Задачник по термодинамике (555278), страница 28

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 28)

т/йТ„поэтому ) ш = 1 ай (Рай/Ры) = "ай (! /О 1~! Ра~ Уай+ !орсо Уа1 Ра~+ !Оса~ !,О+ !О О,! рай+ !Орай ! ! =. О,! 82 МПа. Температура справа от поршня определнется на основе соотношения между параметрами в адиабатиом процессе сжатия 7 ай -= Те! (Рг/Рй) !а ! !" = 400 (0,182/0,1)< !,4 ! -! ! ! !, ! ! = 473 К. Температура слева от поршня находится нз уравнения сохранения энергии Тай = 7 ай+ Тай — Тсй =400+ 400 — 473 = 327 К. Уменьшение эксергнн воздуха слева от поршня ЛЭа = (й! йг)а Та (г! ай)а = ср (Та! Таг) — Та [ср !и (Тай/Таг) — /7 !п (Ра,/рг)) = 1,005 (400 — 327) — 2,3 293 [1,005 !я (400/327) — 0,287 !д(1/0,182![ = = ! 55,7 кДж/кг. Увеличение эксергии воздуха справа от поршня ЛЭа — (! йй)а Та (гг эй) ср (Тсг Тай) — Та [ср !п (Т„,/Тай) — /7 !п (рг/Рай)1 = 1,005 (473 — 400)— — 2,3.293 [1,005 !д (473/400) — 0,287 !д (О, !82/О, !)[ = =- 73,4 кДж/кг.

Потеря эксергии (работоспособности) // = — Л݄— ЛЭа =- !56,7 — 73,4 = 83,3 кДж/кг, Эксергетическнй к. и. д. // 83,3 й)э =1 — = 1 — — ' =0,47. — аэ !56,7 11.72. В условии предыдущей задачи принять вместо равенства масс воздуха а цилиндрах А и Б равенство объемов в начальном состоянии, т е. Ум = Угп = У, и давле. ние в цилиндре А р„, =-- 0,3 МПа. Оставив остальные данньн прежними, определить равновесное давление, температуры воздуха слева и справа от поршня при равновесии и эксер. гетический к. п. д, ГЛАВА П ЦИКЛЫ ХОЛО/1ИЛЬНЫХ МАШИН 12.1.

В идеальной холодильной машине осуществляется равновесный обратный цикл Карно. Сравнить значение холо. днльного коэффициента такого цикла и затрачиваемую мощ. ность прн отводе 200 Вт теплоты в окружающую среду, имеющую температуру Т, = 298 К: а) от морозильной ка меры бытового холодильника, в которой поддерживаетсг температура Т„„= 258 К ( — 15'С); б) от криостата с ™ 5 2 жидким азотом, в котором при проведении физического 255 эксперимента должна поддерживаться температура Т,,, =.75 К.

Изобразить схемы циклов в зТ-диаграмме, соблюдая масштабы, и ука- з 5 зать площади, соответствующие холодильным мощностям циклов и затрачиваемым мощностям. Решение. а) Холодиль- Рис. 12.! ный коэффициент ь„=- Тэ „/ (Тэ — Т,. „.) = (273 — 15)/(э298 — (273 — 15)! =- 6,7. Мощ ность цикла ~ /.„! = (/,/е„= 200/6,7 = 29,9 Вт. Холо дильная мощность пропорциональна площади а4П (рис. 12.1), затрачиваемая мощность — площади /234 б) Холодильный коэффициент е„=- 75/(298 — 75) = 0,336. Мощность цикла )/.ч) = 200/0,336 — — 595 Вт.

Холодильная мощность пропорциональна площади с85п', которая равна площади а4/5; затрачиваемая мощпостз пропорциональна площади бб78. 15с 12.2. Для отопления жилого помещения, где поддерживается температура 25 'С применяется тепловой насос, ра ботающнй по циклу Карно и использующий в качестве ис. точника теплоты атмосферный воздух. Сопоставить электрическую мощность, потребляемую теплонасосной установкой на отопление помещения прн температурах наружного воздуха 0'С и — 30'С, с электрической мощностью, потребляемой для тех же целей электрическими нагревателями. Тепловые потери помещения принять равными 20 МДж/ч при температуре 0 "С и 54 МДж!ч при — 30'С, а) Я г гы Гн г, г„ О а г ос т, Рис.

!2.2 12.3. Теплонасосная установка, которая служит в зимнее время для отопления курортного зала, использует в качестве источника теплоты морскую воду. При этом температура кипения хладагента в испарнтеле, обогреваемом морской водой с температурой 10 'С, равна 0 'С; температура конденсации, при которой теплота передается обогреваемому воздуху, имеющему температуру 25 'С, равна 35 'С; мощность привода установки 45 кВт. Определить тепловую мощность установки, если действительное значение отопительного коэффициента составляет 4,2. Как изменится тепловая мощность установки, если она будет работать по внутреннему обратимому циклу Карно при тех же температурных напорах в испарителе и конденсаторе? Как изменится отопительный коэффициент, если устранить внешнюю необратимость в теплообменниках установки, работающей по обратному циклу Карно? 12.4.

На рис. 12.2,а показана условная схема понижающего трансформатора теплоты, в котором высокопотенциальная теплота Дч источника теплоты И при температуре 156 Т„используется для осуществления прямого цикла Карно в двигателе Д; приемником теплоты для этого цикла служит потребитель теплоты низкого потенциала Л при температу. ре Т„. Работа прямого цикла используется в обратном циклс Карно теплового насоса ТН для передачи потребителю П дополнительного количества теплоты Я, от окружающей среды, имеющей температуру Т,. В результате потребитель получает количество теплоты низкого потенциала Я„= = 1ей + Я, > 0ч.

Изобразить схемы прямого и обратного циклов в зТ-диаграмме и указать площади, соответствующнс затраченному количеству теплоты высокого потенциала и полученному количеству теплоты низкого потенциала. Вы. разить коэффициент преобразования теплоты ~р = 1',1„!(;1„ через температуры источника и потребителя теплоты и температуру окружающей среды. Р е ш е н и е. Схемы циклов показаны на рис. 12.2, б. Затраченное количество теплоты пропорционально площади а23Ь, полученное количество теплоты — сумме площадей а!4Ь и с7бс(, Площади !234 и 5578 пропорциональные мощностям прямого и обратного циклов, равны между собой: ф =О,,(()ч =(Тч Лз~+ Т„бз„а)!(Тч бз„„) = Тц ! )сааЯтп — тп1 1 т т — то т~д Г.др,'(П, — та) гч т„— г„ 12.5. Повышающий трансформатор теплоты, работающий по циклу Карно, из воды, предварительно подогретой до 104'С, вырабатывает 2,3 кг/с насыщенного пара давлением 2 МПа используя теплоту конденсации насыщенногс водяного пара давлением 0,8 МПа.

Температура окружающей среды 300 К. Определить теоретяческую мощность цикла и расход пара низкого давления. !2.6. На рис. 12.3, а показана условная схема расщепи. тельного трансформатора теплоты, которыи, получая тепло. ту среднего потенциала при температуре Т„ =. 415 К, пере. дает потребителю П! тепловой поток высокого потенциалз мощностью ()ш = — 40 кВт прн температуре Т„, = 520 К и потребителю П2 тепловой поток низкого потенциала Я„= = 2000 кВт при температуре Т„, = 340 К. Считая, что г установке осуществляются равновесные прямой и обратный циклы Карно, а температура окружающей среды Т, = = 280 К, определить мощности, потребляемые тепловыми насосами 'ТН! и ТН2; тепловые мощности, потребляемые от источника двигателем Д (Я„х) и тепловым насосом ТН! (1с„,), коэффициенты преобразования теплоты для повышаю. 1Е г Г,„ ь< 0 а а «<т ас Рнс <2 3 щей и поннжа<ошей частей и для всего расщепительного трансформатора в целом.

Изобразить, соблюдая масштаб, схемы циклов в координатахз, Т и указать площади, соответствующие найденным величинам. Р е ш е н и е, Мощность, потребляемую тепловым насосом ТНI, определим через отопительный козффициент цикла Кариа: (/ н<) — Яп<'<рк< Ип<(Тп< — Тп)/Т,< — 40!520— — 4!5)/520==- 8,1 кВт. Тепловая мощность, потребляемая тепловым насосом ТН/ от источника, Я«н =Янн ! /тн< ! =40 8,1 =31,9 кВт. Мощность теплового насоса ТН2: ! / юа! =(/пн/<Ркн =<нзнн (Тпн — Тп)/Тпн — — 2000 (340— — 280) 340 = 352,9 к Вт.

Мощность двигателя /. д = ! Етн< (+ ! (.тнт! =8, 1 —,'- 352,9 = 361 к Вт. Тепловая мощность, потребляемая двигателем, Я„д — — /.д/т!кд —.— 351 415/(415 — 280) = 1110 кВт. 158 Коэффициенты преобразования теплоты: лля повышающей части Тп| (Тп — Тп) 520 (415 — 2ЯО) 705 Тн (Тн, — Тп) 415 (520 — 280) для понижающей части 7 пп (7 н — 7 и! 340 (4!5 — 280) Ти (Тнъ Тп! 415 (340 — 280) ),843; !2.7. На рис.

!2.4 гюказапа условная схема расщепительного трансформатора, в которой в отличие от схемы предьдущей задачи двигатель использует в качестве приемника теплоты не окружающую среду, а потребитель низкопотегциальпой теплоты. Недостающую до 2000 кВт тепловую мощность этому потребителю доставляет из окружающей среды тепловой насос Т1!2. Определить для этой схемы величины„укалг ванные в условии задачи 12.6. Имеет лн эта с,, ам схема какие-либо преимущества по сравнению со схемой задачи (2.6? о,п !2.8.

В воздушной холодильной установке (рнс. )2.5, а) хладагент (воздух) расширяется в детандере 1 от давления р, = 0,6 МПа до давления р, = 0,)5 МПа (рис, )2.5, б). Совершаемая при этом работа расширеняя от- 2 дается внешнему потребителю — электрогенг нератору. Воздух, охлажденный в процессе 0" адиабатного расширения в детандере от температуры Т,до температуры Т.„поступает в охлаждаемую емкость 2, из которой необходимо отвести теплоту. Из охлаждаемой емл кости воздух подается в компрессор 3, где 00 его давление и температура снова повышают- рнс 12А 15'1 для установки в целом 0„0„, +Онн 4О + гООО гги 0нп+ Они 31 9-~- 1110 Схемы циклов в координатах 3, Т показаны н! рнс. ! 2,3, б.

Значениям рассчитанных величин соответствую г площади: (1. нг) = пл. 1-2-3-4; ) 1. ни) = ил. б.б-у-б; 1. = пл. 9-10-11-12; Я„, =пл. 0-4-1-5; ()ин =- пл. е-9-10-1; (',)„! = пл. а-3-2-Ь; (1„4 =пл. 0-8-6-4(; Рнс. 12.6 ся от па до р, н от Та до Т, соответственно. Определить холодильный коэффициент воздушной холодильной машины, если температура воздуха после си<этна в компрессоре равна 144 "С.

12.9, Провести термодииампческий расчет цикла Карно воздушной холодильной установки !рнс. 12.8). Установка предназначена для поддержания в помещении температуры 20 С прп температуре окружающей среды 38'С. Из эксплуатационных соображений давление в воздушных магистралях не должно превышщь 500 кПа, а давление воздуха на входе в компрессор 98 кГ1а. Определить параметры цикла, холодильный коэффициент, холодильную мощность н мощность привода компрессора, если расход воздуха при и, у. составляет 3000 м"!ч. 12.10. Для воздушной холодильной машины, цикл которой изображен на рис.

12.7, служащей для охлаждения помещения до — 5 'С, определить удельные значения работы: затраченной на привод компрессора, производимой в детандере и затраченной на охлаждение. Определить также холодильный коэффициент и удельную холодильную мощность. гсп51 Рнс 12 6 Рис 12,7 160 Известно, что сжатие в компрессоре происходит до и, = 300 кПа и расширение в пневматическом двигателе до рз =- 98 кПа.

Характеристики

Список файлов книги