met70-2012

P2 – определяется из уравнения состояния.

Конечные параметры газа, в частности (υ2 ), в задаче № 4 можно определить по

уравнениям адиабатного процесса, заменив показатель степени k на n:

					k
P	= P				k−1
		T2
2	1		T
			1

					υ		1		k−1
T	= T
2		1			υ2
P		υ		2		k
1	=					.
P		υ		1
2

Изменения энтальпии

∆i в

Дж/кг

и ∆Ι в

Дж можно

определить по формуле:

i2 − i1 =

p (T2 − T1). Средняя массовая теплоёмкость

p

определяется из Справоч-

C

C

ных данных, табл. 2.

Работу газа можно определить по формулам:

L

=

R

(T − T ), Дж/кг;

L

= m L

, Дж.

n −1

уд

1

2

v

уд

Изменение энтропии можно определить по формулам:

				n − k		T				T
∆S		= С			lg	1	= C		ln	1	, Дж/кг К;
						T				T
	уд			v n −1				n
						2				2

∆S = m ∆Sуд , Дж/К,

где k – показатель адиабатного процесса, можно определить из Справочных данных,

табл. 2 или по отношению: k = Cp .

Cv

По формуле: ∆U = ∆Uуд = U2 −U1 = Cv (T2 −T1) можно определить изменение внут-

ренней энергии газа ∆U, а в задаче № 5 для m кг газа (∆U = m∆U).

Теплота, отводимая наружу, определяется по формуле:

Q = ∆U + Lv , Дж.

21

Контрольное задание 1.2

Контрольное задание 1.2 включает решение двух задач и ответы на два контрольных вопроса по разделу «Тепловые установки и теплоснабжение предприятий обще-

ственного питания».

Контрольные задачи

Задача № 1

В поршневом компрессоре производительностью происходит сжатие воздуха начального давления (P1) до конечного со степенью повышения давления в каждой ступени

компрессора (π). Начальная температура воздуха равна (t1). Сжатие воздуха в каж-

дой ступени компрессора происходит по политропе с показателем (n) и охлаждением воздуха в промежуточном холодильнике до начальной температуры (в случае много-

ступенчатого компрессора).

Определить: параметры воздуха в каждой ступени компрессора в начале и конце сжатия (P, υ, T); работу сжатия ( сж ), а также эффективную мощность привода (Ne )

иработу ( пр ), затрачиваемую на привод компрессора. Изобразить процессы в P − υ

иT − S диаграммах.

Исходные данные взять из табл. 1 и 2 по последней и предпоследней цифрам шифра

зачётной книжки. Газовая постоянная для воздуха R = 287 Дж/кг К.

Таблица 1

Параметры	Обозна-				Последняя цифра шифра
	чение,
	ед. изм	0	1	2		3	4	5	6		7	8	9
Начальное давление	P1, кПа	100	105	110		115	120	100	105		110	115	120
Начальная	t1, 0С	25	20	15		10	5	30	25		20	15	10
температура
Степень повышения	π	1,5	2,0	2,5		3,0	3,5	4,0	4,5		5,0	5,5	6,0
давления

22

Таблица 2

Параметры	Обозна-			Предпоследняя цифра шифра
	чения,
	ед.изм.	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Производи-	G, кг/с	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5	1,6	1,7	1,8	1,9
тельность
Показатель
процесса сжа-	n	1,24	1,26	1,28	1,30	1,32	1,34	1,36	1,38	1,40	1,42
тия
Количество	z	3	2	1	3	2	1	3	2	1	3
ступеней
Общий КПД	ηк			0,8					0,7
компрессора

Задача № 2

Используя диаграмму «lgP −i» для фреона-13, определить параметры узловых точек

компрессионной холодильной установки. Компрессор установки всасывает перегретый пар состояния при температуре (t1), давлении (P1) для точки 1 и сжимает его по

адиабате до состояния точки 2 при давлении (P2 ).

Затем из компрессора пары фреона поступают в конденсатор, где превращаются в насыщенную жидкость давления(P2 ). Проходя через регулирующий (дроссельный)

вентиль, фреон дросселируется с понижением давления до (P1), после чего поступает в испаритель, где, отбирая тепло от охлаждаемого тела (продуктов), испаряется при постоянном давлении (P1) и температуре (t4 ) и слегка перегретый до (t1) снова по-

ступает в компрессор. Определить также работу цикла ( ц ), полную холодопроизводи-

тельность (Qo ), холодильный коэффициент (ξ) установки, тепловую нагрузку на кон-

денсатор (qк ), работу ( к ) и адиабатную мощность (Na) компрессора установки. По-

строить цикл в « P − υ», « T − S » и «P −i» координатах с указанием численных значений параметров узловых точек цикла.

Исходные данные взять из табл. 3 и 4 по последней и предпоследней цифрам шифра.

23

Таблица 3

Параметры			Обозначения,							Последняя цифра шифра
			ед. изм.			0		1	2		3			4			5			6			7		8		9
Температура фрео-			t1, 0С			-50		-55	-60		-65			-70			-75			-80			-85		-90		-95
на на входе в ком-
прессор
Давление фреона			P1, бар			1,5		1,5	1,0		1,0			0,8			0,8			0,6			0,5		0,4		0,3
на входе в компрес-
сор
																								Таблица 4
Параметры	Обозначение,							Предпоследняя цифра шифра
	ед. изм.			0		1		2		3		4			5				6			7		8			9
Давление
фреона по-	P , бар
сле сжатия								22														28
в компрес-	2
соре
Расход хла-	G, кг/с			0,05		0,1		0,15		0,2		0,25			0,3			0,35				0,4		0,45			0,5
доагента

Рис. 1. Схема компрессионной холодильной машины:

А – компрессор; В – конденсатор; С – переохладитель; Д – вентиль регулирующий; Е – отделитель жидкости; F – испаритель

24

Контрольные вопросы по разделу «Тепловые установки и теплоснабжение предприятий общественного питания»

1.Прямые и обратимые, обратимые и необратимые циклы, применение, характери-

стики [1, с. 74–75].

2.Прямой и обратимый цикл Карно в P − υ и T − S диаграммах, его роль в современной теплоэнергетике [1, с. 75–81].

3.Паросиловые установки, их циклы в P − υ и T − S диаграммах. КПД установок [1,

с. 94–100], [1, с. 309–325].

4.Процессы кипения и парообразования. Водяной пар. Диаграмма P − υ и T − S парообразования [1, с. 51–58].

5.Процесс сжатия рабочего тела. Основные термодинамические соотношения про-

цессов сжатия. Понятие об устройстве и работе компрессоров [1, с. 325–332; 340– 350].

6.Процесс расширения рабочего тела. Математическая модель термодинамическо-

го процесса расширения. Понятие о машинах для проведения процесса расшире-

ния [1, с. 58–66].

7. Поршневые ДВС, циклы в P − υ и T − S диаграммах. Понятие об устройстве [1,

с. 332–340].

8.Процессы течения рабочего тела, основные соотношения процесса течения. Ви-

ды производимых работ. Машины и аппараты, имеющие процессы течения [1,

с. 58–66].

9.Трубопроводы, сопла, диффузоры, основные соотношения для описания процессов изменения параметров рабочего тела [1, с. 62–66].

10.Дросселирование рабочего тела. Изменение параметров при дросселировании.

Изображение процесса дросселирования в i − S диаграмме [1, с. 67–68].

11.Холодильные машины, назначение, классификация, холодильные агенты [1,

с. 100–102]; [2, с. 299–300]; [5, с. 219–227].

12.Схема работы паровой компрессорной машины с регулирующим вентилем. Цикл в P − υ, T − S и P(lgP)− i диаграмме. Тепловой баланс цикла.

13.Достоинства и недостатки цикла холодильной машины с регулирующим венти-

лем. Холодильный коэффициент, удельная и полная холодопроизводительность машины, их физический смысл [1, с. 100–102; 2, с. 305–306].

25

14. Системы энергоснабжения предприятий общественного питания. Эксплуатаци-

онные характеристики источников энергии. Достоинства и недостатки.

15.Тепловые электрические станции, общие сведения, устройство [1, с. 352–359].

16.Установки по прямому превращению теплоты в электрическую энергию [1,

с. 359–365].

17.Схемы тепловых аппаратов пищевых производств. Сущность термодинамических процессов в них [5, с. 100–114; с.162–163].

18.Классификация тепловых аппаратов пищевых производств. Содержание тепло-

вого расчёта режима работы [5, с. 137–148].

19.Тепловой баланс тепловых аппаратов пищевых производств на различных режи-

мах работы [5, с.109–114].

20. Основные отличия в конструкции перспективных тепловых аппаратов от традиционных. Преимущества и недостатки [5, с. 162–177].

Таблица 5

Номер	во-				Последняя цифра шифра
проса
		0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
№ 1		2,1	2,2	2,3	2,4	2,5	2,6	2,7	2,8	2,9	2,10
№ 2		2,11	2,12	2,13	2,14	2,15	2,16	2,17	2,18	2,19	2,20

Номера контрольных вопросов выбирают из табл. 5 по последней цифре шифра за-

чётной книжки. Отдельные вопросы имеют ссылки на источники, рекомендуемые при ответе на данный вопрос.

Методические указания по решению задач

Задача № 1

Нарисовать схему многоступенчатого компрессора [2, с. 230, рис. 16–7]. Определить

параметры воздуха в первой ступени компрессора в начале сжатия: начальное давление P1 и начальная температура T1 заданы по условию; удельный объём υ1 опреде-

лить из уравнения состояния:

υ1 = RT1 , м3/кг.

P1

Параметры воздуха в конце сжатия определить с учётом степени повышения давления

(π) и числа ступеней компрессора (z):

26

			n−1
T2			n z	n−1
	= P2			= (π)n z ,
T		P
1		1

где n – показатель процесса сжатия; T [К], P [Па].

Для многоступенчатого компрессора с числом ступеней (z) давление на входе в следующую ступень равно давлению воздуха на выходе из предыдущей ступени.

Работу сжатия 1 кг воздуха определить с учётом количества ступеней компрессора:

сж = z 1,

Дж

,

кг

где 1 – работа сжатия в одной ступени компрессора,

Дж

определяется по форму-

кг

ле:

RTн

k−1

p

k

1

= −

−1 ,

k −1

pн

где k = n; T

= T ;

p

= π.

н

1

pн

Работа, затрачиваемая на привод многоступенчатого компрессора,

пр = сж , Дж .

ηк кг

Эффективную мощность на привод компрессора определить с учётом производительности компрессора:

Ne = пр G, Вт.

Для изображения процессов в P − υ и T − S координатах воспользоваться литерату-

рой [1, с. 89; 2, с. 229–232].

Задача № 2

Нарисовать схему компрессионной холодильной установки (рис. 1). Задачу решить,

используя диаграмму: Lg P −I для фреона-13 (рис. 4).

Цикл работы компрессионной холодильной установки в lgP −I координатах пред-

ставлен на рис. 2.

27

Определение параметров рабочего процесса в точке 1. Точка 1 находится на пересечении изобары (P1) и изотермы (t1) в области перегретого пара. Параметры υ1 , i1, S1 определить по диаграмме.

Определение параметров рабочего процесса в точке 2. Точка 2 находится на пересечении адиабаты S2 и изобары P2 . Параметры t2, υ2 , i2 и S2 = S1 определить по диаграмме.

Определение параметров рабочего процесса в точке 3 (процесс снятия перегрева и конденсации):

Температура конденсации (t3 ) находится на пересечении изобары (P2 ) с верхней или нижней пограничной кривой, остальные параметры определяются аналогично точкам 1

и 2.

Точка 4 – состояние после дросселирования жидкости находится на пересечении изо-

бары (P1) и линии i3=i4 = const , её параметры определяются по диаграмме.

Работу цикла ( u ) определить по формуле:

ц = к = i2 − i1 .

Удельную и полную холодопроизводительность определить по формулам:

q		= q	o	= i	− i	,		кДж		;
				1	4			кг

Q = q2 G , Вт.

Холодильный коэффициент установки определяется по формуле:

		ξ = q2			= i1 − i6 .
				ц		i	− i
						2	1
Тепловая нагрузка на конденсатор равна:
	q	к	= i − i				кДж .
			2		3		кг
Адиабатная мощность компрессора							[кВт],
	Na		= к		G ,
где к					кДж
	= ц – работа цикла (компрессора),						;
						кг

28

G– расход хладагента, кг .

с

Для построения цикла работы установки в P − υ, P − i и T − S диаграммах воспользоваться рис. 3.

Рис. 2. Цикл компрессионной холодильной установки в диаграмме Lg P −i

29

Рис. 4. Диаграмма LgP −i для фреона