Исследование термодинамических процессов и расчет теплообменного аппарата

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 22 Ноября 2013 в 09:36, курсовая работа

Описание работы

В данной работе произведены расчеты термодинамических процессов с идеальными углеводородными смесями, в частности для изобарного, изотермического и адиабатного процесса. Результаты расчетов занесены в итоговую таблицу и представлены графически в виде зависимостей P(V) и ∆S(T). Также произведен конструктивный тепловой расчет теплообменного аппарата. Результаты расчета занесены в сводную таблицу и построена схема конструкции односекционного горизонтального подогревателя.

Скачать архив (99.64 Кб) Сколько стоит заказать работу?
Файлы: 1 файл

курсовая по теплотехнике.doc

— 347.00 Кб (Скачать файл)

          Ср(СО2) = μср(СО2)/ μ(СО2);

          Ср(СО2) = 43,09/44,01 = 0,98 кДж/кг К;

          μср(N2) = 28,5372+0,0053905·tср;

          μср(N2) = 28,5372+0,0053905·119,65= 29,18 кг/моль;

          Ср(N2) = μср(N2)/μ(N2);

          Ср(N2) = 29,18/28,03 = 1,04кДж/кг К.

 

1.3.1.5 Массовая теплоемкость  смеси

          Ср см = ∑(Срi·mi);

          Ср см = (2,49+0,845)+(2,14·0,07)+(0,98·0,026)+(1,9·0,042)+(1,04·0,017) =

= 2,38 кДж/кг К.

 

1.3.1.6 Объемная теплоемкость смеси

          Сv см = Ср см – Rсм;

          Сv см = 2,38 – 0,487 = 1,893 кДж/кг К.

 

 

1.3.1.7 Показатель адиабаты

          k = Ср см / Сv см;

          k = 2,38 /1,893 = 1,26.

 

1.3.1.8 Изменение внутренней энергии  процесса

          ∆U = Сv см·(T2 – T1);

          ∆U = 1,893·(483,44– 302,15) = 343,18 кДж.

1.3.1.9 Изменение энтальпии  процесса

          ∆h = Ср см·(T2 – T1);

          ∆h = 2,38·(483,44 – 302,15) = 431,47 кДж.

 

1.3.1.10 Изменение энтропии  процесса

          ∆s = Ср см·ln(T2/T1);

          ∆s = 2,38·ln(483,44/302,15) = 1,12 кДж/кг К.

 

1.3.1.11 Термодинамическая работа  процесса

          l = Rсм·(T2 – T1);

          l = 0,487·(483,44 – 302,15) = 88,29 кДж/кг К.

 

1.3.1.12 Потенциальная работа процесса

          ln = n·l;

          ln = 0 кДж, т.к. n = 0.

 

1.3.1.13 Теплота процесса

          q = ∆U + l;

          q = 343,18 + 88,29 = 431,47 кДж/кг.

          q' = ∆h;

          q' = 431,47 кДж/кг.

 

 

1.3.1.14 Коэффициент распределения  энергии

          α = ∆U/q;

          α = 343,18/431,47 =0,79.

 

1.3.1.15 Проверка расчетов

          ∆(%) = (q/q' – 1)·100%;

          ∆(%) = (431,47/431,47 – 1)·100 %.

          ∆(%) = 0 %.

 

 

1.3.2 Показатель политропы n2 = 0,7

 

1.3.2.1 Давление в конце процесса

          P2 = P1·(V1/V2)n;

          P2 = 7·105·(1/1,6)0,7 = 5,04·105 Па.

 

1.3.2.2 Температура в конце процесса

          T2 = T1·(V2/V1)n-1;

          T2 = 302,15·(1/1,6)-0,7 = 347,9 К.

 

1.3.2.3 Средняя температура процесса

          Тср = (Т1+Т2)/2;

          Тср = (302,15+347,9)/2 = 325,02 К.

          tср = 51,87 °С.

 

1.3.2.4 Массовые теплоемкости компонентов  смеси 

          -для углеводородных газов – по графику зависимости

          теплоемкости от температуры Ср = f(T)

          CP(CH4) = 2,29 кДж/кг К;

          CP(C2H6) = 1,86 кДж/кг К;

          -для неуглеводородных газов – по интерполяционным формулам

          для истинных мольных теплоемкостей

          μср(Н2О) = 32,8367+,0116611·tср;

          μср(Н2О) = 32,8367+,0116611·51,87 = 33,44 кг/моль;

          CP(Н2О) = μср(Н2О)/μ(Н2О);

          CP(Н2О) = 33,44/18,02 = 1,86 кДж/кг К;  

          μср(СО2) = 41,3597+0,0144985 tср;

          μср(СО2) = 41,3597+0,0144985·51,87 = 42,11 кг/моль;

          Ср(СО2) = μср(СО2)/μ(СО2);

          Ср(СО2) = 42,11/44,01 = 0,96 кДж/кг К;

          μср(N2) = 28,5372+0,0053905·tср;

          μср(N2) = 28,5372+0,0053905·51,87 = 28,82 кг/моль;

          Ср(N2) = μср(N2)/μ(N2);

          Ср(N2) = 28,82/28,03 = 1,03 кДж/кг К.

 

1.3.2.5 Массовая теплоемкость  смеси

          Ср см = ∑(Срi·mi);

          Ср см = (2,29·0,845)+(1,86·0,07)+(0,96·0,026)+(1,86·0,042)+(1,03·0,017)=

=2,19 кДж/кг К.

 

1.3.2.6 Объемная теплоемкость  смеси

          Сv см = Ср см – Rсм;

          Сv см = 2,19 – 0,487 = 1,7 кДж/кг К.

 

1.3.2.7 Показатель адиабаты

          k = Ср см / Сv см;

          k = 2,19/1,7 = 1,29.

1.3.2.8 Политропная теплоемкость  смеси

          Сn = Сv·(n – k)/n – 1;

          Сn = 1,7·(0,7 – 1,29)/0,7 – 1 = 3,34 кДж/кг.

1.3.2.9 Изменение внутренней энергии процесса

          ∆U = Сv см·(T2 – T1);

          ∆U = 1,7·(347,9 – 302,15) = 77,78 кДж/кг

 

1.3.2.10 Изменение энтальпии процесса

          ∆h = Ср см·(T2 – T1);

          ∆h = 2,19·(347,9 – 302,15) = 100,19 кДж/ кг

 

1.3.2.11 Изменение энтропии процесса

          ∆s = Ср см·ln(T2/T1);

          ∆s = 3,34·ln(347,9/302,15) = 0,47 кДж/кг К.

 

1.3.2.12 Термодинамическая работа процесса

          l = Rсм/n – 1·(T2 – T1);

          l = 0,487/ – 0,7·(302,15 – 347,9) = 74,27 кДж/кг .

 

1.3.2.13 Потенциальная работа процесса

          ln = n·l;

          ln = 0,7·74,27 = 51,99 кДж.

 

1.3.2.14 Теплота процесса

          q = ∆U + l;

          q = 77,78+74,27 = 152,05 кДж/кг.

          q' = Cn·∆T;

          q' = 3,34·(347,9 – 302,15) = 152,05 кДж/кг.

 

1.3.2.15 Коэффициент распределения энергии

          α = ∆U/q;

          α = 77,78/152,05= 0,51.

 

1.3.2.16 Проверка расчетов

          ∆(%) = (q/q' – 1)·100%;

          ∆(%) = (152,05/152,05 – 1)·100%.

          ∆(%) = 0 %.

 

         

1.3.3 Показатель политропы n3 = 1

         Изотермический процесс: Т = const.

 

1.3.3.1 Давление в конце процесса

          P2 = P1·(V1/V2);

          P2 = 7·105·(1/1,6) = 4,38·106 Па.

 

1.3.3.2 Температура в конце процесса

          T2 = T1;

          T2 = 302,15 К.

 

1.3.3.3 Средняя температура процесса

          Тср = (Т1+Т2)/2;

          Тср = (302,15+302,15)/2 = 302,15 К.

          tср = 302,15 – 273,15 = 29 °С.

 

1.3.3.4 Массовые теплоемкости компонентов  смеси 

           для  углеводородных газов – по  графику зависимости

           теплоемкости от температуры Ср = f(T)

          CP(CH4) = 2,24 кДж/кг К;

          CP(C2H6) = 1,76 кДж/кг К;

          -для неуглеводородных газов – по интерполяционным формулам

          для истинных мольных теплоемкостей

          μср(Н2О) = 32,8367+,0116611·tср;

          μср(Н2О) = 32,8367+,0116611·29 = 33,17 кг/моль;

          CP(Н2О) = μср(Н2О)/μ(Н2О);

          CP(Н2О) = 33,17/18,02 = 1,84 кДж/кг К;  

          μср(СО2) = 41,3597+0,0144985 tср;

          μср(СО2) = 41,3597+0,0144985·29 = 41,69 кг/моль;

          Ср(СО2) = μср(СО2)/μ(СО2);

          Ср(СО2) = 41,69/44,01 = 0,95 кДж/кг К;

          μср(N2) = 28,5372+0,0053905·tср;

          μср(N2) = 28,5372+0,0053905·29 = 28,69 кг/моль;

          Ср(N2) = μср(N2)/μ(N2);

          Ср(N2) = 28,69/28,03 = 1,02 кДж/кг К.

 

1.3.3.5 Массовая теплоемкость смеси

          Ср см = ∑(Срi·mi);

          Ср см = (2,24·0,845)+(1,76·0,07+(0,95·0,026)+(1,84·0,042)+(1,02·0,017) =

= 2,14 кДж/кг К.

 

1.3.3.6 Объемная теплоемкость смеси

          Сv см = Ср см – Rсм;

          Сv см = 2,14 – 0,487 = 1,653 кДж/кг К.

 

1.3.3.7 Показатель адиабаты

          k = Ср см / Сv см;

          k = 2,14/1,653 = 1,29.

 

1.3.3.8 Изменение внутренней энергии  процесса

          ∆U = Сv см·(T2 – T1);

          ∆U = 1,653·(302,15 – 302,15) = 0 кДж.

 

 

1.3.3.9 Изменение энтальпии процесса

          ∆h = Ср см·(T2 – T1);

          ∆h = 2,14·(302,15 – 302,15) = 0 кДж.

 

1.3.3.10 Изменение энтропии  процесса

          ∆s = Rсм·ln(V2/V1);

          ∆s = 0,487·ln(1,6) = 0,23 кДж/кг К.

1.3.3.11 Термодинамическая  работа процесса

          l = R·Т·ln·(P1/P2);

          l = 0,487·302,15·ln·(7·105/4,38·105) = 69,16 кДж/кг.

 

1.3.3.12 Потенциальная работа  процесса

          ln = n·l;

          ln = 1·58,63 = 69,16 кДж/кг.

 

1.3.3.13 Теплота процесса

          q = l;

          q = 69,16 кДж/кг.

 

1.3.3.14 Коэффициент распределения  энергии

          α = ∆U/q;

          α = 0/69,16 = 0.

 

1.3.3.15 Проверка расчетов

          ∆(%) = 0%.

 

 

 

 

 

1.3.4 Показатель политропы n4 = 1,15

 

1.3.4.1 Давление в конце  процесса

          P2 = P1·(V1/V2)n;

          P2 = 7·105·(1/1,6)1,15 = 4,08·105 Па.

 

1.3.4.2 Температура в  конце процесса

          T2 = T1·(V1/V2)n-1;

          T2 = 302,15·(1/1,6)1,15-1 = 281,58 К.

 

1.3.4.3 Средняя температура  процесса

          Тср = (Т1+Т2)/2;

          Тср = (302,15+281,58)/2 = 291,87 К.

          tср = 291,87 – 273,15= 18,72 °С.

 

1.3.4.4 Массовые теплоемкости компонентов смеси

          -для углеводородных газов – по графику зависимости

          теплоемкости от температуры Ср = f(T)

          CP(CH4) = 2,22 кДж/кг К;

          CP(C2H6) = 1,74 кДж/кг К;

          -для неуглеводородных газов – по интерполяционным формулам

          для истинных мольных теплоемкостей

          μср(Н2О) = 32,8367+,0116611·tср;

          μср(Н2О) = 32,8367+,0116611·18,72 = 33,05 кг/моль;

          CP(Н2О) = μср(Н2О)/μ(Н2О);

          CP(Н2О) = 33,05/18,02 = 1,83 кДж/кг К;  

          μср(СО2) = 41,3597+0,0144985 tср;

          μср(СО2) = 41,3597+0,0144985·18,72= 41,63 кг/моль;

          Ср(СО2) = μср(СО2)/μ(СО2);

          Ср(СО2) = 41,63/44,01 = 0,95 кДж/кг К;

          μср(N2) = 28,5372+0,0053905·tср;

          μср(N2) = 28,5372+0,0053905·18,72= 28,64 кг/моль;

          Ср(N2) = μср(N2)/μ(N2);

          Ср(N2) = 28,64/28,03 = 1,02 кДж/кг К.

 

1.3.4.5 Массовая теплоемкость смеси

          Ср см = ∑(Срi·mi);

          Ср см = (2,22·0,845)+(1,74·0,07)+(0,95·0,026)+(1,83·0,042)+(1,02·0,017) =

= 2,12 кДж/кг К.

 

1.3.4.6 Объемная теплоемкость  смеси

          Сv см = Ср см – Rсм;

          Сv см = 2,12 – 0,487 = 1,633 кДж/кг К.

 

1.3.4.7 Показатель адиабаты

          k = Ср см / Сv см;

          k = 2,12/1,633 = 1,298

.

1.3.4.8 Политропная теплоемкость  смеси

          Сn = Сv·(n – k)/n – 1;

          Сn = 1,633·(1,15 – 1,298)/1,15 – 1 = – 1,61 кДж/кг.

 

1.3.4.9 Изменение внутренней  энергии процесса

          ∆U = Сv см·(T2 – T1);

          ∆U = 1,633·(281,58 – 302,15) = – 33,59 кДж.

 

1.3.4.10 Изменение энтальпии  процесса

          ∆h = Ср см·(T2 – T1);

          ∆h = 2,12·(281,58 – 302,15)= – 43,61 кДж.

 

1.3.4.11 Изменение энтропии  процесса

          ∆s = Сn·ln(T2/T1);

          ∆s = – 1,61·ln(281,58/302,15) = – 0,11 кДж/кг К.

1.3.4.12 Термодинамическая  работа процесса

          l = Rсм/n – 1·(T1 – T2);

          l = 0,487 /1,15 – 1·(302,15 – 281,58) = 66,78 кДж/кг.

 

1.3.4.13 Потенциальная работа  процесса

          ln = n·l;

          ln = 1,15·66,78 = 76,797 кДж/кг.

 

1.3.4.14 Теплота процесса

          q = ∆U + l;

          q = –33,59+66,78 = 33,19кДж/кг.

          q' = Cn·∆T;

          q' = – 1,61·(281,58 – 302,15) = 33,12 кДж/кг.

 

1.3.4.15 Коэффициент распределения  энергии

          α = ∆U/q;

          α = – 33,59/33,19 = – 1,01.

 

1.3.4.16 Проверка расчетов

          ∆(%) = (q/q' – 1)·100%;

          ∆(%) = (33,19/33,12 – 1)·100%.

          ∆(%) = 0,002 %.

 

 

 

 

 

1.3.5 Показатель политропы n5 = k

         Адиабатный процесс, пусть k = 1,29

 

1.3.5.1 Давление в конце  процесса

          P2 = P1·(V1/V2)n;

          P2 = 7·105·(1/1,6)1,29 = 3,82·105 Па.

 

1.3.5.2 Температура в  конце процесса

          T2 = T1·(V1/V2)n-1;

          T2 = 302,15·(1/1,6)1,29-1 = 263,65 К.

 

1.3.5.3 Средняя температура процесса

          Тср = (Т1+Т2)/2;

          Тср = (302,15+263,65)/2 = 282,9 К.

          tср = 282,9 – 273,15 = 9,75 °С.

 

1.3.5.4 Массовые теплоемкости  компонентов смеси 

          -для углеводородных газов – по графику зависимости

          теплоемкости от температуры Ср = f(T)

          CP(CH4) = 2,19 кДж/кг К;

          CP(C2H6)= 1,68 кДж/кг К;

          -для неуглеводородных газов – по интерполяционным формулам

          для истинных мольных теплоемкостей

          μср(Н2О) = 32,8367+,0116611·tср;

          μср(Н2О) = 32,8367+,0116611·9,75= 32,95 кг/моль;

          CP(Н2О) = μср(Н2О)/μ(Н2О);

          CP(Н2О) = 32,95/18,02 = 1,83 кДж/кг К;  

          μср(СО2) = 41,3597+0,0144985 tср;

          μср(СО2) = 41,3597+0,0144985·9,75= 41,50 кг/моль;

          Ср(СО2) = μср(СО2)/μ(СО2);

          Ср(СО2) = 41,50/44,01 = 0,94 кДж/кг К;

          μср(N2) = 28,5372+0,0053905·tср;

          μср(N2) = 28,5372+0,0053905·9,75= 28,59 кг/моль;

          Ср(N2) = μср(N2)/μ(N2);

          Ср(N2) = 28,59/28,03 = 1,02 кДж/кг К.

 

1.3.5.5 Массовая теплоемкость  смеси

          Ср см = ∑(Срi·mi);

          Ср см = (2,19·0,845)+(1,68·0,07)+(0,94·0,026)+(1,83·0,042)+(1,02·0,017) =

= 2,09 кДж/кг К.

 

1.3.5.6 Объемная теплоемкость  смеси

          Сv см = Ср см – Rсм;

          Сv см = 2,09 – 0,487 = 1,603 кДж/кг К.

 

1.3.5.7 Показатель адиабаты

          kпол = Ср см / Сv см;

          kпол = 2,09/1,603 = 1,3

          ∆ = (k – kпол)/k·100% = (1,29 – 1,3)/1,29·100% = 0,8%

          условие выполнилось, принимаем  значение k = 1,3

 

1.3.5.1 Давление в конце  процесса

          P2 = P1·(V1/V2)n;

Информация о работе Исследование термодинамических процессов и расчет теплообменного аппарата