методичка ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ПЕРВОЕ ВЫСШЕЕ ТЕХНИЧЕСКОЕ УЧЕБНОЕ ЗАВЕДЕНИЕ РОССИИ

«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Кафедра теплотехники и теплоэнергетики

Утверждаю Заведующий кафедрой

профессор В.А.Лебедев

«__» сентября 2018 г.

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ РАЗРАБОТКИ для проведения практических занятий по учебной дисциплине

«ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА»

21.03.01 Нефтегазовое дело

Разработка и эксплуатация углеводородных месторождений шельфа; Эксплуатация и обслуживание объектов добычи нефти; Эксплуатация и обслуживание объектов

добычи газа, газоконденсата и подземных хранилищ; Эксплуатация сетей газораспределения и газопотребления;

Сооружение и ремонт объектов систем трубопроводного транспорта; Эксплуатация и обслуживание объектов транспорта и хранения нефти, газа и продуктов переработки; Бурение нефтяных и газовых скважин;

Бурение нефтяных и газовых скважин на шельфе

Разработал: доцент Андреев В.В.

Обсуждены и одобрены на заседании кафедры Протокол № 10 от 19 сентября 2018 г.

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2018

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования

Санкт-Петербургский горный университет

Кафедра теплотехники и теплоэнергетики

ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА

Методические указания к практическим занятиям для студентов

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ

2018

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

УДК 519.86:622.3.012 (073)

ТЕРМОДИНАМИКА И ТЕПЛОПЕРЕДАЧА: Методические указания к практическим занятиям / Санкт-Петербургский горный университет. Сост. Андреев В.В., СПб, 2018. 48 с.

Методические указания предназначены для подготовки и выполнения студентами практических заданий. Содержат необходимые сведения и порядок выполнения типовых практических заданий, а также сами задания на практические занятия.

Предназначены для студентов дневной формы обучения.

Табл. 23. Ил. 9. Библиогр.: 6 назв.

Научный редактор проф. Лебедев В.А.

Санкт-Петербургский горный университет, 2018

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

ВВЕДЕНИЕ

Целью практических занятий является закрепление теоретических знаний, полученных студентом при изучении курса, и использовании этих знаний при решении практических задач на производстве.

Задачей практических занятий является ознакомление студентом с частными вопросами разного характера в области теплотехники, как базовой науки для изучения и расчета тепловых машин и теплоэнергетического оборудования предприятий.

Методические указания к выполнению практических занятий

Выбирается вариант задания с исходными числовыми данными. Переписывается условие задания полностью с выбранными числовыми данными.

Производится расчет с указанием формул и расшифровкой входящих в них обозначений и указаний единиц международной системы (СИ).

По необходимости расчеты дополняются краткими пояснениями и выводами.

Практические занятия выполняется в отдельной тетради с указанием на титульном листе фамилии, инициалов, шифра студента, а также факультета и специальности.

Практическое занятие № 1 Определение параметров смеси идеальных газов

Методические указания.

Смесь количественно может быть задана в массовых i и объемных ri долях. Связь между i и ri выражается при помощи следующих формул:

В смеси, находящейся в термодинамическом равновесии, температура всего объема Vсм одинакова, обозначим ее Tсм. Если все компоненты газовой смеси соответствуют определению идеального

теплоемкость смеси, где , , и , − массовые изохорная, изобарная и

объемные изохорная, изобарная теплоемкости i-го компонента смеси.

Для выполнения задания сначала следует схематично представить рассматриваемый процесс в pv - и Ts – диаграммах, это позволит правильно выбрать теоретические формулы для расчета параметров смеси.

Например, если газовая смесь из состояния 1 переходит в состояние 2 по адиабате, то применительно ко всему объему Vi=mсм·vi эти уравнения принимают вид

изобарную cpсм и изохорную cvсм теплоемкости смеси, используя приведенные выше формулы.

Из приложения [П.1] находятся значения мольных изобарных и изохорных теплоемкостей компонентов газовой смесиμcрi , μcvi .

Перевести значения мольных теплоемкостей в массовые можно с помощью формул:

состоянию смеси: р1V1=mсм ·R см ·T1.

Из последнего выражения находим начальное давление:

L1-2=mсмlсм.

Изменение удельной внутренней энергии смеси определяется по формуле:

u=(u2-u1)=cv·(T2-T1).

Применительно ко всей массе смеси изменение внутренней энергии равно

U=U2-U1=mсм ·(u2-u1)=mсм ·cv·(T2-T1).

Используя последнее выражение, определяем парциальные давления компонентов газовой смеси:

pi =ri·p2.

Очевидно, что pсм=p1+p2+…+pn= pi − давление смеси (закон Дальтона).

Задание 1.1

Смесь идеальных газов задана объемными долями: rCO2 ; rN2 ; rO2 . Общая масса смеси mсм=20 кг. В начальном состоянии объем

vk.com/club1526850503 | vk.com/id446425943

смеси V1=15 м и температура t1. В результате адиабатного сжатия давление смеси увеличивается до p2.

Определить давление смеси p1 в начальном состоянии, температуру t2 и объем V2 смеси в конечном состоянии, работу сжатия L1-2 и изменение внутренней энергии U. Считать, что теплоемкость газов не зависит от температуры и определяется из приложения [П.1].

Определить парциальные давления газов, входящих в смесь, в конечном состоянии. Изобразить процесс в pv - и Ts - диаграммах.

Исходные данные для расчетов выбрать в таблице 1.1 по последней и предпоследней цифре шифра.

Задание 1.2 Определить мольную массу, массовый состав, удельный объем

и плотность, газовую постоянную, а также парциальные давления компонентов газовой смеси, температура которой t и давление p, если объемный состав смеси r задан в процентах. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 1.2, по двум последним цифрам шифра.

Задание 1.3 По известному массовому составу продуктов сгорания

определить: мольную массу, газовую постоянную, плотность и удельный объем продуктов сгорания при нормальных условиях; средние массовые и объемные теплоемкости при постоянном давлении в пределах температур от 0°С до t1 и от 0°С до t2 и количество теплоты, отданное 1 кг газов при изобарном охлаждении от t1 до t2 °С.

Состав газовой смеси и другие данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 1.3, по двум последним цифрам шифра. Таблицы теплоемкостей газов приведены в приложениях

[П.2, П.3].

Таблица 1.3

Практическое занятие № 2 Расчет термодинамических функций

Методические указания.

При анализе каждого из изопараметрических процессов необходимо определить значения показателя политропы, теплоемкости процесса и изменения функций состояния, а также величину теплоты, принимающей участие в данном процессе, и

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

работу расширения, совершаемый ТДС при протекании рассматриваемого процесса.

1. Изохорный процесс v = const, dv = 0. В уравнении линии процесса pvn=const, (p1/n v = const) условие v = const удовлетворяется

Перечень величин, представленных в выражении в изохорном процессе, взаимосвязан следующими соотношениями:

p1T2 = p2T1;

∫2= ∫ ! = 0 l1-2= 0, v1= v2;

∫ 2 = ∫ 3 + ∫ ! = ∫ 3 q1-2= u2 − u1;

∫3 = ∫ 3 Δu=u2 − u1= cv(T2 −T1);

∫= ∫ 3 Δh=h2 −h1=cp(T2 −T1);

Рис. 1.3. pv-, Ts-диаграммы изохорного процесса.

2. Изобарный процесс p = const, dp = 0. В уравнении политропного процесса pvn=const, условие р = const

vk.com/club152685050 | vk.com/id446425943

удовлетворяется при n=0; теплоемкость изобарного процесса (рис. 2.2) = = .

Из уравнения состояния (при p=const) следует = г = const,

== = .

Соотношения между величинами определяются путем интегрирования соответствующих выражений, как это производилось при рассмотрении изохорного процесса, имеют окончательный вид:

v1T2= v2 T1;

q1-2= h2 − h1;

l1-2= p1(v2 − v1) = p2(v2 − v1);

Δu=u2 − u1= cv(T2 −T1);

Δh=h2 − h1=cp(T2 − T1);

Рис. 2.3. pv-, Ts-диаграммы изотермического процесса

T2 s = s2 - s1=cpln T1.

3. Изотермический процесс Т=const, dТ=0. В уравнении политропного процесса Tvn-1=const, условие Т=const удовлетворяется при n=1, а теплоемкость изотермического процесса

Из уравнения состояния (при T=const) следует pv=RгT = const,

pv=p1v1=p2v2 p1v1= p2v2.

Перечень величин в изотермическом процессе взаимосвязан следующими соотношениями: