Исследование термодинамических процессов с идеальными углеводородными смесями и расчет теплообменного аппарата

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 30 Марта 2013 в 00:38, курсовая работа

Описание работы

Термодинамическим процессом называется изменение состояния термодинамической системы; характеризующееся изменением ее параметров. В качестве термодинамических систем могут рассматриваться некоторые объемы газов.
В курсовой работе проведены расчеты термодинамических процессов с идеальными углеводородными смесями.
Непрерывную последовательность термодинамических процессов представляет собой циклы тепловых машин. В процессе работы выполнен проектировочный расчет теплообменного аппарата. Результатом работы является построение P-V и T-S диаграмм политропных процессов, составление схемы теплообменного аппарата.

Содержание работы

Введение ……………………………………………………………..…..…….....4
Задание для первого раздела курсовой работы …………………….…....…....5
Основная часть …………………………………………………………….....…..6
1.1 Исходные данные…………………………………………………….....….6
1.2 Обработка исходных данных …………………………………….….…...7
1.3 Политропный процесс при n=0 …………………………………..…..….8
1.4 Политропный процесс при n=0,7 ………………………………..…..….10
1.5 Политропный процесс при n=1,0 …………………………………..…...13
1.6 Политропный процесс при n=1,20 …………..…………………..…..….15
1.7 Политропный процесс при n=k ……………………………………..…..18
1.8 Политропный процесс при n= 2..………………………………....…......21
Сводная таблица результатов термодинамического расчета …….……….….25
PV-диаграмма политропных процессов ………………….…….………..….....26
TS-диаграмма политропных процессов ………………….……………………26
Задание для второго раздела курсовой работы…………………...………. 27
2 Расчетная часть………………………………………………….………… 28
2.1 Рассчитываем коэффициент теплоотдачи холодного теплоносителя (нефть). …………………………………………………………………………28
2.2 Расчет коэффициента теплоотдачи холодного теплоносителя (нефть).. 27
2.3Расчет коэффициента теплоотдачи……………………………………..29
2.4 Расчет поверхности теплообмена……………………………………….30
2.5Расчет количества секций ТОА………………………………………….30
Сводная таблица результатов теплового расчета теплообменного аппарата31
Приложение А. Эскиз теплообменного аппарата…………………….….....32
Заключение ……………………………….…………….…….………...…..…33
Список использованных источников …………………….…………...….......34

Скачать архив (77.21 Кб) Сколько стоит заказать работу?
Файлы: 1 файл

курсач 1 ая часть.doc

— 293.00 Кб (Скачать файл)

 

1.4.8 Термодинамическая работа

LT=Rсм*(T2-T1) /(1-n)= 0,4806*( 322,03-12-273,15)/(1-0,7)=

=59,082 кДж/кг

1.4.9 Потенциальная  работа

Показатель политропы  равен отношению потенциальной  работы к термодинамической работе(n= LП /LT)

LП =n* LT =0,7*59,082=41,357 кДж/кг

1.4.10 Изменение внутренней энергии процесса

∆U=U2-U1=Cv*(T2-T1)= 1,6328*(322,03-12-273,15)=60,22 кДж/кг

 

1.4.11 Изменение энтальпии

∆h=h2-h1=Cpсм*(T2-T1)= 2,1134*(322,03-12-273,15)=77,94 кДж/кг

 

 

1.4.12 Изменение энтропии

∆S= Спсм*ln(T2/T1)= 3,2346*ln(322,03/(12+273,15)) =0,3934 кДж/(кг*K)


1.4.13 Теплота процесса

qп=∆h= Спсм *(T2-T1)= 3,2346*(322,03-12-273,15)= 119,29 кДж/кг

 

1.4.14 Коэффициент распределения энергии (α)

α показывает долю внешней теплоты, затраченной на изменение внутренней энергии

α=∆U/ qп =60,22 /119,29=0,5048

 

1.4.15 Проверка расчетов

qп’=∆U+ LT =60,22+59,082=119,30 кДж/кг

∆%= (qп’- qп)/ qп =(119,30 -119,29)/ 119,29=0,0001 %

 

1.5 Политропный  процесс с показателем политропы n3=1

T=const, т.к n3=1 – процесс изотермический. Уравнение изотермы следует из уравнения Клопейрона-Менделеева PV=RсмT; PV=const; P1V1=P2V2;

 

1.5.1 Давление в конечном состоянии

P2=P1*(1/E)= 35*105 *(1/1,5)= 23,3333*105 Па;

1.5.2 Температура в конце процесса

T2=T1=(12+273,15)=285,15 K

1.5.3 Средняя температура процесса

Tср=(T1+T2)/2=(12+273,15+285,15)/2 = 285,15К= 12,000 oС

 

1.5.4 Средняя изобарная теплоемкость в компонентах газовой смеси

CpCH4 =2,1871 кДж/(кг*К)

CpC2H6=1,6923 кДж/(кг*К)

CpC3H8=1,6063 кДж/(кг*К)

CpCO2=(41,3597+0,0144985*12,000)/44,01= 0,9437 кДж/(кг*К)

CpH2O=(32,8367+0,0116611* 12,000)/18,02=1,8300 кДж/(кг*К)

CpN2 =(28,5372+0,0053905* 12,000)/ 28,03=1,0204 кДж/(кг*К)


1.5.5 Средняя массовая изобарная теплоемкость газовой смеси

Cpсм=∑m*Cp=0,8715*2,1871+0,0000*1,6923+0,0510*1,6063+

+0,0509*0,9437 +0,0104*1,8300+0,0162*1,0204 = 2,0716 кДж/(кг*К)

 

1.5.6 Средняя изохорная теплоемкость

Cvсм =Сpсм-Rсм=2,0716-0,4806=1,5910 кДж/(кг*К)

 

1.5.7 Теплоемкость изотермического процесса

CT=q/∆T= ∞

1.5.8 Термодинамическая  работа

LT=Rсм*Tср*ln(P1/P2)= Rсм*Tср*ln(E)= 0,4806*285,15*ln(1,5)=55,566 кДж/кг

 

1.5.9 Потенциальная  работа 

Lп=LT=55,566 кДж/кг

 

1.5.10 Изменение внутренней энергии

∆U=0 кДж/кг

 

1.5.11 Изменение энтальпии

∆h=0 кДж/кг

 

1.5.12 Изменение энтропии

∆S=Rсм*ln(E)= 0,4806*ln(1,5)=0,1949 кДж/кг

 

1.5.13 Теплота процесса

qT=Rсм*T*ln(E)= 0,4806*285,15*ln(1,5)=55,566 кДж/кг

 

1.5.14 Коэффициент распределения энергии  (α)

α=∆U/q=0

 

1.5.15 Проверка

q'=∆U+LT=0+55,566=55,566 кДж/кг

∆%

=(q’- qT)/ qT=(55,566-55,566)/ 55,566=0,0000 
1.6 Политропный процесс с показателем политропы n4= 1,2

Всякий процесс  идеального газа, в котором теплоемкость является постоянной величиной (Cn) называется политропным. Уравнение политропы имеет вид PVn=const

 

1.6.1 Давление в конечном состоянии

P1V1n = P2V2n

P2=(V1/V2)n =(1/E)n *P1= (1/1,5)1,2*35*105= 21,5159*105 Па

 

1.6.2 Температура в конце процесса

(PV)*Vn-1 =const

T*V n-1=const

T1*V1n-1=T2*V2 n-1

T2=T1*(V1/V2)n-1 =T1*(1/E)n-1=(12+273,15)*(1/1,5) 1,2-1=262,94 К

 

1.6.3 Средняя температура процесса

Tср=(T1+T2)/2=(12+273,15+262,94)/2 = 274,05К= 0,900 oС

 

1.6.4 Средняя изобарная теплоемкость в компонентах газовой смеси

CpCH4 =2,1641 кДж/(кг*К)

CpC2H6=1,6468 кДж/(кг*К)

CpC3H8=1,5563 кДж/(кг*К)

CpCO2=(41,3597+0,0144985*0,900)/44,01= 0,9401 кДж/(кг*К)

CpH2O=(32,8367+0,0116611* 0,900)/18,02=1,8228 кДж/(кг*К)

CpN2 =(28,5372+0,0053905* 0,900)/ 28,03=1,0183 кДж/(кг*К)


1.6.5 Средняя массовая изобарная теплоемкость газовой смеси

Cpсм=∑m*Cp=0,8715*2,1641+0,0000*1,6468+0,0510*1,5563+

+0,0509*0,9401+0,0104*1,8228+0,0162*1,0183 = 2,0487 кДж/кг


1.6.6 Средняя изохорная теплоемкость

Cvсм =Сpсм-Rсм=2,0487-0,4806=1,5681 кДж/кг

 

1.6.7 Политропная теплоемкость газовой смеси

k-показатель адиабаты

k= Cpсм/ Cvсм=2,0487/1,5681 =1,3065

Спсм= Cvсм(n-k)/(n-1)= 1,5681*( 1,2-1,3065)/( 1,2-1)= -0,8350 кДж/(кг*К)

 

1.6.8 Термодинамическая работа

LT=Rсм*(T2-T1) /(1-n)= 0,4806*( 262,94-12-273,15)/(1-1,2)=

=53,371 Дж

1.6.9 Потенциальная работа

Показатель  политропы равен отношению потенциальной  работы к термодинамической работе(n= LП /LT)

LП =n* LT =1,2*53,371=64,045 Дж

1.6.10 Изменение внутренней энергии процесса

∆U=U2-U1=Cv*(T2-T1)= 1,5681*(262,94-12-273,15)= -34,828 кДж/кг

 

1.6.11 Изменение энтальпии

∆h=h2-h1=Cpсм*(T2-T1)= 2,0487*(262,94-12-273,15)=-45,502 кДж/кг

 

1.6.12 Изменение энтропии

∆S= Спсм*ln(T2/T1)= -0,8350*ln(262,94/(12+273,15)) =0,0677 кДж/(кг*K)

 

 

1.6.13 Теплота процесса

qп=∆h= Спсм *(T2-T1)= -0,8350*(262,94-12-273,15)= 18,545 кДж/кг

1.6.14 Коэффициент распределения энергии (α)

α показывает долю внешней теплоты, затраченной на изменение внутренней энергии

α=∆U/ qп = -34,828 /18,545=1,8780


 

1.6.15 Проверка расчетов

qп’=∆U+ LT = -34,828+53,371=18,543 кДж/кг

∆%= (qп’- qп)/ qп =(18,543 -18,545)/ 18,545=0,0001 %

 

1.7 Политропный процесс с показателем политропы n5=k

Пусть k=1,29

1.7.1 Давление в конечном состоянии

P1V1k = P2V2k

P2=(V1/V2)k =(1/E)k *P1= (1/1,5)1,29*35*105= 20,7449*105 Па

1.7.2 Температура в конце процесса

(PV)*V k-1 =const; T*V k-1=const; T1*V1k-1=T2*V2 k-1

T2=T1*(V1/V2)k-1 =T1*(1/E)k-1=(12+273,15)*(1/1,5) 1,29-1=253,52 К

1.7.3 Средняя температура процесса

Tср=(T1+T2)/2=(12+273,15+253,52)/2 = 269,34К= -3,810 oС

 

1.7.4 Средняя изобарная теплоемкость в компонентах газовой смеси

CpCH4 =2,1549 кДж/(кг*К)

CpC2H6=1,6275 кДж/(кг*К)

CpC3H8=1,5351 кДж/(кг*К)

CpCO2=(41,3597+0,0144985*(-3,810))/44,01= 0,9385 кДж/(кг*К)

CpH2O=(32,8367+0,0116611* (-3,810))/18,02=1,8198 кДж/(кг*К)

CpN2 =(28,5372+0,0053905* (-3,810))/ 28,03=1,0174 кДж/(кг*К)

 

1.7.5 Средняя массовая изобарная теплоемкость газовой смеси

Cpсм=∑m*Cp=0,8715*2,1549+0,0000*1,6275+0,0510*1,5351+

+0,0509*0,9385+0,0104*1,8198+0,0162*1,0174 = 2,0395 кДж/(кг*К)

 

1.7.6 Средняя изохорная теплоемкость

Cvсм =Сpсм-Rсм=2,0395-0,4806=1,5589 кДж/(кг*К)


1.7.7 Политропная теплоемкость газовой смеси

k-показатель адиабаты

k= Cpсм/ Cvсм=2,0395/1,5589 =1,3083

 

Пересчет

1.7.1 Давление в конечном состоянии

P1V1k = P2V2k

P2=(V1/V2)k =(1/E)k *P1= (1/1,5) 1,3083*35*105= 20,5915*105 Па

 

1.7.2 Температура в конце процесса

(PV)*V k-1 =const; T*V k-1=const;

T1*V1k-1=T2*V2 k-1

T2=T1*(V1/V2)k-1 =T1*(1/E)k-1=(12+273,15)*(1/1,5) 1,3083-1=251,64 К

 

1.7.3 Средняя температура процесса

Tср=(T1+T2)/2=(12+273,15+253,52)/2 = 268,40К= -4,750oС


1.7.4 Средняя  изобарная теплоемкость в компонентах  газовой смеси

CpCH4 =2,1531 кДж/(кг*К)

CpC2H6=1,6236 кДж/(кг*К)

CpC3H8=1,5309 кДж/(кг*К)

CpCO2=(41,3597+0,0144985*(-4,750))/44,01= 0,9382 кДж/(кг*К)

CpH2O=(32,8367+0,0116611* (-4,750))/18,02=1,8192 кДж/(кг*К)

CpN2 =(28,5372+0,0053905* (-4,750))/ 28,03=1,0172 кДж/(кг*К)

 

1.7.5 Средняя массовая изобарная  теплоемкость газовой смеси

Cpсм=∑m*Cp=0,8715*2,1531+0,0000*1,6236+0,0510*1,5309+

+0,0509*0,9382+0,0104*1,8192+0,0162*1,0172 = 2,0377 кДж/(кг*К)

 

1.7.6 Средняя изохорная теплоемкость

Cvсм =Сpсм-Rсм=2,0377-0,4806=1,5571 кДж/(кг*К)

 

Спсм=0 кДж/(кг*К)

1.7.8 Термодинамическая работа

LT=Rсм*(T2-T1) /(1-k)= 0,4806*( 253,52-12-273,15)/(1-1,3083)=


=52,238 кДж/кг

1.7.9 Потенциальная работа

Lп =k* LT =1,3083*52,238=68,343 кДж/кг

1.7.10 Изменение внутренней энергии процесса

∆U=U2-U1=Cvсм*(T2-T1)= 1,5571*(253,52-12-273,15)= -52,178 кДж/кг

 

1.7.11 Изменение энтальпии

∆h=h2-h1=Cpсм*(T2-T1)= 2,0377*(253,52-12-273,15)=-68,283 кДж/кг

 

1.7.12 Изменение энтропии

∆S= Спсм*ln(T2/T1)= 0*ln(253,52/(12+273,15)) =0 кДж/(кг*K)

 

1.7.13 Теплота процесса

qп=∆h= Спсм *(T2-T1)= 0*(253,52-12-273,15)= 0 кДж/кг

 

1.7.14 Коэффициент распределения энергии (α)

α показывает долю внешней теплоты, затраченной на изменение внутренней энергии

α=∆U/ qп = ∞


1.7.15 Проверка расчетов

qп’=∆U+ LT = -52,178+52,238=0,0600 кДж/кг

∆%= (I∆UI - ILTI)/ I∆UI =(I-52,178I-I52,238I)/ I-52,178I=0,0011%

 

 

 

      1.8 Политропный процесс с показателем политропы n6= 2

 

Всякий процесс  идеального газа, в котором теплоемкость является постоянной величиной (Cn) называется политропным. Уравнение политропы имеет вид PVn=const

 

1.8.1 Давление в конечном состоянии

P1V1n = P2V2n

P2=(V1/V2)n =(1/E)n *P1= (1/1,5) 2*35*105= 15,5556*105 Па

 

1.8.2 Температура в конце процесса

(PV)*Vn-1 =const

T*V n-1=const

T1*V1n-1=T2*V2 n-1

T2=T1*(V1/V2)n-1 =T1*(1/E)n-1=(12+273,15)*(1/1,5) 2-1=190,10 К

 

1.8.3 Средняя температура процесса

Tср=(T1+T2)/2=(12+273,15+190,10)/2 = 237,63К= -35,5200 oС

 

1.8.4 Средняя изобарная теплоемкость в компонентах газовой смеси


CpCH4 =2,1024 кДж/(кг*К)

CpC2H6=1,4975 кДж/(кг*К)

CpC3H8=1,3924 кДж/(кг*К)

CpCO2=(41,3597+0,0144985*(-35,5200))/44,01= 0,9281 кДж/(кг*К)

CpH2O=(32,8367+0,0116611* (-35,5200))/18,02=1,7993 кДж/(кг*К)

CpN2 =(28,5372+0,0053905*(-35,5200))/ 28,03=1,0113 кДж/(кг*К)

 

 


1.8.5 Средняя массовая изобарная теплоемкость газовой смеси

Cpсм=∑m*Cp=0,8715*2,1024+0,0000*1,4975+0,0510*1,3924+

+0,0509*0,9281 +0,0104*1,7993+0,0162*1,0113 = 1,9856 кДж/(кг*К)

 

1.8.6 Средняя изохорная теплоемкость

Cvсм =Сpсм-Rсм=1,9856-0,4806=1,5050 кДж/(кг*К)

 

1.8.7 Политропная теплоемкость газовой смеси

k-показатель адиабаты

k= Cpсм/ Cvсм=1,9856/1,5050 =1,3193

Спсм= Cvсм(n-k)/(n-1)= 1,5050*( 2-(1,3193))/( 2-1)=1,0245 кДж/(кг*К)

 

1.8.8 Термодинамическая работа

LT=Rсм*(T2-T1) /(1-n)= 0,4806*( 190,10-12-273,15)/(1-2)=

=45,681 кДж/кг

1.8.9 Потенциальная работа

Показатель  политропы равен отношению потенциальной  работы к термодинамической работе(n= LП /LT)

LП =n* LT =2*45,681=91,362 кДж/кг

1.8.10 Изменение внутренней энергии процесса

∆U=U2-U1=Cv*(T2-T1)= 1,5050*(190,10-12-273,15)=-143,050 кДж/кг

Информация о работе Исследование термодинамических процессов с идеальными углеводородными смесями и расчет теплообменного аппарата