Задача № 1 (к теме 10 раздела 1)
Для теоретического цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с изохорно-изобарным подводом теплоты определить параметры состояния Р, v, Т характерных точек цикла, полезную работу и термический КПД по заданным значениям начального давления p1 и температуры t1 степени сжатия ε, степени повышения давления k и степени предварительного расширения ρ. Рабочим телом считать воздух, полагая теплоемкость его постоянной. Изобразить цикл ДВС в рv и Ts диаграммах. Сравнить термический КПД цикла с термическим КПД цикла Карно, проведенного в том же интервале температур t1-t4. Данные для решения задачи выбрать из таб. 1.
Данные: Р1= 96 кПа; t1= 17 °C; ε= 19; k= 1,7; ρ= 1,2.
Ответить на вопрос:
1. Как влияют параметры цикла (ε, k, ρ) на термический КПД?
Задача № 2 (к теме 11 раздела 1)
Расход газа в поршневом одноступенчатом компрессоре составляет V1 при давлении р1= 0,1 МПа и температуре t1. при сжатии температура газа повышается на 200°C. Сжатие происходит по политропе с показателем n. Определить конечное давление, работу сжатия и работу привода компрессора, количество отведенной теплоты, а также теоретическую мощность привода компрессора.
Указание: При расчете принять k= сv/сp= const.
Данные: V1= 65 м3/мин; t1= 30 °C; газ – Не; n= 1,50.
Ответить на вопросы:
1. Как влияет показатель политропы на конечное давление при выбранном давлении p1 и фиксированных t1 и t2 (ответ иллюстрируйте в Ts-диаграмме)?
2. Чем ограничивается р2 в реальном компрессоре (кроме ограничения по максимально допустимой конечной температуре)?
Задача № 3 (к 12 раздела 1.1)
Показать сравнительным расчетом целесообразность применения пара высоких начальных параметров и низкого конечного давления на примере паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, определив располагаемое теплопадение, термический КПД цикла и удельных расход пара для двух различных значений начальных и конечных параметров пара. Указать конечное значение степени сухости x2 (при давлении пара p2). Изобразить схему простейшей паросиловой установки и дать краткое описание ее работы.
Указание. Задачу надо решать с помощью hs диаграммы.
Данные:параметры для I варианта: Р1= 4,5 МПа; t= 400 °C; Р2= 100 кПа;
параметры для II варианта: Р1= 14,0 МПа; t= 560 °C; Р2= 4 кПа.
Ответить на вопрос:
1. Какие существуют пути повышения экономичности цикла (помимо изменения начальных и конечных параметров пара)?
Задача № 4 (к теме 3 раздела 2)
Электрошина сечением 100х10 мм2 и удельным сопротивлением ρ, установленная на ребро, охлаждается свободным потоком воздуха, температура которого tж. При установившейся электрической нагрузке температура электрошины не должна превышать 70 °C. Вычислить коэффициент теплоотдачи α, величину теплового потока, теряемую в окружающую среду, если длина электрошины l, и допустимую силу тока.
Указание. Для расчета коэффициента теплоотдачи в условиях естественной конвекции пользоваться зависимостью вида.
Значения коэффициента В и показателя степени n, в зависимости от произведения Gr Pr приведены в таб. 1.
Таблица 1
Данные: tж= 30 °C; ρ= 0,0320 (ом мм2)/м; l= 8 м.
Задача № 5 (к теме 7 раздела 2)
Определить поверхность нагрева стального рекуперативного воздушного теплообменника (толщина стенок δст= 3 мм) при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если объемный расход воздуха при нормальных условиях Vн, средний коэффициент теплоотдачи от воздуха к поверхности нагрева α1, от поверхности нагрева к воде α2= 5000 Вт/(м2 К), начальные и конечные температуры воздуха и воды равны соответственно , , и . Определить также расход воды G через теплообменник. Изобразить график изменения температур теплоносителей для обеих схем при различных соотношениях их условных эквивалентов.
Указание: При решении задачи можно условно считать стенку плоской.
Данные: 10-3Vн= 10 м3/ч; α1= 30 Вт/(м2 К); = 360 °С, = 130 °С, = 45 °С, = 120 °С.
Ответить на вопросы:
1. Какая схема движения теплоносителя выгоднее?
2. Покажите (из рассмотрения формулы), какими способами можно увеличить коэффициент теплопередачи.
3. При каких значениях d2/d1 (близких к единице или гораздо больших единицы) цилиндрическую стенку можно в расчетах заменить без больших погрешностей плоской стенкой?