Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так

Адиабатный процесс

,

где k=cp/cv — показатель адиабаты.

Зависимости между начальными и конечными параметрами процесса:

Между p и v: , (10.1)

между T и v: , (10.2)

между p и T: . (10.3)

Работу 1 кг газа находят по следующим формулам:

; (10.4)

; (10.5)

; (10.6)

. (10.7)

Для определения работы кг газа нужно в формулах (9.4), (9.5) и (9.7) заменить удельный объем v общим объемом V газа.

(10.8)

; (10.9)

. (10.10)

Формула (9.6) для M кг газа примет следующий вид:

;

Уравнение первого закона для адиабатного процесса имеет вид:

, (10.12)

следовательно, или , т.е. изменение внутренней энергии газа и работа адиабатного процесса равны по величине и противоположны по знаку.

Изменение внутренней энергии идеального газа в адиабатном процессе может быть также выражено уравнением:

. (10.13)

Задачи

10.1. 1 кг воздуха при начальной температуре t1=30 °С и давлении Р1=0.1 МПа сжимается адиабатно до конечного давления Р2=1 МПа.

Определить конечный объем, конечную температуру и затрачиваемую работу.

Из соотношения параметров в адиабатном процессе находим

Принимая к=1.4 , получаем

Т2=303∙10 0.4/1.4 =303∙10 0.286 =303N;

lgN=lg 10 0.286 =0.286lg10=0.286;

Значение величины (Р21) к-1/к для адиабатного сжатия при р2/p1=10 величина (Р21) к-1/к =1.931.

Затраченная работа по уравнению (9.6)

Конечный объем определяется из уравнения состояния

10.2. 1 кг воздуха при температуре t1=15°С и начальном давлении Р1=0.1 МПа адиабатно сжимается до 0.8 МПа.

Найти работу , конечный объем и конечную температуру.

Ответ: t2=248°С; v2=0.187 м 3 /кг; L=-167.2 кДж/кг.

10.3. Воздух при давлении Р1=0.45 МПа, расширяясь адиабатно до 0.12 МПа, охлаждается до t2=-45 °С.

Определить начальную температуру и работу, совершенную 1 кг воздуха.

10.4. 1 кг воздуха, занимающий объем v1=0.0887 м 3 /кг при Р1=1 МПа, расширяется до 10-кратного объема.

Получить конечное давление и работу, совершенную воздухом, в изотермическом и адиабатном процессах.

Ответ: 1). Т=const; Р2=0.1МПа ; L=204 кДж/кг; 2). dQ=0; p2=0.04 МПа; L=133.5 кДж/кг.

10.5. Воздух при температуре t1=25 °С адиабатно охлаждается до t2=-55 °С; давление при этом падает до 0.1 МПа.

Определить начальное давление и работу расширения 1 кг воздуха.

Ответ: Р1=0.3 МПа; L=57.4 кДж/кг.

10.6. Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так, что она стала равной температуре воспламенения нефти, объем при этом уменьшился в 14 раз.

Определить конечную температуру и конечное давление воздуха, если Р1=0.1 МПа и t1=100 °С.

Конечную температуру определяем по формуле:

Конечное давление находим из уравнения (91)

10.7. Работа, затраченная на адиабатное сжатие 3 кг воздуха, составляет 471 кДж. Начальное состояние воздуха характеризуется параметрами: t1=15 °С; Р1=0.1 МПа.

Определить конечную температуру и изменение внутренней энергии.

Ответ: t2=234 °С ; DU=-471 кДж.

10.8. 1 м 3 воздуха при давлении 0,095 МПа и начальной температуре 10°С сжимается по адиабате до 0,38 МПа.

Определить температуру и объем воздуха в конце сжатия и работу, затраченную на сжатие.

Ответ: t2=148 °С, V2=0.373 м 3 , L=-117 кДж.

10.9. 1 кг воздуха при температуре t1=17°С сжимается адиабатно до объема, составляющего 1/5 начального, а затем расширяется изотермически до первоначального объема.

Определить работу, произведенную воздухом в результате обоих процессов.

Ответ: L= 67 кДж/кг.

Дата добавления: 2014-11-13 ; просмотров: 205 ; Нарушение авторских прав

9 Адиабатные процессы

9.21 В газовом двигателе смесь газа и воздуха адиабатно сжимается так, что к концу сжатия ее температура оказывается на 200 ºС ниже температуры самовоспламенения газа. В начале сжатия р1=0,09 МПа и t1=70 ºC. Показатель адиабаты k=1,36, R=314 Дж/(кг·К), температура самовоспламенения равна 650 ºС.

Определить величину работы сжатия и степень сжатия ε=υ12.

Ответ: l=-331,4 кДж/кг, ε=7,92.

9.22 Адиабатным сжатием повысили температуру воздуха в двигателе так, что она стала равной температуре воспламенения нефти; объем при этом уменьшился в 14 раз.

Читать еще:  Человек как вечный двигатель

Определить конечную температуру и конечное давление воздуха, если р1=0,1 МПа и t1=100 ºC.

Ответ: Т2=1067 К, р2=4 МПа.

9.23 Применяя первый закон термодинамики, показать, что кривая, изображающая адиабату идеального газа в р, υ — координатах, проходит всегда круче, чем кривая изотермического процесса.

9.24 В газовой турбине адиабатно расширяется 1000 кг/ч от состояния р1=0,8 МПа, t1=650 ºC до р2=0,1 МПа. Определить температуру воздуха на выходе из турбины и теоретическую мощность турбины.

Ответ: t2=237 ºC, N=82,3 кВт.

9.25 При расширении газа в газовой турбине в количестве 15 кг/c его давление уменьшается от р1=0,8 МПа до р2=0,1 МПа. Температура газа на входе в турбину 710 ºС. Процесс расширения – адиабатный обратимый. Определить t2, удельные объемы υ1 и υ2, работу в расчете на один килограмм проходящего газа и мощность турбины. Газ считать идеальным и обладающим свойствами воздуха.

Ответ: t2=270 ºC, υ1=0,353 м³/кг, υ2=1,559 м³/кг, l=316 кДж/кг, N=4,7 МВт.

9.26 (Вариант 85) Определить параметры газа в начальном – 1 и конечном – 2 состояниях, изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии, теплоты и работу расширения. Теплоемкость газа принять постоянной в соответствии с табл. П2 приложения.

Таблица 1 – Исходные данные

Процесс t1, ºС t2, ºС Газ р1, МПа m, кг
Адиабатный 2200 500 О2 7 6

9.27 Начальные параметры 1 м³ азота р1 и t1. Определить конечные параметры газа (V2, p2, t2), если в процессе адиабатного расширения газа его внутренняя энергия уменьшилась на ΔU, кДж. Определить также удельное значение изменения энтальпии газа в процессе. Теплоемкость азота принять не зависящей от температуры.

Таблица 2 – Числовые данные к задачам контрольной работы

Предпоследняя цифра шифра ΔU, кДж р1, МПа t1, ºС
1 8 10 450

Ответ: V2=0,9992 м³, р2=10,01 МПа, t2=450,23 ºС, ΔН=11 кДж.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.

9.28 В процессе адиабатного сжатия 1 кг воздуха температура его изменяется от 15 до 300 ºС. После сжатия воздух изотермически расширяется до начального давления 0,2 МПа. Определить работу, затрачиваемую на сжатие воздуха и количество теплоты, которое необходимо подвести в процессе изотермического расширения. Изобразить процессы в pV- и TS — диаграммах.

Ответ: L1-2=-205 кДж, Q2-3=394 кДж.

9.29 Диоксид углерода при 24 ºС адиабатно охлаждают до -55 ºС. При этом давление падает до 0,1 МПа. Найти начальное давление 1 кг газа.

Ответ: р1=0,4 МПа.

9.30 В цилиндре воздух сжимается по адиабате так, что объем уменьшается в 5 раз.

Начальное давление р1=1 ат; начальная температура t1=90 ºC. Определить конечные температуру и давление воздуха.

Ответ: c≠const (нелинейная зависимость); Т2=675 К; р2=9,3 ат.

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Процесс — адиабатное расширение

Процесс адиабатного расширения газа из постоянного объема, например из какой-либо емкости, также сопровождается понижением температуры. В этом случае выходящим из сосуда газом совершается работа выталкивания, направленная на преодоление сил внешнего давления. [32]

Теоретически процесс расширения пара в двигателе будет происходить по адиабате. Он совершенно подобен процессу адиабатного расширения в цикле Карно. Этот процесс аналогичен изотермическому процессу с отводом тепла в цикле Карно ( линия 3 — 4 на рис. 45 и линия 3 — 4 на рис. 47); различие между ними состоит лишь в том, что в цикле Карно конденсируется не весь пар, а в рассматриваемом цикле — весь. [33]

Так как в процессе адиабатного расширения 1-а давление источника работы все время меньше давления среды р0, то совершаемая в этом процессе работа газа, эквивалентная площади 1-а-с — е — 1, меньше работы, эквивалентной площади 1 — d — c — e — l, которую нужно затратить на сжатие среды. Можно представить себе, что необходимая для проведения этого процесса работа временно берется из какого-либо внешнего в отношении рассматриваемой системы источника. [34]

Читать еще:  Электрическая схема двигатель ларгуса

Из уравнения (5.24) следует, что уменьшение давления на адиабате приводит к понижению температуры газа. В связи с этим процесс адиабатного расширения часто используется как эффективный способ охлаждения газа. [35]

Совершаемая при этом работа расширения отдается внешнему потребителю — электрогенератору. Воздух, охлажденный в процессе адиабатного расширения в детандере от температуры 7 до температуры Т, поступает в охлаждаемую емкость 2, из которой необходимо отвести теплоту. [36]

Ранее, в § 2 — 4, мы рассмотрели этот процесс применительно к идеальному газу. Напомним, что экспериментальное изучение процесса адиабатного расширения без отдачи внешней работы газа, близкого к идеальному, позволило Гей-Люссаку, а затем Джоулю установить, что температура идеального газа в результате этого процесса не изменяется; это в свою очередь позволило установить важное свойство идеального газа — независимость внутренней энергии от объема. [37]

Переход be совершается без теплообмена по двум причинам: во-первых, имеется только два температурных уровня ( источника), на которых по условию должен осуществляться обратимый теплообмен; и, во-вторых, для предотвращения отвода теплоты и получения большего количества работы за счет уменьшения внутренней энергии. Таким образом, процесс be есть процесс обратимого адиабатного расширения ( без трения), сопровождающийся охлаждением рабочего тела. Охлаждение означает, что линия процесса be идет круче линии ab и направлена в область более низких температур. [38]

Особо важную роль играет в термодинамике процесс равновесного адиабатного расширения или сжатия тела. [39]

Реальный цикл, осуществляемый во влажном паре и составленный из двух изобар-изотерм и двух адиабат, условно изображен в Г, — диаграмме на рис. 11 — 3 с учетом необратимых потерь на трение при расширении пара в турбине и при его сжатии в компрессоре. Здесь s2 — sx — увеличение энтропии пара в процессе адиабатного расширения , обусловленное трением, a s4 — s3 — увеличение энтропии пара при его сжатии в компрессоре. [40]

Обратный цикл Карно изображается в s — Г — диаграмме также прямоугольником / — 2 — 3 — 4 ( рис. 7.6, б), но все процессы в нем направлены против часовой стрелки. Цикл также состоит из двух изотерм и двух адиабат: / — 2 — процесс адиабатного расширения , 2 — 3 — процесс изотермического расширения, 3 — 4 — процесс адиабатного сжатия, 4 — / — процесс изотермического сжатия. [41]

Эта разность ранее была нами названа располагаемым теплопадением. Следовательно, полезная работа 1 кг пара в основном цикле паросиловой установки равна располагаемому теплопадению в процессе адиабатного расширения . [42]

Современные газотурбинные установки в основном работают с изобарным подводом теплоты. Теоретически цикл с изобарным подводом теплоты ( рис. 7.3, б, в) состоит из процесса адиабатного сжатия воздуха 1 — 2 в компрессоре 1 ( см. рис. 7.3, с), изобарного подвода теплоты 2 — 3 в камере сгорания 2, процесса адиабатного расширения 3 — 4 продуктов сгорания в соплах 3, преобразования кинетической энергии струи газа на рабочих лопатках 4 и процесса отвода теплоты 4 — 1 от газа в окружающую среду при постоянном давлении рг. [43]

В этой же главе, как уже отмечалось, рассматривается ряд других вопросов. Очень подробно в ней говорится об изменении энтропии при необратимых процессах. Здесь рассматриваются процесс адиабатного расширения тела в пустоту, теплообмен при конечной разности температур, процессы с трением и адиабатное смешение газов. Там же рассматриваются термодинамические потенциалы, характеристические функции и их свойства, а также дифференциальные уравнения термодинамики. Две последние темы имеют настолько большое значение в построении теории термодинамики, что их можно было бы выделить в отдельные главы. [44]

Читать еще:  Что означает чиповать двигатель

Все же стремление улучшить экономические показатели реального цикла энергетических установок не позволяет безоговорочно согласиться с непрерывными адиабатными процессами расширения и сжатия в цикле. При некотором промежуточном давлении такие процессы можно прервать и при постоянном давлении сообщить рабочий агент с горячим ( в процессе расширения) источником тепла, повысив изобарически его температуру до температуры источника. Затем можно продолжить процесс адиабатного расширения до некоторого другого, более низкого давления, снова прервать процесс, снова сообщить рабочий агент с горячим источником и опять нагреть его изобарически до температуры последнего, повторив подобного рода операции несколько раз. [45]

Термодинамические процессы

Задача 263

Условие задачи: К M=1 кг пара при давлении р1=0,8 МПа и сухости 20% подводиться Q=820кДж теплоты при постоянном давлении. Определить параметры пара h2 , х2 , v2 после паодвода теплоты. Изобразить процесс 1-2 на h-S; p-v; T-S диаграммах.

Задача 261

Условие задачи: Воздух изотермически сжимается от давления p1=0,2 МПа и удельного объёма v1 =1,2 м3/кг до удельного объёма v2=0,2 м3/кг, а затем адиабатно расширяется до давления p3= p1. Найти значения параметров p,v, t в точках 1,2,3. Определить величину q, l ,ds, dh, du в процессах 1-2, 2-3,1-2-3

Задача 248

Условие задачи: Определить массовое потребления кислорода, протекающего по трубопроводу с объемным расходом V = 10 м3/сек, при температуре t =127 °C и давлении p = 0,4 МПа.

Задача 247

Условие задачи:Определите взорвется ли баллон со сжатым кислородом, если во время пожара температура кислорода в баллоне поднялась от t1 = 20°C до t2 = 450°C. Известно, что стенки сосуда могут выдерживать давление не более 10 МПа. Начальное давление p1 =4,8 МПа.

Задача 227

Условие: М=1 кг воздуха, при начальной температуре t1=30ºС и давлении р1=1бар сжимается адиабатно до конечного давления р2=10 бар. Определить конечный объем, конечную температуру и затрачиваемую работу.

Задача 222

Условие задачи: Начальное состояние водяного пара характеризуется абсолютным давлением р1= 0,4 МПа и температурой t1=250ºС. В результате впрыскивания кипящей воды, того же давления, пар становится сухим насыщенным. Давление смеси при этом остается постоянным. Определить количество впрыскиваемой воды на 1 кг пара и работу, совершенную в этом процессе. Изобразить процесс в Ts- и is-диаграммах.

Задача 210

Условие: К угарному газу объемом V1 = 2,5м3 подводится при постоянном давлении Q=380 Дж теплоты. Объем газа при этом увеличивается до V2 = 4м3. Начальная температура газа t1=30ºС. Определить конечную температуру воздуха и его работу расширения. Теплоемкость считать постоянной.

Посмотреть решение …

Задача 208

Условие: Перегретый пар при p1=30 ата и t1=400 С° сначала расширяется по адиабате до сухого насыщенного состояния, а затем охлаждается при постоянном объеме до t3=130 С°. Определить количество отведенной теплоты, изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии, а также работу совершаемую в процессе расширения пара.

Задача 192

Условие задачи: Определить часовой расход воды через гидротормоз, если при испытаниях двигателя, работа, произведенная им, расходуется на преодоление сил трения и превращается в теплоту. Примерно 20% которой, рассеивается в окружающей среде, а остальная теплота отводиться охлаждающей тормоз водой. Крутящий момент на валу двигателя Мкр=2000 Н•м, частота вращения n=1500 об/мин, допустимое повышение температуры воды Δt= 35°C. Теплоемкость воды принять равной Ср =4,1868 кДж/кг•К.

задача 191

Условие задачи: В проточном теплообменнике нагревается воздух. Параметры воздуха при входе в теплообменник: t1=140°C, р1=0,7 МПа, на выходе из него: t2=800°C, р2=0,63 МПа. Параметры среды: t0=15°C, р0=0,1 МПа. Определить изменение эксергии 1 кг воздуха в теплообменнике. Воздух считать идеальным газом.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector