2.5. Индивидуальные задания по расчету
смешения потоков
Приведенные в настоящем разделе примеры задач на расчет процессов смешения потоков носят наиболее общий характер часто встречающихся элементов, требующих термодинамического обсчета в процессе создания промышленных устройств и сложной техники. В качестве примера в пособии приведен расчет пароструйного эжектора пароэжекторной установки. В авиационном двигателестроении можно привести пример смесителя двух контурного воздушно-реактивного двигателя, эжекторы, применяемые в системах кондиционирования и вентиляции, пароструйные и газоструйные насосы и т. д.
В предлагаемых для самостоятельного решения обычно заданы термо-газодинамические характеристики (параметры) смешивающихся потоков. Требуется определить параметры на выходе из устройства поэлементно в характерных сечениях (узлах), найти потери эксергии приращение энтропии. Определить суммарные потери и построить эксергетическую диаграмму. Сделать проверку осуществленного расчета по тождественности баланса эксергии. Сумма эксергии на входе должна быть равна сумме эксергии на выходе плюс сумма всех потерь эксергии по тракту аппарата
.
(2.18)
Погрешность
баланса не должна превышать одного
процента. Решение пароструйного эжектора
вести с использованием табл. 7-8 Приложения
водяного пара и
-диаграммы.
Для газовых смесей расчет можно вести с введением предположения об идеальности или с учетом их реальных свойств. Во втором случае необходимо использовать приведенные в Приложении 2 табл. значений термодинамических параметров для различных газов.
Приведем ряд индивидуальных заданий, наиболее часто встречающихся в инженерных проектировочных расчетах. При их выполнении во всех случаях рассчитать потоки и потери эксергии и построить эксергетическую диаграмму.
1. В канале смешиваются газы, поступающие из трех трубопроводов: 2 кг воздуха при p1 = 200 кПа и T1 = 500 К, 3 кг углекислого газа при p2 = 200 кПа и T2 = 400 К; 5 кг кислорода при p3 = 300 кПа и T3 = 300 К. При постоянных теплоемкостях определить температуру, удельный объем и энтропию смеси при давлении 100 кПа.
2. В сборном газоходе котельной смешиваются уходящие газы трех котлов, имеющие атмосферное давление. Для упрощения принимается, что эти газы имеют одинаковый состав, а именно: CO2 = 11,8 %; O2 = 6,8 %; N2 = 75,6 %; H2O = 5,8 %. Часовые расходы газов составляют: V1 = 7100 м3/ч; V2 = 2600 м3/ч; V3 = 11200 м3/ч, а температуры газов соответственно равны: t1 = 170 °C, t2 = 220 °C, t3 = 120 °C. Определить температуру, энтропию газов после смешения и их объемный расход через дымовую трубу при этой температуре.
3. Уходящие газы из трех паровых котлов при давлении 100 кПа смешиваются в сборном газоходе и через дымовую трубу удаляются в атмосферу. Объемный состав уходящих газов из отдельных котлов следующий:
из первого котла – CO2 = 10,4 %, O2 = 7,2 %, N2 = 77,0 %, H2O = 5,4 %
из второго котла – CO2 = 11,8 %, O2 = 6,9 %, N2 = 75,6 %, H2O = 5,8 %
из третьего котла – CO2 = 12,0 %, O2 = 4,1 %, N2 = 77,8 %, H2O = 6,1 %.
Часовые расходы газов составляют:
m1 = 12000 кг/ч, m2 = 6500 кг/ч, m3 = 8400 кг/ч, а температуры газов соответственно t1 = 130 °C, t2 = 180 °C, t3 = 200 °C.
Определить температуру, массовый расход и энтропию уходящих газов после смешения в сборном газоходе.
4. В газоходе смешиваются три газовых потока, имеющих одинаковое давление, равное 200 кПа. Первый поток представляет собой азот с объемным расходом V1 = 8200 м3/ч при t1 = 200 °C, второй поток – двуокись углерода с V2 = 7600 м3/ ч при t2 = 500 °C и третий поток – воздух с V3 = 6400 3/ч при t3 = 800 °C. Определить температуру, энтропию и объемный расход газов после смешения в общем газопроводе.
5. Продукты сгорания из газохода парового котла в количестве 400 кг/ч при температуре 900 °C должны быть охлаждены до 500 °C и направлены в сушильную установку. Газы охлаждаются смешением газового потока с потоком воздуха при температуре 20 °C. Давление в обоих газовых потоках одинаково. Определить газовый расход воздуха, если известно, что Rгаз = Rвозд. Теплоемкость продуктов сгорания принять равной теплоемкости воздуха.
Вычислить массовый расход эжектирующего потока пара, потери эксергии в эжекторе и определить его эксергетический КПД при следующих данных.