Теплотехника Учебн.для вузов. Под ред. А.П.Баскакова. М. (1013707), страница 64
Текст из файла (страница 64)
Почему сложнее всего использовать низнопотенциальные тепловые ВЭРэ РЕШЕНИЯ ЗАДАЧ И С)ТВЕ)1>! НА !)О))РОГ )>1 гра ч !>сч = ~ г>н> = 32' 0 209+ > + 28 0 791= 28 9 кг/кч> и, ОО 209 1.1, Можно. !.2. Температура не изменится. 1 3. В стационарном неравновесном состоянии. 2.1. 18,Г> мин 2000 "(' 22 с,г (, =1,26 кДж/(кг ° К) П)00 'С 23 Ке надо, так как б(/=14380кДж, а 1.=5 кДж 2.4 Согласно первому закону термодинамики подзеленили теплота д=ди+! или с„бТ=-с. 67+1, откуда Лп/4 — с /ср 1/а=0 7 3 1 Таким процессом является, например, изотермическое расширение идеального газа, ниходяшегоси в теплоном контакте с горячим источником Так как в этом процессе изменение внутренней энергии равно нулю, то согласно первому закону термодинамики, рабо та, совершеннзи при расширении газа, равна количеству теплщы, переданной от горячего источника.
Таким образом, имеет место полное превращение теплоты в работу. Но это не противоречит второму закону термодинамики, который утверждает, что невозможен процесс, едино>венным конечным результатам которого будет превращение в работу теплоты, извлеченной от горячего источника. Деиствнтельно, в конце изотермического процесса газ занимает обьем больше, чем он занимал вначале. Изменение состоянии газа и явлнетси компенсациен превращении теплоты в работу.
3.2. >1, = 0,57. 3 3. 3,4. Предположим, что адиабаты пересе. каются в точке с. Проведем между ними изотермический процесс аЬ, получим цинл овс, в котором совершается работа (эквивалентнаи заштрихованной площади) за счет охлаждении одного источника теплоты, что противоречит второму ззкону термодинамики 3.5. Эксергия те>иоты при темперзтуре 1000 'С 6',...=СЦ! — т /т )= = 200 (1 — 283/1273) =1555 кДж. Зксергии тепло~ы при температуре 500'С 6'„, „, = 200 (1 — 283/773) = 126 8 кД >к.
Таким образом, в результате перехода 200 кДж теплоты с высокого температурного уровня (1000 'С) на более низкий (500 'С) работоспособность этого количества теплоты уменьшилась на 28,7 кДж, на (28,7/200) ° 100=14,35 уа, несмотрн на то что вси теплота продуктов сгорания передана пару. 4.1. Кажушаиси молекулярная масса смеси Плотность воздуха при норма.>„пых физических условиях р5 Ясч/22 4=289/22,4=1,293 кг/мз. Состав воздуха по массе ЦО2 32 у 'о = '0 209= О 23! ргч ми 28 ум — — — ' си = — 0,791 = 0,77.
мх м,„мз 28,9 Парциальные давления кислорода и азота ро — — г, р=0,209 760=159 мм рт.стл 2 рч =гм р=0,791 760=601 мм рт.ст. 4.2. Начальный объем воздуха п, =РТ!/р! =287 283/(0,1 1Ов) 081 мт/кг. Из уравнения процесса конечный объем и =о — =О,б(Х 2 Х0,1 10з/(1 Нр)=0,081 мз/кг. Работа, затрачиваемая на сжатие, 1 = )7Т (п(р~/рт) = 287 283 )п 0,1 = = — 187 кДж/кг. Количество теплоты, отводимой ат газа, равно работе сжатия, поэтому у= = — 187 кДж/кг. 4 3.
Чтобы найти изменение температуры, рассмотрим столб воздуха высотой г(у с поперечным сечением, равным единице. На нижней поверхности этого столба давление равно р, а на верхней оно составляет р+г(р, где г(р — изменение давления, вызванное весом столба воздуха. Поскольку увеличение высоты сопровождается уменьшением давления, то ггр= — ругуу.
Так как р= 1/п=р/мТ, то г(р= — — — пу. Для адиабатного процесса у р (7 Т т/рм пм=сопзг Логарифмирование и диф. ференцирование этого уравнения дает ат й-! ар Т й р После подстановки выражения для г(р получаем йТ й — 1 Полагая В=1,4, )(=287 Дж/[кг К); у= =9,81 м/с', получаем — — — — 0,0098 К/м дТ 1,4 — 1 9,81 йу 1,4 287 Наблюдаемое в действительности среднее сии. жение температуры по высоте (1 К на каждые 200 м) несколько меньше вычисленного. Различие объясняется неучетом влажности воздуха Когда при некоторой температуре воздух окажется насышенным влагой, то дальнейшее понижение температуры приведет к конденса.
цин водяных паров и выделению теплоты конденсации. Па этой причине понижение температуры будет происходить медленнее, чем это следует из расчета. 4Л. В палитрапнам процессе р~у(=-ргут нли 4 102У", = 1О'(3У,)", откуда показатель политрапы и=!п 4/!п 3= 1,26. Работа раса!прения 1 (Р! ! Д2 2) л — 1 (4 1О 3 — 101.9)=1!54 кДж 1,26 — 1 л — й Количество теплоты Я =Мс„Х "и — 1 Х(Т2 — Т~), ио Мс. (Тг — Т~)=бз(l — изменение внутренней энергии газа, которое по первому закону термодинамики равно Ыl= =!3 — Е, поэтому и — й Я = (!3 — е) — —, л — 1 откуда Я=Е 1154 — ' — '=404 кДж; й — л 1,4 — 1,26 й — 1 1,4 — 1 ДЕ/= Я вЂ” Е= 404 — 1154 = — 750 кДж Работа расширения совершается газом за счет соабшения ему теплоты и уменьшения его внутренней энергии 4.5.
По й, з-диаграмме находим, что пар а каине расширения будет влажным со сте. пенью сухости 2=0,81. Начальные параметры: Л! =3405 кДж/кг; 2~=0,046 мз/кг. Конечные параметры: 52=2130 кДж/кг; их = 12,7 м'/кг. Изменение внутренней энергии Аи» 82 — Ь~ — (ргпг — р~п~]=2!Зов — 3405 — (0,1 ° 10 ° 12,7 — 80 ° 1О' 0,046) = = — 1034 кДж/кг.
5.1 Абсолютное давление воздуха в воздухопроводе р,=02 1О'+ !Оз-12! !ОзП . 750 г!О Лг УР, (и=в Р2 =163 м/с. Л Рэ =19,6 10 ' м'. 0,695 =5,17 !О з кг/с. — — — =0,022(й Рт О,! Р 45 ' хг происходит = Ьыр суживаюшего ох=447 Т(сЛ! Лэ= 211 Отношение давлений при истечении =0,835» бхр — — 0,528, Рз 758 10э Р~ 750 1,21 102 поэтому скорость истечения меньше критиче- ской н определяется по формуле (5.15): Удельный объем воздуха в воздухопроводе Я Т! 287.293 р~ = =0,695 мз/кг. Плошадь Р! 1,21 10з пп 3,14 ° 0,0052 отверстия у==в 4 4 Секундный расход найдем по формуле 19,6 10 е 183 0,835'Л 4 Следовательно, истечение в сверхзвуковой области.
Критическое давление =0,577 4,5 2,6 МПа. Скорость истечении из сопла с=44'7т~ Л 2= -«2~ив~ -»-«ч', то же из сопла Лаваля - с~,аео:гв - » ~ . Таинм образом, при замене суживающегося сопла соплом Лаваля скорость истечения увеличится в 2,5 раза. 5.3. За счет неравновесности процесса дросселирования. 5.4. Да, можно, если начальное давление дросселируемого пара больше 2,9 МПа. 5.5. =2,303 — 0,098 10 1п ' =5,7 кВт; 100 3 0,8 3600 ' 0,098 — — 0098 10 — Х 1,4 з 100 04 ' 3600 ол [( — -)--1- " д(ерш~~э = — 0,098 1Π— Х ! 2 з !00 0,2 ' 3600 од Х ~ ' ~~Д вЂ” 1 68кВт.
г ОВх —,', [, 0,098 / 1 р — 1 6.1. Ч4=1 —; так как р» е ' Л(Р !) »1 и Л»1, то (рр — !)»Л(р — 1). Значит, чем больше р, тем большая величина вычитается из единицы, т. е. меньше тн При р-ь1, раскрывая неопределенность, получим и, !в — 1/е' 6.2. Температура газа в турбнне выше, чем в иомпрессоре, поэтому больше и удельный объем при том же давлении, а элементарная техническая работа (о(„,! = (ог(Р!. В результате и 1...»(. (см. рнс 6.5) 6.3. Температура насыщения при р= =О,ВМПа равна 309 "С, в при Р= =4 10 'МПа — 29'С.
КПД цикла Карно в этом диапазоне температур равен 0,48. КПД циклов Ренкина — 0,4 и 0,43. 6.4. Теплообменник нужно ставить после конденсатного насоса, так как до него вода находи~ся при температуре кипения, подогреть ее, не превращая в пар, при этом давлении нельзя. КПД цикла повысится за счет регенерации теплоты — меньше теплоты отработавшего пара будет отдано холодному источнику в конденсаторе 6.5. Ставить холодильник иет смысла.
В идеальном случае он будет потреблнть такую же работу, которую можно дополнительно получить зв счет увеличения КПД цикла, а в реальном (с учетом потерь эксергии)— большую 8.1. Теплопотери уменьшаются в 2 раза. 10.1. Интенсивность теплоотдачи от воз. духа на 2-- 3 порядка ниже, чеы от воды, поэтому и количество теплоты, получаемой поверхностью тела человека н сауне, много меньше, чем в кипяшей воде.
В сауне это количество теплоты отводи»он от поверхности тела эа счет испарения пота, поэтому температура поверхности удерживается н допустимых пределах 10.2. Для определения влияния любого размерного фактора на коэффициент тепло- отдачи необходимо выразить все безразмерные числа через входяшие в них размерные величины и получить зависимость а от всех размерных величии в явном виде. Но скорость входит только в адно безразмерное число )«е, поэтому степень ее влияния на а равна степе. нн влияния (хе на Ын. Для продольного опте. каина пластины о — ы — при ламинарном аэ течении в пограничном слое и а ю ' — при турбулентном.
10.3. Для многих газов число Рг практически постоянно и близко к единице. Для воздуха Ргж0,7. Тогда при турбулентном тече. нии воздуха внутри трубы )х)н 0,018)!е»ы«. 10.4 От температуры воздуха зависят его теплофизические свойства. Приведем полученную выше фориулу в размерную форму: а=0,018Л юпдч О ап' ч ь « Если подставить численные значения Х и ч, то формула примет вид а=Аж»ы«Ы ". При температурах воздуха О, 500 и 1000 'С значения коэффициента А равны 3,5; 1,97 и 1,46 соответственно. Таким образом, с увеличением температуры конвектнвный коэффициент теплоотдачи убывает.
В даннпм случае степень влияния абсолютной температуры ива составляет примерно ( — 0,5), а точнее А = =83,87 212 10.5. Для интенсификации теплоотдачи при конденсации пара на вертикальной трубе нужно уменьшить толщину стекающей пленки конденсата, например, за счет установки коль. цевых козырьков, с которых конденсат будет стекать не касансь трубы. Интенсифицируют теплоотдачу и продольные канавки, по которым, как по артериям, ускоренно стекает конденсат. 11.1.
Воспользуемся формулой (11.31) При этом расчет проведем при максимально возможном в этих условиях тепловом потоке, т е, при с<=а»=е=) Поскольку поток тепло. потерь через изоляцию должен составить ие более (100 — 99,4) /р — — 0,6 чю то 4!зуаш= =0 006. Из (15). степень черноты алюминиевой полированной пластины прн температуре 200 'С составляет е,=0,04. При более низких температурах экранных пластин степень черно. ты полированного алюминия согласно (15)— ниже, т.
е теплопотери будут еше меньше Тогда, по (11 31): Решая это уравнение, получим я=338, т.е. требуемую изоляцию (с запасом) абеспе. чат четыре пластины. 11.2. Согласно закону Вина ($11.2) мак. симум излучения высокотемпературной (Тхч ж5800 К) поверхности Солнца приходится на = 2 898/7 = 2 898/5800 = 0 0005 м = =0,5 мкм, т е. на видимую часть спектра. В этой области спектра (табл. 11.1) углекис. лый газ атмосферы не поглоюает лучистую теплоту, т. е. пропускает ее к поверхности Земли. Максимум излучения поверхности Земли в интервале температур 223 †3 К в мировое пространство имеет место (согласно закону Вина) в пределах значений Х., 13 †; 9 мкм, т, е. излучение Земли — длииноволновое и отчасти совпадает с полосой поглощения энергии излучения углекислым газом (табл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
