Физика. Примеры решения задач контрольной работы

Примеры решения задач по физике
Кинематика
Движение материальной точки
Основное уравнение динамики
Законы сохранения импульса и энергии
Динамика вращательного движения
Механические колебания
ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИКИ
МОЛЕКУЛЯРНАЯ  ФИЗИКА
Механика
Молекулярная физика и термодинамика
Электричество
Электромагнетизм
Атомная и ядерная физика
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ
Термодинамические процессы
Описание теплопроводности
Теплоотдача в жидкостях и газах
Теплоотдача при фазовых переходах
Тепловое излучение
Теплообменные аппараты
  Кинематика поступательного движения
Электростатика

 

Пример 8. Компрессор всасывает воздух при давлении   бар, температуре  и сжимает его до давления   бар. Производительность   м3/час при

нормальных физических условиях. Определите мощность компрессора, если он неохлаждаемый, относительный внутренний к.п.д. , а также – параметры газа в конце сжатия.

 Нормальная плотность воздуха (рн=1,013 бар =) по уравнению (2)
  кг/м3.

 Массовая производительность определяется по уравнению (32):   кг/с. Равновесный процесс можно рассматривать как политропный при  (см.(24),(25)). Температура в конце изоэнтропного сжатия К.

 Средняя изобарная теплоемкость воздуха по таблице А2:   кДж/(кг К).

 Удельная работа в изоэнтропном процессе 

 кДж/кг.

 Удельная работа в реальном процессе

 кДж/кг.

 Внутренняя мощность компрессора

 кВт.

 Для адиабатного компрессора (теплоемкость  предполагается постоянной)

 Температура в конце сжатия

 К.

 Плотность сжатого воздуха

 кг/м3.

 Пример 9. Определить внутреннюю мощность турбины, работающей на перегретом водяном паре, если рабочие параметры пара  бар, , давление в выходном патрубке турбины  бар, а ее внутренний относительный к.п.д. . Расход пара
20,5 т/час.

 Величина теплообмена в турбинах намного меньше ее мощности и поэтому рассматривается адиабатный процесс.

 Для расчета используем диаграмму водяного пара (рис.4):

 -энтальпия  кДж/кг;

 -энтропия  кДж/(кг К);

 -удельный объем  м3/кг;

 - энтальпия пара в конце изоэнтропного расширения ;

 Удельная работа турбины, согласно (43),

.

 Энтальпия пара в выходном патрубке

 Параметры отработавшего в турбине пара определяем по h,s – диаграмме:

 - энтропия ;

 - температура ;

 - удельный объем .

 Внутренняя мощность турбины .

 

Рис. 4 – Расчетная схема процесса расширения пара в турбине

 Процессы смешивания. При рассмотрении процессов смешивания газов, паров или жидкостей задача обычно состоит в определении параметров состояния смеси по известным параметрам компонентов перед смешиванием. Ограничимся рассмотрением процессов смешивания одного и того же газа (жидкости) при различных параметрах исходных компонентов. Обычно смешивание осуществляется адиабатно (теплообмен может быть учтен за счет разделения неадиабатного смешивания на два этапа: смешивание без теплообмена, а затем теплообмен). Таким образом, при смешивании обмен энергией между системой и внешней средой отсутствует: .

 Чаще всего смешивание осуществляют в потоке, например, в эжекторе. При смешивании двух газов, паров или жидкостей с целью получения потока необходимых параметров (t, p, V, h, s), согласно (32), (33) и (22), имеем уравнения сохранения массы (условие стационарности течения), кг/с, сохранения энергии, Вт, и баланса энтропии, Вт/К:

  (45)

  (46)

  (47)

где - поток произведенной энтропии в системе за счет диссипативных необратимых явлений при формировании потока необходимых параметров.

 Рассматриваемый процесс смешивания является существенно необратимым: для того, чтобы вновь разделить полученный поток на два исходных потока, имеющих различные температуры и давления, нужно было бы затратить дополнительную работу, тогда как процесс смешивания (выравнивание параметров) идет самопроизвольно. Как и во всяком необратимом процессе, при смешивании энтропия возрастет, т.е.

 Если процесс осуществляется с невысокими скоростями потоков и изменением потенциальной энергии поля гравитации можно пренебречь, т.е.   и , то в уравнении (46)

 Для изображения процесса на термодинамических диаграммах и последующего анализа целесообразно ввести в рассмотрение относительные доли (концентрации) смешиваемых потоков, например,  и . В этом случае уравнения (46), (47) примут вид

  (48)

  (49)

 Так как на входе в камеру смешения исходные потоки дросселируются, с тем, чтобы давление р в камере было меньше, чем давления р1 и р2, то величина давления р может быть выбрана различной в зависимости от степени раскрытия вентилей на трубопроводах исходных потоков.

 Расчет процесса смешивания удобно выполнять с помощью термодинамических диаграмм и таблиц состояния. При смешивании потоков идеального газа величины параметров получаемого потока могут быть выражены аналитически.

 Для расчета энтальпии и энтропии идеального газа имеем зависимости:

 , (50)

 , (51)

где - средняя удельная изобарная теплоемкость идеального газа в интервале температур от То=273,16К=0 оС до t, оС, Дж/(кг∙К); Ро - базовое давление (обычно Ро=1бар).

 При подстановке зависимостей (50) и (51) в уравнение (48) и (49) начальные значения энтальпии h(0) и энтропии s(0,Ро) при температуре То сокращаются.

На главную