Контрольная работа 1.
Контрольная работа 1. Решение задачи 2.
Контрольная работа 1. Решение задачи 2.
Контрольная работа 1.
Контрольная работа 1.
Контрольная работа 1.
Контрольная работа 1.
Контрольная работа 1. Решение задачи 2.
Контрольная работа 1.
Контрольная работа 1.
Контрольная работа 1. Решение задачи 2.
Контрольная работа 1.
Контрольная работа 1.
Контрольная работа 1.
Контрольная работа 1. Решение задачи 2.
Контрольная работа 1. Решение задачи 2.
Контрольная работа 1. Решение задачи 2.
Контрольная работа 1. Решение задачи 2.
Контрольная работа 1. Решение задачи 2.
Контрольная работа 1. Решение задачи 2.
Контрольная работа 1. Решение задачи 2.
Контрольная работа 1. Решение задачи 2.
Контрольная работа 1. Решение задачи 2.
Контрольная работа 1. Решение задачи 2.
Контрольная работа 1.
Контрольная работа 1.
Контрольная работа 1.
426.50K
Category: physicsphysics

Учебный курс «Термодинамика и теплопередача». Практическое занятие 2

1.

Учебный курс
«Термодинамика и теплопередача»
(Практическое занятие 2)
Для студентов по направлению подготовки
131000 Нефтегазовое дело
(квалификация (степень) «бакалавр»)
Преподаватель: д.т.н., профессор Уразбахтин Фёдор Асхатович

2. Контрольная работа 1.

Задача 2.
Произвести термодинамический расчет
многоступенчатого компрессора:
а) количество ступеней компрессора;
б) температуру воздуха после сжатия в каждой
ступени
в) количество теплоты, отводимое в систему
охлаждения
цилиндров
компрессора
и
в
промежуточных теплообменниках;
г) объемную производительность компрессора по
входу и выходу.

3.

Контрольная работа 1.
Задача 2.
Произвести термодинамический расчет
многоступенчатого компрессора
Принимаемые допущения:
1) Компрессор считать идеальным; трением и
вредным пространством можно пренебречь.
1) Степень повышения давления в каждой ступени
компрессора считать одинаковыми.

4. Контрольная работа 1. Решение задачи 2.

Исходные данные:
1) Компрессор производит G=0,45 кг в секунду
сжатого воздуха.
2) Максимальное давление p К 9 ,00 МПа
3) Предельно допустимое повышение температуры
газа в каждой ступени – t 50 C.
4) Сжатие происходит с начальным значением
показателя политропы n 1,30.

5. Контрольная работа 1. Решение задачи 2.

Исходные данные:
5) Состояние воздуха на входе в компрессор:
а) давление p1 0 ,10 МПа ;
б) температура t1 27 С .
6) В промежуточных теплообменниках
сжатый воздух охлаждается изобарно до
первоначальной температуры момент
окончания сжатия температура достигает
значения t1 .

6. Контрольная работа 1.

Решение задачи 2.
1. Расчет теплофизических свойств сжимаемого газа
1.1. Газовая постоянная и показатель адиабаты
Для рабочего тела, которым является воздух, газовую
постоянную и показатель адиабаты определяем по
табличным данным, в частности, на стр.665
учебника
Теплотехника/В.Н.Луканин, М.Г.Шатров,
Г.М.Камфер и др. – М.: Высшая школа, 2000. –
671с.
Дж
Универсальная газовая постоянная Rсм 287 ,
Показатель адиабаты:
k 1,41
кг К

7. Контрольная работа 1.

Решение задачи 2.
1.2. Начальная плотность сжимаемого газа
pH
R TH
Расчетная формула:
Имеем:
а) начальное давление сжимаемого газа
p H p1 0 ,1МПа 100000 Па
б) начальная температура сжимаемого газа
TH t1 273 ,15 27 273 ,15 300 ,15 K
кДж
кг К
г) коэффициент сжимаемости для двухатомных
газов при давлении до 10МПа 1
в) газовая постоянная воздуха R 287
pH
100000
кг
1,161 3
R TH 1 287 300 ,15
м

8. Контрольная работа 1.

Решение задачи 2.
2. Предварительный термодинамический расчет
компрессора
2.1. Число ступеней компрессора
ln П0
Расчетная формула: z p
ln П СТ

где П0
П СТ
- общее отношение давлений в компрессоре;

- отношение давлений в ступени компрессора
(находится в пределах – до 5,000);
p Н - начальное давление сжимаемого газа

- конечное давление сжимаемого газа

9. Контрольная работа 1.

Решение задачи 2.
Имеем: p H p1 0 ,1МПа 100000 Па
p К 9 ,0 МПа 9000000 Па
Принимаем:
П СТ 5
p К 9000000
Вычисляем: П0
90
p Н 100000
ln П0 ln 90
zp
2 ,796
ln П СТ ln 5
Принимаем число ступеней
компрессора, равное
zp 3

10. Контрольная работа 1. Решение задачи 2.

2.2. Расчет параметров сжимаемого газа в ступенях
компрессора
2.2.1.Отношение давлений всасывания и
нагнетания ступеней: П z p П 3 90 4 ,481
i
0
2.2.2. Номинальные давления всасывания и
нагнетания ступеней компрессора:
Первая ступень
p H 1 p H 100000 Па ;
p К 1 p H 1 П i 100000 4 ,481 448100 Па ;
Вторая ступень
p H 2 p К 1 448100 Па ;
p К 2 p H 2 П i 448100 4 ,481 2007936 Па ;
pH 3 pК 2
pК 3 pH 3
Третья ступень
2007936 Па;
П i 2007936 4 ,481 9000000 Па;

11. Контрольная работа 1.

Решение задачи 2.
2.2.3. Показатели политропы в ступенях компрессора.
Политропы сжатия
Расчетная формула:
Первая ступень
ni n 0 ,015 i 1 k ;
n1 1,30 0 ,015 1 1 1,41 1,30 ;
Вторая ступень
n2 1,30 0 ,015 2 1 1,41 1,32;
Третья ступень
n3 1,30 0 ,015 3 1 1,41 1,34 ;

12. Контрольная работа 1.

Решение задачи 2.
Политропы расширения:
mi 0 ,92..0 ,98 ni ;
Расчетная формула:
Первая ступень n1 1,30 ; m1 1,196..1,274 ;
Принимаем: m1 1,235;
Вторая ступень
Принимаем:
Третья ступень
Принимаем:
n2 1,32; m2 1,214..1,294 ;
m2 1,254 ;
n3 1,34; m3 1,233..1,313;
m3 1,273;

13. Контрольная работа 1. Решение задачи 2.

2.2.4. Температурный режим в ступенях компрессора
Первая ступень
n1 1
П i n1
TH 1 TH 300 ,15 K ;
1 ,30 1 ,00
1 ,30
TК 1 TH 1
300 ,15 4 ,481
423 ,58 K ;
Необходимо охлаждение до температуры:
TK 1o TH 1 t 300 ,15 50 350 ,15 K ;
T
T
350
,
15
K;
Вторая ступень
H2
К 1о
TК 2 TH 2
n2 1
П i n2
350 ,15 4 ,481
1 ,32 1 ,00
1 ,32
501,86 K ;
Необходимо охлаждение до температуры:
TK 2 o TH 2 t 350 ,15 50 400 ,15 K ;

14. Контрольная работа 1.

Решение задачи 2.
Третья ступень TH 3 TК 2 о 400 ,15 K ;
n3 1
TК 3 TH 3 Пi n3
400 ,15 4 ,481
1 ,34 1 ,00
1 ,34
627 ,53 K ;
Необходимо охлаждение до температуры:
TK 3o TH 3 t 400 ,15 50 450 ,15 K ;

15. Контрольная работа 1.

Решение задачи 2.
2.2.5. Количества теплоты, отводимое в систему
охлаждения компрессора по ступеням
кДж
,
Расчетные формулы: qi ci Ti ,
кг
кДж
n
k
кДж
i
где ci cV
c
0
,
7128
,
,
V
кг
К
n1 1 i кг K
Ti Т Кi TKio
Первая ступень
1,30 1,41
кДж
c1 0 ,7128
0 ,2614
,
1,30 1,00
кг K
T1 350 ,15 423 ,58 73 ,43 К
кДж
q1 0 ,2614 73 ,43 19 ,1946
,
кг

16. Контрольная работа 1.

Решение задачи 2.
Вторая ступень
1,32 1,41
кДж
c2 0 ,7128
0 ,2813 ,
1,32 1,00
кг K
T2 400 ,15 501,86 101,71 К
кДж
q2 0 ,2813 101,71 28 ,6110
,
кг
Третья ступень
1,34 1,41
кДж
c3 0 ,7128
0 ,1468 ,
1,34 1,00
кг K
T3 627 ,53 400 ,15 227 ,38 К
кДж
q3 0 ,1468 227 ,38 33,3794
,
кг

17. Контрольная работа 1. Решение задачи 2.

3. Производительность компрессора
3.1. Определение коэффициентов производительности
ступеней компрессора
Расчетные формулы: i oi pi Ti ; С 0 ,01;
1
1 аi
m
0
,
985
C
П
1
;
оi 1 аi П i 1 ; рi 1
w
;
Ti
i
i
n
1
oi
Первая ступень а1 0 ,05..0 ,08; Принимаем: а1 0 ,06 ;
w1 0 ,03..0 ,07 ; Принимаем: w1 0 ,05;
1
о1 1 0 ,06 4 ,4811,235 1 0 ,8578; 1 0 ,8578 0 ,9525 0 ,9501
0 ,7763;
1 0 ,06
р1 1
0 ,05 0 ,9525;
1,30 0 ,8578
T 1 0 ,985 0 ,01 4 ,481 1 0 ,9501;
1

18. Контрольная работа 1. Решение задачи 2.

Вторая ступень
а2 а1 0 ,01 i 1 0 ,06 0 ,01 2 1 0 ,07 ;
w2 0 ,8
i 1
2 1
w1 0 ,8 0 ,05 0 ,04;
1
о 2 1 0 ,07 4 ,4811,254 1 0 ,8385;
1 0 ,07
р2 1
0 ,04 0 ,9607 ;
1,30 0 ,8385
T 2 0 ,985 0 ,01 4 ,481 1 0 ,9501;
2 0 ,8385 0 ,9607 0 ,9501 0 ,7654;

19. Контрольная работа 1. Решение задачи 2.

Третья ступень
а3 а1 0 ,01 i 1 0 ,06 0 ,01 3 1 0 ,08;
w3 0 ,8
о 3
р3
i 1
3 1
w1 0 ,8 0 ,05 0 ,032;
1
1 0 ,08 4 ,4811,273 1 0 ,8201;
1 0 ,08
1
0 ,032 0 ,9676 ;
1,30 0 ,8201
T 3 0 ,985 0 ,01 4 ,481 1 0 ,9501;
3 0 ,8201 0 ,9676 0 ,9501 0 ,7539;

20. Контрольная работа 1. Решение задачи 2.

3.2. Определение размеров и выбор базы компрессора
Выбираем привод компрессора, для которого
- частота вращения вала
m 25c 1
- ход поршня S 0 ,075 м
- количество цилиндров в ступенях
j1 j2 j3 j 2
Плотности сжимаемого газа
Первая ступень
кг
Н 1 1,161 3
м
p
448100
кг
4 ,459 3
Вторая ступень Н 2
R TH 2 1 287 350 ,15
м
pH 3
2007936
кг
17 ,484 3
Третья ступень Н 3
R TH 3 1 287 400 ,15
м
H2

21. Контрольная работа 1. Решение задачи 2.

Диаметры цилиндров ступеней компрессора
4
G
Расчетное значение D
S m H j 1
Первая ступень
D1
4 0 ,45
0 ,411 м
3 ,141 0 ,075 25 1,161 2 0 ,7763
Вторая ступень
D2
4 0 ,45
0 ,212 м
3 ,141 0 ,075 25 4 ,459 2 0 ,7654
Третья ступень
D3
4 0 ,45
0 ,108 м
3 ,141 0 ,075 25 17 ,484 2 0 ,7539
Принимаем: D1 410 мм D2 210 мм D3 110 мм

22. Контрольная работа 1. Решение задачи 2.

3.3. Определение индикаторной мощности компрессора
zp
Расчетные формулы:
Nu
Запас по мощности - 2 ,0;
N
ui
i 1
1
Vhi
mi
N ui p Hi 1 ai Aci ai Пц Api ;
i
Vhi
2
Di
S m
;
4
ni 1
П ц ni
ni
Aci
ni 1
1 ;
pK 1 pK 2 pK 3
Пц
;
pH 1 pH 2 pH 3
mi 1
mi
mi
Api
Пц
1 ;
mi 1

23. Контрольная работа 1. Решение задачи 2.

3.3. Определение индикаторной мощности компрессора
Первая ступень
3 ,141 0 ,410 2 0 ,075 25
м3
Vh1
0 ,248
;
4
с
448100
Пц
4 ,481;
100000
1,30 1 ,00
1,30
1 ,30
Ac1
1 1,7943;
4 ,481
1,30 1,00
1,235 1
1,235
1,235
Ap 1
1 1,7328 ;
4 ,481
1,235 1
N u1
0 ,248
10
0 ,7763
5
1
1 0 ,06 1,7943 0 ,06 4 ,481 1,235 1,7328 49 ,574 кВт;

24. Контрольная работа 1. Решение задачи 2.

3.3. Определение индикаторной мощности компрессора
Вторая ступень
3 ,141 0 ,210 2 0 ,075 25
м3
Vh 2
0 ,065
;
4
с
1 ,32 1 ,00
1,32
Ac 2
4 ,481 1,32 1 1,8050 ;
1,32 1,00
Ap 2
1,254 1
1,254
1 ,254
1 1,7531;
4 ,481
1,254 1
Nu1
0 ,065
448100
0 ,7654
1
1 0 ,07 1,8050 0 ,07 4 ,4811,254 1,7531 58 ,053кВт;

25. Контрольная работа 1. Решение задачи 2.

3.3. Определение индикаторной мощности компрессора
Третья ступень
3 ,141 0 ,110 2 0 ,075 25
м3
Vh 3
0 ,018
;
4
с
1 ,34 1 ,00
1,34
Ac 3
4 ,481 1,34 1 1,8249 ;
1,34 1,00
Ap 3
1,273 1
1,273
1,273
1 1,7696 ;
4 ,481
1,273 1
Nu3
0 ,018
2007936
0 ,7539
1
1 0 ,08 1,8249 0 ,08 4 ,4811,273 1,7696 72 ,438 кВт;

26. Контрольная работа 1. Решение задачи 2.

3.3. Определение индикаторной мощности компрессора
Общая индикаторная мощность компрессора
составляет:
N u 2 ,0 49 ,574 58 ,053 72 ,438 360 ,130 кВт
3.4. Мощность, потребляемая компрессором
Nu
360 ,130
NK
450 ,163кВт
мех
0 ,8
где мех 0 ,80 - механический КПД компрессора

27. Контрольная работа 1.

Результаты решения задачи 2.
1. Число ступеней компрессора - z p 3
2. Номинальные давления всасывания и нагнетания
ступеней компрессора:
p H 1 0 ,1000 МПа;
p H 2 0 ,4481МПа;
p H 3 2 ,0079 МПа;
3. Политропы сжатия
n1 1,30 ;
n2 1,32;
n3 1,34 ;
p К 1 0 ,4481МПа;
p К 2 2 ,0079 МПа;
p К 3 9 ,0000 МПа;
4. Политропы расширения
m1 1,235;
m2 1,254 ;
m3 1,273;

28. Контрольная работа 1.

Результаты решения задачи 2.
5. Температурный режим в ступенях компрессора
TH 1 300 ,15 K ; TK 1 423 ,58 K ;
TH 2 350 ,15 K ; TK 2 501,86 K ;
TH 3 400 ,15 K ; TK 3 627 ,53 K ;
6. Количества теплоты,
отводимое в систему охлаждения
компрессора по ступеням
кДж
q1 19 ,19
кг
кДж
q2 28 ,61
;
кг
кДж
q3 33 ,38
;
кг
7. Определение
коэффициентов
производительности
ступеней компрессора
1 0 ,7763;
2 0 ,7654 ;
3 0 ,7539 ;

29. Контрольная работа 1.

Результаты решения задачи 2.
8. Плотности сжимаемого газа
кг по ступеням
Н 1 1,161 3 ;
Н 2
Н 3
м
кг
4 ,459 3 ;
м
кг
17 ,484 3 ;
м
9. Индикаторные мощности компрессора по ступеням
N u 1 49 ,57 кВт;
N u 2 58 ,05 кВт;
N u 3 72 ,44 кВт.
10. Общая индикаторная мощность компрессора
N u 360 ,13кВт
11. Мощность, потребляемая компрессором N K 450 ,16 кВт
English     Русский Rules