Реферат
В курсовой работе в соответствии с заданием выполнено решение задачи №1 из раздела «Техническая термодинамика» и задач №2 и №3 из раздела «Теплопередача». Даны ответы на контрольные вопросы из указанных разделов.
Курсовая работа содержит 23 страницы и 12 рисунков.
Содержание
Введение…………………………………………………………………….2
1. Задача №1………………………………………………………………...3
2. Задача №2………………………………………………………………...9
3. Задача №3……………………………………………………………….13
4. Контрольный вопрос……………………………………..…………….16
Литература………………………………………………………………...18
Введение
Теплотехника — общетехническая дисциплина, изучающая методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принцип действия и конструктивной особенности тепло- и парогенераторов тепловых машин, агрегатов и устройств. Теоретическими разделами теплотехники, в которых исследуются законы превращения и свойства тепловой энергии, а также процессы распространения теплоты являются техническая термодинамика и теориятеплообмена. В развитии теплотехники и её теоретических основ большая заслуга принадлежит российским учёным. Д. И. Менделеев провёл фундаментальные работы по общей теории теплоёмкостей и установил существование для каждого вещества критической температуры. М. В. Ломоносов создал основы молекулярно-кинетической теории вещества и установил взаимосвязь между тепловой и механической энергией.
В данной курсовой работе будут рассмотрены задачи по сжатию воздуха в одноступенчатом поршневом компрессоре, расчёту площадей поверхности нагрева для прямоточного и противоточного теплообменников, а также задачи по расчёту теплообмена газа, проходящего по стальной трубе, с охлаждающей трубу жидкостью.
Задача №1
Воздух с начальной температурой сжимается в одноступенчатом поршневом компрессоре от давления до давления . Сжатие может происходить по изотерме, по адиабате и по политропе с показателем .
Определить для каждого из трёх процессов сжатия конечную температуру газа ; изменение внутренней энергии рабочего тела; изменение энтальпии; теоритическую мощность компрессора, если его производительность .
Изобразить процессы сжатия в PVкоординатах, а также изобразить все процессы, происходящие в цилиндре, и описать работу компрессора.
Дано:
;
;
;
;
;
;
.
?
?
Рисунок 1.1 – Процессы сжатия компрессора
Решение:
Из уравнений идеального газа выводим расчётную формулу для нахождения конечной температуры газа:
Найдём температуры для различныхпроцессов.
-
Для изотермического процесса
.
-
Для адиабатного процесса
-
Для политропного процесса
Определим работу для сжатия 1 кг газа.
-
Для изотермического процесса
-
Для адиабатного процесса
-
Для политропного процесса
Определим теоритическую мощность.
-
Для изотермического процесса
-
Для адиабатного процесса
-
Для политропного процесса
Найдём изменение внутренней энергии рабочего тела при сжатии.
-
Для изотермического процесса
-
Для адиабатного процесса
-
Для политропного процесса
Вычислим изменение энтальпии.
-
Для изотермического процесса
-
Для адиабатного процесса
-
Для политропного процесса
Описание работы компрессора.
Поршневые компрессоры — это наиболее распространенные и многообразные по конструкции компрессоры. Поршневые компрессоры применяются в текстильном производстве, машиностроении, криогенной технике, химической и холодильной промышленности. Поршневые промышленные компрессоры различают по устройству компрессора и расположению цилиндров, устройству шатунного механизма и числу степеней сжатия.
Поршневой компрессор — это компрессор, у которого поршень в цилиндре совершает возвратно-поступательные движения. Самый простой поршневой компрессор состоит из цилиндра и поршня, между которыми имеется небольшой зазор. Движение поршня обеспечивается кривошипно-шатунным механизмом от вала с приводным двигателем.
Рисунок 1.2 – Схематическое устройство компрессора
Поршневой компрессор засасывает пары хладагента со стороны низкого давления и сжимает их до давления конденсации, при котором они могут отдать окружающей среде тепло, воспринятое в испарителе и компрессоре.
Рабочее пространство компрессора со сторонами всасывания и нагнетания сообщается через всасывающие и нагнетательные клапаны. Они открываются и закрываются вследствие перепада давления между рабочей полостью компрессора и пространством за клапаном. Для открытия всасывающего клапана давление в цилиндре должно быть меньше давления на стороне испарения, откуда в цилиндр поступают новые порции паров хладагента.
Нагнетательный клапан сообщает полость цилиндра со стороной нагнетания лишь тогда, когда давление в цилиндре превысит давление в конденсаторе.
Для отвода тепла от цилиндров, которые сильно разогреваются при сжатии паров, поршневые компрессоры снабжают рубашками охлаждения или ребрами (при охлаждении воздухом). Через рубашки охлаждения пропускают холодную воду, а ребра охлаждения отдают тепло окружающему воздуху.
При нагревании сам поршень и несущая его деталь — шатун или шток удлиняются, поэтому в устройстве поршневого компрессора предусмотрено, что при нахождении поршня в крайнем положении, называемом «мертвой точкой», между его кромкой и крышкой остается зазор, называемый «мертвым» или «вредным» пространством. Чем больше «вредное» пространство, тем меньше новых паров хладагента всасывается в цилиндр компрессора. Размер вредного пространства вертикальных компрессоров — до 1 мм, горизонтальных 1,2—2,5 мм.
При работе компрессоров различают сухой и мокрый ход.
Сухим ходом компрессора называется такая его работа, при которой пары, засасываемые компрессором, не содержат капелек жидкого хладагента. Сухой ход — важное условие безаварийной работы машины. При влажном ходе пары несут с собой большое количество капель и тумана жидкости, которые, доиспаряясь во всасывающем трубопроводе и цилиндре, уменьшают холодопроизводительность компрессора. При этом всасывающий коллектор и стенки цилиндра покрываются снеговой шубой.
Влажный ход может привести к гидравлическому удару при попадании между крышкой цилиндра и поршнем такого количества жидкого хладагента, которое превышает объем мертвого пространства.
Процессы, происходящие в поршневом компрессоре, можно показать в диаграмме (рис. 1.3), устанавливающей зависимость давления Р от хода поршня или объема Vh, описываемого поршнем во время его движения.
Линия 4—1 представляет собой линию всасывания. Она лежит несколько ниже изобары Р0 вследствие сопротивления клапанов.
Адиабата 1—2 характеризует сжатие в цилиндре, которое сопровождается повышением давления и температуры паров.
Линия 2—3 представляет процесс выталкивания паров через нагнетательные клапаны в конденсатор. Из-за сопротивления в нагнетательных клапанах и трубопроводах давление нагнетания несколько выше давления конденсации.
Линия 3—4 характеризует расширение сжатых паров, оставшихся в конце сжатия во вредном пространстве цилиндра; этот процесс продолжается до тех пор, пока давление в цилиндре не достигает величины, при которой открывается всасывающий клапан.
Действительный процесс сжатия паров хладагента отличается от теоретического. Объясняется это тем, что происходит оно не по адиабате, а по другой кривой (политропе) и тем, что всасываются не сухие насыщенные, а перегретые пары.
Рисунок 1.3 - PVдиаграмма рабочего процесса одноступенчатого поршневого компрессора