Шифр 12. Газовая смесь охлаждается от температуры до температуры (давление )

  • ID: 43785 
  • 16 страниц
x

Часть текста скрыта. После покупки Вы получаете полную версию

Фрагмент работы:

Шифр 12. Газовая смесь охлаждается от температуры до температуры (…

Контрольная работа №1. Вариант 12

ЗАДАЧА 1. Газовая смесь охлаждается от температуры t1 до температуры t2 (давление...). Объемный расход смеси при начальных условиях - V.

Определить массовый состав и расход смеси, ее среднюю молекулярную массу и газовую постоянную, плотность и удельный объем при постоянном давлении в интервале температур... и количество теплоты, отданное смесью при охлаждении от t1 до t2.

Дано:

РЕШЕНИЕ:

Заносим в таблицу значения объемных долей..., молекулярные массы газов... и изобарные объёмные теплоёмкости газов при... и...

Газ............

Углекислый газ... 10 44 1,989 1,737

Кислород... 3 32 1,398 1,335

Азот... 70 28 1,332 1,304

Окись углерода... 15 28 1,343 1,307

Изобарные объёмные теплоёмкости газов... и... при... и... являются справочными данными и выбираются из (Рабиновича О.М.. Сборник по технической термодинамике, М: Машиностроение, 1973г., 344с.)

Определяем объемные теплоемкости смеси в начале и конце охлаждения

Количество тепла, отданное смесью в процессе охлаждения

Молекулярная масса смеси

Определим массовые доли газов в смеси:

Проверка: 0,151+0,033+0,672+0,144=1,0

Газовая постоянная смеси

Удельный объем и плотность смеси при начальных и конечных условиях:

Абсолютная температура газа:

Удельный объем при начальных и конечных условиях:

Плотность смеси при начальных и конечных условиях:

Массовый расход смеси:

ЗАДАЧА 2. Газ с массой G имеет начальные параметры - давление Р1 и температуру t1. После политропного изменения состояния параметры газа стали t2 и Р2пол.

Определить характер процесса (сжатие или расширение), конечную температуру газа t2, показатель политропы n, теплоемкость процесса Сn, работу, теплоту, изменение внутренней энергии и энтропии. Определить эти же параметры (и конечное давление Р2), если изменение состояния происходит: а) по адиабате; б) по изотерме - до того же значения конечного объема V2. Изобразить (без расчета) все процессы в v-P и S-T - диаграммах. Составить сводную таблицу результатов расчета и сделать выводы по полученным данным.

Дано:

Род газа -...(метан)

РЕШЕНИЕ:

1. Начальное состояние газа

Справочные данные выбираем из (Рабиновича О.М.. Сборник по технической термодинамике, М: Машиностроение, 1973г., 344с.)

- газовая постоянная. [Таб. 3, стр. 327]

Абсолютная температура:

Удельный и полный объем газа

- газ сжимается.

2. Изотермический процесс

При изотермическом процессе для начального и конечного состояний газа... справедливо равенство:.... Выражение следует из основного уравнения Менделеева - Клапейрона:....

Давление в конце процесса

Работа, выполненная в процессе сжатия газа

Знак "минус" показывает, что газ сжимается внешними силами. При изотермическом сжатии от газа отводится теплота в количестве, равном затраченной работе сжатия

Температура газа не изменяется, поэтому внутренняя энергия газа также не изменяется...

Изменение энтропии

Теплоемкость процесса..., показатель политропы...

3. Адиабатный процесс сжатия газа

Адиабатный процесс характеризуется уравнением..., где... - показатель адиабаты. В нашем случае... - показатель адиабаты для метана.... Связь между начальными и конечными параметрами процесса... и...:

Из уравнения адиабаты находим конечную температуру...

Конечное давление

Работа сжатия газа

Изменение внутренней энергии

- процесс происходящий без теплообмена с окружающей средой, теплоёмкость процесса...

4. Политропный процесс сжатия газа

Политропный процесс характеризуется уравнением..., где... - показатель политропы.

Запишем известные параметры

Определяем показатель политропы из соотношения между начальными и конечными параметрами процесса... и...:

Конечную температуру газа определяем из соотношения между начальными и конечными параметрами процесса... и...:

Работа процесса сжатия

Мольная изохорная теплоёмкость многоатомных газов

Молярная масса газа...

Массовая изохорная и изобарная теплоёмкости

Изменение внутренней энергии

Количество теплоты отведенной от газа

Изменение энтропии

Результаты расчетов сводим в таблицу

5. Таблица результатов расчетов

Параметр Вид процесса

Изотермический Адиабатный Политропный

1 1,29 0,58

0,83 0,83 0,83

423 423 423

0,264 0,264 0,264

1,68 2,07 1,25

423 519,2 314,3

0,13 0,13 0,13

-155,1 -172,1 -134,2

0 172,1 -141,7

-155,1 0 -275,82

-0,367 0 -0,654

6....

7. Выводы

C выполнением минимальной работы газ сжимают по политропе, однако этот процесс требует отвода большого количества тепла от газа при низкой конечной температуре.

При адиабатном процессе нет теплообмена с окружающей средой, поэтому вся выполненная работа сжатия газа переходит в его внутреннюю энергию и температура газа повышается.

Изотермический процесс по своим параметрам располагается по средине между двумя крайними по затраченной работе сжатия.

ЗАДАЧА 3. Для сушки используется воздух при t1 и относительной влажности ?. Воздух подогревается до t2 и затем подается в сушилку, откуда выходит с температурой t3.

Определить конечное влагосодержание воздуха, расход воздуха и теплоты в сушилке на 1 кг испаренной влаги.

Дано:

РЕШЕНИЕ:

H-d диаграмма берется из любого учебника. С диаграммы снимаются параметры для газа в зависимости от исходных данных варианта, после чего строится на диаграмме процессы 1,2,3 и находятся требуемые неизвестные.

В Hd-диаграмме находим точку 1 на пересечении линий...и определяем начальное влагосодержание... и энтальпию....

Так как подогрев воздуха происходит при неизменном влагосодержании, то проведя линию d = const (вверх из точки 1), находим на пересечении её с линией... точку 2, характеризующую состояние воздуха после подогрева:....

Процесс в сушилке происходит при постоянной энтальпии, поэтому из точки 2 проводим линию... до пересечения ее с изотермою..., где отмечаем точку 3:....... Так как при... невозможно определить влажность по диаграмме.

Изменение влагосодержания на 1 кг сухого воздуха составляет:...

Для испарения одного килограмма влаги... потребуется сухого воздуха...

Расход теплоты на нагрев 1 кг воздуха составляет...

Расход теплоты на 1 кг непареной влаги составляет...

H-d-диаграмма

Контрольная работа №2, вариант 12

ЗАДАЧА 1. Определить средний коэффициент теплоотдачи и тепловой поток к стенке трубы, в которой при давлении Р=... протекает воздух, если известны диаметр трубы d, длина трубы l, массовый расход воздуха G, средняя температура воздуха tвоз. и средняя температура стенки трубы tс.

Дано:

РЕШЕНИЕ:

1) Записываем параметры сухого воздуха при нормальном атмосферном давлении:

Данные берутся из учебника (Рабиновича О.М.. Сборник по технической термодинамике, М: Машиностроение, 1973г., 344с.).

и температуре... - плотность... - теплопроводность...- критерий Прандтля... - кинематическая вязкость.

2) Площадь сечения трубы...

Объемный расход воздуха в трубе...

Скорость течения воздуха в трубе и критерий Рейнольдса

- течение турбулентное, критерий Нуссельта определяем по формуле:

Средний коэффициент теплоотдачи...

Определяем площадь внутренней поверхности трубы и тепловой поток от воздуха к стенке трубы:

3) Скорость протекания воздуха в трубе увеличилась в два раза

- увеличение коэффициента теплоотдачи

4) Диаметр трубы уменьшается в два раза

- увеличение коэффициента теплоотдачи

ЗАДАЧА 2. Определить поверхность нагрева газоводяного рекуперативного теплообменника, работающего по противоточной схеме.

Греющий теплоноситель - дымовые газы с начальной температурой... и конечной.... Расход воды через теплообменник - Gв. Коэффициент теплоотдачи газов к стенке трубы - ?г, от стенки трубы к воде - ?в. Теплообменник выполнен из стальных труб (коэффициент теплопроводности ?=50 Вт/м. К) с наружным диаметром d=50 мм и толщиной стенки ?=4 мм (стенку считать чистой с обеих сторон).

Определить также поверхность теплообмена при выполнении теплообменника по прямоточной схеме и сохранении остальных параметров неизменными.

Для обеих схем движения (прямоточной и противоточной) показать (без расчета) графики изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Указать преимущества противоточной схемы.

Дано:

РЕШЕНИЕ

1. Изображаем график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена

2. Площадь поверхности теплообмена определяем по формуле

Диаметр труб (наружной и внутренней):...

Отношение между диаметрами...Поэтому коэффициент теплопередачи через цилиндрическую стенку определяем по более простой формуле теплопередачи через плоскую стенку:

3. Противоток

Определяем среднелогарифмический температурный напор:

где... - больший и меньший температурный напоры на входе или выходе теплообменника

Площадь поверхности теплообмена

Прямоток

Преимущество противопоточной схемы в том, что за счет большего температурного напора она требует меньшей поверхности теплообмена, что экономически и технически выгодно.

ЗАДАЧА 3. В хлебопекарной печи размером АхВхС (м) температура газов t2 0С. В газах содержится по объему СО2 (%) и водяного пара Н2О (%).

Определить количество теплоты, излучаемой газами к поверхности хлеба на поду, если температура этой поверхности tст. 0С. Расчет произвести на 1 м3 пода. Степень черноты стенок печи Ест.= 0,9, давление в печи Р (кПа).

Дано:

РЕШЕНИЕ:

Объем печи...

Площадь поверхности всей печи...

Определяем парциальное давление углекислого газа СО2 и водяных паров Н2О.

Парциальным называется давление, которое имел бы газ, если бы один занимал весь объем.

Определяем среднюю длину пути луча для газового слоя в объеме печи

Произведение парциальных давлений на средний путь луча:

Степень черноты (коэффициент излучения) CO2 и H2O при температуре газов... определяем по графикам [7, c. 189, 190]:....

Степень черноты (коэффициент излучения) газовой смеси:

Где...- поправочный коэффициент на парциальное давление водяного пара [7, c.190]

Определяем плотность излучения газов..., где... - постоянная Стефана-Больцмана.

Плотность излучения стенок

Плотность результирующего излучения (от стенок к газу):

На один кубический метр пода приходится излучения:

Список литературы