ОСНОВЫ ЭНЕРГОТЕХНОЛОГИИ ОТРАСЛИ НАРОДНОГО
ХОЗЯЙСТВА И ВТОРИЧНЫЕ ЭНЕРГОРЕСУРСЫ
Вторичные энергоресурсы
Общие положения и классификация ВЭР. Возможность исполнения ВЭР. Роль ВЭР в топливо- и теплопотреблении отрасли. Источники ВЭР отрасли и их использование. Причины недостаточного уровня использования ВЭР и экономия топлива за счет утилизации. Утилизированные установки, показатели их работы и влияние их на эффективность использования ВЭР.
КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К решению задач контрольного задания следует приступать только после изучения соответствующего раздела курса. Только сознательного (не «механическое») решение задачи приносит пользу и помогает закреплению знаний. Перед выполнением контрольной работы рекомендуется ознакомиться с ходом решения аналогичных задач по учебной литературе. Следует стараться запомнить и примерные значения параметров задачи (исходных и вычисленных) : они также содержат полезную информацию.
Контрольные задачи составлены по стовариантной (численной) системе, в которой к каждой задаче исходные данные выбираются из соответствующих таблиц по последней и предпоследней цифрам шифра (личного номера) студента-заочника. Вариант работы должен соответствовать номеру группы и шифру студента. Работы, выполненные не по своему варианту, не рассматриваются.
При выполнении контрольных задач необходимо соблюдать следующие условия: а) выписывать условие задачи и исходные данные; б) решение задач сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором указать, какая величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в формулу и откуда они берутся (из условия задачи, из справочника или были определены выше и т. д.) ; в) вычисления проводить в единицах СИ, показывать ход решения. После решения задачи нужно дать краткий анализ полученных результатов и сделать выводы. Всегда, если это возможно, нужно осуществлять контроль своих действий и оценивать достоверность полученных числовых данных; г) в конце работы привести список использованной литературы и поставить свою подпись; д) для письменных замечаний рецензента оставлять чистые поля в тетради и чистые 1-2 страницы в конце работы; е) исправления по замечанию рецензента должны быть записаны отдельно на чистых листах в той же тетради после заголовка «Исправления по замечаниям»; ж) работа, в которой вышеназванные пункты не выполнены, не проверяются.
|
|
ПЕРВАЯ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Задача 1.Считая теплоемкостьидеального газа зависящей от температуры, определим: параметры газа в начальном и конечном состояниях, изменение внутренней энергии, теплоту, участвующую в процессе, и работу расширения. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 1.
|
|
Указание. Зависимость теплоемкости от температуры дана в табл.1 приложения.
Таблица 1
Последняя цифра шифра | Процесс | t1,° С | t2,°C | Предпоследняя цифра шифра | Газ | Р1, МПа | m, кг |
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | Изохорный Изобарный Адиабатный Изохорный Изобарный Адиабатный Изохорный Изобарный Адиабатный Изобарный | 2400 2200 2000 1800 1600 1700 1900 2100 2300 1500 | 400 300 300 500 400 100 200 500 300 100 | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | O2 N2 H2 N2 CO CO2 N2 H2 O2 CO | 1 4 2 3 5 6 8 10 12 7 | 2 5 10 4 6 8 3 12 7 9 |
Задача 2. Смесь, состоящая из М1 киломолей азота и М2 киломолей кислорода с начальными параметрами р1=1 МПа и Т2=1000 К расширяется до давления р2. Расширение может осуществляться по изотерме, адиабате и политропе с показателем n. Определить газовую постоянную смеси, ее массу и начальный объем, конечные параметры смеси, работу расширения и теплоту, участвующую в процессе.
Дать сводную таблицу результатов и анализ ее. Показать процессы в pv- и Ts – диаграммах. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.7.
|
|
Указание. Показатель адиабаты, а следовательно, и теплоемкости cp и cv следует принять постоянными, не зависящими от температуры.
Таблица 7
Последняя цифра шифра | М1 | М2 | Предпоследняя цифра шифра | р2, МПа | n |
кмоль | |||||
0 | 0,1 | 0,9 | 0 | 0,43 | 1,2 |
1 | 0,2 | 0,8 | 1 | 0,40 | 1,3 |
2 | 0,3 | 0,7 | 2 | 0,35 | 1,5 |
3 | 0,4 | 0,6 | 3 | 0,33 | 1,6 |
4 | 0,5 | 0,5 | 4 | 0,31 | 1,7 |
5 | 0,6 | 0,4 | 5 | 0,47 | 1,1 |
6 | 0,7 | 0,3 | 6 | 0,54 | 0,5 |
7 | 0,8 | 0,2 | 7 | 0,57 | 0,8 |
8 | 0,9 | 0,1 | 8 | 0,62 | 0,7 |
9 | 0,5 | 0,5 | 9 | 0,66 | 0,6 |
Задача 3.Плоская стальная стенка толщиной δ1 (λ1= 40 Вт/мК) с одной стороны омывается газами; при этом коэффициент теплоотдачи равен α1. С другой стороны стенка изолирована от окружающего воздуха плотно прилегающей к ней пластиной толщиной δ2 (λ=0,15Вт/мК). Коэффициент теплоотдачи от пластины к воздуху равен α2. Определить тепловой поток q, Вт/м2 и температуры t1, t2 и t3 поверхностей стенок, если температура продуктов сгорания равна tг, а воздуха – tв. Данные для решения задачи выбрать из табл. 2.
Таблица 2
Последняя цифра шифра | δ1, мм | α1, Вт/(м2·К) | tг, °С | Предпоследняя цифра шифра | δ2, мм | α2, Вт/(м2·К) | tв, °С |
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | 5 6 7 8 9 10 6 5 3 4 | 35 45 40 30 35 25 42 30 34 38 | 350 400 370 350 330 300 380 320 400 280 | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 | 5 6 7 8 9 10 9 8 6 5 | 30 25 20 15 10 5 0 -5 -10 -20 |
Задача 4. Определить потери теплоты в единицу времени с 1 м длины горизонтально расположенной цилиндрической трубы, охлаждаемой свободным потоком воздуха, если температура стенки трубы tс, температура воздуха в помещении tв, а диаметр трубы d. Степень черноты трубы εс=0,9. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 3.
|
|
Таблица 3
Последняя цифра шифра | d, мм | Предпоследняя цифра шифра | tс | tв | По след няя цифра шифра | d, мм | Предпоследняя цифра шифра | tс | tв |
°С | °С | ||||||||
0 1 2 3 4 | 220 230 210 240 250 | 0 1 2 3 4 | 150 140 130 120 110 | 15 20 25 35 25 | 5 6 7 8 9 | 270 300 320 340 360 | 5 6 7 8 9 | 100 190 180 170 160 | 20 15 10 5 0 |
Указание. Для определения коэффициента теплоотдачи α воспользоваться таблицей приложений.
Задача 5. Определить удельный лучистый тепловой поток q (в ваттах на квадратный метр) между двумя параллельно расположенными плоскими стенками, имеющими температуру t1 и t2 и степени (коэффициенты) черноты ε1 и ε2, если между ними нет экрана. Определить q при наличии экрана со степенью (коэффициентом) черноты εэ (с обеих сторон). Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 4.
Таблица 4
Последняя цифра шифра | ε1 | ε2 | εэ | Предпоследняя цифра шифра | t1 | t2 |
°С | ||||||
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | 0,5 0,55 0,6 0,52 0,58 0,62 0,7 0,65 0,75 0,8 | 0,6 0,52 0,7 0,72 0,74 0,54 0,58 0,62 0,73 0,77 | 0,04 0,045 0,05 0,02 0,03 0,025 0,032 0,055 0,06 0,023 | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 | 30 35 25 20 40 45 50 55 60 65 |
Ответить на вопросы: Каковы основные различия в работе двухтактного и четырехтактного двигателей внутреннего сгорания? Каковы преимущества и недостатки каждого из них?
Задача 6. Газ- воздух с начальной температурой t1=27°C сжимается в одноступенчатом поршневом компрессоре от давления Р1=0,1 МПа до давления Р2. Сжатие может происходить по изотерме, по адиабате и по политропе с показателем политропы n. Определить для каждого из трех процессов сжатия конечную температуру газа t2; отведенную от газа теплоту Q, кВт, и теоретическую мощность компрессора, если его производительность G. Дать сводную таблицу и изображение процессов сжатия в p-v и Ts-диаграммах. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 5
Указания. Расчет провести без учета зависимости теплоемкости от температуры.
Таблица 5
Последняя цифра шифра | n | Предпоследняя цифра шифра | P2,МПа | 10-3·G, кг/ч |
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | 1,25 1,22 1,24 1,21 1,20 1,30 1,27 1,26 1,33 1,23 | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | 0,9 1,0 0,85 0,8 0,95 0,9 0,85 0,9 0,8 0,85 | 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,0 1,1 1,2 |
Задача 7. Водяной пар с начальным давлением Р1=3 МПа и степенью сухости х1=0,95 поступает в пароперегреватель, где его температура повышается на Δt; после перегревателя пар изоэнтропно расширяется в турбине до давления Р2. Определить (по hs-диаграмме) количество теплоты (на 1 кг пара), подведенной к нему в пароперегревателе, работу цикла Ренкина и степень сухости пара x2 в конце расширения. Определить также термический КПД цикла. Определить работу цикла и конечную степень сухости, если после пароперегревателя пар дросселируется до давления Р1'. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 6.
Таблица 6
Последняя цифра шифра | Δt, °С | Предпоследняя цифра шифра | Р2, кПа | Р1', МПа | Последняя цифра шифра | Δt, °С | Предпоследняя цифра шифра | Р2, кПа | Р1', МПа |
0 1 2 3 4 | 250 245 240 235 130 | 0 1 2 3 4 | 3,0 3,5 4,0 4,5 4,0 | 0,50 0,48 0,46 0,44 0,42 | 5 6 7 8 9 | 225 220 215 210 205 | 5 6 7 8 9 | 3,5 3,0 3,5 4,0 4,5 | 0,40 0,38 0,36 0,34 0,32 |
ВТОРАЯ КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
Задача 1. Смесь, состоящая из М1 киломолей азота и М2 киломолей кислорода с начальными параметрами р1=1 МПа и Т2=1000 К расширяется до давления р2. Расширение может осуществляться по изотерме, адиабате и политропе с показателем n. Определить газовую постоянную смеси, ее массу и начальный объем, конечные параметры смеси, работу расширения и теплоту, участвующую в процессе.
Дать сводную таблицу результатов и анализ ее. Показать процессы в pv- и Ts – диаграммах. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.7.
Указание. Показатель адиабаты, а следовательно, и теплоемкости cp и cv следует принять постоянными, не зависящими от температуры.
Таблица 7
Последняя цифра шифра | М1 | М2 | Предпоследняя цифра шифра | р2, МПа | n |
кмоль | |||||
0 | 0,1 | 0,9 | 0 | 0,43 | 1,2 |
1 | 0,2 | 0,8 | 1 | 0,40 | 1,3 |
2 | 0,3 | 0,7 | 2 | 0,35 | 1,5 |
3 | 0,4 | 0,6 | 3 | 0,33 | 1,6 |
4 | 0,5 | 0,5 | 4 | 0,31 | 1,7 |
5 | 0,6 | 0,4 | 5 | 0,47 | 1,1 |
6 | 0,7 | 0,3 | 6 | 0,54 | 0,5 |
7 | 0,8 | 0,2 | 7 | 0,57 | 0,8 |
8 | 0,9 | 0,1 | 8 | 0,62 | 0,7 |
9 | 0,5 | 0,5 | 9 | 0,66 | 0,6 |
Задача 2.По горизонтально расположенной стальной трубе (λ=20 Вт/(м·К)) со скоростью w течет вода, имеющая температуру tв. Снаружи труба охлаждается окружающим воздухом, температура которого tвоз, давление 0,1 МПа. Определить коэффициенты теплоотдачи α1 и α2 соответственно от воды к стенке трубы и от стенки трубы к воздуху; коэффициент теплоотдачи и тепловой поток ql, отнесенный к 1 м длинны трубы, если внутренний диаметр трубы равен d1, внешний-d2. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.8.
Таблица 8
Последняя цифра шифра | tв, °С | 10·w, м/с | Предпоследняя цифра шифра | tвоз, °С | d1 | d2 |
мм | ||||||
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | 120 130 140 150 160 170 180 200 210 220 | 2,5 3,6 2,7 3,8 1,9 2,1 2,3 4,2 4,3 4,4 | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0 | 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 |
Ответить на вопросы: Какой режим течения внутри трубы в вашем варианте задачи? Какой режим движения окружающего трубу воздуха? Почему можно при расчете принять равенство температур t2 ≈ tв?
Указание. При определении коэффициента теплоотдачи использовать табл. 3 приложения.
Задача 3.Определить поверхность нагрева рекуперативного газовоздушного теплообменника при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если объемный расход нагреваемого воздуха при нормальных условиях Vн, средний коэффициент теплоотдачи от продуктов сгорания к воздуху К, начальные и конечные температуры продуктов сгорания и воздуха соответственно t1', t1'', t2' и t2''. Данные необходимые для решения задачи, выбрать из табл.9.
Изобразить графики изменения температур теплоносителей для обоих случаев.
Таблица 9
Последняя цифра шифра | 10-3·Vн, м3/ч | К, Вт/(м2·К) | Предпоследняя цифра шифра | t1', °С | t1'', °С | t2', °С | t2'', °С |
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 | 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 | 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 | 600 625 650 675 700 725 750 775 800 575 | 400 425 450 475 500 525 550 575 600 375 | 20 15 25 30 10 12 18 28 32 8 | 300 325 350 375 400 425 450 475 500 275 |
Задача 4. 1 кг водяного пара с начальным давлением р1 и степенью сухости х1 изотермически расширяется; при этом к нему подводится теплота q. Определить, пользуясь hs – диаграммой, параметры конечного состояния пара, работу расширения, изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Решить также задачу, если расширение происходит изобарно. Изобразить в pv- и Ts- и hs – диаграммах. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл 10.
Таблица 10
Последняя цифра шифра | р1, МПа | x1 | Предпоследняя цифра шифра | q, кДж/кг |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
0 | 3 | 0,97 | 0 | 500 |
1 | 3,5 | 0,96 | 1 | 480 |
2 | 4 | 0,95 | 2 | 460 |
3 | 4,5 | 0,93 | 3 | 420 |
4 | 5 | 0,93 | 4 | 420 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
5 | 5,5 | 0,92 | 5 | 410 |
6 | 6 | 0,91 | 6 | 430 |
7 | 6,5 | 0,95 | 7 | 470 |
8 | 7 | 0,92 | 8 | 480 |
9 | 8 | 0,91 | 9 | 500 |
Задача 5. Определить потребную поверхность рекуперативного теплообменника, в котором вода нагревается горячими газами. Расчет произвести для прямоточной и противоточной схем. Привести график изменения температур для обеих схем движения. Значения температур газа t1’ и t1’’, воды t2’ и t2’’, расхода воды М и коэффициента теплопередачи К выбрать из табл.11.
Таблица 11
Последняя цифра шифра | t1’, 0С | t1’’, 0С | t2’, 0С | t2’’, 0С | Предпоследняя цифра шифра | М, кг/с | К, Вт/(м2К) |
0 | 300 | 150 | 10 | 80 | 0 | 1,4 | 30 |
1 | 325 | 175 | 15 | 80 | 1 | 1,3 | 32 |
2 | 350 | 200 | 20 | 100 | 2 | 1,2 | 34 |
3 | 375 | 225 | 25 | 110 | 3 | 1,1 | 36 |
4 | 400 | 250 | 30 | 120 | 4 | 1,0 | 38 |
5 | 425 | 275 | 25 | 130 | 5 | 0,9 | 40 |
6 | 450 | 300 | 20 | 140 | 6 | 0,8 | 42 |
7 | 475 | 325 | 15 | 130 | 7 | 0,7 | 44 |
8 | 500 | 350 | 10 | 120 | 8 | 0,6 | 46 |
9 | 525 | 375 | 20 | 110 | 9 | 0,5 | 48 |
Задача 6. Определить часовой расход пара D (килограммов в час) и удельный расход пара d (килограммов на киловатт-час) на конденсационную паровую турбину, работающую без регенерации теплоты, по заданной электрической мощности турбогенератора Nэл, давлению p1 и температуре t1 перегретого пара перед турбиной и относительному внутреннему КПД турбины ηoi. Давление пара в конденсаторе принять p2 = 4 кПа. Механический КПД турбины ηм, и КПД электрогенератора ηэ принять ηм= ηэ=0.99. Определить также степень сухости пара в конце теоретического и действительного процессов расширения (изобразив процессы в h-s – диаграмме) и абсолютный электрический КПД турбогенератора. Мощностью привода питательного насоса пренебречь. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.12.
Таблица 12
Последняя цифра шифра | Nэл,МВт | ηoi | Предпоследняя цифра шифра | p1, МПа | t1, °С |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
0 | 100 | 0,76 | 0 | 8,5 | 500 |
1 | 120 | 0,77 | 1 | 9,5 | 510 |
2 | 140 | 0,79 | 2 | 9,2 | 515 |
3 | 160 | 0,81 | 3 | 12 | 540 |
4 | 180 | 0,83 | 4 | 12 | 520 |
1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
5 | 200 | 0,85 | 5 | 13 | 540 |
6 | 170 | 0,84 | 6 | 13 | 520 |
7 | 130 | 0,82 | 7 | 14 | 540 |
8 | 150 | 0,80 | 8 | 8,6 | 480 |
9 | 190 | 0,86 | 9 | 9,0 | 500 |
Изобразить схему ПСУ и дать ее краткое описание. Объяснить, как влияют начальные и конечные параметры пара на КПД цикла Ренкина, а также на степень сухости пара в конце расширения (x2). Указать, каковы минимально допустимые значения x2 и почему?
ПРИЛОЖЕНИЯ
1. Мольные теплоемкости газов по данным молекулярно-кинетической теории, кДж/(моль* К)
Газы | µcv | µcp |
Одноатомные | 12.5 | 20.8 |
Двухатомные | 20.8 | 29.1 |
Трёх- и многоатомные | 29.1 | 37.4 |
2. Средние изобарные мольные теплоемкости некоторых газов кДж/(моль* К)
t, °C | Воздух | Кислород О2 | Азот N2 | Водород Н2 | Водяной пар Н2О | Окись углерода СО | Углекислый газ СО2 |
0 | 29,073 | 29,274 | 29,115 | 28,617 | 33,499 | 29,123 | 35,860 |
100 | 29,153 | 29,538 | 29,144 | 29,935 | 33,741 | 29,178 | 38,112 |
200 | 29,299 | 29,931 | 29,228 | 29,073 | 34,188 | 29,303 | 40,059 |
300 | 29,521 | 30,400 | 29,383 | 29,123 | 34,575 | 29,517 | 41,755 |
400 | 29,789 | 30,878 | 29,601 | 29,168 | 35,090 | 29,789 | 43,250 |
500 | 30,095 | 31,334 | 29,864 | 29,249 | 35,630 | 30,099 | 44,573 |
600 | 30,405 | 31,761 | 30,149 | 29,316 | 36,195 | 30,426 | 45,758 |
700 | 30,723 | 32,150 | 30,451 | 29,408 | 36,789 | 30,752 | 46,813 |
800 | 31,028 | 32,502 | 30,748 | 29,517 | 37,392 | 31,070 | 47,763 |
900 | 31,321 | 32,825 | 31,037 | 29,647 | 38,008 | 31,376 | 48,617 |
1000 | 31,598 | 33,118 | 31,313 | 29,789 | 38,619 | 31,665 | 49,392 |
1200 | 32,109 | 33,633 | 31,828 | 30,107 | 39,825 | 32,192 | 50,740 |
1400 | 32,565 | 34,076 | 32,293 | 30,467 | 40,976 | 32,653 | 51,858 |
1600 | 32,967 | 34,474 | 32,699 | 30,832 | 42,056 | 33,051 | 52,800 |
1800 | 33,319 | 34,834 | 33,055 | 31,192 | 43,070 | 33,402 | 53,604 |
2000 | 33,641 | 35,169 | 33,373 | 31,548 | 43,995 | 33,708 | 54,290 |
2200 | 33,296 | 35,483 | 33,658 | 31,891 | 44,853 | 33,980 | 54,881 |
2400 | 34,185 | 35,785 | 33,909 | 32,222 | 45,645 | 34,223 | 55,391 |
3. Физические параметры сухого воздуха при давлении 101.3 кПа
t, °C | 102 * λ, Вт/(м К) | 106·* v, м2/с | Pr |
0 | 2,44 | 13,28 | 0,707 |
100 | 3,21 | 23,13 | 0,688 |
200 | 3,94 | 34,85 | 0,680 |
300 | 4,60 | 48,33 | 0,674 |
400 | 5,21 | 63,09 | 0,678 |
500 | 5,75 | 79,38 | 0,687 |
600 | 6,23 | 96,89 | 0,699 |
700 | 6,71 | 115,4 | 0,706 |
800 | 7,19 | 134,8 | 0,713 |
900 | 7,64 | 155,1 | 0,717 |
1000 | 8,08 | 177,1 | 0,719 |
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Теоретические основы теплотехники. И. А. Прибытков, И. А. Левицкий; Ред. И. А. Прибытков; под ред. И. А. Прибыткова. - Академия: М., 2004.
2. Теплотехника. Под ред. Баскакова А.П. Москва.: Энергоатомиздат, 1991, 244 с.
3. Техническая термодинамика. Теплопередача : учеб. для неэнерг. спец. втузов / Борис Николаевич Юдаев. -Высш. шк. : М., 1988.
4. Теплотехника : учеб. пособие для нетеплоэнерг. спец. вузов / Моисей Михайлович Хазен; Под ред. Г. А. Матвеева. - Высш. шк. : М., 1981.
5. Теплопередача. Исаченко, В.П. В.П.Исаченко, В.А.Осипова, А.С. Сукомел. – М.: Энергоиздат, 1981.- 416 с.
6. Кириллин, В.А. Техническая термодинамика / В.А. Кириллин, В.В. Сычев, А.Е. Шейндлин. - М.: Наука, 1979. – 512 с.
7. Теплотехника / Н.Н. Лариков. – М.: Стройиздат, 1985. – 432 с.
8. Основы теплопередачи / М.А.Михеев, И.М.Михеева.– М.: Энергия, 1977. - 344 с.
Дата добавления: 2018-04-04; просмотров: 288; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!