K raków 26 ma rca 2011 r.

Wielkość: px

Rozpocząć pokaz od strony:

Download "K raków 26 ma rca 2011 r."

Zofia Kozak
9 lat temu
Przeglądów:

1 K raków 26 ma rca 2011 r. Zadania do ćwiczeń z Podstaw Fizyki na dzień 1 kwietnia 2011 r. r. dla Grupy II Zadanie 1. 1 kg/s pary wo dne j o ciśnieniu 150 atm i temperaturze C wpada do t urbiny z prędkością 250 m/s. Opuszczająca turbinę para ma temperaturę C, ciśnienie 1.1 atm i prędkość 25 m/s. Turbina jest dobrze izolowana, tak, że proces może być uważany za adiabatyczny. Obliczyć moc turbiny zakładając stałość strumienia pary. Zadanie 2. Woda o strumieniu 40 kg/min jest sprężana adiabatycznie przy pomocy pompy od temperatury 50 0 C i ciśnienia 5 atm do ciśnienia 500 atm przy stałym strumieniu wody. Wyliczyć potrzebną moc zakładając nieściśliwość wody. W m Q=0 1 2 Zadanie 3 Kompresor zasysa powietrze o ciśnieniu 1 atm i temperaturze 20 0 C i pompuje je do przewodu o średnicy wewnętrznej 1 cm. Średnia prędkość powietrza w przewodzie blisko wylotu (2) (patrz górny rysunek) wynosi 7 m/s, a ciśnienie wynosi 3.5 atm. Zakładając, że kompresja zachodzi kwazistatycznie i adiabatycznie wylicz pracę pobieraną przez kompresor. Proszę założyć, że prędkość powietrza przy wlocie jest bardzo mała. Zadanie 4 Powietrze rozpręża się kwazistatycznie i adiabatycznie poprzez dyszę mając temperaturę C i ciśnienie 40 atm do ciśnienia 20 atm. Prędkość powietrza we wlocie jest bardzo mała i zakładamy stały przepływ. Wyliczyć prędkość powietrza na wylocie dyszy

Turbina jest dobrze izolowana, tak, że proces może być uważany za adiabatyczny. Obliczyć moc turbiny zakładając stałość strumienia pary. Zadanie 2.

2 Uwagi Do zestawu zadań na ćwiczenia w dniu 1 kwietnia 2011 r.. 1. Zadanie 1. Zakładając proces adiabatyczny i stan stacjonarny podać równanie energetyczne. Brakujące wartości entalpii odczytać albo z podanej tablicy, lub odczytać z załączonego diagramu Dla przyjętych przeze mnie wartości entalpii moc turbiny wynosi kw. 2. Zadanie 2. MoŜna zaniedbać energię kinetyczną strumienia wody i zapisać równanie energetyczne dla układu otwartego zakładając stały strumień. Skorzystać z I zasady termodynamiki, definicji entalpii przy fakcie, Ŝre woda jest nieściśliwa i wyliczyć potrzebną moc. Wychodzi, Ŝe jest potrzebna moc 32.9kW. 3. Zadanie 3. Wyliczyć w oparciu o prawo przemiany adiabatycznej temperaturę końcową powietrza, gdyŝ będzie ona potrzebna do wyznaczenia gęstości powietrza na wylocie (z równania Clapeyrona), a bez tego nie policzy się strumienia masy. Zaniedbując prędkość powietrza we wlocie napisać równanie energetyczne. RóŜnicę entalpii policzyć z definicji ciepłą właściwego przy stałym ciśnieniu (c p = 1004 J/(kg 0 C). Stałą gazową powietrza przyjąć R = 287 J/(kg K). Pamiętamy, Ŝe c p /c v = κ = 1.41 dla powietrza. Kompresor musi wykonać w ciągu sekundy pracę 205 J. 4. Zadanie 4. Do tego zadania wystarczą poprzednie wskazówki. Prędkość powietrza na wylocie będzie równa ok. 390 m/s.

MoŜna zaniedbać energię kinetyczną strumienia wody i zapisać równanie energetyczne dla układu otwartego zakładając stały strumień.

3 TERMODYNAMIKA TECHNICZNA PARA NASYCONA I PRZEGRZANA WODA CIEKŁA (dla T<~450 K) T entalpia właściwa: i cw ( T Ttr ) cw t entropia właściwa: s cw ln Ttr gdzie: T tr =273,16 K temperatura punktu potrójnego przyjęta jako temperatura odniesienia w tablicach parowych PARA NASYCONA ciecz w punkcie pęcherzyków (x=0) oznaczenia wielkości właściwych: v', i', u', s' para będąca w równowadze termodynamicznej z cieczą to para nasycona para nasycona bez kropel cieczy (w punkcie rosy) para nasycona sucha (x=1) oznaczenia wielkości właściwych: v", i", u", s" układ dwufazowy złożony z pary nasyconej suchej i cieczy w punkcie pęcherzyków para nasycona mokra G G stopień suchości pary nasyconej: x ; gdzie: G / G ilość cieczy/pary nasyconej suchej G G G entalpia parowania: r i i Ts (s s ) entalpia właściwa: i x i x ( i i ) i x r x r objętość właściwa: v x v x (v v ) entropia właściwa: sx s x (s s ) s Ts energia wewnętrzna właściwa: ux u x (u u ) i x p v x parametry w punkcie pęcherzyków (') i punkcie rosy (") należy znaleźć w tablicach dla odpowiedniej temperatury nasycenia (T s ) lub ciśnienia nasycenia (p s ) PARA PRZEGRZANA entalpię, entropię i objętość właściwą pary przegrzanej odczytuje się z wykresu i,s na podstawie temperatury i ciśnienia energię wewnętrzną właściwą wyznacza się ze wzoru Gibbsa: i=u+p v dla małych temperatur (T<370 K) entalpię właściwą można wyznaczyć ze wzoru: i , T , 88 t kj/kg Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska, Gliwice 25

termodynamicznej z cieczą to para nasycona para nasycona bez kropel cieczy (w punkcie rosy) para nasycona sucha (x=1) oznaczenia wielkości właściwych: v", i", u", s" układ dwufazowy złożony z pary

4 TERMODYNAMIKA TECHNICZNA Parametry określające stan wody na linii granicznej x = 0 i x = 1 a. Uszeregowane według ciśnienia b. Uszeregowane według temperatury Ciśnienie Temperatura Objętość właściwa Entalpia właściwa Entalpia Temperatura Ciśnienie Objętość właściwa Entalpia właściwa Entalpia cieczy pary cieczy pary parowania cieczy pary cieczy pary parowania p t v' v" i' i" r t p v' v" i' i" r MPa o C m 3 / kg kj / kg o C MPa m 3 / kg kj / kg 0, , , , , , ,002 17,5 0, , , , , ,003 24,0 0, , , , , ,004 28,9 0, , , , , ,005 32,8 0, , , , , ,006 36,1 0, , , , , ,008 41,5 0, , , , , ,010 45,8 0, , , , , ,012 49,4 0, , , , , ,015 54,0 0, , , , , ,020 60,1 0, , , , , ,025 65,0 0, , , , , ,030 69,1 0, , , , , ,040 75,9 0, , , , , ,05 81,4 0, , , , , ,06 86,0 0, , , , , ,07 90,0 0, , , , , ,08 93,6 0, , , , , ,09 96,8 0, , , , , ,10 99,7 0, , , , , ,11 102,4 0, , , , , ,12 104,9 0, , ,1010 0, , ,13 107,2 0, , ,1204 0, , ,14 109,4 0, , ,1427 0, , ,15 111,5 0, , ,1684 0, , ,16 113,4 0, , ,1978 0, , ,18 117,0 0, , ,2313 0, , ,20 120,3 0, , ,2692 0, , ,22 123,4 0, , ,3120 0, , ,24 126,2 0, , ,3603 0, , ,26 128,8 0, , ,4144 0, , ,28 131,3 0, , ,4749 0, , ,30 133,7 0, , ,5423 0, , ,32 135,9 0, , ,6171 0, , ,34 138,0 0, , ,7000 0, , ,36 140,0 0, , ,7916 0, , ,38 141,9 0, , ,8924 0, , ,40 143,7 0, , ,003 0, , ,45 148,0 0, , ,124 0, , ,50 151,9 0, , ,257 0, , ,60 158,9 0, , ,401 0, , ,70 165,0 0, , ,558 0, , ,80 170,4 0, , ,729 0, , ,90 175,4 0, , ,914 0, , ,00 179,9 0, , ,113 0, , ,1 184,0 0, , ,329 0, , ,2 187,9 0, , ,560 0, , ,3 191,5 0, , ,809 0, , ,4 195,0 0, , ,076 0, , ,5 198,2 0, , ,362 0, , ,6 201,3 0, , ,668 0, , ,7 204,2 0, , ,994 0, , ,8 207,0 0, , ,341 0, , ,9 209,6 0, , ,711 0, , ,0 212,2 0, , ,104 0, , ,2 217,1 0, , ,521 0, , ,4 221,6 0, , ,962 0, , ,6 225,8 0, , ,429 0, , ,8 229,8 0, , ,923 0, , ,0 233,6 0, , ,444 0, , ,2 237,2 0, , ,993 0, , ,4 240,6 0, , ,571 0, , ,6 243,9 0, , ,179 0, , ,8 247,1 0, , ,817 0, , ,0 250,1 0, , ,490 0, , ,2 253,0 0, , ,190 0, , ,4 255,8 0, , ,920 0, , ,6 258,5 0, , ,840 0, , ,8 261,2 0, , ,690 0, , ,0 263,7 0, , ,580 0, , ,0 275,4 0, , ,520 0, , ,0 285,8 0, , ,510 0, , ,0 295,1 0, , ,560 0, , ,0 303,6 0, , ,650 0, , ,0 311,4 0, , ,810 0, , ,0 318,7 0, , ,0 325,5 0, , ,0 331,0 0, , ,0 336,8 0, , ,0 342,3 0, , Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska, Gliwice 26

cieczy pary cieczy pary parowania p t v' v" i' i" r t p v' v" i' i" r MPa o C m 3 / kg kj / kg o C MPa m 3 / kg kj / kg 0,001 7 0,001000 129,3 29 2511 2482 0 0,0006112 0,001000 206,2 0 2500 2500

5 TERMODYNAMIKA TECHNICZNA Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska, Gliwice 27

6 TERMODYNAMIKA TECHNICZNA PRZEMIANY CHARAKTERYSTYCZNE PARY WODNEJ: izochora: dławienie izentalpowe (i=idem): izobara: izentropa: adiabata nieodwracalna: Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska, Gliwice 28

7 Q=0 W = 0 strumień 1 2

Podobne dokumenty

Para wodna najczęściej jest produkowana w warunkach stałego ciśnienia.

PARA WODNA 1. PRZEMIANY FAZOWE SUBSTANCJI JEDNORODNYCH Para wodna najczęściej jest produkowana w warunkach stałego ciśnienia. Przy niezmiennym ciśnieniu zmiana wody o stanie początkowym odpowiadającym