11.1. Задачи

Пример решения задачи:

11.1. При адиабатном дросселировании идеального кислорода с начальной температурой 70 ^оС его давление изменяется от р₁=10 бар до р₂=1 бар. Расход газа 10 кг/с. Определить относительное увеличение удельного объема кислорода в конце процесса v₂/v₁, изменение энтропии системы и потерю эксергии газа за счет необратимости процесса его дросселирования при t_ос=20 ^оС.

Решение

Определение изменения объема и энтропии кислорода при дросселировании можно выполнить по формулам изотермического процесса идеального газа, т.к. при h₂=h₁ для идеального газа Т₂=Т₁

;

.

Процесс дросселирования адиабатный, следовательно, изменение энтропии системы равно изменению энтропии самого вещества, а потерю эксергии в этом процессе можно рассчитать по универсальной формуле Гюи–Стодолы

.

11.2. Водяной пар при р₁=100 бар и х₁=0,65 адиабатно дросселируется до р₂=2 бар. Определить параметры пара после дросселирования t₂ , v₂ , h₂ , s₂.

Ответ: t₂=120 °С, v₂=0,71 м³/кг, h₂=2264 кДж/кг, s₂=6 кДж/(кгК).

11.3. Водяной пар при р₁=50 бар и х₁=0,6 адиабатно дросселируется до давления р₂=1 бар. Определить параметры пара после дросселирования: t₂, v₂, s₂, и изменение его удельной внутренней энергии. Изобразить условный процесс дросселирования в диаграммах Т,s и h,s.

Ответ: t₂=99,64 ^оС, v₂=1,3 м³/кг, s₂=5,9 кДж/(кг∙К), u=10 кДж/кг.

11.4. В процессе адиабатного дросселирования водяной пар имеет параметры: р₂=0,1 бар, х₂=0,61. Определить начальное фазовое состояние Н₂О и его температуру, если начальное давление составляет: а) р₁=100 бар; б) р₁=200 бар.

Ответ: а) влажный насыщенный пар х₁=0,184, t₁=311 ^оC;

б) вода, t₁=350,6 ^оС.

11.5. Водяной пар при р₁=30 бар и х₁=0,95 адиабатно дросселируется до состояния сухого насыщенного пара (х₂=1). Определить конечные параметры пара р₂ , t₂ , v₂ , изменение его температуры и внутренней энергии t, u. Изобразить условный процесс дросселирования в р,v- и T,s- диаграммах.

Ответ: р₂=2,35 бар, t₂=125,4 ^оС, v₂=0,762 м³/кг,

t=108,5 ^оС, u=11,2 кДж/кг.

11.6. Определить потерю удельной работы изменения давления потока водяного пара _о, вызванную процессом его дросселирования в регулирующем вентиле, установленном перед соплом, от параметров р₁=20 бар и t₁=300 ^оC до р₂=10 бар, если за вентилем пар обратимо адиабатно расширяется в сопловом канале до давления р₃=0,05 бар.

Ответ: _о=92 кДж/кг.

11.7. При адиабатном дросселировании 1 кг азота (N₂) с начальной температурой 100 ^оС его давление изменяется от р₁=5 бар до р₂=1 бар. Считая азот идеальным газом с постоянной изобарной теплоемкостью, определить увеличение энтропии системы и потерю эксергии за счет необратимости процесса его дросселирования. Температура окружающей среды t_ос=20 ^оС.

Ответ: S_c=0,478 кДж/К, E=140 кДж.

11.8. Определить удельную эксергию в начале и конце процесса дросселирования потока водяного пара в регулирующем клапане паровой турбины от р₁=10 бар и t₁=350 ^оC до р₂=6 бар. Параметры окружающей среды р_ос=1 бар и t_ос=20 ^оC.

Ответ: е₁=1017 кДж/кг, е₂=950 кДж/кг.

11.9. Идеальный азот (N₂, с_р=const) c параметрами р₁=10 бар и t₁=200 ^оC адиабатно дросселируется до увеличения его удельного объема в два раза. Определить удельную эксергию газа до и после дросселирования, увеличение удельной (на 1 кг газа) энтропии системы и потерю удельной эксергии газа за счет необратимости процесса. Параметры внешней среды р_ос=1 бар, t_ос=20 ^оС.

Ответ: е₁=241 кДж/кг, е₂=181 кДж/кг,

s_c=0,206 кДж/(кгК), е=60 кДж/кг.

11.10. В регулирующем клапане паровой турбины (рис. 11.2) водяной пар дросселируется от р_о=120 бар и t_о=450 ^оC до р’_о=100 бар. Считая процесс дросселирования адиабатным, определить увеличение энтропии системы и потерю эксергии пара за счет необратимости его дросселирования. Расход пара через турбину G=100 кг/с. Температура окружающей среды t_ос=20 ^оC.

Ответ:S_c=7,36 кВт/К, Е=2209,2 кВт.

11.11. Определить, на сколько снижается мощность паровой турбины (рис. 11.2), имеющей параметры водяного пара р_о=60 бар, t_о=540 °C и р_к=0,05 бар, за счет адиабатного дросселирования пара в регулирующем клапане перед турбиной до р’_о=50 бар. Расход пара на турбину G=250 кг/с. Внутренний относительный КПД процесса адиабатного расширения пара в турбины _oi=0,8.

Ответ: W_тi=4,85 МВт.

11.12. Определить потерю мощности и эксергии потока водяного пара в турбине (рис. 11.2), имеющего параметры р_о=100 бар, t_о=500 °C и р_к=0,05 бар, за счет его дросселирования в регулирующем клапане перед турбиной до р’_о=80 бар. Расход пара на турбину G=300 кг/с. Процесс расширение пара в турбине считать обратимым адиабатным. Параметры внешней среды р_ос=1 бар и t_ос=20 °C.

Ответ: W_т=7,92 МВт, Е=9,6 МВт.