Контрольная работа № I 2 страница

Таблица 6.9

Таблица термодинамических свойств перегретого пара

Окончание табл.6.9

Тогда энтальпия влажного пара после турбины

,

где = 137,8 кДж/кг – энтальпия воды на линии насыщения и = 2561 кДж/кг – энтальпия сухого насыщенного пара, взятые также из табл. 6.8 при давлении Р₂ = 0,05 бар.

Необратимые потери при действительном расширении пара в турбине 1-2_Д учитываются внутренним относительным КПД турбины

,

откуда, при заданном = 0,89, находим энтальпию в конце действительного расширения пара:

.

Степень сухости пара в точке 2_Д:

.

Энтропия пара в точке 2_Д:

.

Повышение энтальпии питательной воды в насосе:

,

где Р_1­ = 14,5·10³ кПа – давление питательной воды после насоса; = 0,001005 м³/кг – удельный объем воды перед насосом (при Р₂ = 0,05 бар); = 0,79 – внутренний относительный КПД насоса (задан).

Энтальпия воды за питательным насосом:

.

Внутренний относительный КПД насоса

,

откуда находим энтальпию питательной воды после теоретического сжатия:

.

Процессы теоретического -3 и действительного -3_Д сжатия воды в питательном насосе изображены в hS – диаграмме на рис.6.8.

Термический КПД цикла Ренкина:

.

Так как работа пара в турбине

много больше работы сжатия воды в насосе.

,

то для приближенных расчетов работой сжатия воды в насосе пренебрегают (), тогда приближенно:

.

С учетом внутренних необратимых потерь в турбине и в насосе находим внутреннюю работу ПТУ:

.

Теоретическая работа ПТУ:

.

Следовательно, из-за необратимых потерь теряется работоспособность ПТУ на

.

Эффективная мощность ПТУ:

,

где = 0,98 – механический КПД ПТУ и D = 100 кг/с – расход пара через турбину – заданы.

7. Контрольная работа №2

Задача 7.1. Внутри стальной горизонтальной трубы (λ_ст = 20 Вт/м·К) со скоростью W₁ течет вода с температурой t₁. Снаружи труба охлаждается воздухом (свободная конвекция), температура воздуха – t₂. Определить коэффициенты теплоотдачи α­₁ и α₂ соответственно от воды к внутренней стенке трубы и от наружной стенки к воздуху; линейный коэффициент теплопередачи К_l и линейный тепловой поток q_l, если внутренний диаметр трубы d₁, внешний – d₂. Исходные данные взять из табл.7.1.

Указание. Для определения α₂ в первом приближении температуру наружной поверхности t_w2 принять равной t_w1 = 0,5(t₁+t₂).

Таблица 7.1

Исходные данные к задаче 7.1

Указание. Для определения коэффициентов теплоотдачи физические свойства воды и воздуха взять из табл.7.2, 7.3.

Таблица 7.2

Физические свойства воздуха при нормальном давлении [8]

и теплоемкость золы [9]

Таблица 7.3

Физические свойства воды на линии насыщения [8]

РЕШЕНИЕ (вариант 99).

Для вынужденной конвекции воды в трубе определяется режим движения по числу Рейнольдса:

,

то-есть режим движения турбулентный.

(7.1)

При ламинарном режиме (Re₁<2300) уравнение подобия конвективной теплоотдачи имеет вид:

(7.2)

и при переходном режиме (Re­₁ = 2300…10⁴):

(7.3)

Здесь - число Нуссельта:

- число Грасгофа;

- числа Прандтля воды соответственно при температуре воды t₁ и температуре внутренней стенки трубы t_w1, которая в первом приближении принимается равной tw₁ = tw₂ = 0.5(t₁+t₂) = 110ºC (Pr_w1 = 1.6);

ν₁ = 0,153 ·10^-6 м²/с – коэффициент кинематической вязкости воды находится по табл.7.3 при t₁ = 210ºC;

λ₁ = 0,655 Вт/м·К – коэффициент теплопроводности воды;

g = 9,81м/ с² – ускорение свободного падения;

β₁ = 14,1·10^-4 1/К – коэффициент объемного расширения воды,

итак, по уравнению (7.1) для турбулентного режима:

.

Коэффициент конвективной теплоотдачи от воды:

.

Число Грасгофа для воздуха:

,

где для воздуха .

Коэффициент свободноконвективной теплоотдачи к воздуху определяется из уравнения подобия:

,

,

где - коэффициент теплопроводности воздуха при t₂ = 10ºC по табл.7.2;

- коэффициент кинематической вязкости воздуха.

Линейный коэффициент теплопередачи:

Линейный тепловой поток:

.

Температура внутренней поверхности трубы:

.

Температура наружной поверхности трубы:

.

Второе приближение:

;

;

;

;

;

;

.

Расхождения между вторым и первым приближениями велико, следовательно, необходимо третье приближение.

Третье приближение.

;

.

Так как по сравнению со вторым приближением t_w1 изменилась всего на 0,1К, то можно принять Nu­₁­ = 59.3 и α₁ = 2751 Вт/м²·К по второму приближению;

;

;

;

;

;

.

Это означает, что расчет в третьем приближении точный. Задача решена.

Задача 7.2. Определить поверхность нагрева рекуперативного газовоздушного теплообменника при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если массовый расход нагреваемого воздуха m₂, средний коэффициент теплопередачи от газов к воздуху К, начальные и конечные температуры газов и воздуха соответственно: ₁ и ₁, ₂ и ₂. Исходные данные взять из табл.7.4.

Изобразить графики изменения температур теплоносителей для обоих случаев.

Таблица 7.4

Исходные данные к задаче 7.2

Последняя цифра шифра	m2, кг/с	К, Вт/м2·К	Предпоследняя цифра шифра	1, ºC	1, ºC	2, ºC	2, ºC

РЕШЕНИЕ (вариант 99).

Рис. 7.2. Противоток.

Графики изменения температур теплоносителей приведены на рис.7.1 и 7.2.

Рис. 7.1. Прямоток.

Тепловой поток, воспринятый нагреваемым воздухом:

,

где средняя, массовая, изобарная теплоемкость воздуха

.

Здесь средние теплоемкости взяты из табл.7.2 для воздуха.

Большая и меньшая разности температур между теплоносителями для прямотока:

;

;

, поэтому средняя разность температур между теплоносителями определяется как средне-логарифмическая:

.

Необходимая поверхность нагрева прямоточного теплообменника:

.

То же самое для противотока:

;

;

;

то-есть среднюю разность температур между теплоносителями с достаточной точностью можно посчитать, как средне-арифметическую:

.

Необходимая поверхность нагрева противоточного теплообменника:

.

Среднюю разность температур называют “движущей силой” теплопередачи, при противотоке она больше (, ), поэтому при одинаковых условиях противоточный теплообменник компактнее (F_прот = 1,82 м²)<(F_прям = 2,23 м²), требует для своего изготовления меньших затрат материалов (конструктивный расчет).

Если же имеется готовый теплообменник, то при одинаковых условиях получится Q_прот>Q_прям (поверочный расчет) – из-за более высокой “движущей силы” при противотоке. Кроме того, как видно из рис.7.2, при противотоке можно нагреть холодный теплоноситель до температуры ₂> , что невозможно в принципе при прямотоке (см. рис. 7.1).

ЗАДАЧА 7.3. Задано топливо и паропроизводительность котлоагрегата D. Определить состав топлива по рабочей массе и его низшую теплоту сгорания, способ сжигания топлива, тип топки, значение коэффициента избытка воздуха в топке α_Т и в уходящих из топки газах α_ух по величине присоса воздуха по газовому тракту ∆α; найти теоретически необходимое количество воздуха V₀ для сгорания 1кг (1м³) топлива и объемы продуктов сгорания при α_ух, а также энтальпию уходящих газов I_ух при заданной температуре уходящих газов t_ух­ и их влагосодержании d_ух. Исходные данные выбрать из табл.7.5.

Таблица 7.5

Исходные данные к задаче 7.3

Таблица 7.6

Дата добавления: 2015-05-08; Просмотров: 617; Нарушение авторских прав?; Мы поможем в написании вашей работы!