Предлагается выполнить термодинамический анализ для двух наиболее распространенных типов холодильных установок: газовых (задача № 1) и парокомпрессионных (задача № 2).
Решение данных задач не обязательно, но желательно в целях повышения уровня знаний по дисциплине.
Задача № 1
На рис. 11, 12 и 13 представлены схема и обратимый цикл в p-υ и T-s – диаграммах газовой холодильной машины.
Рис.11 Рис.12 Рис.13
Цифры на схеме соответствуют узловым точкам обратимого цикла, представленного в p-v и T-s – диаграммах
Обозначения: К – компрессор, П – привод компрессора, D – детандер, ТО – теплообменник-охладитель, ХК – холодильная камера.
Дано: хладоагент (ХА) – воздух; параметры ХА на входе в компрессор: р1 = 1 бар, t1 = -20 оС; давление ХА на выходе из компрессора p2=6 бар; температура ХА на выходе теплообменника – охладителя t3=20 оС.
Рассчитать:
- температуры воздуха в узловых точках цикла;
- работу, затрачиваемую на компрессор (lк, кДж/кг);
- работу, получаемую в детандере (lD, кДж/кг);
- работу обратимого цикла (l, кДж/кг);
- удельную холодопроизводительность обратимого цикла (qx, кДж/кг);
- удельную теплоту, передаваемую в окружающую среду (qо, кДж/кг);
- холодильный коэффициент обратимого цикла (ε);
- холодильный коэффициент идеального цикла Карно (εк) для интервала температур (Тос÷ Тх);
- эксергетический КПД обратимого цикла холодильной машины (ηэкс).
Теплоемкость воздуха принять постоянной μсv = 20,8 кДж/(кмоль·К).
Ответы выделить и на основании полученных результатов расчета сделать выводы.
Задача № 2
На рис. 14 и 15 представлены схема и обратимый цикл парокомпрессионной холодильной установки.
Рис.14 Рис. 15
Обозначения: К – компрессор, КОН – конденсатор, охлаждаемый водой, ОВ – охлаждающая вода, ДВ – дроссельный вентиль, И – испаритель, ХЛ – хладоноситель, П – привод компрессора.
Цифры на схеме соответствуют узловым точкам обратимого цикла, представленного в p-v и T-s – диаграммах
Дано: хладоагент – фреон – 12, температура хладоагента на входе в компрессор t1 = -20 оС; на выходе из компрессора t2=20 оС, х2 = 1.
Рассчитать:
- значения энтальпий (h) в узловых точках обратимого цикла;
- затрачиваемую работу в цикле (l);
- удельную холодопроизводительность цикла (qx);
- холодильные коэффициенты для обратимого цикла 1-2-3-4 (ε) и цикла Карно 1-2-3-m (εк) в интервале температур Тос - Тх;
- эксергетический КПД обратимого цикла (ηэкс).
На основании полученных результатов расчета сделать выводы относительно термодинамического совершенства обратимых циклов парокомпрессионных холодильных машин.
ЗАДАНИЕ № 3
Расчет стационарной теплопроводности и теплопередачи
Задание № 3 содержит 5 задач для 25 вариантов. Каждый студент решает одну задачу в соответствии со своим вариантом.
Задача № 1
Через кирпичную стену передается теплота. Постоянные температуры на поверхностях стены t1 и t2, коэффициент теплопроводности кирпича ( λ), толщина стены (δ), площадь изотермической поверхности (F) даны в табл. 5 по вариантам.
Рассчитать:
- плотность теплового потока (q, Вт/м2),
- теплоту, переданную через стену за сутки (Q, Дж),
- координату изотермической поверхности (хо) с температурой t=0 оC.
Ответы выделить. Изобразить схематично график распределения температур по толщине стены.
Таблица 5
| № вар | |||||
| δ, cм | |||||
| F, м2 | |||||
| λ, Вт/м К | 0,14 | 0,2 | 0,3 | 0,8 | 0,5 |
| t1, оС | |||||
| t2, оС | -10 | -15 | -20 | -25 | -30 |
Задача № 2
Теплота передается через стенку трубы толщиной δ=50мм. Постоянные температуры на внутренней поверхности трубы (t1) и на наружной (t2), а также коэффициент теплопроводности стенки (λ) , внутренний диаметр (d1) и длина (l) трубы даны в табл. 6.
Рассчитать:
- линейную плотность теплового потока (ql, Вт/м),
- количество теплоты, передаваемой через стенку трубы за одни сутки (Q, Дж),
- температуру изотермической поверхности в середине стенки трубы (t), т. е. при 
. Сравнить полученную температуру с 
, объяснить причину несовпадения температур t и tср, показать t и tср на графике распределения температур по толщине стенки.
Таблица 6
| № вар | |||||
| d1, мм | |||||
| l, м | |||||
| λ, Вт/м К | 0,2 | 0,1 | 0,2 | 0,1 | 0,2 |
| t1,оС | |||||
| t2, оС |
Задача № 3
Теплота передается через плоскую стальную стенку с коэффициентом теплопроводности λс = 40 Вт/м ·К от дымовых газов к кипящей воде. Толщина стенки (δс), температура дымовых газов (tж1), температура воды (tж2), коэффициент теплоотдачи от газов к стенке (α1) и от стенки к воде (α2) даны в табл. по вариантам.
Определить:
- коэффициент теплоотдачи К, Вт/(м2·К) от газов к воде,
- плотность теплового потока, передаваемого через стенку (q, Вт/м2),
- температуры на поверхностях стенки со стороны газов (t1) и со стороны воды (t2).
Построить график распределения температур по толщине стенки. Нанести на график температуры tж1 и tж2.
В процессе эксплуатации стенка со стороны воды покрылась слоем накипи толщиной δн, коэффициент теплопроводности накипи λн = 1,0 Вт/(м ·К).
Рассчитать для этого случая К, q, t1, t2, температуру на поверхности накипи (tн). Построить график распределения температур по толщине стенки и накипи. Дать сравнительный анализ двух графиков.
Данные необходимые для решения задачи, содержатся в табл. 7
Таблица 7
| № вар | |||||
| δс, мм | |||||
| δн , мм | 1,4 | 2,6 | 1,8 | 1,0 | 0,8 |
| α1, Вт/м2 К | |||||
| α2, Вт/м2 К | |||||
| tж1,оС | |||||
| tж2, оС |
Задача №4
Теплота передается через стенку стальной трубы толщинойδс=3мм (λс =50Вт/м· К) от дымовых газов к кипящей воде. Внутренний диаметр трубы (d1), температура дымовых газов (tж1), температура кипящей воды (tж2), коэффициент теплоотдачи от дымовых газов к наружной поверхности трубы (α1), коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности трубы к воде (α2) даны в табл.8.
Рассчитать:
- коэффициент теплопередачи К, Вт/(м2 ·К) от газов к воде,
- линейную плотность теплового потока (ql, Вт/м),
- температуры на внутренней поверхности трубы (t1) и на наружной поверхности (t2).
Построить график распределения температур по толщине стенки. Нанести на график температуры tж1 и tж2 .
В процессе эксплуатации на внутренней поверхности образовался слой накипи толщиной (δн).
Рассчитать для этого случая K,ql,, t1, t2, температуру на поверхности накипи (tн).
Принять коэффициент теплопроводности накипи λн =0,8 Вт/(м· К).
Построить график распределения температур по толщине стенки и накипи. Дать сравнительный анализ двух графиков.
Таблица 8
| № вар | |||||
| d1, мм | 0,05 | 0,1 | 0,15 | 0,20 | 0,25 |
| t ж1 ,оC | |||||
| tж2 ,оC | |||||
| α 1, Вт/м2 К | |||||
| α2, Вт/м2 К | |||||
| δн, мм | 1,4 | 1,8 | 1,6 | 1,5 |
Задача № 5
По стальному теплоизолированному трубопроводу, расположенному на открытом воздухе, передается горячий теплоноситель.
Толщина стенки трубы δ=3мм, коэффициент теплопроводности стали λ=50 Вт/(м· К). Температура окружающего воздуха t ж=20 оC, коэффициент теплоотдачи от поверхности изоляции к окружающему воздуху α=10Вт/м2·К. остальные данные. Необходимые для расчета: внутренний диаметр трубы (d1), температура на внутренней поверхности стальной трубы (t1), толщина слоя изоляции (δиз) и коэффициент теплопроводности изоляции (λиз) даны в табл.9 по вариантам.
Рассчитать:
- температуру на поверхности изоляции(tиз).
- температуру наружной поверхности стальной трубы (t2),
- суточную потерю тепла на участке трубы длиной 100м (Q,Дж).
Ответы выделить. Изобразить схематически график распределения температур по толщине стенки трубы и по толщине изоляции.
Таблица 9
| № вар | |||||
| d1, мм | |||||
| t 1 ,оC | |||||
| δиз, мм | |||||
| λиз, Вт/м· К | 0,07 | 0,14 | 0,1 | 0,09 | 0,12 |
ЗАДАНИЕ № 4
Дата: 2016-10-02, просмотров: 237.
