Порядок проведения расчетов

Адание на курсовую работу.

В идеальном двухступенчатом компрессоре сжимается воздух от давления p₁=0,1 МПа до давления p₃=7,0 МПа. Температура воздуха на входе в ступени t₁=20 °С. Объемная производительность компрессора при условиях входа V₁=1,3 м³/с, показатели политропы сжатия в обеих ступенях одинаковы и равны n= 1,20. Определить параметры воздуха в начале и конце сжатия в каждой ступени, теоретическую мощность привода компрессора, расход охлаждающей воды, прокачиваемой через промежуточный холодильник. Изобразить процессы сжатия и охлаждения воздуха в p-v- и T-s координатах в масштабе.

Холодильник выполнен из параллельно включенных стальных труб (λ_ст=50Вт/(мК)) диаметром 20 × 2 мм, по которым движется воздух. Число труб n₁=19. Вода, поступающая в межтрубное пространство, имеет температуру t_вд.= 10 °С. Повышение температуры воды в холодильнике принять равным ∆t_вод.=20 °С. Определить поверхность теплообмена холодильника. При этом коэффициент теплоотдачи от воздуха к трубам a₁=80 Вт/(м²К), а от поверхности труб к воде a₂=530 Вт/(м²К). Изобразить (схематично) изменение температуры воздуха и воды вдоль поверхности теплообмена. Представить эскиз (холодильника) и принципиальную схему двухступенчатого компрессора.

Указания.

1. Давление воздуха в конце сжатия в первой ступени определить по формуле:

2. Теплоемкость воздуха считать независящей от температуры.

3. Допускается расчет коэффициента теплопередачи по формуле для плоской стенки.

Порядок проведения расчетов

1. Мощность привода идеального компрессора.

Для расчета воспользуемся формулой:

Где n=1,25 - степень повышения давления;

Р₁ =0,1 МПа - начальное давление воздуха в компрессоре;

V₁ = 0,1 м³ - объемная производительность компрессора при условиях входа;

P₂ - давление воздуха в конце сжатия первой ступени компрессора, определяется по формуле:

Где p₃ =5,0 МПа — давление воздуха в конце сжатия во второй ступени компрессора.

2. Для построения процессов сжатия и охлаждения в p-v-диаграмме необходимо, прежде всего, определить удельный объем воздуха в начале и конце процессов сжатия в I ступени (V₁ ,V₂), а так же в начале и конце сжатия во II ступени (V₂ и V₃), воспользовавшись уравнением состояния идеального газа:

Где R=287 Дж/ кг×К - удельная газовая постоянная воздуха.

Определяем удельный объем воздуха в начале первой ступени:

Где T₁ = 20⁰С = 273,15+ 20 = 293,15K - температура воздуха на входе в первую ступень.

Определяем удельный объем воздуха в конце сжатия в первой ступени:

Где Т₂ - температура воздуха в ходе политропного сжатия в каждой ступени, определяется по формуле:

Определяем удельный объем воздуха в начале сжатия во второй ступени:

Определяем удельный объем воздуха в конце сжатии во второй ступени:

Определяем координаты (p₁ v) нескольких промежуточных состояний рассматриваемых процессов.

Выбираем 2-3 значения v₁ в интервале (v₁ ÷ v₂ ) и v₁ в интервале (v₂÷v₃ ) и определяем по уравнению политропного процесса pvⁿ = const; соответствующие значения давления:

Интервал

Интервал

Произведем расчет р_i координат (v_1÷v₂):

Произведем расчеты р_i координат (v₂÷v₃)

3. Построение процессов в T-s координатах

Расчет изменения энтропии в процессе сжатия в первой ступени производиться по формуле:

Получаемое отрицательное значение ∆_s12 означает, что энтропия в процессе 1-2 уменьшается.

Находим положение точки 2 (начала сжатия во второй ступени). Вычисляем изменение энтропии воздуха в охладителе по формуле:

Отрицательное значение ∆_s22 указывает на уменьшение энтропии воздуха в процессе охлаждения. Показатель политропы сжатия n в обеих ступенях одинакова, то изменение энтропии воздуха так же одинаковы, т.е.:

4. Определение теплопроизводительности промежуточного холодильника:

где С_p =1004 Дж/кг×К - теплоемкость воздуха при постоянном давлении;

G_возд - массовая производительность компрессора;

Т₂ [К] - температура воздуха после первой ступени.

G_возд определяется из уравнения состояния по параметрам на входе в компрессор:

5. Определяем расход охлаждающей воды через холодильник:

где С_вод =4190 Дж/кг×К - теплоемкость воды.

6. Производим расчет площади поверхности теплообмена холодильника по основному уравнению теплопередачи:

Где к - коэффициент теплопередачи; ∆t_ср - средний логарифмический температурный напор между воздухом и охлаждающей водой.

Средний логарифмический температурный напор:

Определяем коэффициент теплопередачи по формуле:

где δ = 0,002 м толщина стенки трубок холодильника.

Рассчитываем площадь поверхности теплообмена холодильника:

7. Рабочая длина труб в промежуточном охладителе равна:

По общей длине труб l определяется число секций холодильника на основании их стандартных размеров 1м, 1,5м, 2м, Зм.

Из предложенного ряда размеров секций холодильника выбираем ближайшее большее значение, а именно две секции труб по 2,0 м. длинной.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: