ОПД.Ф.9.1.Термодинамика (новое окно)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г. ПЕТРОПАВЛОВСК-КАМЧАТСКИЙ
УЧЕБНО - МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС ДИСЦИПЛИНЫ
Учебная дисциплина «Термодинамика»
Специальность 140104.65 "Промышленная теплоэнергетика"
Форма подготовки (очная/заочная)
курс _2,3/_3,4__семестр __4,5/___
лекции ___70/ 20 _ (час.)
практические занятия____18/24___час.
лабораторные работы____18/4___час.
консультации
всего часов аудиторной нагрузки____106/48____ (час.)
самостоятельная работа ____134/_192____ (час.)
курсовая работа 5 семестр/ 4 курс
зачет ____4_/______ семестр
экзамен_____5_/3,4 курс____семестр
Учебно-методический комплекс составлен в соответствии с требованиями государственного
образовательного стандарта высшего профессионального образования (209 тех/дс от
27.03.2000 г.).
Учебно-методический комплекс дисциплины обсужден на заседании Методической
комиссии,
протокол № 1_от_«01» сентября 2011 г.
Зам. председателя Методической комиссии:_Т.И. Горева
Составитель (ли):___ к.т.н., доцент Горева Т.С._______________________________________
1
АНННОТАЦИЯ
Учебно-методический
разработан
комплекс
для студентов2 и
дисциплины
«
Термодинамика»
3 курса по специальности
140104.65 «
Промышленная теплоэнергетика» в соответствие с требованиями ГОС ВПО 209
тех/дс от 27.03.2000г.
Дисциплина « Электротехника и электроника» входит в федеральный
компонент общепрофессионального цикла- ОПД.Ф.9.1.
Общая трудоемкость освоения дисциплины составляет 240 часов.
Учебным
планом
часов),практические
предусмотрены
занятия
(18/24
лекционные
часа),
занятия
лабораторные
(70/20
занятия
(18/4часа),самостоятельная работа студента (134/192часа).
Дисциплина имеет целью изучить законы термодинамики, ознакомить с
основными термодинамическими свойствами рабочих тел и теплоносителей
теплотехнических установок, методами расчета
циклов паротурбинных
установок, методами расчета газовых циклов, анализа рабочих процессов и
циклов теплотехнических установок с целью достижения их наивысшей
энергетической эффективности.
Учебно-методический комплекс дисциплины « Электротехника и
электроника»включает в себя:
-рабочую программу дисциплины;
-контрольно-измерительные материалы;
-список литературы.
2
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г. ПЕТРОПАВЛОВСКЕ-КАМЧАТСКОМ
РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ
«Термодинамика»
специальность 140104.65 "Промышленная теплоэнергетика"
Форма подготовки очная/заочная
курс _2,3/_3,4__семестр __4,5/___
лекции ___70/ 20 _ (час.)
практические занятия____18/24___час.
лабораторные работы____18/4___час.
консультации
всего часов аудиторной нагрузки____106/48____ (час.)
самостоятельная работа ____134/_192____ (час.)
курсовая работа 5 семестр/ 4 курс
зачет ____4_/______ семестр
экзамен_____5_/3,4 курс____семестр
Рабочая программа дисциплины составлена в соответствии с требованиями
государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования (209
тех/дс от 27.03.2000 г.).
Рабочая программа дисциплины обсуждена на заседании Методической комиссии,
протокол № 1_от_«01» сентября 2011 г.
Зам. председателя Методической комиссии:_Т.И. Горева
Составитель (ли):_____к.т.н., доцент Горева Т.С.___________________________________
3
Пояснительная записка
Дисциплина имеет целью изучить законы термодинамики, ознакомить с
основными термодинамическими свойствами рабочих тел и теплоносителей
теплотехнических установок, методами расчета этих свойств, методами расчета
и анализа рабочих процессов и циклов теплотехнических установок с целью
достижения их наивысшей энергетической эффективности.
1. Требования к уровню освоения содержания дисциплины
В результате изучения дисциплины студент должен:
 знать законы термодинамики,
 уметь применять уравнения и справочную литературу для определения
термодинамических свойств различных веществ,
 уметь рассчитывать величины, характеризующие преобразование энергии в
термодинамических процессах и циклах теплотехнических установок, −
знать и уметь вычислять показатели энергетической эффективности прямых
и обратных термодинамических циклов,
 уметь анализировать влияние изменения термодинамических параметров
рабочего тела на энергетическую эффективность различных
теплотехнических установок.
4
2. Объем дисциплины и виды учебной работы
Очная форма обучения
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Лабораторные работы (ЛР)
Курсовая работа
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля
Всего
часов
240
106
70
18
18
1
134
Семестры
4
5
106 134
34
70
34
36
18
18
1
72
62
ЗАЧ. КР/Э
Заочная форма обучения
Вид учебной работы
Общая трудоемкость дисциплины
Аудиторные занятия
Лекции
Практические занятия (ПЗ)
Лабораторные работы (ЛР)
Курсовая работа
Самостоятельная работа
Вид итогового контроля
Курсы
Всего
часов 3
4
240
48
20
28
20
8
12
24
8
16
4
4
1
1
192
ЗАЧ. КР/Э
5
3. Содержание дисциплины
3.1. Разделы дисциплины и виды занятий.
№
п/п
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
Раздел дисциплины
Лекции
ПЗ
ЛР
4 семестр
Введение.Основные термодинамические
параметры состояния.
Уравнение состояния идеальных газов.
Смесь идеальных газов.
Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса.
Первый закон термодинамики.Внутренняя
энергия.Работа. Энтальпия.
Теплоемкость газов.Энтропия.Тепловая Tsдиаграмма.
Термодинамические процессы идеальных
газов.
Второй закон термодинамики.Теорема
Карно.Абсолютная термодинамическая
температура.
Термодинамические потенциалы.Равновесие
систем.
Водяной пар.Pv-, Ts-,is-диаграмма водяного
пара.
5 семестр
Основные термодинамические процессы
водяного пара.
Истечение газов и паров.
Дросселирование газов и паров.
Влажный воздух. is-диаграмма влажного
воздуха.
Компрессоры.
Циклы двигателей внутреннего сгорания.
Циклы ГТУ.
Циклы паротурбинных установок. Цикл Карно.
Цикл Ренкина.
Циклы холодильных установок.
34/8
/8
/4
/2
/2
/2
/4
2/
2/2
2/
2/2
2/2
4/2
/2
6
4
4
6
36/12
18/16
18/_
2/2
2/2
2
2/2
2/2
2/2
2/2
2
2
4/2
2/2
2
4/2
6/2
6
2/2
2/2
2/2
2
2
2
6
2/2
2
4
2
2
20
6
3.2. Содержание лекционного курса 70/20 часов.
3.2.1. Введение. Предмет термодинамики. – 2 часа/1час.
Технической
термодинамики.
Основные
термодинамические
параметры
состояния. Термодинамическая система. Термодинамический процесс. Теплота
и работа. Термодинамическое равновесие.
3.2.2. Уравнение состояния идеальных газов– 2 часа./1 час
Основные законы идеальных газов. Уравнение состояния идеальных газов.
Универсальное уравнение состояния идеального газа.
3.2.3. Смесь идеальных газов– 2 часа/Основные свойства газовых смесей. Газовая постоянная смеси газов.Средняя
молярная масса смеси газов. Парциальные давления.
3.2.4. Реальные газы– 2 часа. / 2часа
Термодинамические свойства реальных газов. Уравнение состояния Ван-дерВаальса. Анализ уравнения состояния Ван-дер-Ваальса. Уравнение состояния
для реальных газов М. П. Вукаловича и И.И.Новикова.
3.2.5. Первый закон термодинамики– 2 часа./ 2 часа
Первый закон термодинамики. Закон сохранения и превращения энергии.
Внутренняя энергия. Аналитическое выражение работы процесса. Обратимые
и
необратимые
процессы.
Аналитическое
выражение
первого
закона
термодинамики. Энтальпия.
3.2.6. Теплоемкость газов. Энтропия– 4 часа. / 2 часа
Удельная, объемная и молярная теплоемкости газов. Аналитическое выражение
для теплоемкостей Cp и CV. Определение q
v
и q
p
для идеальных газов по
таблицам теплоемкостей. Теплоемкость смесей идеальных газов. Энтропия.
Тепловая Ts-диаграмма.
7
3.2.7. Термодинамические процессы идеальных газов– 6 часа./Общие вопросы исследования процессов .Изохорный процесс. Изобарный
процесс.
Изотермический
процесс.
Адиабатный
процесс.
Политропные
процессы.
3.2.8. Второй закон термодинамики– 2 часа/Основные положения второго закона термодинамики. Термодинамические
циклы. Термический коэффициент полезного действия цикла теплового
двигателя. Цикл Карно и его КПД. Теорема Карно. Расчет изменения энтропии
идеального
газа
с
помощью
таблиц.
PV-
диаграмма
,таблицы
термодинамических свойств веществ,T-s-диаграмма и
ее свойства.
Термодинамические
энтропии
изолированной
термодинамики.
циклы
системе.
в
T-s-диаграмме.
Аналитическое
Возрастание
выражение
второго
в
закона
Эксергия как мера работоспособности системы. Потеря
эксергии в необратимых процессах. Статистический характер второго закона
термодинамики. Энтропия и термодинамическая вероятность состояния.
3.2.9. Термодинамические потенциалы. Характеристические функции.
Химический потенциал– 4 часа/Общие
условия
термодинамического
равновесия.
Основные
дифференциальные уравнения термодинамики.
3.2.10. Водяной пар– 6 часа/
Основные понятия и определения водяного пара. P v- диаграмма водяного
пара. Основные параметры жидкости и сухого насыщенного пара. Теплота
парообразования. Основные параметры влажного насыщенного водяного пара.
Основные параметры перегретого пара. Энтропия воды и водяного пара.
Таблицы термодинамических свойств водяного пара и других веществ. Ts-диаграмма и i-s-диаграмма для водяного пара. Расчет процессов для водяного
пара.
8
3.2.11. Основные термодинамические процессы водяного пара– 2 часа. / 2
часа
Общий метод исследования термодинамических процессов водяного пара.
Термодинамические процессы изменения состояния водяного пара.
3.2.12. Истечение газов и паров– 2 часа./ 2 часа
Истечение из сопел. Первый закон термодинамики в применении к потоку
движущегося газа. Работа проталкивания. Располагаемая работа при истечении
газа. Адиабатный процесс истечения газа. Скорость истечения идеального газа
из сопла. Истечение водяного пара.
3.2.13 Дросселирование газов и паров– 4 часа./ 2 часа
Дросселирование газа. Уравнение процесса дросселирования. Эффект Джоуля
–Томсона. Кривая инверсии. Мятие водяного пара.
3.2.14. Влажный воздух, is-диаграмма влажного воздуха– 4 часа. / 2 часа
Абсолютная и относительная влажность воздуха. Плотность, удельная газовая
постоянная и удельная энтальпия влажного воздуха , is-диаграмма влажного
воздуха .
3.2.15. Компрессоры– 4 часа. / 2 часа
Одноступенчатый компрессор, многоступенчатый компрессор. Работа
одноступенчатого
компрессора.
Отводимое
тепло.
Многоступенчатый
компрессор. Оптимальное распределение давления по ступеням. Необратимое
адиабатное сжатие в компрессоре.
3.2.16. Циклы двигателей внутреннего сгорания– 6 часа./ 2 часа
Цикл двигателей внутреннего сгорания с подводом количества теплоты в
процессе при постоянном объеме. Цикл с подводом количества теплоты в
процессе при постоянном давлении. Цикл с подводом количества теплоты в
процессе при постоянном давлении и при постоянном объеме. Сравнение
9
циклов поршневых двигателей внутреннего сгорания. Схемы двигателей
внутреннего сгорания. Термический КПД.
3.2.17. Циклы ГТУ– 6 часов/Газотурбинные установки. Газовые циклы. Цикл ГТУ с подводом количества
теплоты в процессе при постоянном давлении. Цикл ГТУ с подводом
количества теплоты в процессе при постоянном объеме. Сравнение циклов
ГТУ.
Термический КПД. Методы повышения КПД ГТУ.
3.2.18. Циклы паротурбинных установок– 6 час/-.
Принципиальная схема паротурбинной установки, цикл в p-v- и Т-sдиаграммах. Термический КПД цикла. Влияние начальных и конечных
параметров пара на термический КПД цикла. Необратимое расширение пара в
турбине. Тепловой и энергетический балансы паротурбинной установки.
Цикл и схема паротурбинной установки со вторичным перегревом пара;
цикл в T-s- и i-s-диаграммах. КПД цикла. Регенеративный подогрев
питательной воды. Термический КПД регенеративного
цикла. Тепловой и
энергетический балансы паротурбинной установки.
Эксергетический анализ цикла паротурбинной установки.
Циклы атомных станций с водяным теплоносителем. Цикл насыщенного
пара с промежуточной сепарацией и перегревом пара. Комбинированные
циклы.
Комбинированная
выработка
электроэнергии
и
тепла.
Термодинамические основы теплофикации.
Преимущества
и
недостатки
водяного
пара
как
рабочего
тела
паротурбинных установок. Схема, цикл и КПД паро-паровой бинарной
установки. Схемы и циклы парогазовых установок.
3.2.19. Циклы холодильных установок–2/- часа.
10
Циклы холодильных установок. Обратные циклы. Обратный цикл Карно.
Холодильный коэффициент. Схема и цикл воздушной холодильной установки.
Схема
и
цикл
парокомпрессионной
холодильной
установки.
Цикл
термотрансформатора (теплового насоса). Отопительный коэффициент.
3.2.20.Необратимые процессы. Основы термодинамики необратиых
процессов. Химический потенциал.-2/4.1 Практические занятия.
№
п/п
Кол-во
часов
1
2/-
2
2/-
3
2/2
4
2/2
Второй закон термодинамики
5
2/2
Смесь идеальных газов.
6
2/2
Реальные газы
7
2/2
Содержание практических занятий
Параметры состояния. Законы и уравнения состояния
идеальных газов
Первый закон термодинамики.
Теплоемкость, энтальпия и внутренняя энергия газов.
Процессы изменения состояния идеальных газов
Влажный воздух
8
2/2
Свойства воды и водяного пара; процессы изменения его
состояния
9
10
2/2
2/2
Циклы паротурбинных установок.
Циклы газотурбинных установок.
11
4/2
Циклы двигателей внутреннего сгорания
24/18
11
4.2 Лабораторный практикум
№
п/п
Кол-во
часов
1
2/
2
4/2
3
2/2
Наименование лабораторных работ
Определение изобарной теплоемкости воздуха при
атмосферном давлении
Изотермический процесс сжатия реального газа.
Изохорное нагревание воды и водяного пара
4/-
Исследование процесса адиабатного истечения водяного пара
через суживающееся сопло
5
2/-
Исследование процесса адиабатного истечения воздуха через
суживающееся сопло
6
2/-
7
2/-
4
Исследование циклов паротурбинных установок
Исследование процессов во влажном воздухе
18/4
12
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г. ПЕТРОПАВЛОВСК-КАМЧАТСКИЙ
МАТЕРИАЛЫ К ВЫПОЛНЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
по дисциплине «Название дисциплины»
<140104.65> - «<ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА»
13
Курсовая работа
3.1. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
Провести расчет и анализ тепловой экономичности циклов паротурбинных
установок (ПТУ) при следующих исходных данных: электрическая мощность
на клеммах генератора WЭ, давление и температура пара перед турбиной РО и
tО, давление пара в конденсаторе РК, давление и температура на выходе из
вторичного пароперегревателя РВП и tВП, число смешивающих регенеративных
подогревателей n.
Исходные данные взять согласно Вашему варианту из табл. 1 (подробное пояснение дано
после таблицы).
Таблица 1
Варианты задания
Ч
N1
И
последнее число номера зачетной книжки
С
Л
О
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
N2
предпоследнее число номера
зачетной книжки
WЭ,
РО,
tО,
РК,
РВП,
МВт
бар
о
С
бар
бар
60
70
80
90
100
120
140
160
200
300
100
110
120
130
140
150
160
170
180
200
480
490
500
510
520
530
535
540
545
550
0,04
0,05
0,03
0,035
0,045
0,055
0,06
0,04
0,05
0,06
РВПопт
0,25 РО
0,3 РО
РВПопт
0,2 РО
0,28 РО
РВПопт
0,32 РО
0,22 РО
РВПопт
tВП,
о
n
С
tО + 20
tО + 10
tВП = tО
tО + 5
tО + 15
tО - 5
tО + 10
tВП = tО
tО + 5
tО - 5
2
1
1
2
1
2
2
1
1
2
Вариант Вашего задания определяется двумя последними цифрами номера Вашей зачетной
книжки.
14
Образец — например, номер Вашей зачетной книжки 297009. Вариант
Вашего задания 09. По этому набору чисел из табл.1, подставляя цифру 9 в
колонку "Число", находят свои исходные данные в колонке N1, а подставляя
цифру 0, берут исходные данные в колонке N2. По этому алгоритму для
варианта 09 получаются следующие исходные данные:
из колонки N1 при числе 9 берутся
WЭ = 300 МВт, РО = 200 бар, tО = 550 оС, РК = 0,06 бар,
Из колонки N2 по числу 0 берутся:
РВП = РВПопт, tВП = tО +20, n = 2.
3.2. ПРОСТОЙ ЦИКЛ ПТУ
Исходными данными являются величины: WЭ, РО и tО, РК.
Изобразить принципиальную схему ПТУ и ее цикл в T,s– и h,s– диаграммах.
Изображение цикла в T,s– и h,s–авс диаграммах выполнить без соблюдения
масштаба, но в качественном соответствии с исходными данными.
Для идеального (без внутренних потерь) цикла ПТУ определить:
1) количество теплоты, расходуемой на 1 кг рабочего тела:
а) на нагрев воды до температуры кипения (в экономайзере qэк),
б) на процесс парообразования (в испарительной поверхности qисп),
в) на перегрев пара (в пароперегревателе qпп),
г) общее количество подведенной теплоты q1,
д) количество теплоты, отданной паром охлаждающей воде в конденсаторе q2;
2) удельные работы: турбины lт, насоса lн, цикла lt в кДж/кг;
3) термический КПД цикла с учетом и без учета работы насоса tбр, tн,
удельные расходы пара и теплоты dt и qt на выработанный кВтч;
4) параметры пара на выходе из турбины и воды за насосом.
Изобразить реальный цикл ПТУ в T,s– и h,s– диаграммах на том же рисунке,
где изображен идеальный цикл.
Для реального (с внутренними потерями) цикла ПТУ при заданных:
внутренним относительным КПД турбины oi т = 0,87, адиабатным
коэффициентом насоса н = 0,85, механическим КПД м = 0,96, КПД
генератора г = 0,98, определить:
1) удельные: подведенную q1i и отведенную q2i теплоту цикла, работу
турбины lтi, работу насоса lнi, работу цикла li;
2) внутренний абсолютный КПД цикла i с учетом работы насоса;
15
3) электрический КПД э, расход пара на турбину D в кг/с при ее заданной
электрической мощности, удельные расходы пара dэ, кг/(кВтч) и теплоты qэ,
кДж/(кВтч) на отпущенную электрическую работу;
4) параметры пара на выходе из турбины и воды за насосом.
После выполнения расчетов результаты заносятся в сводную табл. 2.
3.3. ЦИКЛ ПТУ С ВТОРИЧНЫМ ПЕРЕГРЕВОМ ПАРА
Изобразить принципиальную схему установки и ее цикл в T,s– и h,s–
диаграммах (идеальный и реальный на одной диаграмме).
Исходные данные для расчета: WЭ, РО и tО, РК (остаются прежними), РВП и
tВП берутся из табл. 1 согласно варианту задания. Давление вторичного
перегрева пара определяется по одному из нижеприведенных способов:
1. Если давление вторичного перегрева пара задано в долях от Р О, то оно
известно;
2. Если давление вторичного перегрева пара задано в виде РВПопт, то оно
определяется методом вариантных расчетов как оптимальное по
максимальному термическому КПД цикла ПТУ. Для этого в интервале
давлений РО и РК при постоянной температуре вторичного перегрева tВП
производится расчет термического КПД цикла для 5–7 значений давлений
вторичного перегрева пара РВП. Строится график зависимости t = f (Рвп) и по
максимуму КПД определяется РВПопт.
Внутренние относительные КПД части высокого и низкого давлений
турбины принять: oiЧВД = 0,86, oiЧНД = 0,88.
Остальные коэффициенты остаются прежними: адиабатный коэффициент
насоса н = 0,85, механический КПД м = 0,96, КПД генератора г = 0,98.
Для идеального и действительного циклов ПТУ с вторичным перегревом
пара определить:
1) удельные: работу турбины lт и lтi, работу насоса lн и lнi, работу цикла lt и li,
подведенную q1, q1i и отведенную q2, q2i теплоту идеального и реального
циклов;
2) термический t и внутренний абсолютный i КПД цикла с вторичным
перегревом пара (работу насоса учитывать);
3) удельный расход пара dt, dэ в кг/(кВтч), удельный расход теплоты qt, qэ в
кДж/(кВтч) и расход пара на турбину D в кг/с при ее электрической мощности
WЭ;
4) параметры пара на выходе из турбины и воды за насосом.
После выполнения расчетов результаты заносятся в сводную табл. 2.
16
3.4. ЦИКЛ ПТУ С РЕГЕНЕРАТИВНЫМ ПОДОГРЕВОМ ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ
В СМЕШИВАЮЩИХ ПОДОГРЕВАТЕЛЯХ
Исходными данными являются величины: WЭ, РО, tО, РК (остаются
прежними), n – число регенеративных подогревателей, берется из табл.1
согласно варианту задания.
Для реального (с внутренними потерями) цикла ПТУ, как и для простого
цикла, принять: внутренний относительный КПД турбины oi т = 0,87,
механический КПД м = 0,96, КПД генератора г = 0,98.
Изобразить принципиальную схему установки и ее цикл в диаграммах T,s,
h,s (идеальный и реальный на одной диаграмме) и h,D (диаграмма расхода для
турбины). Процессы в насосах не изображать (расчет будет выполняться без
учета работы насосов).
Согласно варианту задания (см. табл. 1) определить давление пара,
отбираемого из турбины на регенеративные подогреватели:
1. Если число отборов n = 1, то оптимальное давление отбора пара из
турбины РОТБ(опт) определяется методом вариантных расчетов термического
КПД цикла при нескольких значениях давлений отбора пара на регенерацию,
принятых в интервале от РК до РО, не менее 5 точек. По результатам этих
расчетов строится график зависимости термического КПД цикла от
температуры насыщения воды за подогревателем t = f (tн) в интервале tон – tк.
По максимальному значению t определяется оптимальное давление пара,
отбираемого из турбины в регенеративный подогреватель, как Ротб = f (tн).
Полученное значение РОТБ(опт) сравнить со значением РОТБ(расч) , полученным
расчетом при условии равномерного подогрева питательной воды в каждом
подогревателе и экономайзере, результаты сравнения проанализировать.
2. Если число подогревателей n = 2, то давления отбираемого из турбины
пара Р1 и Р2 определяются из условия равномерного подогрева воды в каждом
регенеративном подогревателе и экономайзере.
При расчете данной схемы работу насосов не учитывать.
Для идеального и действительного цикла ПТУ с регенеративным
подогревом питательной воды (без учета работы насосов) определить:
1) доли отбираемого из турбины пара на регенеративный подогрев
питательной воды:  и i;
2) удельную работу турбины lт и lтi;
3) удельные подведенную теплоту от внешнего источника q 1 и q1i и
отведенную теплоту q2 и q2i;
17
4) термический t и внутренний абсолютный i КПД цикла ПТУ;
5) удельный расход пара dt, dэ в кг/(кВтч) и теплоты qt, qэ в кДж/(кВтч) и
полный расход пара на турбину D при заданной электрической мощности Wэ;
6) параметры воды за подогревателем и параметры пара на выходе из
турбины.
После выполнения расчетов результаты заносятся в сводную табл. 2.
3.5. АНАЛИЗ ВЛИЯНИЯ ВТОРИЧНОГО ПЕРЕГРЕВА
И РЕГЕНЕРАЦИИ НА ТЕПЛОВУЮ ЭКОНОМИЧНОСТЬ ЦИКЛОВ ПТУ
По результатам расчетов циклов ПТУ (см. табл. 2) провести анализ
полученных данных и сделать выводы о термодинамической экономичности
данных циклов ПТУ.
Анализ выполняется путем сравнения результатов расчета простого цикла с
циклом с вторичным перегревом пара и регенеративным циклом.
Анализируется каждая строчка табл. 2. На основании анализа дать выводы о
целесообразности применения вторичного перегрева пара и регенерации.
Выводы
подтвердить
увеличением
показателей
термодинамической
экономичности рассматриваемых циклов (в относительных величинах).
3.6. ЦИКЛ ПТУ С ВТОРИЧНЫМ ПЕРЕГРЕВОМ ПАРА И РЕГЕНЕРАТИВНЫМ
ПОДОГРЕВОМ ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ
Исходные данные для расчета: РО, tО, РВП, tВП, РК, oiЧВД, oiЧНД.(такие же, как
в разделе 3.3), отбор пара на смешивающий регенеративный подогреватель из
ЧВД турбины принять при давлении Р1=РВП.
Задание 1
Изобразить схему ПТУ при заданных условиях и ее действительный цикл в
T,s– и h,s– диаграммах.
Определить: удельную работу турбины lтi и подведенную теплоту q1i,
внутренний абсолютный КПД цикла (без учета работы насосов).
Задание 2
Провести такие же расчеты при наличии второго регенеративного отбора
пара из турбины при давлении Р2 = 0,6РВП.
Работу насосов в расчетах не учитывать.
18
Таблица 2
Сводные результаты расчета циклов ПТУ
Ро =
tо =
Рк =
Wэ =
бар
о
C
бар
МВт
Простой цикл
идеальн.
действ.
Цикл с вторичн.
перегревом пара
идеальн.
действ.
Регенеративный
цикл
идеальн.
действ.
lт или lтi
кДж/кг
q1 или q1i
кДж/кг
q2 или q2i
кДж/кг
t или i, %
dt или dэ
кг/(кВтч)
D, кг/с
qt или qэ
кДж/(кВтч)
Параметры пара на выходе из турбины
hк, кДж/кг
xк
vк, м3/кг
Параметры воды на выходе из насоса или за подогревателем
ctпв, кДж/кг
tпв, оС
Изобразить схемы установок и их действительные циклы в T,s– и h,s–
диаграммах.
Сделать выводы о наиболее экономичной схеме.
19
3.7. ЦИКЛ ПТУ С ОТБОРАМИ ПАРА НА ТЕПЛОВОЙ ПОТРЕБИТЕЛЬ И
РЕГЕНЕРАТИВНЫЙ ПОДОГРЕВ ПИТАТЕЛЬНОЙ ВОДЫ
Паротурбинная установка с вторичным перегревом пара имеет два отбора:
1-й на тепловой потребитель из ЧВД при давлении Р 1 = РВП; 2-й на
регенеративный смешивающий подогреватель из ЧНД при давлении Р2 = 0,6
РВП.
Исходные данные:
РО, tО, РВП, tВП, РК, oiЧВД, oiЧНД, Р1 = РВП, Р2 = 0,6РВП (такие же, как в разделе
3.5 для задания 2);
Расход пара на турбину D взять из расчета цикла с вторичным перегревом
пара (раздел 3.3);
Расход пара на тепловой потребитель принять равным DТП = 0,3D;
Считать, что конденсат от теплового потребителя возвращается в ПТУ в
состоянии насыщения и в полном объеме (tКтп = t1н).
Изобразить схему установки и ее цикл в T,s– и h,s–диаграммах (процессы в
насосах не показывать). Выбор места возврата конденсата в ПТУ сделайте
самостоятельно, исходя из схемы с наибольшей тепловой экономичностью.
Обоснуйте принятое решение.
Определить: количество пара, идущего на регенерацию DР, мощность
турбины Wтi и нагрузку (мощность) теплового потребителя QТП, внутренний
абсолютный КПД цикла i (без учета работы насосов), коэффициент
использования теплоты топлива Q, коэффициент выработки электроэнергии на
тепловом потреблении e.
3.8. ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ КУРСОВОЙ РАБОТЫ
Курсовая работа выполняется на стандартных листах формата А4, все
страницы, кроме первой, должны быть пронумерованы.
На титульном листе указываются: наименования министерства образования,
университета, кафедры, название курсовой работы, кто выполнил, кто
проверил, год.
Работа должна содержать: задание, в котором указывается номер варианта
(шифр), исходные данные для расчета и цель работы, собственно расчетную
часть, соответствующую разделам задания 3.2 – 3.7, список использованной
литературы, содержание с указанием страниц разделов.
Расчетная часть каждого раздела должна иметь исходные данные, схему
(схемы) ПТУ, изображение циклов ПТУ в диаграммах T,s и h,s, описание
20
определения каждого параметра и величины с обязательным указанием их
размерностей. Расчетное выражение каждой величины должно быть
представлено формулой, численными значениями величин, входящими в
формулу, и результатом. Графические зависимости для определения
оптимальных параметров РВПопт и РРЕГопт должны изображаться в масштабе
соответствующих осей координат, с фиксацией по осям координат
оптимальных величин давлений и КПД.
Необходимо выполнить все пункты каждого раздела задания в той
последовательности, в которой они указаны. Пункты, касающиеся анализа схем
и их тепловой экономичности, необходимо сопровождать численным
материалом расчетов, а сопоставление величин (больше, меньше на …) давать в
относительных процентах. Выводы о преимуществах одной схемы по
сравнению с другой должны основываться не только на констатации факта
большего КПД, но и на объяснении с помощью расчетных величин, чем это
обусловлено.
21
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г. ПЕТРОПАВЛОВСК-КАМЧАТСКИЙ
КОНТРОЛЬНО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
по дисциплине «Термодинамика»
<140104.65> - «ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА»
22
Тест
по технической термодинамике
Установите соответствие между термодинамическими параметрами тела
(системы) и их обозначениями.
1.
Параметр
а) степень нагретости тела
б) абсолютное давление
в) величина обратная плотности
г) полная энергия единицы количества вещества
д) удельная энтропия
а)
б)
;
;
в)
Обозначение
1) S
2) p
3) T
4) i
5) v
г)
;
д) __ .
;
Установите соответствие между названиями основных термодинамических
законов и их формулировками.
2.
Законы термодинамики
а) первый
б) второй
в) третий
г) закон Авогадро
а)
Формулировка
1. В равных объемах разных идеальных газов при
одинаковых температуре и давлении содержится
равное число молекул
2. Абсолютный нуль термодинамической
температуры недостижим
3. Вся теплота, подведенная к телу, расходуется на
изменение внутренней энергии тела и на
совершение внешней работы
4. Теплота не может самопроизвольно переходить от
холодного тела к более нагретому
б) ;
;
в)
Установите соответствие между
математическими выражениями.
3.
г)
;
законами
.
идеального
газа
Закон
а) закон Бойля-Мариотта
Математическое выражение
1) pv  RT
б) закон Гей-Люссака
2)
и
их
p
 const
T
v
3)  const
T
в) закон Шарля
n
г) уравнение Клапейрона
4) p   pi
д) закон Дальтона
5) pv  const
а)
;
б) ;
i 1
в)
;
г)
;
д)
.
4. Удельной теплоемкостью тела является:
23
а) количество тепла, которое необходимо для нагрева единиц массы тела на 1 градус;
б) количество тепла, которое необходимо для нагрева тела на 1 градус;
в) количество теплоты которое необходимо затратить на увеличение внутренней
энергии тела на 1 Дж.
5. Какие графики, изображенные на рисунках представляют изобарный
процесс?
Р
Р
2
1
4
3
8
7
6
V
а) 1, 5, 8;
V
5
9
T
T
б) 3, 6, 8;
в) 2, 5, 7;
г) 3, 6, 7;
д) 2, 6, 9.
6. Какие процессы изображены на графиках? Как изменяется объем газа в
процессе I (рис. 1) и давление газа в процессе II (рис. 2)?
P
V
I
II
Рис. 1.
T
T
Рис. 2.
а) изобарный, V – увеличивается, P -- уменьшается;
б) изотермический, V – увеличивается, P -- уменьшается;
в) изохорный, V – уменьшается, P – увеличивается;
д) изотермический, V – увеличивается, P – увеличивается.
7.
На рис. 1 в координатах P и V изображен процесс, проведенный с идеальным
газом постоянной массы. Укажите номер графика, соответствующий этому
процессу в координатах Р и Т на рис 2.
P
P
a
4
3
2
b
1
b
2
b
3
a
1
b
5
b
0
1
2
Рис. 1
3 4
V
b
4
T
Рис. 2
а) 1;
б) 2;
в) 3;
г) 4;
д) 5.
8.
Привести в соответствие графики, изображенные на рисунке, изопроцессам с
идеальным газом?
24
1 2
P
3
4
V
Изопроцесс
а) адиабатнаый
б) изобарный
в) изохорный
г) изотермический
а)
9.
б)
;
График
1
2
3
4
в)
;
г) .
;
На рис.а в координатах P – V изображен круговой процесс с некоторым
количеством идеального газа. Выберите из графиков, рассмотренных ниже,
(рис. 1-4) график этого процесса в координатах P – Т.
P
b
c
a
d
V
Рис. а
P
P
c
b
c
b
d
a
a
Рис. 1
T
P
b
c
d
Рис. 2
T
P
c
b
a
d
d
a
T
T
Рис. 3
а) 1;
10.
б) 2;
Рис. 4
в) 3;
г) 4.
Установите соответствие между изопроцессом и выражением для удельной
работы расширения идеального газа l в этом процессе.
Изопроцесс
Математическое выражение
25
а) изотермический
1) l  0
2) l  cv T1  T2 
б) изобарный
в) изохорный
3) l  pv2  v1 
г) адиабатный
а)
4) l  RT ln
б) ;
;
11. Чему равно отношение
в)
cp
cv
а) постоянная Больцмана;
p1
p2
г)
;
.
для идеального газа?
б) показатель адиабаты;
в) газовая постоянная;
12. На рисунке изображен цикл из двух изобар и двух изохор. Пользуясь рисунком,
выберите номера ответов, для которых приведены неправильные
соотношения между температурами в состояниях 1, 2, 3, 4.
P
1
2
4
3
V
а) T4<T1<T2;
г) T1>T4; T2>T3;
б) T4<T3<T2;
д) T4>T1>T2.
13. Изопроцессам поставьте
термодинамики.
в
в) T3>T4; T2>T1;
соответствие
Изопроцесс
а) изотермический
б) изобарный
в) изохорный
г) адиабатный
а)
;
б)
выражения
первого
начала
Первое начало термодинамики
1) dq  di
2) dq  l
3) dq  0
4) dq  du
;
в)
;
г)
.
14. Установите соответствие между законом (определением) и его математическим
26
выражением.
Закон (определение)
Математическое выражение
1) dQ  Tds
а) первый закон термодинамики
б) второй закон термодинамики
в) третий закон термодинамики
г) определение энтропии
2) ST 0  S 0
3) T  U  pV
dQ
T
5) dQ  dU  pdV
4) dS 
д) определение энтальпии
а)
;
б)
;
в)
г)
;
;
д)
.
15. Поставьте в соответствие определениям их математические выражения.
Определение
Математическое выражение
а) уравнение состояния идеальных газов
б) работа расширения в изотермическом
процессе
в) первый закон термодинамики
г) изменение внутренней энергии
идеального газа
д) уравнение Пуассона
а)
;
б)
;
1) RT ln
V2
V1
2) cv dT
3) TV k  const
4) PV  RT
5) dQ = dU + pdV
в)
;
г)
;
д)
.
16. В процессе дросселирования (процессе Джоулч-Томсона):
а) давление по обе стороны перегородки поддерживается постоянным и ровным,
процесс необратим;
б) совершается внешняя работа в необратимом процессе нестационарного перехода
из объема V1 , в объем V2 остается неизменной;
в) возрастает энтропия, а энтальпия не меняется.
17. Цикл Карно:
а) представляет собой обратимую последовательность изотермического,
адиабатного, изобарного и изохорного процессов при участии рабочего тела;
б) не может быть практически реализован, поскольку представляет собой
идеальный цикл с КПД равным 1;
в) состоит из двух обратимых изотермических и двух адиабатных обратимых
процессов.
27
18. Поставьте в соответствие с процессами их обозначение на рисунке цикла
Карно, построенном в координатах (Т, s).
Т
1
2
4
3
S
Процесс
Обозначение
а) адиабатное сжатие
б) адиабатное расширение
1) 1–2
в) изотермическое сжатие
3) 3–4
г) изотермическое расширение
4) 4–5
2) 2–3
19. Работа прямого термодинамического цикла соответствует:
а) работе, совершаемой рабочим телом в процессе адиабатного расширения;
б) теплоте, подведенной к рабочему телу от источника тепла высокой температуры
в) разности подведенной к рабочему телу и отведенной от него теплоты
20. Термический КПД прямого цикла Карно определяется по формуле (Т1 –
температура горячего источника теплоты, Т2 – холодного):
а)  t 
T2
T1  T2
б)  t 
T1  T2
T1
в)  t 
T2
T1
21. Тепловая машина работает по циклу Карно. Если разницу между
температурами горячего и холодно источников теплоты увеличить, то КПД
цикла:
а) уменьшится;
б)не изменится;
в)увеличится.
22. Тепловая машина работает по циклу Карно. Если температуру холодного
источника тепла увеличить, то КПД цикла:
а) уменьшится;
б) не изменится;
в) увеличится.
23. Термический КПД прямого термодинамического цикла Карно
28
а) имеет максимальное значение по сравнению с другими циклами в заданном
интервале температур;
б) зависит от природы рабочего тела цикла и от температур холодного и горячего
источников теплоты;
в) равен единице.
24. Энтропия в необратимом термодинамическом процессе:
а) уменьшается;
б) увеличивается;
в) не изменяется.
25. По какому термодинамическому циклу работает:
1) прямой термодинамический цикл
2) обратный термодинамический цикл
а) тепловой двигатель
б) холодильная машина
в) тепловой насос
а)
б)
;
в)
;
;
Ответы к тесту
№ вопроса
1
а) 3
б) 2
в) 5
Вариант ответа
г) 4 д) 1
2
а) 3
б) 4
в) 2
г) 1
3
а) 5
б) 3
в) 2
г) 1
4
а)
5
б)
6
б)
7
д)
8
а) 2
б) 4
в) 3
г) 1
9
в)
10
а) 4
б) 3
в) 1
г) 2
11
б)
12
д)
13
а) 2
б) 1
в) 4
г) 3
14
а) 5
б) 1
в) 2
г) 4
д) 3
15
а) 4
б) 1
в) 5
г) 2
д) 3
16
в)
д) 4
29
17
в)
18
а) 4
19
в)
20
б)
21
22
в)
а)
23
а)
24
б)
25
а) 1
б) 2
в) 3
б) 2
в) 2
г) 1
Перечень типовых экзаменационных вопросов
Вопросы к зачету (4 семестр)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
11.
12.
13.
14.
15.
16.
17.
18.
19.
20.
21.
22.
23.
Термодинамические параметры состояния тела (системы).
Интенсивные и экстенсивные параметры состояния. Удельные параметры.
Температура как один из основных термодинамических параметров. Шкала
Цельсия и Кельвина.
Абсолютное давление и удельный объем как одни из основных
термодинамических параметров вещества.
Уравнение состояния и диаграммы состояния вещества.
Термодинамическая система и термодинамический процесс. Состояние
равновесия термодинамической системы.
Идеальный газ. Закон Бойля-Мариотта.
Идеальный газ. Закон Гей-Люссака.
Идеальный газ. Закон Шарля.
Идеальный газ. Уравнение Клапейрона.
Уравнение состояния идеального газа. Газовая постоянная.
Закон Авогадро. Моль вещества.
Универсальная газовая постоянная. Постоянная Больцмана.
Идеальный газ. Термодинамические диаграммы идеального газа.
Состав смеси: массовая, мольная доля и объемная доля компонента.
Смеси идеальных газов. Закон Дальтона.
Средняя и истинная теплоемкости.
Массовая, мольная и объемная теплоемкости.
Теплота и работа. Закон сохранения и превращения энергии.
Внутренняя энергия. Работа расширения.
Уравнение первого закона термодинамики.
Изохорная и изобарная теплоемкость. Уравнение Майера.
Уравнение первого закона термодинамики для потока.
30
24.
25.
26.
27.
28.
29.
30.
31.
32.
33.
34.
35.
36.
37.
38.
39.
40.
Энтальпия.
Термодинамический цикл. Прямой и обратный термодинамические циклы.
Цикл теплового двигателя. Работа цикла.
Формулировки первого закона термодинамики.
Термический к.п.д. цикла теплового двигателя.
Обратимые и необратимые процессы.
Формулировки второго закона термодинамики.
Цикл Карно теплового двигателя в p,v-диаграмме.
Цикл Карно теплового двигателя в s,T-диаграмме.
Термический к.п.д. цикла Карно.
Теорема Карно.
Обратимый и необратимый термодинамические циклы. Внешняя и
внутренняя необратимость.
Энтропия. Адиабатный обратимый процесс.
Изменение энтропии в процессах подвода и отвода теплоты. Изменение
энтропии в необратимых процессах
Термический к.п.д. обратимого и необратимого циклов Карно.
Коэффициент заполнения.
Обратимый цикл Карно с регенерацией тепла.
.Третий закон термодинамики.
Вопросы к экзамену (5 семестр)
1. T,S-диаграмма и ее свойства. Термодинамические циклы в TS-диафамме.
2. Третий закон термодинамики и следствия из него.
3. Термодинамические свойства реальных газов. PV—диаграмма. Фактор
сжимаемости и zp-диаграмма.
4. Фазовая рТ-диаграмма. Условия фазового равновесия. Правило фаз
Гиббса.
5. Уравнение Клапейрона-Клаузиуса.
6. Водяной пар и паровые процессы. Ts-диаграмма и hs-диаграмма для
водяного пара. Расчет процессов для водяного пара.
7. Удельный объем, энтальпия и энтропия воды, влажного, сухого
насыщенного и перегретого пара. Таблицы свойств водяного пара.
8. Скорость истечения из суживающегося сопла. Максимальный расход и
критическая скорость.
9. Зависимость скорости и расхода газа через сопло от отношения
конечного и начального давлений. Сопло Лаваля.
10.Схема и цикл газотурбинной установки с изобарным подводом теплоты.
11.Цикл и термический коэффициент полезного действия газотурбинной
установки с изобарным подводом теплоты.
12.Схема и цикл газотурбинной установки с полной регенерацией и
изобарным подводом теплоты.
31
13.Термический коэффициент полезного действия и цикл газотурбинной
установки с одним промежуточным подогревом рабочего тела и одним
промежуточным охлаждением сжимаемого воздуха.
14.Схема и цикл газотурбинной установки с подводом теплоты при
постоянном объеме.
15.Цикл и термический коэффициент полезного действия газотурбинной
установки с подводом теплоты при постоянном объеме.
16.Схема и цикл паросиловой установки, работающей по циклу по циклу
Карно. Термический коэффициент полезного действия.
17.Схема и цикл паросиловой установки, работающей по циклу по циклу
Ренкина. Термический коэффициент полезного действия.
18.Схема и цикл паросиловой установки, работающей по циклу по циклу
Ренкина с перегревом пара. Термический коэффициент полезного
действия.
19.Зависимость величины термического коэффициента полезного действия
цикла Ренкина от значений параметров водяного пара (давления в
конденсаторе, начальных параметров пара на входе в турбину).
20.Схема и цикл паросиловой установки с промежуточным перегревом пара.
Термический коэффициент полезного действия.
21.Схема и цикл паросиловой установки с регенерацией тепла. Термический
коэффициент полезного действия цикла с предельной регенерацией.
22.Требования, предъявляемые к свойствам рабочих тел паросиловых
установок. Схема и термический коэффициент паросиловой установки,
работающей по бинарному циклу.
23.Схемы и циклы парогазовых установок. Термический коэффициент
полезного действия.
24.Схемы и циклы паросиловых установок с ухудшенным вакуумом, с
противодавлением и с турбиной с отбором пара.
25.Схема и цикл энергетической установки с ядерным реактором.
26.Обратный цикл Карно холодильной машины.
27.Воздушная холодильная машина.
28.Паровая компрессионная холодильная машина.
29.Пароэжекторная (пароструйная) холодильная машина.
30.Абсорбционная холодильная машина.
31.Тепловой насос.
32
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Дальневосточный федеральный университет»
(ДВФУ)
ФИЛИАЛ ДВФУ В Г. ПЕТРОПАВЛОВСК-КАМЧАТСКИЙ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
по дисциплине «Термодинамика»
<140104.65> - «<ПРОМЫШЛЕННАЯ ТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА»
33
12. Учебно-методическое обеспечение дисциплины
12.1. Рекомендуемая литература
а) основная литература:
1. Термодинамика: /Учебник // Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. −
4-е изд., перераб. − М.: Энергоатомиздат, 2006, − 416 с.
2. Сборник задач по термодинамике/ Т.Н. Андрианова и др. − 4-е изд. − М.:
Издательство МЭИ. 2005. − 354 с.
3. Зубарев В.Н., Александров А.А., Охотин В.С. Практикум по технической
термодинамике. − М.: Энергоатомиздат, 2006. − 304 с.
4. http://window.edu.ru/resource/238/76238 Злобин В.Г., Горбай С.В., Короткова
Т.Ю.
Техническая
термодинамики.
термодинамика.
Циклы
тепловых
Часть
1.
двигателей:
Основные
Учебное
законы
пособие.
Издательство МЭИ. - СПб.: 2011. - 149 с.
5. http://window.edu.ru/resource/237/76237 Злобин В.Г., Горбай С.В., Короткова
Т.Ю.
Техническая термодинамика. Часть 2. Водяной пар. Циклы
теплосиловых установок: Учебное пособие. Издательство МЭИ. - СПб.,
2011. - 118 с.
6. http://window.edu.ru/resource/809/76809
Полицинский
Е.В.
Механика,
молекулярная физика и термодинамика: конспекты лекций - Юргинский
технологический институт Национального исследовательского Томского
политехнического университета, 2010 - 206 с.
б) дополнительная литература
1. Ривкин С.Л. Термодинамические свойства газов. − 4-е изд. − М.:
Энергоатомиздат, 2005. − 287 с.
2. Александров А.А., Григорьев. Таблицы теплофизических свойств воды и
водяного пара. − М.: Издательство МЭИ, 2009. − 162 с.
3. Александров А.А. Расчет термодинамических процессов идеального газа. −
М.: МЭИ, 2008. −44 с.
34