Тема № 3. «Теоретические основы теплоэнергетики»



 

Пример 1-1. За τ = 20 ч работы электростанции сожжено
В = 62 т каменного угля, имеющего теплоту сгорания
 = 28900 кДж/кг.

     Определить среднюю мощность станции, если в электрическую энергию превращено 20 % теплоты, полученной от сгорания топлива.

 

Решение:

     Количество теплоты, превращенной в электрическую энергию = 62 · 103 · 28,9 · 103 · 0,2 = 354,6 · 106 кДж.

     Эквивалентная ему электроэнергия или работа

 кВт·ч.

     Средняя электрическая мощность станции

 кВт.

 

Пример 1-2. Один кг воздуха совершает цикл Карно в пределах температур от Т1 = 900 К до Т2 = 300 К. Наивысшее давление в цикле – 6 МПа, а наинизшее – 0,1 МПа. Определить термический КПД цикла.

Решение:

     Цикл Карно состоит из изотермических процессов 1-2 и 3-4 подвода теплоты q1 и отвода теплоты q2 и адиабатных процессов расширения (2-3) и сжатия (3-4) без теплообмена (q1 = 0).

     Точка 1: р1 = 6 МПа, Т1 = 900 К (по заданию). Удельный объем воздуха находим из уравнения состояния:

 м3/кг.

     Точка 2: Т2 = 900 К. Из уравнения адиабаты (к = 1,4)

 МПа.

     Удельный объем воздуха

 м3/кг.

     Точка 3: р3 = 0,1 МПа, Т3 = 300 К (по заданию)

м3/кг.

     Точка 4: Т4 = 300 К

 МПа.

     Из уравнения изотермы 3-4  м3/кг.

  Термический КПД цикла .

     Количество подведенной теплоты  кДж/кг.

     Количество отведенной теплоты  кДж/кг.

     Работа цикла lц = q1 – q2 = 42,5 кДж/кг.

     Проверка:

Пример 1-3. Для условий предыдущей задачи определить, как изменятся параметры в основных точках цикла, термический КПД, теплота и работа, если в качестве рабочего тела использовать кислород или азот.

     В результате решения задачи Вы должны убедиться, что замена одного рабочего тела на другое (воздуха на О2 или N2) приводит к изменению параметров в характерных точках цикла и количествах подведенной и отведенной теплоты. Термический КПД цикла не зависит от свойств рабочего тела.

 

Пример 1-4. Определить параметры сухого насыщенного пара при давлении 5 МПа.

Решение:

     В h-s диаграмме (приложение 1) на пересечении линий х = 1 и изобары 5 МПа (50 бар) находим точку 1, которая определяет состояние пара. По изохоре и изотерме, проходящим через точку 1, находим соответственно  м3/кг и t1 = 264 оС, энтальпия  кДж/кг, энтропия  кДж/(кг·К). Эти же параметры можно найти из таблиц термодинамических свойств воды и водяного пара.

Пример 5. Определить параметры влажного пара при давлении 5 МПа и степени сухости х = 0,94.

Решение:

     Состояние влажного пара с заданными параметрами в h-s диаграмме определяет точка 1, которая находится на пересечении изобары 5 кПа (0,05 бара) и линии постоянной степени сухости
х = 0,94. Проектируя на ось абсцисс и ось ординат находим: энтальпия h1х = 2416 кДж/кг и энтропия S1х = 8 кДж/(кг·К). Величилина удельного объема определяется по значению изохоры, проходящей через точку 1 – v1х = 25,4 м3/кг. В точке пересечения изобары 5 кПа и линии х = 1 находится температура насыщенного пара t1х = 33 оС.

     Те же параметры можно найти с помощью таблиц и формул:

h1х = h' + хч = 137,8 + 2423 · 0,94 = 2416 кДж/кг;

 кДж/кг·К;

v1х = v''х = 28,2 · 0,94 = 26,5 м3/кг.

     Из таблицы воды и водяного пара по давлению р = 5 кПа берут значения  τ1,  v''.

     Совпадение параметров удовлетворительное.

 

Пример 6. Определить параметры перегретого водяного пара при давлении 10 МПа и температуре 500 оС.

 

Решение:

     В h-s диаграмме находим точку 1, характеризующую состояние пара, на пересечении изобары 10 МПа и изотермы
500 оС. Проектируя точку 1 на координатные оси, получим h1 = 3374 кДж/кг и S1 = 6,6 кДж/кг·К. По значению изохоры, проходящей через точку 1, – v1 = 0,033 м3/кг. Изотерма, проходящая через точку пересечения изобары 10 МПа и линии х = 1, определяет температуру насыщенного пара tн = 311 оС. Искомые параметры можно найти по таблицам перегретого пара при давлении 10 МПа и температуре 500 оС.

 

Пример 7.Плоская стальная стенка толщиной мм омывается с одной стороны газами с температурой  = 310 оС, а с другой изолирована от окружающего воздуха, имеющего температуру = 10 оС, плотно прилегающей к ней пластиной толщиной мм.

Определить плотность теплового потока и температуры поверхностей стенок, если известно, что коэффициент теплопроводности стали = 40 Вт/(м·К), а материала изоляционной пластины = 0,15 Вт/(м·К). Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке = 25 Вт/(м2·К), а от пластины к воздуху =
= 10 Вт/(м2·К).

Решение:

Полное термическое сопротивление плоской многослойной стенки 2·К)/Вт.

Коэффициент теплопередачи k = Вт/(м2·К).

По уравнению теплопередачи плотность теплового потока q: , Вт/м2.

Температура  на поверхности стальной стенки ,

на границе между стальной стенкой и изоляционной пластиной , на поверхности изоляционной пластины .

 

Пример 8.Через трубу диаметром d = 50 мм и длиной l = 3 м со скоростью w = 0,8 м/с протекает вода. Определить средний коэффициент теплоотдачи, если средняя температура воды = 50 оС, а температура стенки = 70 оС.

Решение:

При = 50 оС, = 0,648 Вт/(м·К), = 5,56·10-7 м2/с, = 3,54, = 2,55 при = 70 оС (табл. П. 11 приложения).

Определим режим течения воды: , режим турбулентный. В этом случае критериальное уравнение имеет вид:

,

,

, Вт/(м2·К).

Так как = 60 > 50, то поправка на влияние длины трубы
 = 1.

Пример 9. Определить, какое количество сухого насыщенного пара давлением 0,198 МПа, сконденсируется в стальном горизонтальном трубопроводе диаметром d = 140 мм на длине
 = 12 м, если он находится в кирпичном канале a·b = 0,5·0,5 м, температура стенок канала  = 20 оС. Коэффициент теплоотдачи при естественной конвенции в канале  = 12 Вт/(м2·К).

Решение:

     Температура пара  = f(р),  = 120 оС; считать температуру стенки паропровода равной , .

Боковые поверхности трубы и канала F1 = ; F2 = 2(a+b) · , м2.

Коэффициент лучистого теплообмена л

, Вт/(м2·К),

где пр – приведенная степень черноты системы, Сo = 5,7 Вт/(м2·К4); , = 0,7, = 0,82.

Суммарный коэффициент теплоотдачи от стального паропровода к воздуху в канале , Вт/(м2ּК).

Потери теплоты в паропроводе , Вт.

Количество конденсируемого пара D= , кг/ч, где r,  –скрытая теплота парообразования, выбирают по давлению р из табл. П. 5 приложения.

 

Пример 10. В теплообменнике  = 2 кг/с воды нагреваются от температуры  до С горячими газами, которые при этом охлаждаются от температуры С до температуры С.

Определить поверхность теплообменника при включении его по схеме прямотока и противотока, если коэффициент теплопередачи k = 32 Вт/( ).

Решение:

     Количество теплоты, полученное водой от газов, найдем по уравнению теплового баланса: , Вт.

Среднелогарифмический температурный напор:

для прямотока ;

для противотока .

Из уравнения теплопередачи поверхность теплообменника ; .

 

Пример 11. Для паровой турбины мощностью кВт с удельным расходом пара = 5,5 кг/(кВт·ч) определить поверхность охлаждения конденсатора и расход охлаждающей воды, если известно, что кратность охлаждения m = 55 кг/кг и температура охлаждающей воды на входе в конденсатор оС, на выходе  оС. Температура пара в конденсаторе  оС. Коэффициент теплопередачи k = 3700 Вт/(м2·К).

Решение:

Расход пара турбиной D = N, т/ч. Расход охлаждающей воды W = Dm, т/ч. Отводимая в конденсаторе теплота , Дж/ч. Температурный напор в конденсаторе .

Поверхность охлаждения конденсатора , м2.


Дата добавления: 2018-02-15; просмотров: 276; ЗАКАЗАТЬ РАБОТУ