глпва. глава 6. 6 блім. Айналмалы процестер

• Название: 6 блім. Айналмалы процестер
• Анкор: глпва
• Дата: 10.03.2023
• Размер: 0.9 Mb.
• Имя файла: глава 6.docx
• Тип: Документы; #979558

6- бөлім. Айналмалы процестер

Айналмалы процесс немесе цикл - бұл термодинамикалық процестердің жиынтығы, нәтижесінде жұмыс денесі бастапқы күйіне оралады.

_7-сурет . Айналмалы процесс ℓ₀

ℓ₀ айналмалы процесінің жұмысы p – V диаграммасында (7-сурет) циклдің тұйық контурының ішінде қоршалған аумақпен бейнеленген, және цикл сағат тілімен орындалса (тікелей цикл) жұмыс оң болады. Тікелей цикл (ℓ₀ < 0) жылу машиналарына, кері цикл (ℓ₀ < 0)тоңазытқыш машиналарға тән.

ℓ₀ = q₁ –q₂,

мұндағы q₁ – сыртқы жылу көзінен 1 кг жұмыс денесіне берілетін жылу мөлшері;

q₂ – сыртқы салқындатқышқа 1 кг жұмыс денесінен бөлінетін жылу мөлшері.

(49)

T – s диаграммасында пайдалы пайдаланылған жылу циклдің тұйық контурында қоршалған ауданмен бейнеленген (сурет-8). Жылуды жұмысқа айналдыру процесінің жетілу дәрежесі термиялық тиімділікпен (ПӘК) сипатталады:

_Сурет-8. Айналмалы процесте қолданылатын жылу ℓ₀

Карно циклі

Карно циклі екі адиабаттан және екі изотермадан тұрады (сурет-9 және 10).

Бөлінген жылу мөлшері формула бойынша анықталады



Сурет-9. p – Vкоординаттар жүйесіндегі Карно циклі


Сурет-10. T– sкоординаттар жүйесіндегі Карно циклі

Карно циклінің жұмысының теңдеуі ℓ₀ = q₁ -q₂.

Циклдің термиялық тиімділігі(ПӘК):

(49)

Мұндағы және сәйкесінше жоғарғы және төменгі жылу көзінің температурасы °K.
Поршенді ішкі жану қозғалтқыштарының теориялық циклі

Тұрақты көлемдегі жылу беру циклі екі адиабат пен екі изохорадан тұрады (сурет. 11 және 12).

Циклдің сипаттамалары:






Берілген жылу мөлшері:

Бөлінген жылу мөлшері:

Цикл жұмысы:

62

Циклдің термиялық тиімділігі(ПӘК):

(50)





11-сурет. Тұрақты көлемдегі жылу беру циклі, p - V координаттарында



12-сурет. Тұрақты көлемдегі жылу беру циклі, T– sкоординаттарында
Тұрақты қысыммен жылу беру циклі екі адиабаттан тұрады; бір изобара және бір изохора (сурет 13 және 14).


13-сурет. Тұрақты көлемдегі жылу беру циклі, p - V координаттарында

14-сурет. Тұрақты көлемдегі жылу беру циклі, T– sкоординаттарында

63

Циклдің сипаттамалары:

сығылу дәрежесі

алдын ала кеңейту дәрежесі

Берілген жылу мөлшері:



Бөлінген жылу мөлшері: .
Цикл жұмысы: .
Циклдің термиялық тиімділігі(ПӘК):

(51)

Біріктірілген жылу беру циклі екі адиабаттан, екі изохорадан және бір изобардан тұрады (сурет 15 және 16).

Рис. 15. Аралас беріліс циклі, координаттарда p – V

Рис. 16. Аралас беріліс циклі, координаттарда T– s

Циклдің сипаттамалары:

cығылу дәрежесі
қысымның жоғарылау дәрежесі ;

алдын ала кеңейту дәрежесі .

Берілген жылу мөлшері .


Бөлінген жылу мөлшері:



Циклдің термиялық тиімділігі(ПӘК):

(52)
Компрессордағы газды қысу

-ден - ге дейінгі газды сығымдау кезінде компрессордың жұмыс процесі p-V және T – s диа граммдарында көрсетілген (сурет. 17 және 18) .


17-сурет. p-V координаттарындағы компрессордың жұмыс процесі

18-сурет. T– sкоординаттарындағы компрессордың жұмыс процесі

1 кг сығылған газ өндіруге жұмсалатын энергия шығыны келесідей анықталады:

изотермиялық қысу кезінде:

(53)

адиабатты қысу кезінде:

(54)

политропты қысу кезінде:

(55)

Компрессордың Сағаттық өнімділігі М кг / сағ кезінде тұтынатын қуаты:


65



(56)

Мұндағы – компрессордың тиімді ПӘК-і( или ).

n дәрежелі көп сатылы қысу кезінде бір сатыдағы оңтайлы қысу

(57)
Бір сатыдағы қысудың ең жоғары дәрежесіне артық жол берілмейді:

поршенді компрессорларда – 5–6;

орталықтан тепкіш компрессорларда 3,5–4;

осьтік компрессорларда – 1,3–1,4.

Тоңазытқыштағы газды сатылар арасындағы және цилиндр қаптамасындағы суытатын судың шығыны формуламен анықталады.

(58)

– газдан бөлінетін жылу, в кДж;

– подогрев охлаждающей воды, в °С.

Тапсырмалар

160. 1 кг ауа 627°C және °C температурада Карно циклін орындайды, ең жоғары қысым 60 бар, ал ең төменгі қысым 1 бар.

Циклдің тән нүктелеріндегі ауа күйінің параметрлерін, жұмысын, циклдің термиялық тиімділігін және берілген және бөлінген жылу мөлшерін анықтаңыз.

Шешімі 1 нүкте:


Газдың меншікті көлемін сипаттама теңдеуінен анықтаймыз:



2 нүкте:

.

Адиабата теңдеуінен (2-3 сызық)

аламыз



Изотерма теңдеуінен (1-2 сызық)



аламыз

66

3 нүкте:

4 нүкте:



Адиабата теңдеуінен (4-1 сызық)


аламыз
Изотерма теңдеуінен (3-4 сызық) аламыз

Циклдің термиялық тиімділігі(ПӘК):


Берілген жылу мөлшері:

Бөлінген жылу мөлшері:

Цикл жұмысы:

Сурет. 19. № 160 тапсырмаға сурет

161. кезінде жылу беретін поршеньді іштен жанатын қозғалтқыштың идеалды циклі үшін сипаттамалық нүктелердегі параметрлерді, алынған жұмысты, жылу ПӘК-ті, берілген және алынған жылу мөлшерін анықтаңыз, егер берілген болса: бар; ºC; ; λ=3,33; k=1,4.

Жұмыс сұйықтығы – ауа. Жылу сыйымдылығы тұрақты деп есептеледі.
67

Шешімі 1 кг ауа үшін есептейміз.

1 нүкте:


Меншікті көлем күй теңдеуінен анықталады:




2 нүкте:

Өйткені қысу коэффициенті

сонда

Адиабатты қысудың соңындағы температура қатынастан анықталады:




Адиабатты қысудың соңындағы қысым:


3 нүкте:

Меншікті көлем


Изохоралық процестегі параметрлердің арақатынасынан (2-3 сызық) аламыз

яғни,







4 нүкте:

Меншікті көлем


Адиабаталық кеңеюдің соңындағы температура

Адиабаталық кеңеюдің соңындағы қысым изохоралық процестегі параметрлердің қатынасынан анықталады (4-1-сызық):


Берілген жылу мөлшері:

68




Бөлінген жылу мөлшері:

Циклдің термиялық ПӘК-і формула бойынша анықталады (48):

Немесе формула бойынша (50):

Цикл жұмысы:



162. p = const кезінде жылу беретін цикл үшін (сурет-1) сипаттамалық нүктелердегі параметрлерді, пайдалы жұмысты, термиялық ПӘК, берілген және бөлінген жылу мөлшерін табыңыз, егер берілгені: = 1 бар; = 20ºC; ε = 12,6; k = 1,4. Жұмыс денесі-ауа. жылу сыйымдылығы тұрақты деп саналады.

Шешімі

1 нүкте:



Меншікті көлемді анықтаймыз:

2 нүкте:

Өйткені қысу коэффициенті

сонда

Адиабатты қысудың соңындағы температура:

Адиабатты қысудың соңындағы қысым:

3 нүкте:

Изобарлық процестегі параметрлердің арақатынасынан аламыз:

69

Осы жерден:

;

;


4 нүкте:



Адиабаталық кеңеюдің соңындағы қысым:



Адиабатты қысудың соңындағы температура изохоралық процестегі параметрлердің қатынасынан анықталады (4-1 сызықтар):



Берілген жылу мөлшері:
Циклдің термиялық тиімділігі(ПӘК):

Цикл жұмысы:


163. Компрессор 1 бар қысымда және 20 °C температурада ауаны сорып, оны 6 барға дейін қысады.

Изотермиялық, адиабаталық және политропты (n=12 ) қысу кезінде компрессордың теориялық қуатын анықтаңыз; сығылған ауаның параметрлерін де табыңыз. Қалыпты физикалық жағдайда компрессордың сағаттық өнімділігі 1200 /сағ.

Шешімі

Бір сағат ішінде компрессор келесі ауа мөлшерін сорып алады:




1. Изотермиялық процесс.

1 кг ауаны сығу жұмысы

70




изотермиялық процестегі компрессордың қуаты

немесе


2. Политропты процесс, n = 1,2 .

1 кг ауаны қысу жұмысы тең


политропты процестегі компрессордың қуаты



ауаның соңғы температурасы



берілетін ауаның сағаттық көлемі

3. Адиабаталық процесс.

1 кг ауаны сығуға энергия жұмсалады




Компрессор бір сағат ішінде беріледі


ауа.

164. 1 бар қысымда және 20 °C температурада ауа адиабатта 8 бар қысымға дейін қысылуы керек.

Компрессордың теориялық жұмысы, қысу соңында температураны анықтаңыз:

а) бір сатылы компрессор үшін;

б) ауа бастапқы температураға дейін салқындатылатын аралық тоңазытқышы бар екі сатылы компрессор үшін.

Зиянды кеңістіктің салыстырмалы мәні 8 % құрайды. Нәтижелерді кестеге келтіріп, бір-бірімен салыстырыңыз.


71

Шешімі а) бір сатылы қысу:

сығымдау соңында температураны формула бойынша анықтаймыз (28):




компрессордың теориялық жұмысы формула бойынша анықталады (54):

б) екі сатылы қысу:

әр сатыдағы қысу коэффициенті теңдеу арқылы анықталады (57):

Әр сатыдағы қысудың соңындағы температура:



Компрессордың екі сатыдағы теориялық жұмысы тең

Алынған нәтижелер кестеде келтірілген.

Шамалардың атауы	Бір сатылы қысу	Екі сатылы қысу
Қысудың соңындағы Температура, °С	257	123
Жұмыстың теориялық құны, Дж / кг	238410	20600

Жоғарыда келтірілген мәліметтер екі сатылы артықшылықтарды айқын көрсетеді

қысу.

165. Сығымдалған тұтанғыш қозғалтқыш үшін 80 бар қысымда 250 кг/сағ ауа беретін үш сатылы компрессор қажет.

Компрессордың теориялық қуатын анықтаңыз. Қысу адиабатты деп саналады. Қысудың басында =0,95 бар және = 17 ºC.

Шешімі

Әр сатыдағы қысымның қатынасы формула бойынша анықталады (57):



72

Осылайша,

Сондықтан,


Компрессордың әр сатысы үшін жұмыс құны формула бойынша анықталады(55):
Үш сатылы компрессордың жұмыс құны:
Дж/кг

Компрессордың қуаты:

166. Дөңгелек процесте газға 250 кДж жылу жеткізілді. Термиялық тиімділік 0,46 құрайды.

Цикл үшін алынған жұмысты анықтаңыз

Жауабы: кДж.

167. Дөңгелек процесті жүзеге асыру нәтижесінде 80 кДж-ге тең жұмыс алынды, ал 50 кДж жылу салқындатқышқа берілді. Циклдің термиялық ПӘК анықтаңыз.

Жауабы: .

168. 1 кг ауа = 250°C және = 30°С температурада Карно циклін орындайды. ең жоғары қысым =10 бар, ең төменгі =1,2 бар.

Сипаттамалық нүктелердегі ауа күйінің параметрлерін, берілген және бөлінген жылу мөлшерін, циклдің жұмысы мен термиялық тиімділігін анықтаңыз.

Жауабы:

;

;


169. Жылумен қамтамасыз етілген поршеньді ішкі жану қозғалтқышының циклі үшін υ = const циклге тән нүктелердің параметрлерін, берілген және бөлінген жылу мөлшерін, термиялық ПӘК цикл және оның пайдалы жұмысы, егер берілген болса: =1бар, =100ºC, ε=6, λ=1,6, k=1,4.

Жұмыс денесі-ауа. Жылу сыйымдылығы тұрақты.

Жауабы: ;






73




170. v= const кезінде жылу беретін поршеньді ішкі жану қозғалтқышының циклінде қысу коэффициенті ε=5, қысымның жоғарылау дәрежесі λ=1,5 .

Осы циклдің термиялық тиімділігін, сондай-ақ бірдей шекті температурада орындалатын Карно циклін анықтаңыз. Жұмыс денесі-ауа. Жылу сыйымдылығы тұрақты.

Жауабы: 1) 2)

171. Изобарлы жылу беру қозғалтқышының цилиндріне берілетін отынның тұтану температурасы 800 °С құрайды.

Егер ауаның бастапқы температурасы =77 °C болса , ε қысу коэффициентінің минималды қажетті мәнін анықтаңыз .ауаның бастапқы температурасы . қысу адиабат деп саналады, k=1,4 .

.Жауабы: ε = 16,4 .

172. . Поршеньді қозғалтқыш ауада V=const кезінде жылу шығаратын цикл бойынша жұмыс істейді. Ауаның бастапқы күйі: =0,8 at және =17 °C. сығылу коэффициенті ε =4,6 . Берілген жылу мөлшері 240 ккал/кг құрайды.

Қозғалтқыштың термиялық тиімділігін және оның қуатын анықтаңыз, егер цилиндрдің диаметрі d=240 мм, Поршеньдік инсульт S=340 мм, айналым саны n = 200 мин және әр екі айналым үшін бір цикл жасалады

Жауабы: N=14,5 кВт.

173. P=const кезінде жылу беретін поршеньді ішкі жану қозғалтқышының циклінің сипаттамалық нүктелеріндегі қысым мен көлем мәндерін, сондай-ақ берілген жағдайда термиялық тиімділікті және пайдалы жұмысты анықтаңыз: =1 бар; ε =14; =1,5; k=1,4.

Цилиндр диаметрі d=300 мм, Поршеньдік инсульт S=450 мм. жұмыс денесі-ауа. Жылу сыйымдылығы тұрақты деп саналады.

.

Жауабы:





174. p=const жылу беру циклінде бастапқы ауа қысымы =0,9 бар, температура =47 °C, қысу коэффициенті ε =12, алдын ала кеңейту дәрежесі = 2 және = 1 .

Циклдің тән нүктелеріндегі параметрлерді, берілген және бөлінген жылу мөлшерін, жұмысын және оның термиялық ПӘК-ің анықтаңыз.

Жұмыс денесі-ауа. Жылу сыйымдылығы тұрақты.

Жауабы:





74

175. Аралас жылу поршенді ішкі жану қозғалтқышының жұмыс денесі ауа қасиеттеріне ие. =1 бардың бастапқы параметрлері белгілі; =30 °C және келесі цикл сипаттамалары: ε =7; λ =2,0 және

=1,2.

Циклге тән нүктелердегі параметрлерді, берілген жылу мөлшерін, пайдалы жұмысты және циклдің термиялық тиімділігін анықтаңыз.

Жұмыс денесі-ауа. Жылу сыйымдылығы тұрақты деп саналады.

Жауабы:

;








176. Екі сатылы компрессор =1 бар және температурада ауаны сорады =20 °C және оны =40 бар соңғы қысымға дейін қысады. Компрессор сатыларының арасында аралық Тоңазытқыш орнатылған, онда ауа бастапқы температураға дейін тұрақты қысыммен салқындатылады. Компрессордың өнімділігі = 500 /сағ.

Әрбір сатының теориялық қуатын және жылу мөлшерін анықтаңыз, егер соңғы қысымның бастапқы қысымға қатынасы екі саты үшін бірдей болса және қысу n=1,3 көрсеткішімен политропты түрде жүретіні белгілі болса, компрессор мен аралық тоңазытқыштың екі сатысынан да бөлінуі керек. p – V және диаграммаларында ауаны қысу және салқындату процесін бейнелеңіз

T – s.

Жауабы: = 35,3 кВт; = -24780 кДж/сағ; = 104,3 МДж/сағ.

177. Үш сатылы компрессор 60 /сағ сорады

ауа =0,8 бар және = 27 °C және оны адиабатты түрде 100 барға дейін қысады.

Компрессордың сығылған ауа өнімділігі және жұмысын анықтаңыз, компрессорда сығуға жұмсалған.
Жауабы: м³/сағ; 29383 кДж/сағ.
178. Бастапқы параметрлердегі ауа компрессорының өнімділігі =1 бар және = 25 °C және соңғы қысым = 6 бар 500 кг/сағ құрайды . Поршеньдік инсульттің диаметрге қатынасы =1,3. Айналым саны n = 300 минутына .

Компрессорды басқаруға қажетті қозғалтқыштың теориялық қуатын, поршеньдік соққыны және цилиндр диаметрін анықтаңыз.

Жауабы:N = 24,8 кВт; D = 0,287 м; S = 0.373м.

75