Рабочая программа По дисциплине ²Термодинамика_технических_устройств

Министерство образования и науки РФ

Федеральное агентство по образованию

Рыбинская государственная авиационная технологическая академия

им.

«УТВЕРЖДАЮ»

Декан ФАД РГАТА

______ _

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

По дисциплине _²Термодинамика_технических_устройств²_______________

Для специальности (направления)____140400___Техническая_физика________

Кафедра ___ «Физика»________________________________________________

Форма обучения ___очная______(бакалавр технологии)____________________

Распределение часов

Виды учебных занятий	Часы
1. Лекции	52
2. Практические занятия	35
3. Лабораторные занятия	0
4. Самостоятельная работа	73
5. Индивидуальные занятия	5
6. Всего часов	160

Форма контроля 7 семестр – экзамен, 8 семестр – зачет, экзамен

Программу составил ___________________________Ш. А._Пиралишвили____

Рабочая программа рассмотрена на заседании кафедры физики «19» октября 2004 г., протокол №1.

Заведующий кафедрой __________________________Ш. А._Пиралишвили____

Рыбинск 2004

Введение

Программа курса «Термодинамика технических устройств» составлена в соответствии с Государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования и учебным планом подготовки бакалавра по направлению 553100 Техническая физика.

Цель и задачи курса: дать обучаемым знания в прикладных областях применения основных фундаментальных положений теоретической термодинамики, которые необходимы для создания и эффективного использования теплофизического и теплотехнического оборудования, выявления и утилизации вторичных энергоресурсов. Техническое приложение термодинамики связано с разработкой теории преобразователей энергии: тепловых двигателей и установок таких, как двигатели внутреннего сгорания, парогазовые турбины, реактивные и ракетные двигатели, холодильные и компрессионные машины, а также установки и двигатели комбинированных циклов. Ее специальные разделы посвящены методам прямого преобразования теплоты в электрическую энергию. В задачу курса входит также изложение методов анализа эффективности термодинамических циклов и поиск путей их совершенствования.

Курс читается в третьем семестре после завершения курса термодинамики, которая по своей сути является базисом для изучения термодинамики технических приложений, связанных с различными способами и установками по преобразованию тепловой энергии в другие виды и обратно.

В процессе изучения курса студенты должны выполнить курсовой проект на одну из тем, связанных с термодинамическим расчетом одного из устройств преобразования энергии с эскизной проработкой одного из наиболее важных узлов. Кроме того обучающиеся обязаны самостоятельно выполнить две расчетные лабораторные работы, связанные с анализом идеальных циклов теплосиловых и холодильных установок. Умение применять теоретические положения на практике позволяют развить инженерное мышление и более качественно подготовить обучающихся к будущей практической деятельности.

Рекомендации по изучению дисциплины

При изучении курса «Техническая термодинамика» необходимое качество усвоения материала может быть достигнуто лишь за счет совокупного освоения теоретического материала, излагаемого в лекциях, в сочетании с приобретением необходимых навыков практического характера, получаемого в процессе решения задач на практических занятиях и при самостоятельной работе при выполнении индивидуальных домашних заданий и курсовой работы.

В процессе освоения курса в соответствии с выделенным временем на самостоятельную работу над материалом дисциплины студентам необходимо выполнить три домашних задания и курсовую работу.

Материал курса опирается на прочитанные дисциплины фундаментального характера – математику, физику и читаемые ранее спецдисциплины - Термодинамика, механика жидкости и газа, газодинамика и гидравлика. Курс в соответствии с учебным планом читается в 7 и 8 семестрах. Распределение учебных часов по видам занятий и семестрам приведено в таблице 1.

Таблица 1

Семестры	Разделы рабочей программы
Лекции	Практические занятия	Лабораторные работы	Самостоятельная работа	Зачеты экзамен
Часы
7 семестр	34	17	0	30	экз.
8 семестр	18	18	10	45	экз.,зач.

В процессе освоения материала студенты выполняют два домашних задания в 7-м семестре и курсовую работу в восьмом семестре.

1.  Содержание дисциплины

Лекция 1. Введение. Предмет и метод термодинамики технических устройств. Хронология истории теплоэнергетики. Классификация источников, преобразователей и потребителей энергии – энергетических установок.

(2 часа).

Лекция 2. Источники и генераторы полезной энергии, эффективность источников энергии. Критерии энергетической эффективности. Потребность в энергии и охрана окружающей среды. (2 часа).

Лекция 3. Первичные источники энергии. Химические топлива. Органические и неорганические горючие. Ядерные и термоядерные топлива. Возобновляемые источники энергии. (2 часа).

Лекция 4. Теплогенераторы. Теплообменные аппараты. Термотрансформаторы. Холодильные установки. Теплонасосные установки. (2 часа).

Лекция 5. Химические теплогенераторы. Механизм процесса горения. Характер горения различных топлив. Расчет процесса горения. Определение состава продуктов сгорания в печах и топках котла. Состав продуктов сгорания в камерах сгорания двигателей. (2 часа).

Лекция 6. Тепловой и эксергетический баланс химических теплогенераторов и тепловых двигателей. Характеристики тепловых генераторов. Принципы организации рабочего процесса. Химические (огневые) печи. (2 часа).

Лекция 7. Паровые котельные установки. Классификация. Топки, горение и тепловыделение в них. Теплообмен и движение газов в топке и газоходах.

(2 часа).

Лекция 8. Водяные Экономайзеры и воздухоподогреватели. Регулировка котлоагрегатов. Парогазовые и газовые котлы. Камеры сгорания ГТД и ВРД. Камеры сгорания ДВС. (2 часа).

Лекция 9. Ядерные теплогенераторы. Процессы тепловыделения. Радиактивный распад ядер. Цепные реакции деления. Ядерные реакторы деления. Реакторы на медленных нейтронах. Термоядерные реакторы. (2 часа).

Лекция 10. Солнечные теплонагреватели. Лазерные теплогенераторы. Электрические теплогенераторы. Механические теплогенераторы. (2 часа).

Лекция 11. Компрессоры. Термодинамика процесса сжатия. Диаграммы процесса сжатия. Индикаторная диаграмма сжатия в компрессоре. (2 часа).

Лекция 12. Многоступенчатый компрессор. Осевой и центробежный компрессоры. Турбина. Термодинамика идеальной турбины. Процесс сжатия идеального компрессора в Т,S – диаграмме. (2 часа).

Лекция 13. Поршневые двигатели. ДВС. Принцип работы. Индикаторная диаграмма. Цикл ДВС. Цикл Тринклера. Цикл Отто. Цикл Дизеля. (2 часа).

Лекция 14. Сравнение эффективности циклов ДВС. Газотурбинные установки. Газовая турбина со сгоранием при P=const. ГТУ с изотермическим процессом сжатия. (2 часа).

Лекция 15. ГТУ со сгоранием при V=const. Методы анализа совершенства циклов. Задачи термодинамического анализа циклов. Метод сравнения термических КПД обратных циклов. Анализ циклов с помощью коэффициентов полезного действия. (2 часа).

Лекция 16. Энтропийный метод расчета потерь работоспособности. Эксергетический метод анализа. Энтропийные и эксергетические диаграммы.

(2 часа).

Лекция 17. Циклы воздушно реактивных двигателей (ВРД). Цикл ВРД при сгорании по процессу P=const. Цикл ВРД при сгорании по процессу V=const. Регенеративный цикл ГТУ. (2 часа).

Лекция 18. ГТУ замкнутого цикла со сгоранием при P=const. Циклы ракетных двигателей. Паросиловые циклы. Идеальный паросиловой цикл Ренкина. (2 часа).

Лекция 19. Термодинамика цикла Ренкина. Влияние начальных и конечных параметров пара на термодинамический КПД цикла Ренкина. Цикл с промежуточным перегревом пара. (2 часа).

Лекция 20. Регенеративный цикл. Теплофикационные циклы. Бинарный цикл. Термодинамика получения холода. Термостатирование термодинамической системы. (2 часа).

Лекция 21. Термодинамика теплового насоса. Холодильные установки. Теоретические циклы холодильных машин. Цикл воздушно–компрессионной холодильной машины. (2 часа).

Лекция 22. Регенеративный цикл воздушно–компрессионной холодильной машины. Парокомпрессионная холодильная машина. (2 часа).

Лекция 23. Эффективность парокомпрессионной холодильной машины. Цикл абсорбционной холодильной установки. Пароэжекторные холодильные установки. (2 часа).

Лекция 24. Прямые преобразователи энергии. Топливные элементы. Солнечные батареи. Термоэлектрические генераторы. Термоэлектрическая холодильная машина. (2 часа).

Лекция 25. Цикл МГД установки. МГД генераторы открытого и закрытого типов. (2 часа).

2.  Перечень практических занятий

2.1  Семинарские занятия

- расчет процессов сжатия в компрессорах – 2 часа;

– термодинамика двигателей внутреннего сгорания – 2 часа;

– термодинамика ГТУ и ВРД – 2 часа;

– термодинамика циклов холодильных установок – 2 часа.

2.2  Лабораторные работы

– сравнительный анализ циклов ДВС – 2 часа;

– сравнительный анализ циклов ГТУ – 2 часа;

– анализ термодинамики циклов ДВС – 2 часа.

3.  Перечень тем курсовой работы

– расчет и проектирование воздушно–компрессионной холодильной машины:

а) с вихревым расширителем, б) с турбодетандером;

– расчет и проектирование парокомпрессионной холодильной машины;

– спроектировать газотурбинную установку для наземного привода;

– спроектировать паровую силовую установку;

– спроектировать установку для термического обеззараживания отходов бытового, производственного и медицинского происхождения.

4.  Список литературы

Основной

4.1  Теплотехника: Учебник для студентов втузов/ , , и др. ; Под общ. ред. . – М.: Машиностроение, 2004. – 432 с.

4.2  Алексеев теплотехника. – М.: Высшая школа, 1980. – 552 с.

4.3  , Занемонец . – М.: Высшая школа,1986. – 344 с.

Дополнительный

4.4  и др. Термодинамика и теплопередача. – М.: Высшая школа, 1975. – 495 с.

4.5  Андрющенко технической термодинамики реальных процессов. – М.: Высшая школа, 1975. – 264 с.

4.6  Хейвуд циклов в технической термодинамике. – М.: Энергия, 1979. – 280 с.

4.7  Архаров системы: Основы теории и расчета/ , , . – М.: Машиностроегие, 1988. – 464 с.

4.8  Криогенные системы/ , , и др.; Под общ. ред. и . – М.: Машиностроение, 1999. – 720 с.

4.9  Холодильные установки/ , и др.; Под общ. ред. . – М.: Агропромиздат., 1991. – 495 с.

4.10 Рабинович задач по технической термодинамике. – М.: Машиностроение, 1973. – 344 с.

4.11 Панкратов задач по общей теплотехнике. – М.: Высшая школа, 1977. – 239 с.

5.  Методические указания студентам по изучению дисциплины

5.1  Общие моменты. Задачи самостоятельной работы

Изучение любой дисциплины необходимо начинать с изучения ее теоретических положений, а также с определения разделов смежных дисциплин, материал которых, либо его часть составляют основы изучаемого предмета. Целесообразно эти основы осознать и их повторить. Таким образом прежде чем изучать технические приложения термодинамики, необходимо повторить саму термодинамику: первое, второе начала, уравнения состояния, термодинамику идеальных и реальных сред, термодинамику газовых потоков, гидравлические сопротивления трактов, политропные процессы, эксергию, эксергетический и энтропийный анализы, работоспособность, водяной пар и термодинамические процессы с паром, термодинамические диаграммы, влажный воздух.

Это поможет безболезненно приступить к познаванию курса технических приложений термодинамики, ибо в основе рабочего процесса любого приложения обязательно присутствует вышеперечисленный материал термодинамики, которая при правильно составленном учебном плане должна изучаться в предшествующем семестре.

Самостоятельная работа студентов с основной и дополнительной литературой преследует главную цель: повысить эффективность теоретического базиса курса, излагаемого на лекциях преподавателем. Ее эффективность в первую очередь определяется уровнем самостоятельной активности и качеством его работы. Кроме того она содержит и дополнительный аспект – позволяет выявить обучающемуся некоторые тонкости и особенности дисциплины, опущенные при изложении в лекционном курсе из–за дефицита аудиторных часов, отведенных на этот раздел обучения.

В целом, самостоятельная подготовка хороша еще и тем, что способствует формированию у обучающихся современного естественнонаучного мировоззрения и формирует основу для сознательного использования формализованной логики предмета и ее математические методы" href="/text/category/instrumentalmznie_i_matematicheskie_metodi/" rel="bookmark">математических методов, облегчая работу при решении задач и выполнении домашних расчетно–графических заданий. Она помогает более глубокому проникновению в суть исследований, проводимых при выполнении лабораторных работ.

В соответствии с учебным планом и подписанными отрезками на самостоятельную подготовку отведено 54 часа, из которых 30 часов отводится на выполнение курсового проекта. Оставшиеся 24 часа распределяются по видам занятий следующим образом:

8часов – самостоятельное выполнение двух расчетных лабораторных работ;

16 часов – работа с литературой по теоретическому курсу, решение задач и подготовка к экзамену.

5.2  Подготовка к практическим занятиям

Качество освоения теоретического материала и курса в целом в немалой степени определяется уровнем и эффективностью практических занятий выполняемых как совместно в аудитории на семинарах, так и обязательной самостоятельной работы при подготовке к практическим занятиям по самостоятельному решению наиболее характерных задач, определяемых преподавателем в виде заданий на самостоятельную «домашнюю» проработку. Одной из основных задач любых курсов является выработка умений и навыков решения конкретных задач из различных разделов теоретического курса, позволяющие в дальнейшем решать научные и инженерные, то есть практические задачи. В процессе решения задач отрабатывается способность применения общих теоретических закономерностей к отдельным конкретным практическим вопросам, что способствует более глубокому проникновению в сущность изучаемой дисциплины.

К сожалению, на наш взгляд выбор задачников по технической термодинамике недостаточно велик и нам представляется возможным рекомендовать пособия [10,11].

Во время аудиторных практических занятий с подробным анализом решаются порядка пяти – шести задач с постепенно возрастающей сложностью. В качестве домашних заданий предлагаются 5-6 задач среднего уровня трудности и указанных выше сборников [10,11].

Решение домашних заданий предопределяет не только знание теоретических разделов и физических законов, но и специальных методических приемов, принципов решения общих для группы задач из определенного раздела.

Приступать к решению задач необходимо после достаточно тщательного изучения теоретического лекционного материала соответствующего раздела. При решении задач необходимо пользоваться некоторыми правилами методического характера:

– записать краткое условие задачи, переведя в систему СИ все данные, и выяснив необходимые константы;

– выполнить анализ задачи, вскрыв логический путь поиска искомой величины с отражением всех необходимых закономерностей, используемых для решения;

– выполнить графическое отображение (эскиз) условий задачи, а при необходимости и решения задач в соответствующей диаграмме (P, V; T, S; i, s; i, d и т. д.);

– выполнить решение задачи в общем виде, сопровождая расчетные зависимости пояснениями;

– оценить правильность полученного решения проверкой размерности, полным использованием исходных данных;

– произвести численный расчет с учетом необходимой точности решения;

– оценить логическую целесообразность полученной в расчете величины.

Методика контроля и оценки качества выполнения студентами самостоятельной работы на практических занятиях осуществляется:

– беглым опросом теоретических положений с выставлением оценки;

– проверкой домашних заданий и конспекта по теории, вынесенной на самостоятельную проработку;

– проведение контрольных работ.

5.3  Выполнение домашних индивидуальных заданий

Таковыми в курсе технических приложений термодинамики являются две компьютерные лабораторные работы и курсовая работа по расчету и разработке схемы теплосиловой установки или холодильной машины.

Компьютерные лабораторные работы связаны с расчетом идеального цикла теплосиловой установки или холодильной машины, в том числе и теплового насоса. В задачу работы входит написание алгоритма задачи исследования в виде замкнутой физико-математической модели, написание программы по модели на одном из машинных языков, компьютерный проект и анализ полученных результатов.

Выдача заданий осуществляется на второй и девятой неделях. Защита заданий на восьмой и шестнадцатой неделях.

Курсовая работа выдается на первой неделе семестра. Защита курсовой работы на 17 неделе. При выполнении курсовой работы необходимо руководствоваться методическим пособием, в котором приведены примеры выполнения аналогичных проектов.

6.  Список экзаменационных (зачетных) вопросов

6.1 Источники и генераторы полезной энергии.

6.2 Критерии энергетической эффективности.

6.3 Потребность в энергии и охрана окружающей среды.

6.4 Первичные источники энергии. Химические топлива.

6.5 Органические и неорганические горючие.

6.6 Ядерные и термоядерные топлива.

6.7 Возобновляемые источники энергии.

6.8 Теплогенераторы. Теплообменные аппараты.

6.9 Термотрансформаторы. Холодильные установки.

6.10 Теплонасосные установки.

6.11 Химические теплогенераторы. Механизм процесса горения.

6.12 Характер горения различных топлив. Расчет процесса горения.

6.13 Составы продуктов сгорания в топках котла и камерах сгорания двигателей.

6.14 Тепловой и эксергетический балансы химических теплогенераторов и тепловых двигателей.

6.15 Характеристики тепловых генераторов. Организация рабочего процесса. Огневые печи.

6.16 Паровые котельные установки. Классификация.

6.17 Топки, горение и тепловыделение в них. Теплообмен и движение газов в топке и газоходах.

6.18 Водяные экономайзеры и воздухоподогреватели. Регулирование котлоагрегатов.

6.19 Парогазовые и газовые котлы. Камеры сгорания ГТД, ВРД, ДВС.

6.20 Ядерные теплогенераторы. Процессы тепловыделения. Радиактивный распад ядер. Цепные реакции деления.

6.21 Ядерные реакторы деления. Реакторы на медленных нейтронах. Термоядерные реакторы.

6.22 Солнечные теплогенераторы. Лазерные теплогенераторы.

6.23 Электрические теплогенераторы. Механические теплогенераторы.

6.24 Компрессор. Термодинамика процесса сжатия.

6.25 Диаграмма процесса сжатия. Индикаторная диаграмма сжатия в компрессоре.

6.26 Многоступенчатый компрессор. Осевой и центробежный компрессоры.

Т,S – диаграмма процесса сжатия.

6.27 Турбина. Термодинамика идеальной турбины.

6.28 Поршневые двигатели (ДВС). Принцип работы. Индикаторная диаграмма.

6.29 Цикл Отто. Термодинамика цикла.

6.30 Цикл Тринклера. Термодинамика цикла.

6.31 Цикл Дизеля. Термодинамика цикла.

6.32 Газотурбинная установка. ГТУ со сгоранием при P=const.

6.33 ГТУ с изотермическим процессом сжатия.

6.34 ГТУ со сгоранием при V=const.

6.35 Методы анализа совершенства циклов. Задачи термодинамического анализа циклов.

6.36 Анализ циклов с помощью коэффициентов полезного действия.

6.37 Энтропийный метод расчета потерь работоспособности.

6.38 Эксергетический метод анализа. Энтропийные и эксергетические диаграммы.

6.39 Цикл ВРД (P=const, V=const).

6.40 Регенеративный цикл ГТУ.

6.41 ГТУ замкнутого цикла со сгоранием при P=const. Циклы ракетных двигателей.

6.42 Паросиловые циклы. Цикл Ренкин.

6.43 Термодинамика цикла Ренкина.

6.44 Влияние начальных и конечных параметров пара на термодинамический КПД цикла Ренкина.

6.45 Цикл с промежуточным перегревом пара.

6.46 Теплофикационные циклы. Бинарный цикл.

6.47 Термодинамика получения холода. Термостатирование.

6.48 Термодинамика теплового насоса.

6.49 Холодильные установки. Цикл воздушно–компрессионной холодильной машины.

6.50 Регенеративный цикл воздушно–компрессионной холодильной машины.

6.51 Парокомпрессионная холодильная машина.

6.52 Цикл абсорбционной холодильной машины.

6.53 Пароэжекторные холодильные установки.

6.54 Прямые преобразователи энергии. Топливные элементы. Солнечные батареи.

6.55 Термоэлектрические генераторы. Термоэлектрическая холодильная машина.

6.56 Цикл МГД установки. МГД генераторы открытого и закрытого типов.

7. Контрольные вопросы и задачи

7.1 Контрольные вопросы

1. Дайте определение объемного КПД компрессора.

2. Как зависит КПД двигателей внутреннего сгорания от физических свойств рабочего тела?

3. Как зависит термический КПД двигателя внутреннего сгорания от степени сжатия?

4. Почему с ростом числа ступеней сжатия компрессора его объемный КПД возрастает?

5. Перечислите преимущества газотурбинных установок, работающих по замкнутому циклу.

6. Чем отличается индикаторная диаграмма от диаграммы цикла в P, V – координатах?

7. Докажите, что при замене кругового процесса Карно циклом Ренкина действительное использование тепла возрастает.

8. Изобразите принципиальную схему домашнего холодильника.

9. Запишите выражение для идеальной работы сжатия в компрессоре.

10. Объясните причины, по которым переходят к многоступенчатому сжатию газа.

11. Какие типы компрессоров по организации процесса сжатия вы знаете?

12. Какой процесс наиболее экономичен для организации процесса сжатия?

13. Почему многоступенчатое сжатие при определенных условиях экономичнее одноступенчатого? Перечислите эти условия.

14. Почему в авиационных двигателях используют квазиадиабатное сжатие свежей порции воздуха (рабочего тела)?

15. Перечислите источники и генераторы полезной энергии.

16. Первичные источники энергии.

17. Дайте определения термотрансформаторам повышающего, понижающего и смешанного типов, и приведите их примеры из техники.

18. Что такое органическая, рабочая, горючая и сухая массы топлива? Как они взаимосвязаны?

19. Приведите перечень характеристик тепловых генераторов.

20. Что такое экономайзер и принцип его работы?

21. Воздухоподогреватели и причины их использования в котлоагрегатах.

22. Дайте классификацию котельным установкам.

23. Ядерные реакторы деления.

24. Реакторы на медленных нейтронах.

25. Термоядерные реакторы.

26. Что такое солнечные теплонагреватели, их устройство и принцип действия?

27. Опишите работу ядерного теплогенератора.

28. Электрические теплогенераторы.

29. Механические теплогенераторы.

30. Что такое индикаторная диаграмма?

31. Опишите рабочий процесс идеальной турбины.

32. Типы поршневых двигателей, их рабочий процесс, термодинамика и термические КПД.

33. Перечислите известные методы анализа совершенства циклов.

34. Циклы ВРД, их характерные особенности и термодинамика.

35. Циклы ГТУ со сгоранием при P=const.

36. Циклы ГТУ со сгоранием при.V=const.

37. ГТУ с изотермическим процессом сжатия.

38. Метод сравнения термических КПД обратных циклов.

39. Анализ циклов с помощью КПД обратных циклов.

40. Энтропийный метод расчета потерь работоспособности.

41. Эксергетический метод анализа.

42. Цикл ракетного двигателя.

43. Идеальный цикл паровой машины. Цикл Ренкина.

44. Запишите КПД цикла Ренкина.

45. Изобразите цикл Ренкина в P,V – диаграмме; T,S – диаграмме; i,s –диаграмме.

46. Объясните влияние начальных и конечных параметров пара на термический КПД цикла Ренкина.

47. Цикл с промежуточным перегревом пара.

48. Принцип регенерации. Вторичные энергоресурсы. Регенеративный цикл ГТД.

49. Теплофикационный цикл.

50. Бинарный цикл.

51. Термодинамика процесса получения холода.

52. Термостатирование.

53. Типы циклов холодильных машин, их технико-экономическое сравнение.

54. Воздушно-компрессионная холодильная машина. Принцип работы. Схема. T,S и P,V – диаграммы цикла.

55. Парокомпрессионная холодильная машина. Принцип работы. Схема. T,S и P,V – диаграммы цикла.

56. Почему в парокомпрессионных холодильных установках используется дроссельное расширение для охлаждения газа, а не более эффективное с точки зрения термодинамики адиабатное расширение с совершением работы?

57. Абсорбционная холодильная машина. Принцип действия. Схема. T,S и

P,V – диаграммы цикла.

58. Пароэжекторные холодильные установки.

59. Циклы МГД генераторов.

60. Термоэлектрические генераторы. Термодинамика их рабочего процесса.

61. Термоэлектрическая холодильная машина.

7.2 Характерные задачи

1.  Одноступенчатый поршневой компрессор всасывает V=0,05 м3/с воздуха при давлении P1 =1·105 Па и сжимает его до давления P2 =8·105 Па. Определить теоретическую мощность привода компрессора при изотермическом, адиабатном и политропном (n=1,2) процессах сжатия. (Nt =10,4 кВт, Nад =14 кВт, Nпол =12,3 кВт)

2.  Определить на сколько процентов уменьшиться мощность, потребляемая поршневым компрессором, политропно (n=1,2) сжимающего воздуха от давлениям P1 =1·105 Па до P2 =9·105 Па, при переходе от одноступенчатого к двухступенчатому сжатию.

3.  Определить мощность идеального компрессора с изотермическим сжатием и часовое количество теплоты, передаваемое охлаждающей водой, если

P1 =101325 Па, а давление сжатого воздуха P2 =0,4 мПа. Расход всасываемого воздуха 500 м3/г. (N =14,2 кВт, Q =69580 кДж/ч)

4.  Компрессор всасывает в минуту 100 м3 водорода при температуре 20 0С и давлении 1·105 Па и сжимает его до 0,8 МПа. Найдите мощность привода при политропном процессе сжатия (n=1,19), если эффективный КПД компрессора .

5.  Одноступенчатый компрессор, имеющий относительную величину вредного пространства 0,05, сжимает 400 м3/ч воздуха при нормальных условиях от давления P1 =105 Па и температуре t1 = 20 0С до давления P2 =7·105 Па. Показатель политропы сжатия n=1,3. Найти потребную мощность привода, объемный КПД компрессора, если эффективный КПД . (, N=39 кВт).

6.  Относительная величина вредного пространства одноступенчатого поршневого компрессора равна 5%. Давление всасываемого воздуха P1 =105 Па. Найти при каком давлении нагнетания производительность компрессора станет равной нулю. Процесс расширения воздуха во вредном пространстве и сжатие в компрессоре адиабатны. (P2 =7,1 МПа).

7.  Температура самовоспламенения топлива, подаваемого в цилиндр дизеля равна 600 0С. Найдите минимально необходимое значение степени сжатия ε, если начальная температура воздуха 90 0С и показатель политропы сжатия n=1,35.

8.  Двигатель имеет мощность Ne=200 кВт и полной нагрузке расходует

50 кг/ч топлива с теплотой сгорания =40000 кДж/кг. Определить и . [, г/(кВт/ч)].

9. Определить эксергию 1 кг углекислого газа в потоке при параметрах

P =1 МПа и температуре t=327 0С. Параметры среды P0=0,1 МПа и t0=200С. (298 кДж/кг).

10. Определить расход воздуха через шестицилиндровый четырехтактный дизельный двигатель, если диаметр цилиндра D =0,15 м, ход поршня

S =0,18 м, средняя скорость поршня Cп=9 м/с, коэффициент наполнения цилиндров , плотность воздуха =1,2224 кг/м3. (G =0,241 кг/с).

11. Определить расход топлива и охлаждающей воды для четырехцилиндрового четырехтактного дизельного двигателя, если среднее эффективное давление Pe=6·105 Па, диаметр цилиндра D =0,135 м, ход поршня S =0,16 м, средняя скорость поршня Cп =9,6 м/с, теплота сгорания топлива

=42300 кДж/кг, эффективный КПД , количество тепла, потерянного с охлаждающей водой, Qхол=42 кВт и разность температур выходящей из двигателя и входящей воды =10 0С. (В=5,56·10-3 кг/с,Gв=1,0 кг/с).

12.  Определить внутренний КПД ГТУ, если известны степень повышения давления в компрессоре π = 4, температура воздуха на входе в компрессор t1=20 0С, температура газа на выходе из камеры сгорания tк*=700 0С, относительный внутренний КПД турбины , внутренний КПД компрессора , КПД камеры сгорания . Показатель адиабаты k =1,4. ().

13.  Определить эффективный КПД ГТУ, если степень повышения давления в компрессоре π = 3,9, температура всасываемого в компрессор воздуха

t1=22 0С, температура газа на выходе из камеры сгорания tк*=717 0С, относительный внутренний КПД турбины , внутренний КПД компрессора , КПД камеры сгорания , механический КПД ГТУ и показатель адиабаты k =1,4. ().

14.  Определить внутренний КПД ГТУ с регенерацией тепла, если степень регенерации x=0,7, степень повышения давления в компрессоре π = 3,16, температура всасываемого воздуха в компрессор t1=27 0С, температура воздуха на выходе из камеры сгорания tк*=707 0С, относительный внутренний КПД турбины , внутренний КПД компрессора , КПД камеры сгорания , показатель адиабаты k =1,4. ().

15.  Парогенератор вырабатывает 1800 кг/ч пара давлением 1,1 МПа. Каким должно быть сечение предохранительного клапана, чтобы при внезапном прекращении отбора пара давление не превысило 11 МПа. (fmin=321 мм2).

16.  Определить экономию, которую дает применение паровых турбин с начальными параметрами P1 =3,5 МПа, t1=435 0С по сравнению с турбиной, имеющей начальные параметры P1 =2,9 МПа и t1=400 0С. Давление в конденсаторе для обеих турбин принять равным P2 =0,004 МПа. Относительный эффективный КПД обеих турбин принять одинаковым и равным (относительный эффективный КПД турбин ). (3,08 %)

17.  В активной степени перегретый пар с начальными давлением P0=1,2 МПа и температурой t1=300 0С расширяется до P1 =0,7 МПа. Определить площадь выходного сечения суживающегося сопла, если скоростной коэффициент сопла , расход пара через сопло G =1,2 кг/с, коэффициент расхода сопла . (f1=1,38·10-3 м2).

18.  Конденсационная турбина, работающая на паре давлением 9 МПа и температурой 500 0С, развивает мощность 25000 кВт. Давление в конденсаторе 0,004 МПа. В котельной установке, снабжающей турбину пара, сжигается каменный уголь с теплотой сгорания =24000 кДж/кг. КПД котельной установки 80 %. Определить:

– термический КПД цикла;

– часовой расход пара через турбину;

– часовой расход топлива.

(, М=65,3 т/ч, В =10,3 т/ч).

19.  Паросиловая установка работает при начальных параметрах P1 =10 МПа и t1=650 0С. Конечное давление P2 =0,006 МПа. При P’=2,5 МПа введен вторичный перегрев до t’=500 0С. Определить термический КПД цикла с вторичным перегревом и влияние введения вторичного перегрева на термический КПД.

20.  Турбина мощностью 6000 кВт работает при параметрах пара: P1 =3,5 МПа, t1=435 0С, P2 =0,004 МПа. Для подогрева питательной воды из турбины отбирается пар при P =0,12 МПа. Определить термический КПД установки, удельный расход пара и теплоту, улучшение термического КПД в сравнении с такой же установкой, но работающей без регенеративного подогрева.

21.  Идеальная холодильная машина, работающая по обратному циклу Карно, передает тепло от холодильника с водой при температуре T2 кипятильнику с водой при температуре T1. Какое количество воды m2 нужно заморозить в холодильнике, чтобы превратить в пар воду массой m1 в кипятильнике.

22.  Фреоновая холодильная установка, холодопроизводительностью

Q0=118 кВт работает при температуре испарения t1=-15 0С и температуре конденсации перед регулирующим вентилем t4=25 0С. Определить количество циркулирующего фреона –12, холодильный коэффициент и теоретическую мощность компрессора установки, если энтальпия пара фреона –12 на выходе из компрессора i2 = 610 кДж/кг. Пар из испарителя выходит сухим насыщенным.

23.  Аммиачная холодильная установка работает при температуре испарения t1=-15 0С и температуре конденсации t4=25 0С. Определить холодильный коэффициент, если энтальпия аммиака на выходе из компрессора

i2 =1896 кДж/кг. Пар из испарителя выходит сухим насыщенным.