Расчет работы двухступенчатого компрессора
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
РЯЗАНСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) Федерального
государственного бюджетного образовательного
учреждения высшего профессионального
образования «МОСКОВСКИЙ
имени В. С. Черномырдина»
Кафедра механико-технологических дисциплин
ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА к курсовой работе по дисциплине «ТЕПЛОТЕХНИКА»
Выполнил: студент гр. N°781
Савельев Евгений Петрович,
курс 4 специальность 190601
«Автомобили и автомобильное хозяйство»
Вариант 80, шифр 710408
Проверил: преподаватель Дятлов Роман Николаевич
Рязань, 2012
Содержание
Введение…………………………………………………………
Задание на курсовую работу……………………………………………………4
Исходные данные (таблица 1)…………………………………………………..5
Порядок проведения работы……………………………………………………6
Приложение А…………………………………………………………………..15
Список литературы…………………………………
Приложение Б………………………………………….……………………17,
Введение
Теплотехника - наука, которая изучает методы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, а также принципы действия и конструктивные особенности тепловых машин, аппаратов и устройств. Теплота используется во всех областях деятельности человека. Для установления наиболее рациональных способов его использования, анализа экономичности рабочих процессов тепловых установок и создания новых, наиболее совершенных типов тепловых агрегатов необходима разработка теоретических основ теплотехники. Различают два принципиально различных направления использования теплоты - энергетическое и технологическое. При энергетическом использовании, теплота преобразуется в механическую работу, с помощью которой в генераторах создается электрическая энергия, удобная для передачи на расстояние. Теплоту при этом получают сжиганием топлива в котельных установках или непосредственно в двигателях внутреннего сгорания. При технологическом использовании, теплота используется для направленного изменения свойств различных тел (расплавления, затвердевания, изменения структуры, механических, физических, химических свойств).
Задание на курсовую работу
В идеальном двухступенчатом
Холодильник выполнен из параллельно включенных стальных труб диаметром dвн и толщиной стенок δ=3 мм, по которым движется воздух. Коэффициент теплопроводности стали λст=50 Вт/(м•К). Число труб n1. Вода, поступающая в межтрубное пространство, имеет температуру t1вод. Повышение температуры воды в холодильнике принять равным Δtвод=20 °С. Определить площадь поверхности F теплообмена холодильника. При этом коэффициент теплоотдачи от воздуха к трубам а1 рассчитать, а от поверхности труб к воде а2 принять в соответствии с таблицей исходных данных. Изобразить изменение температуры воздуха и воды вдоль поверхности теплообмена. Представить эскиз теплообменника (холодильника) и принципиальную схему двухступенчатого компрессора.
Исходные данные выбрать из таблицы
1 по предпоследней и последней
цифрам шифра.
Таблица 1 - Исходные данные
Исходные данные |
Последняя цифра шифра | ||||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 | ||
n |
1,15 |
1,16 |
1,17 |
1,18 |
1,19 |
1,20 |
1,21 |
1,22 |
1,23 |
1,24 | |
, м3/с |
0,05 |
0,06 |
0,07 |
0,08 |
0,09 |
0,10 |
0,11 |
0,12 |
0,13 |
0,14 | |
950 |
900 |
850 |
800 |
750 |
700 |
650 |
600 |
550 |
500 | ||
рз, МПа |
3,0 |
3,2 |
3,4 |
3,6 |
3,8 |
4,0 |
4,2 |
4,4 |
4,6 |
4,8 | |
Исходные данные |
Предпоследняя цифра шифра | ||||||||||
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 | ||
14 |
13 |
12 |
11 |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 | ||
, °С |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
28 |
29 | |
dвн, мм |
65 |
60 |
55 |
50 |
45 |
40 |
35 |
30 |
25 |
20 | |
15 |
16 |
17 |
18 |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 | ||
Порядок проведения расчетов
1. Мощность привода идеального компрессора. Все величины, входящие в эти уравнения, необходимо подставлять в системе СИ.
Для определения мощности привода идеального компрессора сначала определим давление воздуха в конце сжатия в первой ступени по формуле
= = Па,
где p1 - давление воздуха в начале сжатия в первой ступени, Па; p3 - давление
воздуха в конце сжатия во второй ступени, Па.
При одинаковых степенях повышения
давления газа в каждой ступени, мощности
привода каждой ступени одинаковы.
Для расчета можно
где n - показатель политропы сжатия; v1 - объемная производительность компрессора, м3/с.
2. Теплопроизводительность промежуточного холодильника, в котором воздух после сжатия в 1-ой ступени охлаждается до первоначальной температуры t1, определяется по уравнению
где Cp=1004 Дж/(кг-К) - теплоемкость воздуха при постоянном давлении; Gвоз - массовая производительность компрессора, кг/с; T2 - температура воздуха после сжатия в 1-ой ступени, К.
Температура воздуха на входе первой ступени T1=t1+273,15=20+273.15=293,15 К.
Температура воздуха после политропного сжатия в 1-ой ступени
Gвоз определяется из уравнения состояния по параметрам на входе в компрессор , откуда
, кг/с
кг/с
где R=287 Дж/(кгК) - удельная газовая постоянная воздуха.
3. Для построения процессов сжатия и охлаждения в pV-диаграмме прежде всего необходимо определить удельный объем воздуха в начале и конце процессов сжатия в 1-ой ступени (V1, V2), а также в начале и конце сжатия во 2- ой ступени (V3, V4), воспользовавшись уравнением состояния идеального газа
pV=RT.
,
,
,
Для более точного изображения линий сжатия требуется определить координаты (р, V) для нескольких промежуточных состояний рассматриваемых процессов. Для этого рассчитаем значения V12 в интервале (V1... V2) и V34 в интервале (V3... V4) и определим по уравнению политропного процесса pVn=const соответствующие значения давления.
,
,
,
V, м3/кг |
p, МПа |
0 |
4,6 |
0,026 |
4,6 |
0,078 |
1,3 |
0,13 |
0,7 |
0,18 |
0,7 |
0,51 |
0,2 |
0,84 |
0,1 |
По полученным данным составим таблицу для построения pV-диаграммы.
Рисунок 1.(Приложение Б.)
4. Расход охлаждающей воды через холодильник
где Свод=4190 Дж/(кгК) - теплоёмкость воды,
ΔTвод=Δtвод+273,15=20+273.15=
5. Площадь поверхности теплообмена холодильника определяется по основному уравнению теплопередачи
где k - коэффициент теплопередачи, Вт/(м К); Δtсp - средний логарифмический температурный напор между воздухом и охлаждающей водой.
Средний логарифмический температурный напор
,
Где ,
,
,
,
В соответствии с указаниями к заданию коэффициент теплопередачи к можно определить по формуле для плоской стенки:
12,4 Вт/()
при этом α2 принимается в соответствии с таблицей исходных данных, а α1 рассчитывается.
При расчете α1 в случае турбулентного режима движения воздуха в трубах коэффициент теплоотдачи α1 может быть определен по критериальному уравнению:
Nu=0.018Re0.8.
Здесь: N=-число Нуссельта; Re= Вт/(м2
критерий Рейнольдса. Получаем
Характерным размером в формуле
является внутренний диаметр труб dвн , а определяющей температурой - средняя
температура воздуха в теплообменнике tвоз.ср=0,5(t1вод-t2вод)+Δtср=
Где
Скорость воздуха определяется по массовой производительности компрессора и площади проходного сечения труб
F, м2 |
t, °С |
|
0 |
146,15 |
Воздух |
43,6 |
20 | |
0 |
34 |
Вода |
43,6 |
14 |
На основании выполненных
6. Рабочая длина труб в промежуточном охладителе равна
где dср =dвн - средний диаметр труб.
По общей длине труб l определяется число секций холодильника на основании их стандартных размеров 1 м, 1,5 м, 2 м, 3 м.
Выбираем секции: 5 секций по 3метра
Рисунок 3 - Принципиальная схема холодильника
По общей длине труб l=14,24м определяем число секций холодильника 1,5 м, 2 м, 3 м.
Рисунок 4 - Принципиальная схема двухступенчатого компрессора: 1 - цилиндр низкого давления; 2 - промежуточный холодильник; 3 - цилиндр
высокого давления
7. Расчёт Ts- диаграммы. Построение процессов в Ts-координатах следует начинать с выбора масштабов для температуры и изменения энтропии. На диаграмму наносятся линии T1=const и T2=const, в пределах которых осуществляются процессы сжатия и охлаждения газа. Т2 - температура воздуха после по- литропного сжатия в каждой ступени - определяется по уравнению
Начальная точка процесса сжатия в 1-ой ступени (точка 1) выбирается на линии T1=const в правой части диаграммы. Далее рассчитывается изменение энтропии в процессе сжатия в 1-ой ступени по формуле
Δ
где CV=717 Дж/(кг К) - изохорная теплоемкость воздуха; kа= 1,4 - показатель адиабаты двухатомных газов.
Получаемое отрицательное
Отложив в масштабе от точки 1 влево отрезок, равный |Δs12|, и восстановив перпендикуляр к изотерме T1=const до пересечения с линией T2=const, получим точку 2, соответствующую состоянию воздуха в конце сжатия в 1-ой ступени.
Для определения положения точки 3 (начала сжатия во 2-ой ступени) вычисляется изменение энтропии воздуха в охладителе по формуле
Дж/(кгК)
где Ср=1004 Дж/(кгК) - изобарная теплоемкость воздуха. Отрицательное значение Δs23 указывает на уменьшение энтропии воздуха в процессе охлаждения.
Отложив в масштабе от точки 2 влево отрезок, равный |Δs23| и опустив перпендикуляр к изотерме T2=const, получим точку 3.
Положение точки 4, характеризующей состояние воздуха в конце сжатия во 2-ой ступени, определяется аналогично точке 2 при сжатии в 1-ой ступени. Причем, поскольку показатели политропы сжатия n в обеих ступенях одинаковы, то и изменение энтропии воздуха также одинакова, т.е.
Δ=.
Для определения местоположения промежуточных точек процессов 1-2, 2-3 и 3-4 выбираются значения температуры T между T1 и T2. Затем рассчиты-
ваются изменения энтропии в процессе сжатия (1-i)
и охлаждения (2-i) Δs2i = Cp ln и методом, аналогичным построению точек 2, 3, 4 устанавливаются координаты искомых промежуточных точек.
На основании вышеуказанных рассуждений произведем расчет параметров Ts-диаграммы.
,
Дж/(кгК),
Дж/(кгК).
Рассчитаем таблицу данных для построения Ts-диаграммы. Рисунок 6. (Приложение Б.)
S, ДЖ/(кг*К) |
T, K |
548 |
293,15 |
445 |
356,2 |
359 |
419,3 |
256 |
356,2 |
189 |
293,15 |
86 |
356,2 |
0 |
419,3 |
Приложение А
Физические свойства сухого воздуха
-50 |
2,04 |
14,6 |
-40 |
2,12 |
15,2 |
-30 |
2,20 |
15,7 |
-20 |
2,28 |
16,2 |
-10 |
2,36 |
16,7 |
0 |
2,44 |
17,2 |
10 |
2,51 |
17,6 |
20 |
2,59 |
18,1 |
30 |
2,67 |
18,6 |
40 |
2,76 |
19,1 |
50 |
2,83 |
19,6 |
60 |
2,90 |
20,1 |
70 |
2,96 |
20,6 |
80 |
3,05 |
21,1 |
90 |
3,13 |
21,5 |
100 |
3,21 |
21,9 |
120 |
3,34 |
22,8 |
140 |
3,49 |
23,7 |
160 |
3,64 |
24,5 |
180 |
3,78 |
25,3 |
200 |
3,93 |
26,0 |
250 |
4,27 |
27,4 |
300 |
4,60 |
29,7 |
350 |
4,91 |
31,4 |
400 |
5,21 |
33,0 |
500 |
5,74 |
36,2 |
Список литературы
Основная
- Баскаков А. П. и др. Теплотехника: Учеб. для вузов / Баскаков А. П., Берг Б. В., Витт О. К.; Под ред. А. П. Баскакова. - 2-е изд., перераб.-М.: Энерго- атомиздат, 1991. - 224 с.
- Бакластов A. M., Горбенко В. А., Удыма П. Г.. Проектирование, монтаж и эксплуатация тепломассообменных установок. - М.: Энергоиздат, 1981. - 336 с.
- Тихомиров К. В., Сергеенко Э. С. Теплотехника, газоснабжение и вентиляция: Учеб. для вузов.-4-е изд., перераб. и доп.-М.:Стройиздат, 1991. - 480 с.
Дополнительная
- Теплотехника (курс общей теплотехники): Учеб. для вузов / Под ред. И. Н. Сушкина. - 2-е изд., перераб. - М.: Металлургия, 1973. - 480с.
- Теплоэнергетика и теплотехника: Общие вопросы: Справочник / Под общ. ред. А. В. Клименко, В. М. Зорина. - 3-е изд., перераб. - М.: Изд-во МЭИ, 2000. - 528с.
