Энтальпии газов, воздуха и золы

ТЕПЛОТЕХНИКА

Расчетно-графическая работа

Вариант №3

Составил: студент 422 гр. Ковган А.А.

Проверил: Коршенко К.В.

Луганск-2016

Задача № 1

Задан объемный состав газовой смеси: r _CH₄, r _СО2,r со- Определить массовый и мольный составы смеси, кажущуюся молекулярную массу, газовую постоянную, удельный объём и плотность смеси при давлении смеси р и температуре смеси t. Определить также массовую, объемную и мольную теплоемкость смеси. При этом считать теплоемкость не зависящей от температуры, а мольные теплоемкости компонентов соответственно равны:

Массовая с и объёмная с' теплоемкости связаны с мольной соответственно соотношениями:

Исходные данные:

R_ch4=0,20, R_co2= 0,40, R_co=0,40; P=0,20 МПа; t=20C

Решение

Находим молекулярную массу компонентов смеси:

Находим кажущуюся молекулярную массу смеси:

Определим массовые доли компонентов смеси:

m_CH4=

m_CO2=

m_CO=

Проверка:

m_CH₄+m_CO₂+m_CO =0.100+0.550+0.350=1

Находим мольные доли компонентов смеси.

Так как мольный состав смеси совпадает с объёмным, то мольные доли равны:

n_CH4= r_CH4=0.20

n_CO2= r_CO2=0.40

n_CO= r_CO=0.40

Газовая постоянная смеси:

R₀₌8314 Дж/кмоль*К-универсальная газовая постоянная.

Удельный объем смеси находим, используя уравнение состояния идеального газа:

Плотность смеси:

Мольная изобарная теплоемкость смеси:

Массовая изобарная теплоемкость:

Объемная изобарная теплоемкость:

Мольная изохорная теплоемкость смеси:

Массовая изохорная теплоемкость смеси:

Объемная изохорная теплоемкость смеси:

Ответ: m_CH₄= 0,100; m_CO₂=0.550; m_CO=0.350; n_CH₄=0.20; n_CO₂=0.40; n_CO =0.40; ; ; ; ; ;
; ;
.

Задача №2

Для отопления гаража используют трубу, по которой протекает горячая вода. Рассчитать конвективный коэффициент теплоотдачи и конвективный тепловой поток от трубы к воздуху в гараже, если наружный диаметр и длина трубы соответственно равны d_H и l. Температура поверхности трубы t_c, при этом температура воздуха в гараже должна составлять t_B.

Исходные данные:

d_H = 0.20; l = 8м; t _c= 80; t_в= 17⁰C.

Задание: определить конвективный тепловой поток от трубы к воздуху в гараже.

Решение

Тепловой поток на наружной поверхности трубы Q (Вт), передаваемый к воздуху, определяется как

(2.1)

где α - коэффициент теплоотдачи при свободном движении воздуха около трубы, Вт/м²*К

F- площадь наружной поверхности трубы, м².

Критериальная зависимость для вычисления среднего коэффициента теплоотдачи при свободном движении воздуха имеет вид:

(2.2)

где постоянные С и п зависят от режима свободного движения воздуха и условий обтекания поверхности. Они являются функциями GrPr и для

горизонтальной трубы определяются по табл. 2.3

Таблица 2.3

Значения постоянных С и п

GrPr	С	п	Режим движения
1-10³...1-10⁹>6-10¹⁰	0,5 0,15	0,25 0,333	Ламинарный Турбулентный

Nu, Gr, Pr - критерии подобия Нуссельта, Грасгофа, Прандтля:

где λ - коэффициент теплопроводности воздуха В/м*К, β - коэффициент объемного расширения воздуха,β=1/(t_в+273), 1/К, g – ускорение свободного падения, g=9,81 м /с², V - коэффициент кинематической вязкости воздуха, м² /с.

В формуле (2.2) все физические свойства, входящие в критерии подобия, выбираются из табл. 2.2 при определяющей температуре воздуха t_B вдали от поверхности теплообмена, а в качестве определяющего размера - наружный диаметр трубы d_n.

В рассматриваемом случае определяющая температура

T_в= 17⁰С.

При этой температуре для воздуха:

l = 2,57 ; V = 14,76*10^-6 ; Pr= 0.704;

b= = = 3.44*10^-3

Вычисляем значение комплекса:

Gr ^. Pr = = 5.180*10⁷

Из табл. 2.3 находим, что при вычисленном значении комплекса постоянные в расчетном уравнении (2.2) равны: С = 0,5 и п = 0,25. Тогда значение критерия Нуссельта составит

Откуда

a= Nu* 27*(

а = Nu

Площадь наружной поверхности трубы

5.024

Тогда тепловой поток, отдаваемый от наружной поверхности трубы к воздуху по формуле (2.1), будет равен

Q=5.8*(80-19)*3.14=1110.9

Ответ: Q= 1110.9

Задача № 3

Задан состав твердого топлива на рабочую массу в %. Определить теоретически необходимое количество воздуха для горения, а также по формуле Д.И. Менделеева - низшую и высшую теплоту сгорания топлива, объемы и состав продуктов сгорания при α_в, а также энтальпию продуктов сгорания при температуре t. Данные для расчета принять по табл. 3.1.

Энтальпии газов, воздуха и золы

,°С	(с )со₂	(с· )n₂	(с )н₂о	(с )_в	(С )зл
кДж / м³	кДж / кг
	171,1	130,1	150,5	132,7	80,8
	360,0	261,0	304,0	267,0	169,1


















					-
					-
					-
					-
					-

Исходные данные:

w^p= 8.0; A^P= 23.0; S^p = 3.2; C^p = 55.2; H^p = 3.8; N^p = 1.0; O^p = 5.8; a_в =1.3; t = 140⁰C.

Решение

Теоретически необходимое количество воздуха для полного сгорания 1 кг топлива вычисляется по формуле

V⁰ = 0.089 C^p+ 0.226 H^p+ 0.033(S^p- O^p) = =0.089*55.2+0.226*3.8+0.033*(3.2-5.8) = 5.7

Действительное необходимое количество воздуха

V_д = a_в* V⁰= 1.3*5.7= 7.4

Низшая теплота сгорания 1 кг топлива по формуле Д.И. Менделеева

C^p+1025 H^p– 108.5(O^p- S^p) -25* w^p= 338*55.2+1025*3.8-108.5(5.8-3.2) -25*8.0 = 22070.5

Высшая теплота сгорания

= H^p+ 25* w^p= 22070.5 +225*3,8+25*8,0 = 23125.5

Теоретические объемы продуктов полного сгорания твердых топлив при α_в=1 определяются по формулам:

-объем трехатомных газов

= 0.0187(C^p+0.375 S^p)= 0.0187(55.2+0.375*3.2) = 1.05

-объем азота

= 0.79V⁰+ 0.8 = 0.79*5.7 +0.8 = 4.51

-объем сухих газов

= 1.05+4.51= 5.56

-объем водяных паров

= 0.111 H^p+ 0.0124 w^p+0.0161 V⁰= 0.111*3.8+0.0124*8.0+0.0161*5.7= 0.62

Полный объем газообразных продуктов сгорания 1 кг топлива при α_в =1

Объем продуктов сгорания при α_в = 1,2 определяется по формулам:

-объем сухих газов

= (a_в-1) = 6.18+(1.3-1)5.7= 7.89

-объем водяных паров

= (a_в-1) = 0.62+0.0161*0.3*5.7 = 0.65

Полный объем продуктов сгорания

= = 7.89+0,65 = 8.54

Энтальпия продуктов сгорания, при (α_в=1 и температуре газов =200 °С находится по формуле

где (с )со₂, (c )_N2, (с )_Н2О - энтальпия соответственно 1м³ углекислого газа, азота и водяных паров (находится по табл. 3.2 при =200°С):

Подставляя найденные значения энтальпии в уравнение (3.1), получаем

= 0,96*357+4.51*260+0,62*304= 1703.8

Энтальпия воздуха,

где (с )_в- энтальпия воздуха при =200 °С (см. табл. 3.2).

= 5.7*266= 1516.2

Энтальпия продуктов сгорания при α_в =1,3 и =200 °С

= (a_в-1)

Ответ:

V⁰ = 5.7 ; ; = 23125.5 ; = 1.05 ;

= 4.51 ; = 6.18 ; = 0.62 ; = 7.89 ; = 0.65 ;

= 1703.8 ; = 1516.2 ; .

Задача № 4

Определить литровую мощность и удельный индикаторный расход топлива четырехцилиндрового (i = 4) четырехтактного (τ = 4) двигателя, если среднее индикаторное давление равно Р_i (Па). Диаметр цилиндра D = 0,12 м, ход поршня S = 0,1 м, угловая скорость вращения коленчатого вала ω, (рад/с), механический η_M и удельный расход топлива g = 0,008 кг/с.

Исходные данные:

Р_i = 0.9*10⁶ Па; ω = 419 рад/с; η_M = 0,82; g = 0,008 кг/с; D = 0,12м; S= 0,1м.

Решение

Находим рабочий объем цилиндра:

= = = 1.13*10^-3м³

Частота вращения коленчатого вала

n= = = 67c^-1

Индикаторная мощность двигателя

где і — число цилиндров двигателя, і = 4; τ - тактность двигателя, для четырехтактного двигателя τ = 4.

Тогда

= = 136.3 кВт.

Эффективная мощность двигателя

N_e= N_iη_м= 136.3*0.82=111.7 кВт.

Литровая мощность двигателя

N_l= = = 24713

Удельный индикаторный расход топлива

g _i = = = 0.212

Ответ:

N_l= 24713 ; g _i = 0.212 .

Задача № 5

Одноцилиндровый одноступенчатый поршневой компрессор сжимает воздух от атмосферного давления р₁ = 0,1 МПа до требуемого давления р₂. Определить эффективную мощность привода компрессора и необходимую мощность электродвигателя с запасом 10 % на перегрузку, если диаметр цилиндра D (м), ход поршня S (м), частота вращения вала N (об/с), относительный объем вредного пространства δ = 0,05, показатель политропы расширения остающегося во вредном объеме газа m, коэффициент, учитывающий, уменьшение давления газа при всасывании, η_р = 0,94 и эффективный адиабатный КПД компрессора η_e_.ад= 0,75.