. Потребители теплоты предприятий — технологическое оборудование и техноло­гические процессы, система горячего водоснабжения для технологических и хо­зяйственно-бытовых нужд, системы отопления и вентиляции. Теплоснабжение потребителей обеспечивается, как правило, горячей водой и паром. Горячая вода надежно и экономно обеспечивает теплотой системы отопления, вентиля­ции, хозяйственно-бытовые нужды и некоторые технологические процессы про­изводства. Пар обеспечивает экономное протекание многих технологических процессов. Теплоснабжение предприятий связано со значительными трудоза­тратами, которые изменяются в зависимости от схемы теплоснабжения. По­этому необходимо изучить схемы теплоснабжения предприятий при использо­вании горячей воды и пара в качестве теплоносителей. Обратить внимание на тип установки (паровая котельная, водогрейная котельная или теплоэлектро­централь) и на параметры теплоснабжения. Нужно уметь определять расход теплоты на технологические нужды, отопление, вентиляцию и горячее водо­снабжение.

Литература: Шираке 3. Э. Теплоснабжение. М., 1979, с. 4—12, 61—68, 135—142.

Вопросы для самопроверки

1. Перечислите виды теплопотребления и источники теплоснабжения пред­приятий. 2. Как определяют расход теплоты на технологические нужды? 3. Как определяют расход теплоты на отопление? 4. Как определяют расход тепло­ты на вентиляцию? 5. Как определяют расход теплоты на горячее водоснаб­жение?

РАЗДЕЛ VHH. ВТОРИЧНЫЕ ЭНЕРГОРЕСУРСЫ

Общие положения и классификация вторичных энергоресурсов (БЭР). Экономическая эффективность использования ВЭР. Роль ВЭР в топливо и теплопотреблении страны. Источники ВЭР отрасли и их использование. Ути­лизационные установки, показатели их работы и влияние их на эффектив­ность использования ВЭР. Перспективы использования ВЭР в отрасли про­мышленности.

Методические указания

Для нужд теплоснабжения кроме топлива используют отходы теплоноси­телей от производственных процессов. Отходы теплоносителей в виде уходя­щих газов, пара и горячей воды называют вторичными энергоресурсами (ВЭР). ВЭР могут быть весьма значительными. Так, например, уходящие газы про­мышленных печей содержат до 40% подведенного к печи количества топлива. Вторичные энергоресурсы в виде уходящих газов и горячей воды подразде­ляют на группы по температурному признаку. Поэтому нужно знать, что ухо­дящие газы характеризуются высокими температурами и энтальпией, а горя­чая вода — низкими температурами и энтальпией. Теплоту уходящих газов целесообразно использовать в специально установленных котлах — утилизато­рах, вырабатывающих производственный пар, и подогревателях горячей воды для теплоснабжения. Не используемые предприятием вторичные энергоресурсы ведут к потерям теплоты, выбросу ее в атмосферу, что снижает экономические показатели предприятия, создает непроизводительный расход топлива и за­грязняет окружающую среду. Ознакомиться с перспективами использования ВЭР.

Литература: Семененко А. Н. Вторичные энергоресурсы и энерготех­нологическое комбинирование. М., 1979.

Вопросы для самопроверки.

!. Что называют вторичными энергоресурсами? 2. По каким признакам классифицируют ВЭР? 3. Какова роль ВЭР в топливно- и теплопотреблении страны? 4. Каковы источники ВЭР и их использование? 5. Какова экономиче­ская эффективность использования ВЭР?

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Общие методические указания

Согласно учебному плану студент-заочник выполняет две контрольные ра­боты. Первая — по разделам термодинамики и теплопередачи — состоит из че­тырех задач и четырех вопросов. Вторая — по разделу теплоэнергетические ус­тановки — состоит из трех задач и четырех вопросов.

Решать задачи и отвечать на вопросы необходимо, строго придерживаясь своего варианта (работы, выполненные не по своему варианту, не рецензиру­ются). Номер варианта определяют по таблице вариантов в зависимости от двух последних цифр учебного шифра студента. Например, при шифре 156 студент выполняет 56-й вариант задания, для которого в таблице соответ­ственно указаны номера задач и вопросов: 6, 11, 27, 31. Условия задач и фор­мулировки контрольных вопросов должны быть переписаны полностью. Реше­ния задач сопровождать краткими пояснениями и подробными вычислениями. При вычислении какой-либо величины нужно словами указать, какая величи­на определяется и по какой формуле. Необходимо указывать единицы вели­чин как заданных в условии задач, так и полученных в результате их ре­шения.

Ответы на контрольные вопросы должны быть краткими и исчерпывающи­ми. Не следует списывать ответы из учебника.

При решении задач и в ответах на вопросы применять только Междуна­родную систему единиц (СИ). Контрольные работы выполняют в тетради, в конце которой студент ставит свою подпись и приводит список использован­ной литературы. Для заметок рецензента на каждой странице тетради нужно оставлять поля. На обложке тетради указывать номер контрольной работы, название предмета, фа

милию, отчество, шифр, специальность и домашний адрес.

Методические указания к выполнению контрольной работы (Задание1)

В задачах 1—10 рабочим телом считать идеальный газ с постоянной теплоемкостью. Значения теплоемкостей принимать согласно данным, получен­ным на основе молекулярно-кинетической теории и приведенным ниже.

Таблица 1 - Значение молярных теплоемкостей идеальных газов

Пример пользования этими данными.

Пусть имеем идеальный газ кислорода О₂ .

Молярная масса Мо₂ =32 кг/кмоль.

Массовая теплоемкость кислорода при постоянном объеме

массовая теплоемкость кислорода при постоянном давлении

удельная газовая постоянная кислорода

показатель адиабаты

2. При изображении политропных процессов на p - v и T-s диаграммах не­обходимо также наносить основные процессы (изохорный, изобарный, изотер­мический, адиабатный). Политропные процессы изображать качественно без масштаба.

3. При решении задач помнить, что для идеального газа в диаграммах p - v и T - s точка считается полностью определенной, если для нее известны два основных параметра, так как третий параметр определяется из уравнения Клапейрона.

4. Задачи 11—20, посвященные водяному пару, следует решать с по­мощью h-s-диаграммы.

5. Начать решение задачи надо с качественного изображения процесса в координатах h - s .

6. Следует помнить, что заданная точка в диаграмме h - s , характеризую­щая состояние сухого насыщенного пара и перегретого водяного пара, опре­деляет шесть параметров (р, v , Т, h , s , u ( u = h - pv )), а точка, заданная в об­ласти влажного насыщенного пара, определяет семь параметров (р, v , Т, h , s , u , x ).

7. Так как удельная энтальпия и внутренняя энергия выражаются в кДж/кг, то при определении величины и из уравнения и = h - pv произве­дение pv должно быть выражено в тех же единицах. Это значит, что при выражении v в м³ /кг, величина р должна быть выражена в кПа.

8. При определении температуры точки в области влажного насыщенного пара следует помнить, что в этой области диаграммы h - s изотермы совпадают с изобарами. Поэтому следует, поднимаясь по изобаре до пересечения с пог­раничной кривой x=1, отсчитывать значения температуры по изотерме, отходящей вправо от точки пересечения изобары с кривой х= 1. Если точка пересечения не попадает на фиксированную изотерму, то производят интерпо­ляцию между обозначенными изотермами.

9. Каждая точка в диаграмме h - s , характеризующая состояние водяного пара, определяется двумя параметрами. Например, любая точка в области перегретого пара будет определена, если известны р и t ; р и v ; h и р и т. д., в области влажного насыщенного пара — р и х; v и х; р и s и т. д.

10. Нужно помнить, что при определении скорости истечения пара из сопл с использованием h-s-диаграммы следует считать процесс, протекающий при постоянной энтропии.

11. При расчете дросселирования по диаграмме h-s следует считать, что h₁ = процесс осуществляется при неизменной энтальпии, т. е. , где -значения энтальпии в начале и конце процесса соответственно.

12. При решении задач 21—25 учитывать, что рабочим телом является иде­альный газ - воздух, для которого

13. Решение задач по циклам газовых тепловых машин надо начинать с изображения качественного графика цикла в -диаграммах.

14. Задачи 27 — 30 по циклам паросиловых установок следует решать с помощью диаграммы .

15. При определении термического к. п. д. цикла Ренкина иметь в виду, что — энтальпия конденсата в конденсаторе, которая определяется по формуле — теплоемкость воды, а — температура конденсата, определяемая по -диаграмме.

16. При решении задач 35 — 37 определяющей температурой является температура воздуха, по которой определяются параметры из табл. X приложения учебника [1].

17. При решении задач 39 — 40 для определения средиелогарифмического напора использовать формулу

предварительно построив график изменения температуры теплоносителей вдоль поверхности теплообмена, откуда снять значения , т. е. наибольшее и наименьшее значения температурных напоров.

Задание 1

ЗАДАЧИ

1. Газовая смесь массой 10 кг состоит из 6 кг азота, 1 кг углекислого газа и 3 кг окиси углерода. Начальное состояние смеси: давление р₁ = 2 МПа, температура t₁ = 37°С. В процессе Т =const смесь расширяется до давления р₂ = 0,5 МПа. Определить работу расширения смеси L, количество подведенной теплоты Q, объем V, до которого расширится газовая смесь, и парциальные давления газов, входящих в смесь в начальном состоянии. Изобразить графически процесс в диаграммах.

2. Газовая смесь, состоящая из кислорода и азота, при давлении р{ = = 1 МПа занимает объем V = 0,5 м³ и имеет массу m = 5 кг. Парциальный объем кислорода V₀₂ = 0,2 м³ , а азота V_N2 = 0,3 м³ . Над смесью совершается изохорный процесс с подводом теплоты Q = 1000 кДж. Определить термодинамические параметры смеси в начальном и конечном состояниях, а также парциальные давления в начале процесса. Изобразить графически процесс в диаграммах.

3. В сосуде объемом V=10 м³ при температуре t₁ — 27°С содержится воздух в количестве m = 100 кг. Сколько необходимо выпустить из сосуда воздуха, чтобы при подводе к оставшемуся воздуху теплоты в количестве Q = 10 МДж давление в сосуде оставалось неизменным? Изобразить графически процесс в диаграммах.

4. В резервуаре содержится 100 кг углекислого газа при температуре t₁ = 80°С и давлении р₁ — 1 МПа. После выпуска части газа давление в резервуаре стало р₂ — 0,2 МПа, а температура t₂ = 30°С. Определить массу выпущенного газа и показатель политропы процесса. Изобразить графически процесс в диаграммах.

5. Определить работу, совершаемую при изотермическом и адиабатном процессах расширения 10 кг азота, если его давление уменьшается от р₁ = 1 МПа до р₂ = 0,1 МПа. Начальная температура газа t₁ = 700°С. В каком из этих процессов удельная работа расширения больше к на сколько? Изобразите оба процесса в диаграммах.

6. Начальное состояние 1 кг воздуха задано параметрами р₁ — 10 МПа и t₁ = 147°С. Воздух сначала расширяется изотермически до давления р₂ = 1,0 МПа, а затем сжимается изобарно до удельного объема V₃ = 0,07 м³ /кг. Определить суммарные количества теплоты, работы и изменения внутренней энергии воздуха, имевшие место при совершении процессов 1—2 и 2 — 3. Изобразить графически процессы а диаграммах pv и Ts.

7. Начальное состояние 10 кг кислорода характеризуется параметрами р₁ =15МПа и t₁ =200°С. В процессе 1—2 происходит политропное измене­ние состояния до p₂ = 1,5 МПа и t₂ = 67°С, а в процессе 2 — 3 кислород изохорно сжимается до давления р₃ = 6 МПа. Определить суммарные количества теплоты, работы и изменения внутренней энергии кислорода, имевшие место при совершении процессов 1—2 и 2 — 3. Изобразить процессы в pv - и Ts - диаграммах.

8. Начальное состояние 1 кг углекислого газа характеризуется парамет­рами р₁ =1 МПа и V₁ = 0,1 м³ /кг. В политропном процессе изменения его состояния к газу подводится теплота q — 150 кДж/кг, при этом он совершает работу l=200 кДж/кг. Определить показатель политропы процесса и пара­метры углекислого газа в конце процесса. Изобразить процесс в pv - и Ts-диаграммах.

9. Воздух в идеальном одноступенчатом компрессоре сжимается до давления р₂ — 0,5 МПа. Начальное давление р₁ = 0,1 МПа, а температура t_x = 27°С. Массовая подача воздуха т_х = 1,3 кг/с. Определить теоретическую (без потерь) мощность, затрачиваемую на привод компрессора, для случаев изотермического и адиабатного сжатия воздуха. Найти удельное количество теплоты, которое необходимо отводить для осуществления изотермического процесса сжатия. Изобразить графически процессы сжатия воздуха в pv - и Ts-диаграммах.

10. В идеальном одноступенчатом компрессоре воздух сжимается до дав­ления р₂ = 0,3 МПа и температуры Т₂ = 373 К. Начальное состояние воздуха характеризуется давлением р₁ = 0,1 МПа и температурой t ₁ — 27°С. Определить вид процесса и удельную работу сжатия. На сколько эта работа будет боль­ше удельной работы при изотермическом сжатии при той же степени повы­шения давления и начальной температуре t ₁ = 27°С?

11. Водяной пар массой 1 кг с давлением р₁ = 3,5 МПа и температурой t ₁ = 435°С в паровой турбине изоэнтропно расширяется до давления р₂ =6 кПа. Определить параметры пара в начальной и конечной точках процесса, изме­нение внутренней энергии, работу расширения. Дать качественный график процесса в hs-диаграмме.

12. Влажный насыщенный водяной пар массой 5 кг при давлении р₁ =1,0 МПа и степени сухости х₁ = 0,85 нагревается в процессе при постоянном давлении до состояния сухого насыщенного пара. Определить параметры пара в начальной и конечной точках процессов, теплоту, работу и изменение внут­ренней энергии. Изобразить тепловой процесс в hs-диаграмме.

13. Из парового котла влажный насыщенный водяной пар с начальными параметрами p₁ =1,5 МПа и х₁ = 0,98 поступает в пароперегреватель, после которого температура пара возрастает до t ₂ = 375°С (процесс перегрева пара происходит при постоянном давлении). Определить удельную теплоту, затра­ченную на перегрев в пароперегревателе, изменение удельной энтальпии и удельный объем пара в начальном и конечном состояниях. Изобразите теп­ловой процесс в /s-диаграмме.

14. Перегретый водяной пар массой 1 кг с начальными параметрами р₁ = 5 МПа и t ₁ = 350°С в сопле Лаваля изоэнтропно расширяется до дав­ления р₂ = 0,12 МПа. Определить параметры пара в конце расширения, а также работу и изменение внутренней энергии. Представить качественный график процесса в /s-диаграмме.

15. В процессе изотермического расширения 1 кг влажного насыщенного пара с начальными параметрами p ₁ = 2,0 МПа и х₁ = 0,85 подводится 510 кДж/кг теплоты. Определить конечное состояние пара, работу расширения и изменение внутренней энергии. Представить процесс в hs - и Ts-диаграммах.

16. Перегретый водяной пар массой 10 кг с начальными параметрами, р₁ =5,0 МПа и t ₁ = 350°С дросселируется до конечного давления р₂ = 1,8 МПа. Определить параметры пара до и после дросселирования, изменение внутрен­ней энергии и энтропии. Представить процесс дросселирования пара в hs - диаграмме.

17. В баллоне находится 1 кг азота под давлением 20,0 МПа и t₁ = 20°С. При выпуске из баллона азота он дросселируется до давления 8 МПа. Определить параметры азота после дросселирования, а также изменение энтропии в процессе дросселирования, считая азот идеальным газом. Теплоемкость принимать постоянной.

18. К соплам одноступенчатой активной паровой турбины поступает пере­гретый водяной пар с давлением р₁ = 3,0 МПа. В соплах пар изоэнтропно (адиабатно) расширяется до давления 0,5 МПа. Определить параметры пара до и после истечения, а также абсолютную скорость истечения пара. Пред­ставить тепловой процесс истечения пара в /s-диаграмме.

19. Влажный насыщенный водяной пар массой 5 кг с начальным давлени­ем р₁ =0,8 МПа и степенью сухости x₁ = 0,72 в процессе при постоянном давлении нагревается до сухого насыщенного пара. Определить параметры состояния в начальной и конечной точках процесса, а также теплоту, работу и изменение внутренней энергии. Изобразите тепловой процесс в hs-диаграмме.

20. Перегретый водяной пар массой 1 кг с начальными параметрами р₁ = 2,5 МПа и удельным объемом v ₁ = 0,09 м³ /кг нагревается в процессе при постоянном давлении до температуры 320°С. Определить конечный удельный объем водяного пара, количество подведенной теплоты, работу, совершенную паром в процессе, а также изменение внутренней энергии. Представить про­цесс в hs - и Ts-диаграммах.

21. Сравнить значения термического к. п. д. для изобарного и изохорного подводов теплоты в идеальном цикле двигателя внутреннего сгорания, если температура и давление рабочего тела (воздуха) t ₁ = 65°С и р₁ = 0,095 МПа, степень сжатия е = 11 и в процессе подводится q = 800 кдж/кг теплоты. Представить циклы в pv- диаграмме.

22. Для идеального цикла двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объеме определить параметры (р, v , Т) в характер­ных точках, количество подведенной и отведенной теплоты, термический к. п. д , а также полезную работу в цикле, если 1 кг воздуха в начале адиа­батного сжатия имеет следующие параметры: р₁ = 0,1 МПа и t ₁ = 20°С, сте­пень сжатия ԑ = 7, степень повышения давления λ = 1,7. Изобразить цикл в pv - и Ts-диаграммах.

23. Для идеального цикла газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении определить основные параметры (р, v , Т) в харак­терных точках, термический к. п. д., полезную работу, а также количество подведенной и отведенной теплоты, если температура и давление рабочего тела (воздуха) в начале адиабатного сжатия равны t ₁ = 40°С и р₁ =0,085 МПа, а температура рабочего тела в конце расширения t ₂ = 180°С, степень повы­шения давления λ = 4, степень предварительного расширения р = 2,1. Пред­ставьте цикл в pv - и Ts-диаграммах.

24. Рабочее тело (воздух) с первоначальными параметрами t ₁ = 70°С и р₁ = 0,12 МПа поступает в двигатель внутреннего сгорания, работающий по идеальному циклу со смешанным подводом теплоты. Определить параметры (p,V, Т) в характерных точках, количество подведенной и отведенной тепло­ты, полезную работу цикла и термический к. п. д., если степень сжатия ԑ = 15, степень повышения давления λ = 1,8, степень предварительного расши­рения р = 1,4. Представить цикл в pv - и Ts-диаграммах.

25. В цикле воздушной холодильной машины в компрессор поступает воз­дух из холодильной камеры с давлением р₁ =» 0,095 МПа и температурой t₁ =12°С. Определить температуру воздуха, поступающего в холодильную камеру, холодильный коэффициент, холодопроизводительность ( q ₂ )_, теорети­ческую работу, затрачиваемую в цикле, если давление воздуха в расшири­тельном цилиндре р = 0,5 МПа, а температура t = 15°С. Изобразить рассмат­риваемый цикл в pv - и Ts-диаграммах.

26. Определить температуру и объем сжатого метана, а также теорети­ческую работу сжатия и теоретическую мощность для привода компрессора, если идеальный одноступенчатый компрессор всасывает V = 350 м³ /с метана при Р₁ = 0,1 МПа и t ₁ = 17°С и сжимает его политропно при n = 1,25 до давления р₂ = 0,3 МПа. Изобразить теоретический цикл одноступенчатой компрессорной установки в pv-диаграмме.

27. Паросиловые установки работают по циклу Ренкина при одинаковых начальных и конечных давлениях р₁ = 3 МПа и р₂ = 5,0 кПа соответственно.

Сравнить термические к. п. д. идеальных циклов, если в одном случае рабо­чее тело — влажный пар со степенью сухости Х= 0,85, в другом — сухой насыщенный пари в третьем — перегретый пар с температурой t ₁ = 380°С. Изобразить тепловые процессы идеальных циклов в hs-диаграмме.

28. Паротурбинная установка работает по циклу с промежуточным пере­гревом пара. Первоначальные параметры пара на входе в турбину P₁ =20 МПа и t ₁ = 500°С, давление в конденсаторе р₂ = 0,004, промежуточный перегрев пара происходит при р_п.п = 4,0 МПа до температуры t _п.п = 450°С. Определить термический к. п. д., удельный расход пара, количество теплоты, сообщенной пару в парогенераторе, потерю теплоты в конденсаторе и степень сухости влажного пара. Изобразить тепловой процесс цикла в hs-диаграмме.

29. В паросиловом цикле Ренкина пар перед турбиной имеет параметры Р₁ = 3,5 МПа и t ₁ = 435°С, давление в конденсаторе р₂ = 0,004 МПа. Опреде­лить термический к. п. д. цикла, сравнить его с к. п. д. цикла Карно, а также определить абсолютный внутренний к. п. д. паровой турбины, если внутренний относительный к. п. д. µ _oh = 0,82. Представить цикл в Ts-диаграмме и тепло­вой процесс в турбине в hs-диаграмме.

30. Паровые турбины мощностью до N_e = 1000 кВт выпускали раньше с начальными параметрами р₁ = 3,0 МПа, t ₁ = 380°С и давлением в конденса­торе р₂ =0,004 МПа. В настоящее время паровые турбины выпускаются с начальным давлением p ₁ = 3,5 МПа, температурой t ₁ = 435°С и давлением в конденсаторе p ₁ = 0,0045 МПа. Определить, на сколько процентов умень­шается секундный и удельный расходы пара при переходе на новые парамет­ры, если внутренний относительный к. п. д. остается одинаковым и равным µ _oh — 0,74, а механический к. п. д. µ_м = 0,96. Представить тепловой процесс в турбинах в hs-диаграмме.

31. Передача теплоты в котле от дымовых газов к воде происходит через стальную стенку, покрытую слоем сажи. Принимая стенку плоской, опре­делить:

1) коэффициент теплопередачи и поверхностную плотность теплового пото­ка, если δ_ст = 20 мм; λ_ст = 50 Вт/(м . К), а δ_с = 2 мм, λ_с = 0,08Вт/(м • К);

2) температуры на поверхности сажи (t_с ) и на поверхностях стальной стенки (t _ст1 и t_ст2 )°С.

При расчетах принять: температуру дымовых газов t ₁ = 900°С, температуру кипящей воды t ₂ = 170°С, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α₁ = 50 Вт/(м² • К), а от стенки к кипящей воде α₂ = 5000 Вт/(м² • К). Изобразить схематично характер изменения температуры в теплоносителях, разделяющей их стальной стенке и слое сажи.

32. Стальная труба паропровода покрыта слоем теплоизоляции с тепло­проводностью λ_из = 0,07 Вт/(м • К) и толщиной δ_из = 60 мм. Найти суточную потерю теплоты с 1 м длины изолированного паропровода и определить, во сколько раз при наличии изоляции потеря теплоты меньше, чем при неизоли­рованном паропроводе. Определить температуру на наружной поверхности теплоизоляции. При расчете принять следующие исходные данные: d _1тр = 50 мм, d _{2т p} = 60 мм, λ_ст = 50 Вт/(м • К), температура пара t ₁ = 170°С, температура окружающей среды t ₂ = 15°С, коэффициенты теплоотдачи: от пара к стенке α_х = 2000 Вт/(м² • К) и от стенки к окружающей среде α₂ = 10 Вт/(м³ • К).

33. Плоская стальная стенка толщиной δ_СТ = 30 мм с одной стороны по­крыта слоем накипи, толщиной δ_н = 3 мм, а с другой стороны слоем сажи толщиной δ_с = 1,5 мм. Теплопроводность принять: для стали λ_ст = 50 Вт/(м- К), для накипи λ_н = 2,3 Вт/(м • К), для сажи λ_с — 0,08 Вт/(м•К). Температура наружной поверхности сажи t_c = 600°С, а температура наружной поверхности накипи t _н = 120°С. Определить поверхностную плотность теплового потока через стенку, температуры на поверхностях соприкосновения сажи и накипи с металлом. Найти, во сколько раз увеличится поверхностная плотность тепло­вого потока через стенку, если удалить сажу и накипь. Привести графики изменения температур в обоих случаях.

34. Цилиндрическая стальная труба с внутренним диаметром d ₁ = 150 мм и толщиной стенки δ_СТ = 20 мм (λ_сх = 40 Вт/(м • К)) покрыта двухслойной теп­лоизоляцией толщиной δ_из1 = 100 мм (λ_из1 = 0,12 Вт/(м • К)) и δ_из2 = 100 мм (λ_из2 = 0,06 Вт/(м • К)). Найти толщину слоя изоляции δ_нз с теплопроводностью λ_нз = 0,035 Вт/(м • К), которой можно заменить двухслойную изоляцию без изменения теплоизоляционных свойств системы. Показать характер распреде­ления температур в обоих случаях.

35. Воздух с температурой t_в = 140°С и давлением р_в = 0,1 МПа движется по трубе диаметром d = 200 мм со скоростью V = 10 м/с. Температура внут­ренней поверхности стенки трубы t_ст1 = 100°С. Определить суточную потерю теплоты за счет конвективной теплоотдачи трубой длиной 5 м.

36. Определить суточную потерю теплоты за счет теплообмена при сво­бодной конвекции горизонтальной трубой диаметром d = 0,2 м и длиной l = 5 м. Температура на поверхности трубы t ₁ — 100°С, температура окружаю­щего воздуха t ₂ — 20°С и давление р₂ = 0,1 МПа.

37. Определить суммарную часовую потерю теплоты за счет конвективной теплоотдачи и излучения с 1 пог. м горизонтального паропровода диаметром d = 160 мм, если температура наружной поверхности трубы t = 180°С, темпе­ратура воздуха в помещении t_B — 20°С, коэффициент черноты поверхности паропровода ԑ = 0,8. Принять, что площадь поверхности стен помещения m много раз больше площади поверхности паропровода.

38. Из какого материала должен быть изготовлен экран, чтобы при уста­новке его между параллельными пластинами с коэффициентом черноты ԑ₁ =ԑ₂ =0,9 тепловой поток излучением уменьшился в 33 раза? Чему равна в этом случае температура экрана, если температура пластин t ₁ = 300°С и t ₂ = 20°С?

39. Найти расход конденсирующегося пара и площадь поверхности труб­чатого пароводяного подогревателя при следующих условиях: давление сухого насыщенного пара, конденсирующегося на внешней поверхности труб, р = 0,2 МПа; текущая по трубам вода нагревается от °С до t ”₂ = 100°С; расход воды m_t = 3 кг/с; средний коэффициент теплопередачи К = 2800 Вт/(м² * К). При расчетах теплоемкость воды принять с_в = 4,19 кДж/(кг • К). Изобразить схематично график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена.

40. Определить поверхности нагрева для трубчатых прямоточного и про-тивоточного водонагревателей, обогреваемых дымовыми газами. Для расчета принять: температуры дымовых газов до и после подогревателя = 300°С и t ”₁ — 200°С; температуру воды, поступающей в подогреватель, t '₂ = 10°С, а выходящей из него — t”₂ = 80°С. Секундный расход воды т _t = 5 кг/с, теп­лоемкость воды с_в = 4,19 кДж/(кг • К), коэффициент теплопередачи от дымо­вых газов к воде К= 15 Вт/(м² • К). Изобразить схематично график измене­ния температур рабочих жидкостей вдоль поверхности нагрева для схемы „прямоток" и „противоток".

ВОПРОСЫ

1. Почему нельзя представить необратимый процесс изменения состояния рабочего тела в координатах pv и Ts ?

2. Какие условия необходимо соблюдать, чтобы термодинамический про­цесс был обратимым? что является причиной необратимости реальных термодинамических процессов ?

3. Почему внутреннюю энергию, энтальпию и энтропию рабочего тела на­зывают параметрами или функциями состояния, а теплоту и работу — функ­циями процесса?

4. В чем отличие записи уравнения первого закона термодинамики для цикла (кругового процесса) и для отдельного произвольного процесса изме­нения состояния рабочего тела?

5. Почему в диапазоне температур T_max и T_mhn не существует термодина­мического цикла с термическим к. п. д. большим, чем у цикла Карно?

6. В чем сущность второго закона термодинамики? Покажите его дей­ствие на примере любого известного вам теплового двигателя. В чем разница математической записи второго закона термодинамики для обратимого и необ­ратимого процессов?

7. Как доказать, что в рv-диаграмме адиабатный процесс расширения 1 кг идеального газа идет более круто, чем изотермический, считая, что на­чальное состояние газа в обоих случаях одинаково?

8. Пользуясь уравнениями первого закона термодинамики для потока и для закрытой системы, покажите, за счет чего совершаются все виды работы ра­бочего тела в потоке.

9. Покажите, что изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы являются частными случаями политропного процесса?

10. Как будет изменяться энтропия каждого из тел в изолированной си­стеме, состоящей из теплоотдатчика, теплоприемника и тепловой машины, ко­торая работает по циклу Карно, полагая, что все процессы в системе обра­тимы?

11. Что такое влажный воздух? какой влажный воздух называется насы­щенным и какой ненасыщенным? чему равны при этих состояниях влажного воздуха парциальное давление и температура пара?

12. Что называется абсолютной и относительной влажностью воздуха? Какую температуру называют температурой точки росы? что такое влагосодержание воздуха и как оно определяется?

13. Для чего применяется сопло Лаваля? Изобразите схематически это сопло. Как меняются вдоль сопла давление и скорость газа?

14. Изобразите тепловой процесс в сопле Лаваля в ts-диаграмме. При­ведите уравнения для определения теоретической и действительной скоростей истечения.

15. Приведите определения следующих процессов и понятий: парообра­зование, конденсация, испарение, кипение, насыщенный пар, влажный и сухой насыщенный пар, перегретый пар.

16. Изобразите на диаграммах pv , Ts и hs изохорный и изотермический процессы превращения влажного насыщенного водяного пара в перегретый. Дайте краткие пояснения.

17. Как с помощью формул и таблиц воды и водяного пара по заданной величине температуры и степени сухости пара определить давление, удельные объем, энтальпию, энтропию и внутреннюю энергию влажного насыщенного пара? Назовите входящие в формулы величины и в каких единицах они вы­ражаются.

18. Изобразите на диаграммах pv , Ts и hs обратимый адиабатный процесс расширения перегретого водяного пара до состояния влажного насыщенного пара. Дайте необходимые пояснения.

19. Изобразите на диаграммах pv , Ts и hs изобарный процесс превраще­ния влажного насыщенного водяного пара в перегретый и обратимый адиабат­ный процесс сжатия влажного насыщенного водяного пара до состояния пере­гретого пара. Дайте необходимые пояснения.

20. Изобразите диаграммы pv и Ts для водяного пара и объясните ха­рактерные области, линии и точки, нанесенные на них. Что называется удель­ной теплотой парообразования? может ли теплота парообразования равняться нулю?

21. Изобразите теоретическую индикаторную диаграмму поршневого комп­рессора для случаев изотермического и адиабатного сжатия. Покажите на ней площади, которыми изображаются работы наполнения, сжатия и вытал­кивания. В каком случае работа сжатия больше? для чего применяется охлаж­дение компрессора?

22. Как определяется термический к. п. д. идеального цикла поршневых дви­гателей внутреннего сгорания с изохорным и изобарным подводами теплоты? какой из этих к. п. д. при одинаковых максимальных и минимальных темпе­ратурах в циклах больше и почему?

23. Как влияют в цикле Ренкина давление и температура пара на вход в турбину, а также давление в конденсаторе на величину термического к. н.д. цикла? Для объяснения используйте схемы, изображенные в диаграмме hs .

24. Изобразите схему паровой компрессорной холодильной установки. Опе­шите кратко принцип ее работы. Изобразите идеальный цикл работы уста­новки в диаграмме Ts , Чем отличаются паровые компрессорные установки от абсорбционных?

25. Изобразите схему газотурбинной установки с изобарным подводом теплоты и ее цикл в координатах pv и Ts . Дайте краткие пояснения. Назовите основные методы повышения термического к. п. д. газотурбинной установки.

26. Приведите принципиальную схему паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, и изобразите цикл работы в координатах pv и Ts .

27. Изобразите схему двухконтурной атомной теплоэнергетической уста­новки и объясните принцип ее действия. В чем состоят принципиальные отли­чия этой установки от обычных паросиловых установок?

28. Что называется теплофикацией? в чем ее преимущества перед раз­дельной выработкой тепловой и электрической энергии? каким параметром оце­нивают экономичность теплоэлектроцентрали?

29. Чем вызвано создание поршневых двигателей внутреннего сгорания со смешанным подводом теплоты? Изобразите идеальный цикл такого двигателя в диаграммах pv и Ts . Напишите формулу для определения термического к. п. д. этого цикла. Дайте необходимые пояснения.

30. Для чего в паросиловой установке, работающей по циклу Ренкина, применяется вторичный перегрев пара? Изобразите цикл такой установки в диа­грамме hs . Дайте краткие пояснения.

31. Сформулируйте основной закон теплопроводности (закон Фурье) и при­ведите его математическое выражение. Объясните физический смысл знака «минус». Что такое тепловой поток и поверхностная плотность теплового по­тока?

32. Приведите уравнения для поверхностной плотности теплового потока при стационарном распространении теплоты теплопроводностью через трех­слойную плоскую стенку. Как определяются температуры между слоями? По­кажите распределение температур в этой стенке.

33. В чем состоит разница между линейной и поверхностной плотностями теплового потока при стационарном распространении теплоты теплопровод­ностью через двухслойную цилиндрическую стенку? как определяется темпе­ратура между слоями? Покажите распределение температур в этой стенке.

34. В чем разница между линейной и поверхностной плотностями теплово­го потока при стационарной теплопередаче сквозь цилиндрическую стенку? Что такое граничные условия третьего рода? Покажите характер распределения температур в теплоносителях и разделяющей их стенке.

35. Что такое критериальное уравнение (уравнение подобия) и для чего его применяют? какие теоретические положения лежат в его основе? почему это уравнение называется полуэмпирическим?

36. Объясните характер и причины изменения коэффициента теплоотдачи для случаев нагрева и охлаждения жидкости при свободной конвекции вдоль вертикальной трубы, расположенной в пространстве неограниченного объема. Как это обстоятельство учитывается в критериальном уравнении?

37. Какие особенности теплоотдачи имеют место при кипении жидкости и конденсации пара? что такое критический коэффициент теплоотдачи? какие факторы и как влияют на теплообмен при конденсации?

38. Покажите характер изменения температур рабочих жидкостей при дви­жении их вдоль поверхности нагрева для прямотока и противотока. В каком случае поверхность рекуперативного теплообменника будет меньше и почему?

39. В чем различие излучения газов от излучения твердых тел? возможно ли с помощью одного экрана уменьшить теплообмен в несколько раз?

40. В каких случаях можно применять среднеарифметический температур­ный напор, а в каких нужно применять среднелогарифмический? в чем осо­бенность среднелогарифмического температурного напора при конденсации и ис­парении жидкости?

Методические указания к выполнению задания 2

1. Перед выполнением задания 2 студент-заочник должен озна­комиться с методикой решения аналогичных задач по примерам, приведенным в сборнике задач [5].

2. При решении задач 8, 9, 10, посвященных топливу, значения энталь­пии углекислоты , азота , водяных паров и воздуха следует брать из приложения 1 сборника задач [5].

3. При решении задач 14—20_: посвященных котельным установкам, могут возникнуть затруднения, связанные с вычислением величин энтальпии пара и воды. Необходимо знать, что энтальпия перегретого пара (h_п.п ) определяется по h-s-диаграмме или по таблицам перегретого пара по известным величинам давления и температуры перегретого пара. Энтальпия котловой (кипящей) воды (/_к.в ) находится по таблицам сухого насыщенного пара и воды (величина h') по заданному давлению в котельном агрегате, а энтальпия питательной воды (h_п.в ) по заданной температуре воды.

4. В задачах 21—25 величины мощности и расхода пара паровых турбин с отбором пара вычисляют по формуле

Энтальпия пара, поступающего из отбора (h_п ), и энтальпия пара в конденса­торе (/_к ) определяются по формулам

Энтальпия пара при начальных параметрах пара (/₀ ) находится по /s-диаграм­ме. Энтальпии пара при адиабатном расширении пара от начального состоя­ния до давления в отборе турбины (h_па ) и от давления отбора до давления в конденсаторе определяются по hs-диаграмме по заданным величинам давле­ний в отборе (р_п ) и конденсаторе (р_к ).

5. При решении задач 26 — 30, посвященных конденсаторам паровых турбин, энтальпия конденсатора (h' _к ) и температура насыщенного пара нахо­дятся по таблицам сухого насыщенного пара и воды по заданному давлению ;пара в конденсаторе.

Задание 2

ЗАДАЧИ

1. Определить высшую теплоту сгорания рабочей массы, приведенную влажность, приведенную зольность и тепловой эквивалент бурого угля марки БЗ, если состав его горючей массы: С^г — 71,1%, Н^г = 5,3%, S^г _л = 1,9%, N^r =1,7%, О^г =20%, зольность по сухой массе A^с = 36% и влажность рабочая W^P = 18%.

2. В топке котла сжигается смесь, состоящая из 800 кг каменного угля марки Д состава: C₁ ^p = 58,7%. Н₁ ^Р = 4,2%, (S^p _л )₁ = 0,3%, N₁ ^p = 1,9%, O₁ ^p =9,7%, A₁ ^p =13,2%, W₁ ^p = 12% и 1200 кг каменного угля марки Г состава: C₂ ^p = 66,0%, Н₂ ^Р = 4,7%, S₂ ^P =0,5%, N₂ ^p = 1,8%, O₂ ^p = 7,5%, А₂ ^p = 11%, W₂ ^p = 8,5%. Определить состав рабочей массы и низшую теплоту сгорания смеси.

3. Для котельной, в которой установлены котлы с различными топками, подвезено 60 • 10³ кг каменного угля марки Д состава: C₁ ^p = 49,3%, Н₁ ^p = 3,6%, S₁ ^p = 3,0%, N₁ ^p = 1,0%, O₁ ^p = 8,3%, A₁ ^p = 21,8%. W₁ ^Р = 13% и 54 • 10³ кг ка­менного угля марки А состава: C₂ ^p = 63,8%, Н₂ ^Р = l,2%, S₂ ^p _л = 1,7%, N₂ ^p = 0,6%, O₂ ^p = 1,3%, A₂ ^p = 22,9%, W₂ ^p = 8,5%. Определить, на какой проме­жуток времени хватит этих запасов топлива, если известно, что топки, рабо­тающие на угле марки Д, расходуют 2,5 • 10³ кг/ч условного топлива, а топки, работающие на угле марки А, расходуют 2,1 • 10³ кг/ч условного топлива.

4. В топке котла сжигается 600 м³ природного газа состава: СН₄ — 94,1%, С₂ Н₆ = 3,1%, С₃ Н₈ = 0,6%, С₄ Н₁₀ = 0,2%, С₅ Н₁₂ = 0,8%, N₂ = 1,2%, Опреде­лить объем ' продуктов полного сгорания газа при коэффициенте избытка

воздуха в топке α_т = 1,15.

5. Определить объем сухих газов и содержание в них С0₂ и S0₂ , обра­зующихся при полном сгорании 1 кг каменного угля марки К состава: C^P = 54,7%, H^P = 3,3%, S^p _л = 0,8%. N^p = 0,8%, О^Р = 4,8%, А^Р = 27,6%, W^P = = 8,0%. Коэффициент избытка воздуха в топке α_т = 1,3.

6. В топке котла сжигается 2 • 10³ кг малосернистого мазута состава: C^P = 84,65 %. H^P = 11.7 %, S^p _л = 0,3 %, O^P = 0,3 % , А^Р = 0,05 %, W^P = 3 %. Определить объем продуктов полного сгорания мазута при коэффициенте избытка воздуха в топке α_т = 1,15.

7. Определить объем двух- и трехатомных газов и содержание в них СО₂ и SО₂ , образующихся при полном сгорании 1 кг каменного угля марки Г состава: C^P = 49,8%, H^P = 3,2%, S^p _л = 0,4%, N^P = 0,8%, O^P = 6,3%, А^Р = = 34%, W^P = 5,5%. Коэффициент избытка воздуха в топке α_т = 1,3.

8. Определить энтальпию продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха а_т = 1, образовавшихся при полном сгорании 1 м³ природного газа состава: СН₄ = 98,9% , С₂ Н₆ = 0,3% , С₃ Н₈ = 0,1 % , С₄ Н₁₀ = 0,1 % , N₂ = 0,4%, СО₂ = 0,2%, если известно, что температура газов на выходе из топки t = 1000°С.

9. Определить энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки, полу­чаемых при полном сгорании 1 кг каменного угля марки Д состава: C^P = 58,7%, H^P = 4,2%, S^p _л = 0,3%, N^P = 1,9%, O^P = 9,7%, А^р = 13,2%, W^P = = 12%, если известно, что температура газов на выходе из топки ϑ = 1100°С. Коэффициент избытка воздуха в топке α_Т = 1,3.

10. Определить энтальпию продуктов сгорания на выходе из топки, по­лучаемых при полном сгорании 1 кг высокосернистого мазута состава: C^P = 83%, H^P = 10,4%, S^p _л = 2,8%, O^P = 0,7%, А^р = 0,1%, W^P = 3%, если извест­но, что температура газов на выходе из топки ϑ = 1000°С. Коэффициент избытка воздуха в топке α_T = 1,15.

11. В топкe котла сжигается природный газ состава: СН₄ = 98,2%, С₂ Н₆ =0,4%, С₃ Н₈ = 0,1%, С₄ Н₁₀ =0,1%, N₂ = 1,0%, СО₂ = 0,2%. Определить (в %) потерю теплоты с уходящими из котлоагрегата газами, если известны коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом α_ух = 1,35, температура уходящих газов на выходе из последнего газохода ϑ= 170°С, температура воздуха в котельной t_в = 30⁰ С и объемная теплоемкость воздуха С'_в = 1,297 кДж/(м³ • К).

12. В топке котла сжигается уголь марки Б2 состава: C^P = 28,7%, H^P = 2,2%, S^p _л = 2,7%, N^P = 0,5%, O^P = 8,6%, A^Р = 25,2%, W^P = 32%. Опреде­лить (в кДж/кг и %) потери теплоты с уходящими газами из котлоагрегата, если известны коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом α_ух = 1,5, темпера­тура уходящих газов на выходе из последнего газохода ϑ = 170°С, темпера­тура воздуха в котельной t_в = 30°С, объемная теплоемкость воздуха С'_в = = 1,297 кДж/(м³ • К) и потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива q₄ = 4%.

13. Определить, на сколько процентов уменьшится потеря теплоты с уходящими из котельного агрегата газами при снижении температуры уходящих газов ϑ со 170 до 155°С, если известны коэффициент избытка воздуха за котлоагрегатом α_ух = 1,45, объем уходящих газов на выходе из последнего газохода v _{г. ух} = 8,62 м³ /кг, средняя объемная теплоемкость газов С'_г = 1,415 кДж/(м³ • К), температура воздуха в котельной t_в = З0⁰ С, объемная теплоем­кость воздуха С'_в = 1,297 кДж/(м³ •К) и потеря теплоты от механической не­полноты сгорания топлива q₄ = 4%.Котельный агрегат работает на каменном угле марки К состава: C^P = 54,7% , H^P = 3,3% , S^p _л = 0,8%, N^P = 0,8%, O^P = 4,8%, А^Р = 27,6%, W^P = 8 %.

14. В топке котельного агрегата паропроизводительностыо D = 5,6 кг/с сжигается бурый уголь марки ЕЗ состава: C^P = 37,3%, H^P = 2,8%, S^p _л = 1,0%, N^P = 0,9%, O^P =10,5%, A^Р = 29,5%, W^P =18%. Определить экономию услов­ного топлива (в %), получаемую за счет предварительного подогрева конден­сата, идущего на питание котлоагрегатов, в регенеративных подогревателях, если известны давление перегретого пара p_п.п = 1,4 МПа, температура пере­гретого пара t _п.п =275°С, температура конденсата t_K = 32°С, температура питательной воды t _{п. в} = 100°С, к. п. д. котлоагрегата брутто η^бр _ка = 86%, вели­чина непрерывной продувки р = 3% и физическая теплота топлива Q_т.г = 42 кДж/кг.

15. Определить к. п. д. брутто котельного агрегата, работающего на малосернистом мазуте состава: C^P = 84,65%, H^P =11,7%, S^P = 0,3%, O^P = 0,3%, А^Р = 0,05%, W^P = 3%, если известны расход условного топлива В_у =1,4 кг/с, паропроизводительность котельного агрегата D = 13,9 кг/с, давле­ние перегретого пара р_{п. п} =4 МПа, температура перегретого пара t _п.п =450°С, температура питательной воды t _п.в = 150°С и величина непрерывной продувки р = 4%.

16. В топке котельного агрегата паропроизводительностыо D = 5,56 кг/с сжигается каменный уголь марки Г. Состав его горючей массы: С^г = 77%, Н^г =5,7%, 5д = 9,7%, N^r =1,3%, О^г = 6,3%, зольность по сухой массе А^с =33% и влажность рабочая W_p = 6%. Определить расчетный расход топлива и расход условного топлива, если известны к. п. д. котлоагрегата η^бр _ка = 89%, давление перегретого пара Р_{п п} = 4 МПа, температура перегретого пара t_п.п =440°С, температура питательной воды t_п.в =145°С, величина непрерывной продувки р = 4% и потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива q₄ = 4%.

17. В топке котельного агрегата паропроизводительностыо D = 5,45 кг/с сжигается малосернистый мазут состава: C^P = 84,65%, H^P =11,7%, S^р _л = 0,3%, O^P = 0,3%, А^Р = 0,05%, W^P = 3%. Определить (в %) экономию топлива, полу­чаемую за счет предварительного подогрева конденсата, идущего на питание котлоагрегатов в регенеративных подогревателях, если известны давление перегретого пара р_п.п =1,4 МПа, температура перегретого пара t _{п. п} =250°С, температура конденсата t_K = 32°С, температура питательной воды t _п.в =100°С, к. п. д. котлоагрегата брутто η^бр _ка =89%, величина непрерывной продувки p = 4%, температура подогрева мазута t_T = 90°С и теплоемкость мазута С^р _т = 1,97 кДж/(кг • К).

18. Определить площадь колосниковой решетки, объем топочного про­странства и к. п. д. топки котельного агрегата паропроизводительностыо D = 5,9 кг/с, работающего на буром угле марки Б2 состава: C^P = 28,7%, H^P = 2,2%, S^р _л = 2,7%, N^P = 0,6%, О^Р = 8,6%, А^Р = 25,2%, W^P = 32%, если известны температура топлива на входе в топку t_т = 20^С С, теплоемкость рабочей массы топлива C^р _т =2,1кДж/(кг • К), давление перегретого пара р_п.п =4 МПа, температура перегретого пара t_п.п =450°С, температура пита­тельной воды t _п.в = 150°С, величина непрерывной продувки и = 4%, к. п. д. котлоагрегата брутто η^бр _ка = 87%, тепловое напряжение площади колосниковой решетки qR = 1150 кВт/м² , тепловое напряжение топочного объема q_v = 400 кВт/м³ , потеря теплоты от химической неполноты сгорания топлива q₃ = 0,8% и потеря теплоты от механической неполноты сгорания топлива q₄ = 4%.

19. В топке котельного агрегата паропроизводительностью D = 7,05 кг/с сжигается природный газ состава: СН₄ = 84,5%, С₂ Н₆ = 3,8%, С₃ Н₈ = 1,9%, C₄ H₁₀ = 0,9%, С₅ Н₁₂ = 0,3%, N₂ = 7,8%, СО₂ = 0,8%. Определить объем то­почного пространства и коэффициент полезного действия топки, если известны давление перегретого пара р_цп = 1,4 МПа, температура перегретого пара t_п.п =250°С, температура питательной воды t _п.в = 100°С, величина непрерыв­ной продувки p = 3%, к. п. д. котлоагрегата брутто η^бр _ка ⁼ 90%, тепловое напряжение топочного объема q_v = 350 кВт/м³ , потери теплоты от химической неполноты сгорания топлива Q₃ =60 кДж/м³ и от механической неполноты сгорания топлива Q₄ = 180 кДж/м³ .

20. Определить к. п. д. брутто котельного агрегата, работающего на при­родном газе состава: СН₄ = 98,9%, С₂ Н₆ = 0,3%; С₃ Н₈ = 0,1%; С₄ Н₁₀ = 0,1%, N₂ =0,4%, СО₂ = 0,2%, если известны расход натурального топлива В = 0,36 м³ /с, паропроизводительность котельного агрегата D = 4,2 кг/с, давление перегретого пара р_{п п} = 4 МПа, температура перегретого пара t_п.п = 430°С, температура питательной воды t _{п. в} = 145°С, величина непрерывной продувки p = 4% и теплота, вносимая в топку с воздухом, Q_в.вн =2000 кДж/м³ .

21. Конденсационная турбина, работающая при начальных параметрах пара р₀ = 4 МПа, t₀ = 425°С и давлении пара в конденсаторе р_к = 4 кПа, имеет один промежуточный отбор пара при давлении р_п = 0,4 МПа. Определить эффективную мощность турбины, если известны расход пара D = 10 кг/с, внутренний относительный к. п. д. части высокого давления (до отбора) η' _oh = 0,74, внутренний относительный к. п. д. части низкого давления (после отбора) η”_oh = 0,76, механический к. п. д. турбины η_м = 0,98 и доля расхода пара, отбираемого из промежуточного отбора на производстве, α_п = 0,6. Изо­бразить процесс расширения пара в турбине в hs-диаграмме.

22. Турбина с регулируемым производственным отбором пара, работающая при начальных параметрах пара р₀ = 3,5 МПа, t ₀ = 435°С и давлении пара в конденсаторе р_к = 4 кПа, обеспечивает величину отбора пара D_n = 8 кг/с при давлении р_п = 0,2 МПа. Определить эффективную мощность турбины, если известны расход пара D_n = 16 кг/с, внутренний относительный к. п. д. част и высокого давления (до отбора) η' _oh = 0,74, относительный внутренний к. п. д. части] низкого давления (после отбора) η”_oh =0,75 и механический к. п. д. турбины η_м = 0,98. Изобразить процесс расширения пара в турбине в hs-ди­аграмме.

23. Конденсационная турбина, работающая при начальных параметрах пара р_о = 3,5 МПа, t ₀ = 430C и давлении пара в конденсаторе р_к = 5 кПа, имеет один промежуточный отбор пара при давлении р_п = 0,4 МПа. Опреде­лить расход пара на турбину, если известны электрическая мощность турбо­генератора N₃ = 10 000 кВт, внутренний относительный к. п. д. части высокого давления (до отбора) η' _oh = 0,74, внутренний относительный к. п. д. части низкого давления (после отбора) η”_oh = 0,75, механический к. п. д. турбины η_м = 0,97, к. п. д. электрического генератора η_г = 0,98 и доля расхода пара, отбираемого из промежуточного отбора на производство, α_п = 0,5. Изобразить процесс расширения пара в турбине в hs-диаграмме.

24. Турбина с регулируемым производственным отбором пара, работающая при начальных параметрах пара р₀ = 4МПа, t ₀ = 430°С и давлении пара в конденсаторе р_к = 4 кПа, обеспечивает величину отбора пара D_n = 4,5 кг/с при давлении р_п = 0,4 МПа. Определить секундный и удельный эффективный расход пара на турбину, если известны мощность, турбины N_e = 7500 кВт, внутренний относительный к. п. д. части высокого давления (до отбора) η' _oh = 0,8, внутренний относительный к. п. д. части низкого давления (после отбо­ра η”_oh = 0,81 и механический к. п. д. турбины η_м = 0,98. Изобразить процесс расширения пара в турбине в hs-диаграмме.

25. Конденсационная турбина, работающая при начальных параметрах пара р₀ = 3 МПа, t ₀ = 400°С, давлении пара в конденсаторе р_к = 4 кПа, имеет один промежуточный отбор пара при давлении p_п = 0,4 МПа. Определить электрическую мощность турбогенератора и эффективную мощность турбины* если известны расход пара D _п =6 кг/с, внутренний относительный к. п. д. части высокого давления (до отбора) η' _oh = 0,78, внутренний относительный к. п. д. части низкого давления (после отбора) η”_oh = 0,79, механический к. п. д. турбины η_м = 0,98, к. п. д. электрического генератора η_г = 0,98 и доля расхо­да пара, отбираемого из промежуточного отбора на производство, α_п = 0,55. Изобразить процесс расширения пара в турбине в hs-диаграмме.

26. Конденсационная турбина эффективной мощностью N_e = 6000 кВт с удельным расходом пара d_e = 4,6 кг/(кВт • ч), работающая при начальных параметрах пара р₀ = 3,5 МПа, t ₀ = 350°С и давлении пара в конденсаторе р_к = 4 кПа, имеет один промежуточный отбор пара при давлении р_п =0,3 МПа. Определить количество охлаждающей воды для конденсатора турбины, если известны внутренний относительный к. п. д. части высокого давления (до отбора) η' _oh = 0,73, внутренний относительный к. п. д. части низкого дав­ления (после отбора) η”_oh = 0,75, температура охлаждающей воды на входе в конденсатор t '_в = 10°С и температура охлаждающей воды на выходе из кон­денсатора t "_в =22°С. Изобразить процесс расширения пара в турбине в hs - диаграмме.

27. Конденсационная турбина, работающая при начальных параметрах пара р₀ = 3 МПа, t ₀₌ 380°С и давлении пара в конденсаторе р_к =4 кПа, имеет один промежуточный отбор пара при давлении р_п = 0,4 МПа. Опреде­лить поверхность охлаждения конденсатора турбины, если известны внутрен­ний относительный к. п. д. части высокого давления (до отбора) η' _oh = 0,74, внутренний относительный к. п. д. части низкого давления (после отбора) η”_oh = 0,77, количество конденсирующего пара D_k = 8 кг/с, средний темпера­турный напор в конденсаторе Δt_ср =10°С и коэффициент теплопередачи k = 4 кВт/(м² • К). Изобразить процесс расширения пара в турбине в hs-диаг­рамме.

28. Конденсационная турбина с одним промежуточным отбором пара при давлении р_п = 0,5 МПа работает при начальных параметрах пара р₀ = 3,4 МПа, t ₀ =435°С и давлении пара в конденсаторе р_к = 4 кПа. Определить количество охлаждающей воды для конденсатора турбины, если известны внутренний относительный к. п. д. части высокого давления (до отбора) η' _oh = = 0,73, внутренний относительный к. п. д. части низкого давления (после от­бора) η”_oh = 0,74, температура охлаждающей воды на входе в конденсатор t ' _B = 12°С, температура охлаждающей воды на выходе из конденсатора t”_в = 23°С и количество конденсирующегося пара D_K =6кг/с. Изобразить процесс рас­ширения пара в турбине в hs-диаграмме.

29. Конденсационная турбина с одним промежуточным отбором пара при давлении р_п = 0,5 МПа работает при начальных параметрах пара р₀ = 5 МПа, t ₀ =460°С и давлении пара в конденсаторе р_к = 5 кПа. Определить поверх­ности охлаждения конденсатора турбины, если известны внутренний относи­тельный к. п. д. части высокого давления (до отбора) η' _oh = 0,75, внутренний относительный к. п. д. части низкого давления (после отбора) η”_oh = 0,77, эф­фективная мощность турбины N_e = 5000 кВт, удельный расход пара на турби­ну d_e =4,5 кг/(кВт ч), средний температурный напор в конденсаторе Δt_{c р} = 10°С и коэффициент теплопередачи k =4 кВт/(м² • К). Изобразить процесс расширения пара в турбине в hs-диаграмме.

30. Конденсационная турбина эффективной мощностью N_e =8000 кВт с удельным расходом пара d_e = 5,5 кг/(кВт,- ч), работающая при начальных параметрах пара р₀ = 4 МПа, t ₀ = 425°С и давлении пара в конденсаторе р _k =4 кПа, имеет один промежуточный отбор пара при давлении р_п = 0,4 МПа. Определить количество теплоты, отдаваемой конденсирующимся паром в кон­денсаторе, если известны внутренний относительный к. п. д. части высокого давления (до отбора) η' _oh = 0,74, внутренний относительный к. п. д. части низ­кого давления (после отбора) η”_oh = 0,75. Изобразить процесс расширения па­ра в турбине в hs-диаграмме.

ВОПРОСЫ

1. Составы твердого, жидкого и газообразного топлива. Какие элементы топлива являются горючими, а какие внутренним и внешним балластом?

2. Какие элементы входят в состав рабочей, горючей и сухой массы топ­лива? как определить состав рабочей массы топлива, зная состав горючей массы?

3. Какие газы содержатся в продуктах полного и неполного сгорания топ­лива?

4. Что такое теоретическое количество воздуха, необходимое для полного сгорания топлива и как его определяют? что называют коэффициентом избыт­ка воздуха? каковы его значения для различных видов топлива?

5. Как определяется энтальпия продуктов сгорания и воздуха?

6. Изобразите hϑ-диаграмму и опишите ее назначение, методику построе­ния и пользования.

7. Что такое приведенная влажность Wⁿ , приведенная зольность А^п и теп­ловой эквивалент топлива и как они определяются? при каких значениях Wⁿ и A ^п топлива считаются маловлажными и малозольными?

8. Что называют теплотой сгорания топлива? как определяют теплоту сго­рания топлива экспериментальным путем? зависит ли значение теплоты сгора­ния топлива от его состава?

9. Что называют высшей и низшей теплотой сгорания топлива? как опре­делить значение низшей теплоты сгорания для твердого, жидкого и газообраз­ного топлива аналитическим путем? Как по известному значению высшей теплоты сгорания определить значение низшей теплоты сгорания топлива?

10. Что называют теоретической температурой горения топлива и как она определяется?

11. Приведите уравнение теплового баланса котельного агрегата и объяс­ните, как определяют составляющие теплового баланса.

12. Как определяют расход натурального топлива и расчетный расход топ­лива в котельном агрегате?

13. Что называется полезно использованной теплотой и коэффициентом по­лезного действия котельного агрегата?

14. Изобразите схему котельного агрегата с естественной циркуляцией

воды и приведите ее краткое описание.

15. Тепловые характеристики слоевых и камерных топок и их опреде­ление.

16. Потеря теплоты с уходящими из котельного агрегата газами, ее опре­деление. Основные меры по ее уменьшению.

17. Приведите схемы и краткие характеристики слоевого, факельного и вих­ревого способов сжигания топлива.

18. Какова сущность процесса естественной циркуляции воды в паровых котлах? в чем различие между котлами с естественной циркуляцией и прямо­точными котлами?

19. Опишите назначение, устройство и принцип действия пароперегревате­ля и воздухоподогревателя. Как определяют количество теплоты, воспринятой паром в пароперегревателе?

20. Опишите назначение, устройство и принцип действия водяного эконо­майзера. Как определяют количество теплоты, воспринятой водой в экономай­зере? в чем разница между кипящим и некипящим водяными экономайзерами?

21. Изобразите схему одноступенчатой активной паровой турбины. Опи­шите ее устройство и принцип действия. Изобразите графики изменения дав­ления, абсолютной скорости и энтальпии пара в ступени активной турбины?

22. Изобразите схему одноступенчатой реактивной паровой турбины. Опи­шите ее устройство и принцип действия. Изобразите графики изменения дав­ления, абсолютной скорости и энтальпии пара в ступени реактивной турбины.

23. Какими коэффициентами полезного действия характеризуется работа паровой турбины и как их определяют? Kаковы их примерные числовые зна­чения?

24. Изобразите схему поверхностного конденсатора паровой турбины. Опи­шите его назначение, устройство и принцип действия.

25. Приведите уравнение теплового баланса конденсатора паровой турби­ны и определите из него количество охлаждающей воды и кратность охлаж­дения,

26. Изобразите в рv-диаграмме действительный процесс расширения пара в одноступенчатой реактивной паровой турбине и опишите принцип ее дей­ствия. Что называется степенью реактивности ступени турбины?

27. Изобразите в ts-диаграмме действительный процесс расширения пара в многоступенчатой активно-реактивной паровой турбине и опишите принцип ее действия. Изобразите графики изменения давления и абсолютной скорости пара в двух ступенях турбин.

28. Изобразите в hs- диаграмме действительный процесс расширения пара в многоступенчатой активной паровой турбине со ступенями скорости и дав­ления и опишите принцип ее действия. Изобразите график изменения давления и абсолютной скорости пара в двух ступенях турбины.

29. Что называют эффективной мощностью и удельным эффективным рас­ходом пара паровой турбины? как их определяют? Приведите формулу для определения секундного расхода пара на конденсационную турбину с отбором пара.

30. Опишите существующие способы регулирования мощности паровых турбин. Изобразите схему соплового регулирования мощности паровых турбин и приведите ее описание.

31. Изобразите схему газотурбинной установки со сгоранием топлива при постоянном давлении и опишите ее устройство и принцип действия. Что назы­вают эффективной и внутренней мощностями газотурбинной установки и как их определяют?

32. Изобразите схему газотурбинной установки с регенерацией теплоты и опишите ее устройство и принцип действия. Что называют степенью реге­нерации газотурбинной установки и как ее определяют?

33. Изобразите схему газотурбинной установки с промежуточным подводом и отводом теплоты и опишите ее устройство и принцип действия.

34. Какими коэффициентами полезного действия характеризуется работа газотурбинной установки и как их определяют? каковы их примерные зна­чения?

35. Изобразите в ts-координатах теоретический и действительный рабочие процессы одноступенчатого поршневого компрессора и объясните, почему дей­ствительная производительность компрессора меньше теоретической.

36. Изобразите схему центробежного вентилятора и опишите его устрой­ство и принцип действия. Что называют теоретическим и действительным на­пором, развиваемым вентилятором, и как его определяют?

37. Изобразите принципиальную схему конденсационной электростанции (КЭС) и опишите ее устройство и принцип действия. Что называют удельным расходом условного топлива на КЭС на выработку 1 кВт-ч электроэнергии и как его определяют?

38. Какими коэффициентами полезного действия характеризуется эконо­мичность конденсационной электростанции (КЭС) и как их определяют? ка­ковы их примерные числовые значения?

39. Изобразите принципиальную схему теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) и опи­шите ее устройство и принцип действия. Как определяют удельные расходы условного топлива на ТЭЦ на выработку 1 кВт-ч электроэнергии и 1 МДж теплоты?