Коммерциялық емес акционерлік қоғам

Алматы энергетика және байланыс университеті

Өнеркәсіптік жылу энергетика кафедрасы

 

  

 

ТЕХНИКАЛЫҚ ТЕРМОДИНАМИКА.

ЖЫЛУКҮШТІК АЙНАЛЫМДАРДЫ ЖӘНЕ ТЕРМОДИНАМИКАЛЫҚ ҚҰБЫЛЫСТАРДЫ ЕСЕПТЕУ 

5В071700 – Жылу энергетика мамандықтарының барлық оқу түрлерінің студенттері үшін есептік-сызба жұмыстарын орындауға арналған әдістемелік нұсқау

 

 

 

Алматы 2011 

ҚҰРАСТЫРУШЫЛАР:  Р. А. Мұсабеков,  В. О. Байбекова Техникалық термодинамика. Жылукүштік айналымдарды және термодинамикалық құбылыстарды есептеу. 5В071700 – Жылу энергетика мамандықтарының барлық оқу түрлерінің студенттері үшін есептік-сызба жұмыстарын орындауға арналған әдістемелік нұсқау - Алматы: АЭЖБУ, 2011. – 34 б.

 

Әдістемелік нұсқау «Техникалық термодинамика» курсы бойынша        есептік сызба жұмыстарды орындаудың тапсырма нұсқалары мен шешу жолдарынан және курс бағдарламаларынан тұрады.

Әдістемелік нұсқаулар 5В071700 - Жылу энергетика мамандықтарының барлық оқу түрлерінің студенттеріне арналған.

Без. 12, әдеб.көрсеткіші.- 3 атау. 

 

Пікір беруші: тех. ғыл. канд., доц. М. Е. Туманов. 

 

"Алматы энергетика және байланыс университеті" коммерциялық емес акционерлік қоғамының 2011ж. қосымша баспа жоспары бойынша басылады.

 

© "Алматы энергетика және байланыс университеті" КЕАҚ, 2011ж.

 

Мазмұны 

1 Жалпы әдістемелік нұсқаулар                                                                    4

2 Шартты белгілеулер                                                                                    5

3 Курс бағдарламалары                                                                                  7

4 1 жұмыс                                                                                                         9

5 2 жұмыс                                                                                                       15

6 3 жұмыс                                                                                                       19

7 4 жұмыс                                                                                                       24

8 Әдебиеттер тізімі                                                                                        32

 

1 Жалпы әдістемелік нұсқаулар

 

Әдістемелік нұсқау техникалық термодинамиканың: қоспалар мен идеал газ құбылыстарын, су және су буындағы термодинамикалық құбылыстарды және Ренкин айналымы бойынша істейтін букүштік қондырғыны өздігінен оқып-үйренуіне арналған құрал. Құрал осы бөлімдер бойынша есептік−сызба жұмыстарды орындау үшін нұсқаулардан, негізгі кейіптемелерден, жұмысқа қойылған талаптардан және келтірілген мысал нұсқаны шешу жолдарынан тұрады.

Жұмысты орындамас бұрын ұсынылған әдебиеттерді қарастырып, есептердің шешу алгоритмін құрастыру, негізгі кейіптемелерді жаза отырып, қабылданған шамалардың  шартты белгілерін қолданып, жалпы түрде шешім шығару қажет.

СИ жүйесінің бірліктерін қолдана отырып алынған нәтижелерді кесте түрінде көрсетіп және  p,v; T-s; h-s- координаталары бойынша сызбалар тұрғызылуы қажет.

Орындалған жұмыс мазмұнында толық тапсырмалар, компьютерлік есептеу бағдарламаларының блок-схемасы, алгоритмі (құрастырылған блок-схема бойынша калькулятормен есептеуге болады), алынған нәтиженің қорытындысы, қолданылған әдебиетттер тізімі болу керек.

  

2 Шартты белгілеулер

 

А – Гельмгольц энергиясы (изохоралы-изотермиялық потенциал, бос энергия);

 - меншікті изохоралы-изотермиялық потенциал, дыбыс жылдамдығы;

В – атмосфералық қысым, отын шығыны;

b – меншікті отын шығыны;

С – жылусыйымдылық;

Сх – термодинамикалық құбылыстардағы жылусыйымдылық;

с – меншікті жылусыйымдылық, жарық жылдамдығы;

 - молярлық жылусыйымдылық;

 - көлемдік жылусыйымдылық;

D – су, бу шығыны;

d – ылғалды ауадағы ылғал мөлшері; шығырдағы меншікті бу шығыны;

E – кинетикалық немесе потнциалдық энергия, түрленуі;

e – меншікті түрлену;

F – күш;

f - аудан;

G – Гиббс энергиясы (изобаралы-изотермиялық потенциал);

g – еркін түсу үдеуі, меншікті Гиббс энергиясы;

H – энтальпия;

h – меншікті энтальпия; Планк тұрақтысы;

k – адиабата көрсеткіші, Больцман тұрақтысы;

L – жұмыс;

l – меншікті жұмыс;

Мr – салыстырмалы молекулалық маңыз;

М – молярлық маңыз (бір мольдік маңыз);

- маңыздық шығын;

 - маңыз, айналым еселігі;

N – қуат; жиілік саны;

NA – Авагадро тұрақтысы;

n – зат мөлшері (мольдер саны), политропа көрсеткіші;

P – дене салмағы;

p – қысым;

Q – жылу;

R – меншікті газ тұрақтысы;

- универсал (молярлық) газ тұрақтысы;

r – булану жылуы (бу түзілетін жылу);

S – энтропия;

s – меншікті энтропия;

- молярлық энтропия;

T – термодинамикалық температура (абсолюттік температура);

t –   Цельсий өлшемесі бойынша температура;

U – ішкі энергия;

u – меншікті ішкі энергия;

- молярлық ішкі энергия;

V – көлем;

- көлемдік шығын;

v – меншікті көлем;

- молярлық көлем;

w – жылдамдық;

x – молярлық шоғыр(молярлық үлес), ылғыл будың құрғақтық дәрежесі;

y –ылғал будың ылғалдылық дәрежесі; жылу тұтыну негізінде  өндірілген меншікті  энергия;

Z – сығылғыштық факторы;

 - изобаралық кеңею еселеуіші, алынған бу үлесі;

- изотермиялық сығылғыштық көрсеткіші;

 - изохоралық қысым еселеуіші;

 - айналымның термиялық пайдалы әсер көрсеткіші;

 - айналымның ішкі пайдалы әсер көрсеткіші;

 - ішкі салыстырмалы пайдалы әсер көрсеткіші;

 - өндіргіштің пайдалы әсер көрсеткіші;

 - механикалық пайдалы әсер көрсеткіші;

 - бушығырлы қондырғының абсолютті пайдалы әсер көрсеткіші;

 - электр стансаның пайдалы әсер көрсеткіші;

 - ЖЭО−дағы электр қайратын өндіру бойынша электрлік пайдалы әсер көрсеткіші;

 - айналымның тиімді пайдалы әсер көрсеткіші;

 - тығыздық;

 - көлемдік шоғырлану (көлемдік үлес); жылдамдық көрсеткіші; салыстырмалы ылғалдылық;

 - маңыздық  шоғырлану (маңыздық үлес), келтірілген көлем (салыстырмалы көлем).

 

3  Курс бағдарламасы

 

3.1 Кіріспе

 

Термодинамика пәні мен әдістері. Негізгі түсініктер мен анықтамалар. Букүштік айналымның технологиялық сүлбесі және техникалық термодинамика міндеттері. Бірқалыпты күйлер мен құбылыстар. Термиялық көрсеткіштер, күй теңдеулері. Термодинамикалық жүйе, қоршаған ортамен әрекеттесу тәсілдері, жылу және жұмыс.

 

3.2 Термодинамиканың бірінші бастамасы

 

Күй функциялары секілді ішкі энергия. Термодинамиканың бірінші бастамасының теңдеулері. Энтальпия түсінігі. Ішкі энергияның жеке туындылары.

Жылу сыйымдылық түсінігі. Жылу сыйымдылық, ішкі энергия және энтальпия, нақты және орташа жылу сыйымдылықтар арасындағы байланыс.

Ағын үшін термодинамиканың алғашқы бастамасы. Ағынның жұмыс түрлері.

 

3.3 Мүлтіксіз газдардың термодинамикалық құбылыстары

 

Қайтымды құбылыстар, бірқалыпты түсінігі. Айналмалы құбылыстар (айналымдар). Мүлтіксіз газдар: күй теңдеулері және диаграммалары, негізгі заңдар, Джоуль тәжірибесі, Майер теңдеуі. Мүлтіксіз газ қоспалары. Мүлтіксіз газдардың негізгі термодинамикалық құбылыстары, жылу және жұмыс құбылыстары, мүлтіксіз газ күйіндегі заттардың калориялық қасиеттерінінң өзгеруін анықтау.

 

3.4 Термодинамиканың бірінші бастамасы

 

Қайтымды Карно айналымы, термиялық пәк–і, Карно теоремасы. Кез келген қайтымды айналым, құбылыс функциясы ретінде энтропия түсінігі, теңсіздік пен Клаузиус интегралы. Қайтымды және қайтымсыз құбылыстардағы энтропияның өзгеруі. Оқшауланған термодинамикалық жүйедегі теңдесулік шарттары.

Термодинамикалық күй ықтималдықтары. Термодинамиканың екінші бастамасының стратегиялық түсінігі.

Функция сипаттамалары. Орнықты теңдесу шарттары.

Толық газдық және термодинамикалық ыстықтық өлшемесі. Іс жүзінде термодинамикалық ыстықтық өлшемесі.

Пайдалы жұмыстың өндірулігі және қайтымдылығы. Энергия.

 

3.5  Заттардың термодинамикалық қасиеттері

 

Эндрюс тәжірибесі. Ван-дер-Ваальс теңдеуі мен изотермасы. Нақты заттардың термиялық еселеуіштері, PT-, PV- диаграммалары, күй теңдеуі және кестелер. Заттардың калориялық қасиеттері. Фазалық теңдесулер және фазалық ауытқулар. Термодинамиканың дифференциалдық теңдеулері. Су және су буының термодинамикалық құбылыстары. hS,TS- диаграммалары. Ылғалды ауа, ылғалды ауаның hd –диаграммасы, ылғалды ауадағы құбылыстар.

 

3.6  Термодинамиканың ағыны

 

Адиабаталық ағып шығу құбылыстары. Дыбыс жылдамдығы, дыбыс жылдамдығы арқылы ауысулар. Лаваль саптамасы. Су буының ағып шығуы. Бу және газ қоспалары, бу мен газды кедергілеу.

 

3.7  Газдық айналымдар

 

Қысымдағыштар. Піспекті қысымдағыштар жұмысының термодинамикалық айналымы және көрсеткіштік диаграммасы. Сығылу жұмысы, сатылы жағуды есептеу.

Іштен жану қозғалтқыштарының айналымдары, газшығырлы қондырғылар және реактивті қозғалтқыштар. Қозғалтқыштардың термиялық пәк−і және оны өсіру жолдары.

 

3.8  Букүштік айналымдар

 

Ренкин айналымы, термиялық пәк−і, оның бастапқы бу көрсеткіштеріне, аралық  бу қыздырғышына және қоректік  суды жаңғыртулы қыздырғышқа тәуелділігі. Жылуландыру айналымы, жылуландыру еселеуіші. Бинарлы айналымдар. Атомдық жылуэнергетикалық қондырғылар айналымдары. Жылу энергиясын электр энергиясына тікелей айналдырудың әдістері.

 

3.9 Тоңазытқыш қондырғылардың және жылулық сорғының айналымдары

 

Буілестіргіштік, бусығымдағыштық, ауалық және бойына сіңірулік тоңазытқышты қондырғылардың айналымдары. Тоңазытқыштық еселеуіші, жылу және жылулық сорғы трансформаторларының жұмыс істеу қағидалары.

 

3.10 Химиялық термодинамиканың негіздері және қайтымсыз құбылыстардың жылуқозғалымы

 

Химиялық реакциялар түрлері, реакциялардың бірқалыптылығы және қозғалғыштығы. Химиялық реакциялардың жылдамдығы, Аррениус заңы.

Қайтымсыз құбылыстардың термодинамикалық әдісі, шашырайтын функциясы үшін жалпы өрнегі, жылуөткізгіштік теориясы.

 

1 кесте - 1-жұмысқа тапсырма нұсқалары                                                                     

Тапсырма нұсқалары

Газ қоспасының құраушылары, %

Құраушылардың үлес

түрі

Бастапқы күй 1 көрсеткіштері

1-2 құбылыс

Соңғы күй 3 көрсеткіштері

2-3 құбылыс

тегінің бірінші

әрпі

А-Д

N2

O2

H2

CO

CO2

H2O

Р, бар

t, ˚С

v,м3/кг

Р, бар

t, ˚С

v,м3/кг

Е-М

H2

CO

O2

CO2

N2

H2O

Н-Ф

CO2

N2

CO

H2O

O2

H2

Х-Я

O2

H2O

CO2

N2

H2

CO

Подпись: 9Сынақ кітапшасының соңғы үш санының қосындысы

0

40

11

-

20

24

5

массалық

8,0

-

0,12

адиабаталық

12,0

-

0,10

изотерм.

1

45

10

-

15

20

10

массалық

13,0

300

-

изотермиялық

5,0

17

-

адиабат.

2

50

8

5

20

13

4

массалық

2,0

-

0,45

адиабаталық

13

300

-

изохор.

3

55

-

10

8

27

-

көлемдік

21,0

210

-

изохоралық

35

500

-

изобар.

4

60

2

-

-

33

5

көлемдік

2,0

0

-

политр. n=1,3

5,0

200

-

изобар.

5

70

20

-

-

5

5

көлемдік

0,9

300

-

политр. n=1,2

4,0

200

-

изобар.

6

40

4

10

30

16

-

молдік

25,0

-

0,135

политр. n=1,15

1,6

-

0,5

изобар.

7

45

8

-

15

22

10

молдік

1,8

300

-

политр. n=1,1

3,0

-

0,1

изотерм.

8

50

-

-

17

33

-

молдік

20,0

250

-

политр. n=1,3

3,0

-

0,3

изобар.

9

55

12

-

15

13

5

массалық

-

200

0,12

изотермиялық

20,0

350

-

изобар.

10

60

5

10

-

15

10

массалық

2,0

150

-

изобаралық

15,0

50

-

изотерм.

11

65

7

5

18

-

5

массалық

4,0

100

-

адиабаталық

6,0

240

-

изотерм.

12

70

-

18

-

10

2

массалық

3,0

27

-

изотермиялық

12,0

200

-

изохор.

13

40

10

-

15

30

5

массалық

12,0

100

-

изотермиялық

30,0

220

-

изобар.

14

45

5

2

30

15

3

массалық

18,0

300

-

адиабаталық

-

50

0,2

изохор.

15

50

10

-

15

20

5

көлемдік

7,0

-

0,12

адиабаталық

20,0

200

-

изобар.

16

55

8

-

10

17

10

көлемдік

3,0

30

-

адиабаталық

15,0

250

-

изохор.

17

60

7

13

10

10

-

көлемдік

1,2

-

0,7

изотермиялық

6,0

150

-

изобар.

18

65

6

5

5

19

-

молдік

10,0

300

-

адиабаталық

4,0

-

0,3

изобар.

19

70

5

-

10

9

6

молдік

7,0

200

-

изобаралық

-

300

0,4

изотерм.

20

40

-

20

10

30

-

молдік

10,0

250

-

изотермиялық

3,0

25

-

изобар.

21

55

7

-

-

38

-

массалық

3,0

-

0,3

адиабаталық

10,0

200

-

изохор.

22

45

8

10

10

27

-

массалық

10,0

250

-

изобаралық

-

180

0,2

адиабат.

23

50

20

-

-

25

5

массалық

12,0

-

0,08

изохоралық

14,0

150

-

изобар.

24

60

15

-

15

10

-

массалық

-

50

0,72

адиабаталық

25,0

300

-

изобар.

25

65

7

-

6

22

-

көлемдік

12,0

30

-

политр. n=1,25

15,0

200

-

изобар.

26

70

-

15

12

3

-

көлемдік

0,8

240

-

политр. n=1,2

5,0

220

-

изобар.

27

45

10

-

20

15

10

көлемдік

20,0

-

0,13

политр. n=1,1

3,0

-

0,1

изотерм.

Әдістемелік нұсқау жылуэнергетикалық мамандығының студенттеріне су буының және мүлтіксіз газдардың термодинамикалық құбылыстары тақырыбынан өзіндік жұмыс жасауға практикалық қосымша ретінде арналған. Әдістемелік нұсқауда Техникалық термодинамика курсының бірінші бөлімінің негізінде жасалған үш тапсырма берілген. Тапсырмалар келесі тақырыптарға құралған: газды қоспалар және жылусыйымдылық; мүлтіксіз газдардың термодинамикалық теңесу құбылыстарын есептеу; су буы күйінің өзгеру құбылысын есептеу.

 

Техникалық термодинамика курсы бойынша есептің мақсаты, белгіленуі және ерекшеліктері.

 

Термодинамиканы оқу кезінде студенттердің теориялық білімін практикалық есептерге және термодинамикалық талдауларға қолданылуына үлкен мән беру керек. Өз кезегінде есептердің шешімі теориялық материалдарды терең түсінудің негізгі әдісі болып табылады. Студенттер өзіндік жұмыстарға көп көңіл бөлу керек.

Есепті дұрыс түсініп шығару үшін:

- Есепте берілген құбылыстардың физикалық жағдайын және қозғалымын түсіну, осы құбылыс іске асатын қондырғыны ойша елестету.

- Оған кіретін есеп қатынастарының, кейіптемелерінің және өлшмедерінің физикалық мазмұнын түсіну.

- Есеп шартына және кейіптемеге кіретін барлық өлшемдердің бірліктерін білу және оларды қояр алдында бірліктер жүйесіне (СИ) келтіру керек.

- Есепті шығару жолын және есеп нәтижелерінде алып, оларды ойша талдау.

Студент есеп шығару кезінде дұрыс әдісті қолдануы қажет, ал негізгісі

- Есептің шартын толық көшір.

- Есеп шартына кіргізілген және есептеу кезіндегі кездескен өлшемдердің біріліктерін қою.

- Қолданылған.

- Есепті алдымен жалпы түрде орындау, яғни кейіптемелерді алу, сосын осы кейіптемелерге кіргізілген өлшемдерді қою.

- Зерттелген аймақтағы практикалық мәнінің және теорияға сәйкес мәнін, өлшемдерін бағалау, талдау жүргізу.

Құбылысты термодинамикалық талдау термодинамика заңының бірінші және екінші жағдайына негізгі қарастырылған құбылыс заңдылыққа сәйкес математикалық жолмен шығарылады.

Көбінесе, денелердің бір бөлігі теңдеулі күйінде қасиеттерін және құбылыстарда энергияның ауысу ерекшеліктерін анықтау қажет. Анықталған өлшемдерге көбінесе дененің бастапқы және соңғы жағдайындағы істелінген жұмыс, берілген немесе алынған жылу көрсеткіштері жатады.

Жылутехникалық қондырғылардың жұмысын анықтауға және термодинамикалық құбылыстар: изохора - көлем тұрақты болғанда, изобара -қысым тұрақты, изотермия - температура тұрақты, изоэнтропты - энтропия (адиабаталық құбылыс) маңызды мағына береді. 

 

4  1-ші жұмыс. Идеал газдың және газ қоспаларының құбылыстары

 

Құраушылар үлесіне сәйкес идеал газ қоспалары берілген.  Термодинамикалық жүйесінде қайтымды 1-2-3 құбылыстары іске асырылады. 1 - 3 және 1-2 и 2-3 құбылыстарының термиялық күй көрсеткіштері берілген.

Жұмыстың мақсаты: 1-3 құбылысындағы меншікті энтальпияның, энтропияның, ішкі энергияның өзгеруін және 1-2, 2-3 құбылыстарындағы p, v, T барлық жағдайдағы орташа жылусыйымдылықтарды, жұмысты, жылуды және  термиялық көрсеткіштерді анықтау. p,v; p,T; v,T; Ts- диаграммаларында мүлтіксіз газ күйінің құбылыстарын бейнелеу.

 

4.1 Жұмысқа әдістемелік көрсеткіштер

 

4.1.1 Негізгі формулалар

Мүлтіксіз газ күйінің теңдеуі

1кг үшін                                           pv = RT,                                                       (4.1)

m кг үшін                                      pV = mRT,                                                         (4.2)

1 киломол үшін                                .                                              (4.3)

Газ қоспасының құрамындағы құраушылар үлестері келесідей анықталады

 

массалық үлес              wі = mі / mқп          ,       mқп =∑mі ,                             (4.4)

 

молярлық үлес                хі = nі / nқп ,        nқп =∑nі ,                                        (4.5)

 

көлемдік үлес               φі = Vі/Vқп   ,       Vқп =∑Vі ,                             (4.6)

 

мұндағы - газдың i-ші құраушысының келтірілген (парциалдық). Мүлтіксіз газдар үшін x =.

Газ құраушыларының үлестері өзара келесідей байланыста 

                             ,                           (4.7)

мұндағы - газдың i-ші құраушысының молярлық массалары.

Газ қоспасының тұрақтысы Rқп және  µқп молекулалық массасы  келесі қатынастармен анықталады

 

Rқп                                                       (4.8)

                                                                                    (4.9)

Мүлтіксіз газ қоспалары үшін Дальтон және Амага (заңдары) теңдеулері.

                                                                (4.10)

                                                                 (4.11)

Тығыздық шамасы . Газ қоспалары үшін

                                      .                                               (4.12)

Т1 және Т2 температуралар аралығындағы нақты және орташа жылусыйымдылықтары келесі қатынаспен байланысқан

                   .                                                   (4.13)

Газ қоспаларының жылусыйымдылықтары, мысалы, меншікті изобаралық жылусыйымдылығы келесі формула бойынша анықталады

                   .                                                 (4.14)

Политроптық құбылысының жылусыйымдылығы                                                    

    

                                      .                                                       (4.15)

Мүлтіксіз газдар үшін Майер теңдеуі

                   .                                        (4.16)

Термодинамиканың бірінші заңы

1кг қоспа үшін

                             ,

                                                (4.17)

Біртекті қалыптасқан ағын үшін термодинамиканың бірінші заңы

,

                         (4.18)

Термодинамиканың екінші заңы

                                                                    (4.19)

Термодинамикалық тепе −теңдік теңдеуі

                                                                       (4.20)

Мүлтіксіз газдармен құбылыстар:

1)      изохоралық құбылыс

                         (4.21)

2)      изобаралық құбылыс

                (4.22)

3)      изотермиялық құбылыс

               (4.23)

4)      адиабаталық құбылыс

               (4.24)

5)      политроптық құбылыс

                                  (4.25)

 

4.2.2 Мысал: 0 нұcқа тапсырмасының шешуі

Тапсырма шарты: құраушылары массалық үлестірілген мүлтіксіз газ қоспасы берілген: N2 – 40%; O2 –11%; CO – 20%; CO2 – 24%; H2O – 5%. Алғашқы термодинамикалық жүйе (АТЖ) 1 күйде p1 = 8,0 бар, v1 = 0,12 м3/кг көрсеткіштерімен болады. Жүйе қайтымды 1-2 адиабаталық құбылысынан, содан кейін 2-3 изотермиялық құбылысынан өтеді және p3 = 12,0 бар, v3 = 0,10 м3/кг көрсеткіштерімен  3 күйге келеді.

Анықтау: 1,2,3 күйіндегі p, v, Т термиялық көрсеткіштерін, ішкі энергия өзгерісін, энтальпиясын, энтропиясын; 1-2, 2-3 үдерістердегі жұмысы пен жылуын.

Шешуі: қоспа құраушыларының молярлық массасы: МN2=28, МO2=32,

МCO=28,МCO2=44, МH2O=18. Газ құраушыларының газ тұрақтылары, Дж/кг·К,

RN2 = 296,93; RO2 = 259,81; RCO = 296,93; RСO2 = 188,95;

R H2O = 461,89.

(3.8) бойынша газ қоспасының тұрақтысы

  Rқп= 0,4 · 296,93 + 0,11 · 259,81 + 0,20 · 296,93 + 0,24 · 188,95 + 0,05 ·  461,89 = 275,17 Дж/кг·К.

Газ қоспасының молекулярлық массасы 2 тәсілмен анықталады:

а) Мқп = ;

б) (4.7) бойынша  анықтаймыз, содан кейін (4.9) бойынша Мқп анықтаймыз. Газ құраушыларының молярлық үлесі (4.7) бойынша      

 N2 = 0,43; O2 = 0,106; CO = 0,219;

СO2 = 0,139;  H2O = 0,086.

Мқп = 0,427·28 + 0,105·32 + 0,218·28 + 0,166·44 + 0,085·18 =

 = 30,25 Дж/кг·К.

Есептеу нәтижесінің қателігі алдын ала келтірілген қателікке сәйкес келеді. Мқп = 30,21кг/кмоль  қабылдаймыз.

1кг газ қоспасы үшін күй теңдеуі келесідей болады

                            

Т1, Т3  анықтаймыз

                            

                            

2 күйінің термиялық көрсеткіштерін табамыз.

Алынған температуралар аралығы үшін [2] нақты жылусыйымдылық мәндері бойынша  адиабаталық көрсеткішін  (4.24) бойынша анықтаймыз. Сызықты функцияның температураларына жылусыйымдылықтың тәуелділігін аламыз. Сонда, (4.13) бойынша t1 ÷ t2  температуралар аралығындағы орташа жылусыйымдылық (t1 + t2)/2 кезіндегі орташа температурадағы нақты жылусыйымдылық болып табылады. Біздің тапсырмада tор = 119,33°С. Мәлімет бойынша (75÷175) °С температуралар аралығындағы орташа жылусыйымдылық мәндерін интерполяциялау әдісімен анықтаймыз [4]:

    Қоспа құраушылары

N2

1,0442

0,7474

1,397

O2

0,9393

0,6795

1,382

CO

1,0476

0,7508

1,395

СO2

0,9075

0,7408

1,225

H2O

1,9005

1,4390

1,321

 

Газ қоспаларының , ,  орташа жылусыйымдылықтары тең

= 0,4·1,0442 + 0,11·0,9393 + 0,2·1,0476 + 0,24·0,9075 +   + 0,05·1,9005 = 1,0433,

= 0,4·0,7474 + 0,11·0,6795 + 0,2·0,7508 + +0,24·0,7408 +  + 0,05·1,4390 = 0,7735.

, = 1,35 мәнін қабылдаймыз.

1-2 адиабаталық және 2-3 изотермалық теңдеулерінің шешімінен

 келесіні аламыз

Күйдің термиялық көрсеткіштерін анықтаймыз:

1) p1 = 8 бар , v1= 0,12м3/кг, t1= 75,72°С;

2) p2 = 19,05 бар , v2= 0,063м3/кг, t2= 162,94°С;

3) p3 = 12,0 бар , v3= 0,10м3/кг, t3= 162,94°С.

Берілген құбылыстарда газ қоспасының калориялық қасиеттерінің өзгерісін анықтаймыз:

1-2 адиабаталық құбылыс

2-3 изотермиялық құбылыс        

Термодинамикалық құбылыстарды p,v; p,T; Ts- диаграммаларында тұрғызу кезінде 1күйдің энтропиясын 13-19 [3] кестеден алынған sо құраушылары бойынша газ қоспалары үшін есептелген sосм тең деп қабылдау қажет.

  

 

4.1 сурет – құбылыстың p,v–диаграммасы
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.2 сурет – құбылыстың p,Т–диаграммасы

 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

4.3 сурет – құбылыстың Т,s–диаграммасы

 

Күй диаграммасын тұрғызу үшін тапсырмадағы құбылыстардың сызығында жұлдызшалап көрсетілген аралық құбылыстар нүктелері үшін (4.21-4.25) теңдеулерді пайдалана отырып, термиялық және калориялық көрсеткіштерін анықтау қажет.

Бұл үшін компьютерде өз нұсқаңыздың тапсырмасын шешудің алгоритмін құрастырып, одан кейін блок-схемасының бағдарламасын жасау қажет. Жұмысты компьютерда немесе қолмен есептеу нәтижесінде орындауға болады.

 

2 – ші жұмыс. Су және су буындағы жылуқозғалымдық құбылыстар

 

Судың жағдайы қанығу қысымы р1, бар кезінде болады. Судың қысымы р2, бар кезінде сорғы көмегімен құрғақтық дәрежесі х4 дейін изобаралық қыздырылатын бу генерторына жіберіледі, содан кейін х5 құрғақтық дәрежеге дейін кедергіге ұшырайды (дросселируется). Бу ары қарай тарылғыш саптамаларға (суживающееся сопло) бағытталады. Саптамадан кейінгі бу күйі р6, бар қысымымен сипатталады (5.1 суретті қара). Барлық құбылыстарды қайтымды деп қабылдау қажет.

 

                                     

5.1 сурет – құбылыстың h, s–диаграммасы

 

5.1 Жұмыстың тапсырмасы

 

Ары қарай «Cу және су буының термодинамикалық қасиеттерінің кестесін» пайдалана отырып, 1,2,3,4,5,6 күйлерінің калориялық және термиялық көрстекіштерін табу, 4 – 5 құбылысындағы интегралды дроссель-эффектісін анықтау, саптама қимасындағы бу көрсеткіштерін, келтірілген су және бу жылуын, саптамадан шығар бу жылдамдығын анықтау.

 

5.2 Жұмысқа әдістемелік көрсеткіштер

 

5.2.1 Негізгі есептік қатынастар.

Кестенің мәндері су және су буының калориялық қаситеттерінің  p,v,T тәжірибелік− зерттеу нәтижесінде алынған көрсеткіштік мәндері болып табылады. Кестеде аргумент ретінде температура және қысымның жуықтаған мәндері қолданылған. Бұл мәндердің аралығындағы мәндерді табу үшін сызықты интерполяция әдісін пайдаланған жөн.

 

2 кесте – 2 жұмысқа тапсырма нұсқалары

Тапсырма нұсқалары

р1,

 бар

х4

х5

р6,

бар

  Сынақ кітапшасы-

ның соңғы үш санының қосындысы

Фамилияның бастапқы әрібі

А-Д

Е-М

Н-Ф

Х-Я

р2,

 бар

р2,

 бар

р2,

 бар

р2,

 бар

0

50

51

64

72

0,015

0,90

0,93

0,90

1

47

53

66

74

0,017

0,91

0,94

1,00

2

44

55

68

76

0,019

0,92

0,95

0,80

3

41

57

70

80

0,021

0,93

0,96

0,70

4

38

60

72

50

0,023

0,90

0,93

0,60

5

36

62

74

47

0,025

0,91

0,94

0,50

6

34

64

76

44

0,027

0,92

0,95

0,40

2 кестенің соңы

7

32

66

80

41

0,030

0,93

0,96

0,30

8

33

68

50

38

0,032

0,90

0,93

0,40

9

37

70

47

36

0,035

0,91

0,94

0,50

10

40

72

44

34

0,037

0,92

0,95

0,60

11

43

74

41

32

0,039

0,93

0,96

0,70

12

46

76

38

33

0,042

0,90

0,93

0,80

13

48

80

36

37

0,045

0,91

0,94

0,90

14

51

50

34

40

0,050

0,92

0,95

1,00

15

53

47

32

43

0,052

0,93

0,96

0,30

16

55

44

33

46

0,054

0,90

0,93

0,35

17

57

41

37

48

0,057

0,91

0,94

0,40

18

60

38

40

51

0,060

0,92

0,95

0,45

19

62

36

43

53

0,050

0,93

0,96

0,50

20

64

34

46

55

0,040

0,90

0,93

0,55

21

66

32

48

57

0,035

0,91

0,94

0,60

22

68

33

51

60

0,030

0,92

0,95

0,65

23

70

37

53

62

0,025

0,93

0,96

0,70

24

72

40

55

64

0,020

0,90

0,93

0,75

25

74

43

57

66

0,015

0,91

0,94

0,80

26

76

46

60

68

0,018

0,92

0,95

0,85

27

80

48

62

70

0,022

0,93

0,96

0,90

 

Судың негізгі үштік нүктедегі көрсеткіштері: pтр = 610,8 Па, Tтр = 273,16 К, vтр = 1,0002 см3/г, критикалық көрсеткіштері: pкр = 22,115 МПа, tкр = 374,12 °С, vкр = 0,003147 м3/кг.

Үштік нүктедегі меншікті ішкі энергия және энтропия мәндері нөлге тең деп қабылданады. Үштік нүктедегі қажыры hтр = 0,611 Дж/кг, критикалық нүктеде hкр = 2095,2 кДж/кг, sкр = 4,4237 кДж/кг×К

Ылғалды бу аймағындағы көрсеткіштер құрғақтық дәрежесі х бойынша анықталады.

                  

                    

                                                                        (5.1)

                  

Адиабаттық дросселдеу кезінде h = const. Интегралды тиімді- дроссельдеу келесі формуламен анықталады

                    .                                                  (5.2)

Будағы дыбыс жылдамдығы Лаплас теңдеуі бойынша анықталады

                   .                                  (5.3)

Саптамадан шығардағы бу ағысы кезіндегі үйкеліссіз жылдамдығы келесі қатынаспен анықталады

                   .                                                   (5.4)

Кептіргіш саптамадан шығар будың максимал жылдамдығы

                                                                                      (5.5)

Сондықтан саптамадағы пайдаланылған жылуқұламасы құрайды:

                   ,                                                             (5.6)

мұндағы -дыбыстың жергілікті жылдамдығы.

5.2.2 Мысал: 0 нұсқасының шешімі.

Тапсырма шарты:  Берілген  су  және  бу  көрсеткіштері   р1 = 0,015бар,  р2 = 50бар, х4 = 0,90, х5 = 0,93,  р6 = 0,90бар.

Анықтау: кесте көмегімен 1,2,3,4,5,6 (5.1 суретті қара) нүктелеріндегі көрсеткіштерді анықтау, Т5 – Т4 , q1-4, w2, көрсеткіштері саптама қимасындағы бу көрсеткіштері.

 

 Шешуі: 2 кесте бойынша р1 = 0,015 бар=1,5×103 Па кезіндегі t1 =13,034 °С, 

v1 = 0,0010006 м3/кг, h1 = 54,71 кДж/кг, s1 = 0,1956 кДж/кг×К,   =54,71 - 1,5×103 - 0,0010006 = 54,708

2 нүкте (күй) көрсеткіштерін анықтаймыз.  р2 = 50 бар = 5×106 Па. Бұл су аймағы болып табылады. III кестені пайдаланамыз. v 2 = v1 = 0,0010006 м3/кг., интерполяция көмегімен h2 анықталады

h2 = 88,6 + (0,0010006-0,0009995)=

= 88,6 + 17,6 = 106,2 кДж/кг,

t2 = 20 + (30 – 20) × = 24,23°С

s2 = 0,2952 + (0,4350 – 0,2952) × 0,423 =

= 0,3543 кДж/кг×К.

3 нүкте (күй) жағдайын р2 изобара бойынша сол жақ шекаралық қисық сызықта анықтаймыз.  р3 =     = р2 =  5,0МПа. II кестені пайдаланамыз:

                             t3= 263,92°С, 

                             v3 = 0,0012858 м3/кг,

                             h3 = 1154,6 кДж/кг,

                             s3 = 2,9209 кДж/кг×К.

 

5,0 МПа изобара бойынша оң жақ шекаралық қисықтағы бу көрсеткіштері:

                             = 0,03941 м3/кг,        

               = 2792,8 кДж/кг,

                             = 5,9712 кДж/кг×К.

     4 нүктеде х4 = 0,90. Осы жерден (5.1) бойынша

                             t4= 263,92°С, 

                             v4 = 0,0012858 × 0,10 + 0,90 × 0,03941 = 0,03082 м3/кг,

                             h4 = 1154,6 × 0,1 + 0,9 × 2792,8 = 2628,98 кДж/кг,

                             s4 = 2,9209 × 0,1 + 0,9 × 5,9712 = 5,6662  кДж/кг×К.

Адиабаттық дросселдеу кезінде h = const, h4 = h5 = 2628,98 кДж/кг,

 х5 = 0,93. h, s – диаграммасында бойынша су және су буының h = const сызығын жүргізе отырып, қалған көрсеткіштерді анықтаймыз, қиылысқан сызық нүктесі х = 0,93   құрғақтық дәрежелі 5 нүктесі болып табылады.  Диаграмма және кесте бойынша күй көрсеткіштері анықталады:

                             р5= 9 бар,

                             v5 = 0,2 м3/кг,

                             t5= 175,36°С,  = 742,6 кДж/кг, = 2773,0 кДж/кг,

                             s5 = 0,07·2,0941+0,93·6,6212=6,3043 кДж/кг×К,

                              = 2,0941 кДж/кг×К,

                              = 6,6212 кДж/кг×К.

 (5.1) бойынша есептегенде

                             h5есеп. = 2630,87 кДж/кг×К

Техникалық есептеу қателігі h4 мәнімен жақсы сәйкес келеді.

Интегралды дроссель-эффектісі

.

Бугенераторына жылу 2-3-4 изобара бойынша жылу әкелінеді

                             q2-4 = h4 - h2 = 2628,98 – 106,2 = 2522,78 кДж/кг,

сорғы жұмысы

                              = h2 – h1 = 106,2 – 54,71 = 51,49 кДж/кг.

Ылғалды бу 6 жағдайы h, s – диаграммасында изобара р= 0,9 бар және изоэнтропия   s= 6,3043 кДж/кг×К қиылысында анықталады. 6 күй жағдайының көрсеткіштері кесте бойынша анықталады.  р= 0,9 бар кезінде, = 1,2696, = 7,3963 және

                             .

 (5.1) қатынасы бойынша келесі мәндерді анықтаймыз

                             t6 = 96,71°С,

                             h6 = 405,24·0,18+2671,1·0,82=2263,24 кДж/кг,

                            v6 = 1,5337 м3/кг.

5-6 изоэнтропа құбылысына екі жағдайды қарастырамыз:

                             v 1 = 0,6 м3/кг, р1 = 2,5 бар;

                             v 2 = 0,9 м3/кг, р2 = 1,6 бар.

Осы көрсеткіштер бойынша (5.3) дыбыс жылдамдығын анықтаймыз 

                             .

(5.4) бойынша қолданылған жылуқұламасы мынаған тең

                             .

Саптама қимасындағы бу күйі s және h мәндері бойынша анықталады

                             hс= h5 -  = 2628,98 – 73,5 = 2555,48 кДж/кг,

                             vс= 0,32 м3/кг,

                             рс = 5,6 бар,

                             tс = 156,16°С.

Барлық күйлерді h, s – диаграммасына енгізіп, 1-6 құбылысын тұрғызу қажет. 5-6 изоэнтропия құбылысында с − нүктесі, яғни саптама қимасындағы бу күйі көрсетілуі қажет.

Нәтижесінде тапсырма шешімінің алгоритмдік блок-схемасын құрастыру қажет.

 

6  3-ші жұмыс. Су буы күйінің өзгеру құбылысының есебі

 

6.1 Су және су буының кейбір термодинамикалық қасиеттері

 

Су және су буын жылуалмасу қондырғыларында жылутасығыш ретінде және көптеген өндірістерді технологиялық кондырғыларында, жылуқайраттық қондырғыларда жұмысшы дене ретінде көп колданылады.

Көптеген жағдайларда су буын сұйыққа жақын күйінде қолданады. Сондықтан, алу құбылыстарында және қолдану кезінде ол екі фазалық күйде (дымқыл қаныққан бу) немесе сұйық күйінде (су) болуы мүмкін. Осының негізінде, су буы жүргізген күй өзгеру құбылысы оның агрегаттық күйінің өзгеруімен жүргізіледі.

Егер мүлтіксіз газдарда әрекеттесу күші жоқ болса, онда су буының қасиетіне маңызды, кейде анықтайтын әсер етеді.

Әрекеттесу күші молекулалар арасында фазалық ауысуларын, яғни заттардың агрегаттық күйінің өзгеруі, жылусыйымдылығының тәуелділігі, су буының мүлтіксіз газдардағыдай ішкі қайратын және қажырын қысым арқылы жасайды. Су буының молекулалары арасында әрекеттесу күшінің дәлдігі сұйығыштық көрсеткішінің қысымға және температураға тәуелділігімен түсіндіріледі. Сондықтан су буының термодинамикалық құбылыстары мүлтіксіз газдардың күй талдауына қарағанда жоғарыда көрсетілген аймақтарда жылу сыйымдылығын қолданбайды. Бұл жағдайда громоздкостқа және күй аймақтарының анықталу шегіне байланысты су буының термодинамикалық теңдеуі қолданылмайды (бұл жерде рv=RT мүлтіксіз газдардың термодинамикалық күй тендеуі қолданылмайды). Мүлтіксіз газдарға тән күй өзгеру құбылысының монотонды зандылығы су буында әртекті күй аймағы біртекті күй аймағына өткенде секірмелі түрде өзгереді (керісінше) және күйдің екінші көрсеткішінің арасындағы функциялық тәуелділігі түрінде жазылмайды.

 Су және су буының күй өзгеру құбылысында және күй талдау кезінде су буының күй тендеуін қолданып жүргізілген тәжірибелік зерттеулер негізінде жасалған су және су буының термодинамикалық қасиетінің кестесі пайдаланылады. Мұндай кестелер су және су буының фазалық өту шекарасының көрсеткіштерінен бөлек және арнайы суға, яғни қайнағанға дейінгі ысымаған және аса қыздырылған буға арналған.

 Берілген термодинамикалық кестелер фазалық шекарасындағы көрсеткіштерді, яғни қайнаған су көрсеткіштерін және құрғақ қаныққан бу көрсеткіштерін анықтауға мүмкіндік береді. Осы кестені және құрғақтық дәрежесі х-ті пайдаланып, дымқыл қанықкан бу көрсеткішін, оның фазалық өту шекарасындағы және құрғақтық дәрежесіндегі мағынасын және оның белгілі көрсеткіштерінің тәуелділігін анықтауға болады. Сонымен бірге судың әр күйіндегі, қайнауға дейін ысымаған және аса қыздырылған будың белгілі көрсеткіштерін, мысалы: температура және қысым арқылы көрсеткіштерін анықтауға мүмкіндік береді.

Кестеде ішкі қайраттың мағынасы келтірілмейді, өйткені судың және будың әр түрлі күйінің ұзындығы   тәуелділігімен есептеледі.

 Су буы күйінің өзгеру құбылысы және күй талдаудың сызба әдісі pv-, Ts-, және hs- диаграммасында берілген термодинамикалық кесте бойынша құрылған.

 Сызбаны талдау әдісі дәлдігі жағынан көрсетілген кесте бойынша жүргізілген талдаудан кейін тұрады, бірақ ол іс жүзіндегі және әдістегі сипаттаманың артықшылығын иеленеді. Ол тек есепті тездетіп қана қоймайды, сонымен бірге оны түсінуге біршама қолайлы етеді.

Су буының күй өзгеру құбылысының жене күй талдау ерекшелігі көрсетілген кестенің көмегімен талдау толық қарастырылады, бірақ студент фазалық өту шекараларын, су және су буының термодинамикалық диагностикадағы әр түрлі агрегаттық күйдегі аймақтарын басынан бастап білуі керек. Бұл аймақтар pv-, Ts-, және hs- диаграммасында 1-суретте көрсетілген:

1-қайнағанға дейін қыздырылмаған су аймағы;

2-дымқыл қаныққан бу аймағы;

ЖШ қисығы (жоғарғы қисықтық шекарасы)- құрғақ қаныққан бу аймағы;

Ш (шекті нүкте)- су күйінің шекті нүктесі; Рш- шекті қысым; 4-жоғарғы шекті қысым аймағы.

Құбылысты талдауға көшпес бұрын студент термодинамиканың сәйкес тарауларынан алған біліміне сенімді болуы керек.

Су буы күйінің өзгеру құбылысының есебі су және су буының термодинамикалық қасиетінің немесе термодинамикалық диаграмма кестесінің көмегімен жүргізілуі мүмкін.

 

 

6.1 сурет

 

6.2              Бу күйінің өзгеру құбылысын су және су буының термодинамикалық қасиетінің кестесінің көмегімен

 есептеудің жалпы әдісі

 

 Құбылыстың сипаты, оның өту шарты, талдау мақсаты және ұзындығы құбылыс жүретін қондырғылардың жұмысын талдаудың нәтижесінде беріледі. Осылай берілуі мүмкін және бастапқы екі және соңғы бір көрсеткіші тәжірибелі түрде анықталуы керек. Егер бу дымқыл қаныққан болса, онда берілген қысым және температура бірге оның күйін анықтамайды, бұл жағдайда басқа көрсеткіштері берілуі мүмкін, мысалы: қысым және меншікті көлем, температура және энтальпия немесе көрсеткіштің біреуі және будың құрғақтық дәрежесі құбылысты жүргізетін бу мөлшері оның салмағымен (салмақтық шығын) және бастапқы көлемі (көлемдік шығын) соңғы және басқа күйде .

 

6.2.1 Бастапқы (бірінші) күйдің көрсеткішін анықтау

Бастапқы қысым р1 және температура t1, осы көрсеткіштің біреуі басқалармен бірігіп — меншікті көлеммен v1, энтальпиямен h, немесе энтропиямен S1 берілген деп алайық. Онда қысым р1 немесе температура t1 олардың шекті нүктесіндегі мағынасымен салыстырылуы керек. Егер р1>рш немесе t1>tш (немесе екеуінің көрсеткіштері шектіден үлкен болса), онда бу күйі аса қыздырылған бу аймағында немесе жоғарышекті қысым аймағында және жетіспейтін көрсеткіштерін екі берілген көрсеткіші бойынша аса қыздырылған будың термодинамикалық қасиетінің кестесінен табылады.

 Егер p1<рш (немесе t1<tш), онда р1 бойынша (немесе t1) фазалық өту шекарасындағы берілген екінші көрсеткішті анықтауға болады, яғни бұл көрсеткіштің қайнаған су және құрғақ қаныққан бу мағынасын берілген биіктік бойынша салыстырылу керек.

Салыстыру нәтижесінде төмендегі жағдайлар болуы мүмкін:

а) Екінші көрсеткіштің ұзындығы оның құрғақ қаныққан бу мағынасынан үлкен болуы. Бастапқы күйінде будың аса қыздырылған және жетіспейтін көрсеткіштерін аса қыздырылған бу кестесінен анықтайды.

б) Екінші көрсеткіштің ұзындығы қайнаған судың мағынасынан кем; бастапқы күй­ - су қайнағанға дейін қыздырылмаған және көрсеткіштерін су және дымқыл бу кестесінен анықтайды .

в) Екінші көрсеткіштің биіктігі қайнаған су және құрғақ қаныққан будың мағынасына тең. Бастапқы күйі қайнаған су және дымқыл буға арналған кестеден анықталады.

г) Екінші көрсеткіш құрғақ қаныққан бу мағынасынан және қайнаған су мағынасынан кем; бастапқы күйі - дымқыл қаныққан бу. Мысалы: р1 қысым және меншікті көлем v1 берілген. Су және дымқыл бу кестесінде р1 бойынша v'1 және v"1 -ді анықтайды. Егер салыстыру нәтижесінде v'<v11<v"1 болса, онда бастапқы күйінде – дымқыл қаныққан бу. Бұл будың құрғақтық дәрежесі мынандай қатынаспен анықталады

.

Су және дымқыл бу кестесінде р1 мағынасы бойынша бастапқы күйдің температурасының биіктігінен t1=tc және фазалық өту шекарасындағы – h’1, h’’1, s’11, s’’1 табу керек. Бұл есептеуден кейін бастапқы күйдің жетіспейтін көрсеткіштерін мына қатынаспен

,

,

.

 Осы сияқты бастапқы екі көрсеткіштің бірігуімен дымқыл қаныққан будың көрсеткіштерін анықтайды. Есептің қорытындысынан қысым және температура екеуі бірдей құрғақ қаныққан бу күйін анықтамайтындығын байқауға болады. Қысым және температурамен қайнағанға дейін ысымаған су күйін, аса қыздырылған бу және жоғары шекті қысымдағы будың күйін анықтайды. Бұл жағдайда жетіспейтін көрсеткіштерді аса қыздырылған бу кестесінен анықтайды. Егер p1<рш, онда t1>ts1 - қанығу температурасы, p1- қысымға сәйкес бастапқы күйі − аса қыздырылған бу, ал егер t1<ts1 −су қайнағанға дейін қыздырылмаған болады.

 

6.2.2 Күйдің соңғы (екінші) көрсеткішін анықтау

Негізгі құбылыстарды талдау кезінде (көлем тұрақты, қысым тұрақты, температура тұрақты немесе изоэнтропты) соңғы тұрақтылығы құбылыстың сипаттайтын көрсеткіштерінің біреуі бастапқы берілгеніне немесе бастапқы күйді анықтауда табылған көрсеткішке тең. Соңғы күйді анықтау үшін тағы бір көрсеткіш берілуі керек. Осы екі көрсеткішті қолданып, құбылыстың соңында жұмысшы дененің агрегаттық күйін және жетіспейтін көрсеткіштерін бастапқы күйде көрсетілгендей анықтауға болады.

3-кесте - 3- жұмысқа тапсырма нұсқалары

Нұсқалар

№

Бу көрсеткіштері

жауаптары

Баставпқы

Соңғы

Құб.сип-ры

Δu

Δh

l

q

Р1,

МПа

t1,

˚С

υ1,

м3/кг

S1,

кДж/кг

x1

h1,

кДж/кг

 

V1,

м3

Р2,

МПа

t2,

˚С

υ2,

м3/кг

S2,

кДж/кг

x2

h2,

кДж/кг

 

V2,

м3

 

кДж/кг

1

4

300

 

 

 

 

12

 

 

 

 

 

 

1

p=const

 

 

 

 

2

2

 

0,08

 

 

 

12

4

 

 

 

 

 

 

υ=const

 

 

 

 

3

0,5

180

 

 

 

 

60

 

 

 

 

 

2500

 

t=const

 

 

 

 

4

2

350

 

 

 

 

14

0,05

 

 

 

 

 

 

dq=0

 

 

 

 

5

13,0

 

 

 

0,98

 

 

 

560

 

 

 

 

 

p=const

 

 

 

 

6

0,01

80

 

 

 

 

 

 

20

 

 

 

 

 

ыдыс жабық

 

 

 

 

7

0,2

200

 

 

 

 

10

 

 

0,1

 

 

 

 

t=const

 

 

 

 

8

13

560

 

 

 

 

 

0,004

 

 

 

 

 

 

s=const

 

 

 

 

9

0,5

280

 

 

 

 

9

 

 

 

 

 

 

6

p=const

 

 

 

 

Подпись: 2610

0,1

 

 

 

0,95

 

 

0,18

 

 

 

 

 

 

ыдыс жабық

 

 

 

 

11

0,2

170

 

 

 

 

0,5

 

 

 

 

 

2240

 

t=const

 

 

 

 

12

0,3

 

0,5

 

 

 

 

 

400

 

 

 

 

 

s=const

 

 

 

 

13

 

180

 

 

0,92

 

 

 

475

 

 

 

 

 

p=const

 

 

 

 

14

0,4

200

 

 

 

 

7

0,3

 

 

 

 

 

 

V=const

 

 

 

 

15

0,1

 

 

 

0,85

 

9

0,03

 

 

 

 

 

 

t=const

 

 

 

 

16

1,1

450

 

 

 

 

 

0,014

 

 

 

 

 

 

dq=const

 

 

 

 

17

3

 

 

6,5

 

 

 

 

570

 

 

 

 

 

p=const

 

 

 

 

18

 

100

 

 

0,7

 

 

 

 

 

 

 

2500

 

υ=const

 

 

 

 

19

 

 

5

6,5

 

 

 

0,03

100

 

 

 

 

 

t=const

 

 

 

 

20

0,2

 

 

 

0,9

 

 

 

600

 

 

 

 

 

dq=0

 

 

 

 

21

 

100

 

6,5

 

 

 

 

 

 

8,5

 

 

 

p=const

 

 

 

 

22

10

 

 

 

 

3600

 

 

 

 

 

0,7

 

 

υ=const

 

 

 

 

23

 

300

 

8,5

 

 

 

 

 

 

 

0,8

 

 

t=const

 

 

 

 

24

 

 

100

0,9

 

 

 

 

 

 

 

 

2500

 

s=const

 

 

 

 

25

100

570

 

 

 

 

 

0,04

 

 

 

 

 

 

s=const

 

 

 

 

7   4-жұмыс.  Букүшті циклді есептеу.

 

I. Ренкин циклін есептеу.

 

      1) Су буымен жұмыс ісейтін бутурбиналы қондырғыда Ренкин циклі іске асырылады (7.1 сур. қара).

                                                                                                                                

                  а).                                          ә).                                             б).

7.1 сурет

 

Бугенераторынан (БГ)  алынған аса қыздырылған бу p1, t1  параметерлерімен (1-нүкте) бу турбинасында (БТ) ұлғайып, пайдалы жұмыс жасайды. Бу турбинасында Р2 = Р2н қысымына дейін ұлғайған бу «2н» күйінде  Р2н, Х 2н параметрлерімен конденсаторға (К) кіреді. Конденсаторда салқын көзге (салқындатушы суға) жылу беру себебінен конденсацияланып, су түрінде (3-нүкте) қоректік сорғы (ҚС) арқылы бу генераторына қайта беріледі ( мұндағы «3-4» құбылысы суды қоректік сорғыда Р1 қысымына дейін сығу жұмысы, аз болғандықтан оны ескертмеуге болады). Бу генераторында қоректік су Р1 қысымындағы қайнау температурасына дейін қыздырылып (4-5 құбылысы, 5-нүкте), одан ары құрғақ қаныққан буға айналады (5-6 құбылысы, 6-нүкте). Сонан соң бу қыздырғышқа (БҚ) беріліп, ол жерде аса қыздырылған бу күйіне (1-нүкте) жеткенге дейін жылу беріледі (6-1 құбылысы), цикл тұйықталады.

 

Анықтау қажет:

1) Циклдің барлық нүктелеріндегі жұмыстық дененің (су) параметрлерін (P, t, v, h, s) T-S немесе h-s диаграммасы мен су және су буының кестелері көмегімен анықтап кесте түрінде келтіру (ескерту: сорғы  жұмысын ескермеуге болады, демек 4-нүктедегі параметрлер 3-нүктемен бірдей).

2) Циклді  T-S және h-s диаграммаларында бейнелеу.

3) Табылған энтальпия мәндері бойынша қайтымды және қайтымсыз циклдердің термиялық ПӘК-терін есептеу.

4) Бу турбинасының салыстырмалы ішкі п.ә.к.-ін есептеу.

 

Әр топ және вариант үшін берілгендерді  7.1 кестесінен аламыз.

 

7.1 кесте – 4-ЕСЖ нұсқалары

Тапсырманың нұсқасы

 

P1

МПА

 

Р 01

МПа

  

   Д01

т/ч

 

Д02

т/ч

 

Nэ

МВт

Нұсқалар №

Топтар

1

2

3

4

t1, 0C

t1, 0C

t1, 0C

t1, 0C

1

560

555

550

545

23,5

4,0

400

200

800

2

560

550

540

530

23,0

3,5

300

150

500

3

560

550

540

530

22,0

3,5

200

100

300

4

560

550

540

530

21,0

3,0

110

60

200

5

555

550

540

530

20,0

2,5

90

50

150

6

560

550

540

530

19,0

1,5

80

40

100

7

550

540

530

520

18,0

1,4

40

15

50

8

550

540

530

520

17,0

3,5

200

100

300

9

550

540

530

520

16,0

3,5

210

110

300

10

550

540

530

520

15,0

3,0

110

50

200

11

550

540

530

520

14,0

3,0

110

60

200

12

540

530

520

510

13,0

3,0

120

60

250

13

540

530

520

510

12,0

2,0

120

60

175

14

540

530

520

510

11,0

2,0

110

60

150

15

540

530

520

510

10,0

1,5

110

50

125

16

540

530

520

510

9,0

1,5

90

40

100

17

540

530

520

510

8,0

1,8

80

40

90

18

520

510

500

490

7,0

1,6

80

40

75

19

500

490

480

470

6,0

1,5

45

20

50

20

490

480

470

460

5,0

1,5

20

15

20

21

470

460

450

440

4,0

1,4

12

6

15

22

450

440

430

410

3,5

1,3

10

5

10

23

445

435

425

415

13

3,0

100

50

200

24

450

440

430

420

12

2,5

100

40

180

25

450

440

430

420

11

2,0

90

40

160

26

440

430

420

410

10

2,0

80

40

140

27

430

420

410

400

9

1,5

80

40

100

28

420

410

400

390

8

1,5

70

30

80

 

Р1=(13-24)МПа:    Р2=0,004МПа;      ;  x2н=0,84-0,88.      

Р1=(3,5-12)МПа:   Р2=0,003МПа;      ;  x2н=0,84-0,88.

P02=0,12 МПа (барлық варианттар үшін);  Qнр=29,0 МДж/кг.

Есептеу үлгісі.

 

Берілгені :  Р1=19,0 МПа; t1=550 °С; Р2=0,004 МПа; х2н=0,85.

 

1. “1”-нүкте “h-S”– диаграммасында Р1 изобарасының t1 изотермасымен қиылысу нүктесінде анықталады; осы нүктенің ординатасы мен абсциссасы бойынша сәйкес энтальпия мен энтропиясы табылады: һ1=3425 кДж/кг; S1=6,39 кДж/кг. “1”–нүктесі арқылы өтетін изохараның (штрих-пунктирлі қисық) мәні меншікті көлемді анықтайды–u1=0,018 м3/кг.  “1”–нүктеде бу аса қыздырылған, сызықтан құрғақтың дәрежесі х анықталмайды. “Т-S”– диаграммасында энтальпия һ1 “1”–нүктесі арқылы өтетін изоэнтальпия бойынша анықталады.

2. “2”-нүкте S2=S1 изоэнтропасының Р2 изобарасымен қиылысу нүктесіне сәйкес келеді, себебі “1-2” құбылысы қайтымды Ренкин циклінде изоэнропты құбылыс. Энтальпия, энтропия және меншікті көлем алдыңғы нүктедегідей табылады: һ2=1925 кДж/кг; S2=6,39 кДж/кг; u2=29 м3/кг. t2 температурасы мен х2 құрғақтық дәрежесі “2” нүкте арқылы өтетін изотерма (ылғалды бу аймағында изотермалар изобаралармен бірге өтеді) мен тұрақты құрғақтық қисығы бойынша анықталады. T2=27°С (Т2=t2+273=300K), x2=0,74. “T-3” диаграммасында да параметрлер осылайша анықталады.

3. Қайтымсыз Ренкин циклі үшін нақты “2н” нүктесін Р2н=Р2 изобарасының х2н=0,85 тұрақты құрғақтың дәрежесінің сызығымен қиылысу нүктесінде анықтаймыз. Бұл нүктеде һ2н=2185 кДж/кг S2н=7,27 кДж/кг; υ2н=37 м3/кг; ал температура t2н=t2=27ºC, себебі 2 және 2н нүктелері ылғалды бу аймағында бір изобара мен изотерманың бойында жатыр.

4. “3” нүктесін “һ-S” диаграммасы бойынша таба алмаймыз, себебі онда ылғалды бу аймағы мен сұйық фазаның арасындағы төменгі шекаралық (х=0) көрсетілмеген. Сондықтан 3 нүктесі “Т-S” диаграммасында t2 изотермасының (немесе Р2 изобарасының) төменгі (сол жақ) шекаралық қисықпен (х3=0) қиылысу нүктесінде табылады. Бұл нүктеде S3=0,42 кДж/кг.К; һ3=121,4 кДж/кг.К; υ3≈0,001 м3/кг. (3 нүктесінің параметрлерін су және су буының термодинамикалық қасиеттерінің кестесі бойынша да тексеруге болады).

5. “4” нүктесінің параметрлерін анықтамауымызға болады, себебі жоғарыда ескерткеніміздей, біз сорғы жұмысын ескермейміз және “4” нүктесінің параметрлері (қысымнан басқа) “3” нүктесінің параметрлеріне тең деп есептейміз.

6. “5” нүктесі де тек “Т-S” диаграммасы бойынша Р5=P1 изобарасының сол жақ шекаралық қисықпен қиылысу нүктесінде анықталады: х5=0; S5=3,94 кДж/кг*К;  һ5=1778 кДж/кг; υ5=0,001 м3/кг; t5=361ºC (T5=t5+273=634 ºК).

7. “6”-нүкте “һ-S” және “Т-S” диаграммасында Р6=P1 изобарасының немесе t6=t5 изотермасының жоғарғы (оң жақ) шекаралық қисықпен қиылысу нүктесінде анықталады: һ6=2450 кДж/кг; S6=5,03 кДж/кг·К; υ6=0,004 м3/кг; t6=t5=361ºC(T6=634 ºК).

Осылай циклдің барлық нүктелерінің параметрлері анықталып кестеге жазылады, ал цикл таза қағазда “һ-S” және “Т-S” диаграммасында салынады.

 

         8. Табылған энтальпия мәндері бойынша қайтымды ( 1-2-3-4-5-6-1) және қайтымсыз (1-2н-3-4-5-6-1) циклдердің термиялық ПӘК-терін анықтау (сорғы жұмысын ескермейміз).

          Қайтымды циклдің темиялық ПӘК-і:

         

                   .   

          Қайтымсыз циклдің термиялық пәк-і:

 

                  .

 

Көріп отырғанымыздай, қайтымды циклдің термиялық пәкі қайтымсыз циклдегіден 21%-ға артық.

Бу турбинасының салыстырмалы ішкі ПӘК-і:

.

 

II. Регенеративті жылуландырғыш циклді есептеу

 

Бу турбиналы жылукүшті қондырғының термиялық пайдалы әсер коэффициентін арттыру үшін жылуды регенерациялау қолданылады.        Сондай-ақ Ренкин цикліндегі конденсаторда салқындатушы суға  (салқын көзге) беріліп, жоғалатын жылу шығынын азайту үшін жылуландырғыш цикл пайдаланылады. Қарапайым регенеративті жылуландырғыш циклімен жұмыс істейтін жылуэлектр орталығы (ЖЭО) 7.2-суретінде көрсетілген.

Регенеративті су қыздырғышқа (РСҚ) және жылу тұтынушыға (ЖТ) бу турбинасында пайдалы ұлғаю жұмысын істеп, потенциалы азайған бу арнайы турбина алымдарынан беріледі: шығымдары Д 01 және Д 02, қысымдары Р01, Р02. РСҚ араластырушы түрінде (демек, конденсат пайда болмайды) орындалған, ал жылу тұтынушыдан конденсат толығымен циклге қайта оралады.

ЖЭО электр қуаты Nэ, бастапқы параметрлері (P1, t1) мен алымдағы параметрлері Д01, Р01, Д02, Р02,  4.1 кестесінде келтірілген.

ЖЭО-ның жылулық жүктемесін, жылу пайдалану коэффициентін (Кп), отын шығымын тауып, оның мәнін тұтынушыны электр және жылу энергияларымен бөлек қамтамасыз етілген жағдайдағы мәндерімен салыстыру қажет. Бұл жағдайда электр станциясы (КЭС) мен ЖЭО-ның бу параметрлері бірдей, ал жылу энергиясы бөлек қазандықтан беріледі деп санаймыз.

7.2 сурет

 

 

1.   Регенеративті, жылуландырғыш және конденсациялық бу ағындарының бу турбинасында өндірген пайдалы қуаттары:

                              =

                                    ;

 

                              ;                       (4.1)

                                      

                                .

мұндағы: һ01,  һ02, һk– алымдардағы және конденсатордағы бу энтальпиясы.

       Алымдардағы энтальпия Р01 және Р02 изобараларының нақты ұлғаю құбылысымен қиылысуында анықталады.

Егер                            ,                                      (4.2)

екенін ескерсек, конденсациялық ағынның өндіретін пайдалы электр қуаты

тең болады.

Олай болса, конденсатор арқылы өтетін бу шығыны

.    (4.3)

 

2.      Циклдегі жұмыстық денеге бу генераторында берілген жылу мөлшері:

 

           (4.4)

 

,

мұндағы:

          Д01, Д02, Дк- регенерация мен жылуландырғыш алымдардағы және конденсатор арқылы бу шығымдары, кг/с;

           [кДж/кг·К] - алымдардағы және конденсатордағы қысымдар бойынша төменгі шекаралық қисықтағы энтальпиялар .

Бұл жылу ЖЭО-ның бу генераторында ВЖЭО отын мөлшерінің жануы барысында алынады

         ,                                             (4.5)

 

демек бұл жерден біз ВЖЭО мәнін табамыз:

,

мұндағы: –бу генераторының ПӘК-і, ().

3. Циклдегі жұмыстық денеге бу генераторында берілген жылуды шартты түрде регенерациялық, жылуландырушы және конденсатордағы ағындарға жұмсалған жылуларға бөлуге болады:

 

;,

;,            (4.6)

; .

 

Егер жылуландыруға қажет жылуды Qж бөлек қазандықта өндірсек ондағы жұмсалатын отын шығымы

                   .  (4.7)

 

Ал тек конденсациялық электр станциясында өндірілетін электр энергиясы

                 ,                (4.8)

оны өндіруге жұмсалған отын шығымы   

 .

 

Тұтынушыларды электр және жылу энергияларымен бөлек қамтамасыз еткен кездегі жалпы отын шығымы

=                                           (4.9)

=[т/сағ].

Табылған Вб мәнін орталықтан қамтамасыз еткен жағдайдағы Вжэо мәнімен салыстырамыз:

Вжэо<Bбөл.,

демек, жылу және электр энергияларын ЖЭО-да өндірген тиімді.

 

 

4.      ЖЭО-дағы отынның жылуын пайдалану коэффициенті

 

.                                         (4.10)

 

5.      ЖЭО-ның эксергиялық ПӘК-і:

 

,                                            (4.11)

 

мұндағы:

ЕQ- жіберілген жылу мөлшерінің (Qж) эксергиясы;

Еотын- жанған отынның эксергиясы.        

  

Әдебиеттер тізімі

1. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика.-. М.: Изд. 4-е, переработанное. Энергоатомиздат, 1983, 416с.

2.  Мырзахметов Б. А., Сазаев Ж. О. Техникалық термодинамика: Оқу құралы – Алматы: ҚазҰТУ, 2003 - 138 б.

3.  Әділбеков М. Ә.  Жылутехника: ЖОО студ. арн. оқу құралы. – Алматы, 2005, 246 бет. 

4.  Андрианова Т.Н., Дзампов Б.В., Зубарев В.Н., Ремизов С.А. Сборник задач по технической термодинамике. –М.: Энергоиздат, 1981.

5.  Қуатбеков М. Қ., Ақынбеков Е. Қ. Техникалық термодинамика: ЖОО студ. арн. оқулық. – Алматы: Рауан, 1995 - 215 б.

6. Юдаев Б.Н. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче. –М.: Высш. шк., 1968.

7. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара. –М.: Энергоатомиздат, 1984.

8. Сазаев Ж.О. Техническая термодинамика. Расчет термодинамических циклов. – Алматы: АИЭС, 2000.

9. Александров А. А. Термодинамические основы циклов тепло-энергетических установок: Учебное пособие для вузов.- М.: Изд. МЭИ, 2004.-158 б.

 

 2011 ж. Жиын жоспар бойынша реті 6