-->
|
|
|
Ãëàâà 13. Îñíîâû òåðìîäèíàìèêè § 83. Ïðèìåðû ðåøåíèÿ çàäà÷ ïî òåìå: «ÊÏÄ òåïëîâûõ äâèãàòåëåéÄëÿ ðåøåíèÿ çàäà÷ íàäî âîñïîëüçîâàòüñÿ èçâåñòíûìè âûðàæåíèÿìè äëÿ îïðåäåëåíèÿ ÊÏÄ òåïëîâûõ ìàøèí è èìåòü â âèäó, ÷òî âûðàæåíèå (13.17) ñïðàâåäëèâî òîëüêî äëÿ èäåàëüíîé òåïëîâîé ìàøèíû. Çàäà÷à 1.  êîòëå ïàðîâîé ìàøèíû òåìïåðàòóðà 160 °Ñ, à òåìïåðàòóðà õîëîäèëüíèêà 10 °Ñ. Êàêóþ ìàêñèìàëüíóþ ðàáîòó ìîæåò òåîðåòè÷åñêè ñîâåðøèòü ìàøèíà, åñëè â òîïêå, êîýôôèöèåíò ïîëåçíîãî äåéñòâèÿ êîòîðîé 60 %, ñîææ¸í óãîëü ìàññîé 200 êã ñ óäåëüíîé òåïëîòîé ñãîðàíèÿ 2,9 • 107 Äæ/êã? Ð å ø å í è å. Ìàêñèìàëüíóþ ðàáîòó ìîæåò ñîâåðøèòü èäåàëüíàÿ òåïëîâàÿ ìàøèíà, ðàáîòàþùàÿ ïî öèêëó Êàðíî, ÊÏÄ êîòîðîé η = (Ò1 - Ò2)/Ò1, ãäå Ò1 è Ò2 — àáñîëþòíûå òåìïåðàòóðû íàãðåâàòåëÿ è õîëîäèëüíèêà. Äëÿ ëþáîé òåïëîâîé ìàøèíû ÊÏÄ îïðåäåëÿåòñÿ ïî ôîðìóëå η = A/Q1, ãäå À — ðàáîòà, ñîâåðøàåìàÿ òåïëîâîé ìàøèíîé, Q1 — êîëè÷åñòâî òåïëîòû, ïîëó÷åííîé ìàøèíîé îò íàãðåâàòåëÿ. Èç óñëîâèÿ çàäà÷è ÿñíî, ÷òî Q1 — ýòî ÷àñòü êîëè÷åñòâà òåïëîòû, âûäåëèâøåéñÿ ïðè ñãîðàíèè òîïëèâà: Q1 = η1mq. Òîãäà Çàäà÷à 2. Ïàðîâàÿ ìàøèíà ìîùíîñòüþ N = 14,7 êÂò ïîòðåáëÿåò çà 1 ÷ ðàáîòû òîïëèâî ìàññîé m = 8,1 êã, ñ óäåëüíîé òåïëîòîé ñãîðàíèÿ q = 3,3 • 107 Äæ/êã. Òåìïåðàòóðà êîòëà 200 °Ñ, õîëîäèëüíèêà 58 °Ñ. Îïðåäåëèòå ÊÏÄ ýòîé ìàøèíû è ñðàâíèòå åãî ñ ÊÏÄ èäåàëüíîé òåïëîâîé ìàøèíû. Ð å ø å í è å. ÊÏÄ òåïëîâîé ìàøèíû ðàâåí îòíîøåíèþ ñîâåðø¸ííîé ìåõàíè÷åñêîé ðàáîòû À ê çàòðà÷åííîìó êîëè÷åñòâó òåïëîòû Qlt âûäåëÿþùåéñÿ ïðè ñãîðàíèè òîïëèâà. Êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q1 = mq. Ñîâåðø¸ííàÿ çà ýòî æå âðåìÿ ðàáîòà À = Nt. Òàêèì îáðàçîì, η = A/Q1 = Nt/qm = 0,198, èëè η ≈ 20%. Äëÿ èäåàëüíîé òåïëîâîé ìàøèíû
Çàäà÷à 3. Èäåàëüíàÿ òåïëîâàÿ ìàøèíà ñ ÊÏÄ η ðàáîòàåò ïî îáðàòíîìó öèêëó (ðèñ. 13.15). Êàêîå ìàêñèìàëüíîå êîëè÷åñòâî òåïëîòû ìîæíî çàáðàòü îò õîëîäèëüíèêà, ñîâåðøèâ ìåõàíè÷åñêóþ ðàáîòó À? Ð å ø å í è å. Ïîñêîëüêó õîëîäèëüíàÿ ìàøèíà ðàáîòàåò ïî îáðàòíîìó öèêëó, òî äëÿ ïåðåõîäà òåïëà îò ìåíåå íàãðåòîãî òåëà ê áîëåå íàãðåòîìó íåîáõîäèìî, ÷òîáû âíåøíèå ñèëû ñîâåðøèëè ïîëîæèòåëüíóþ ðàáîòó. Ïðèíöèïèàëüíàÿ ñõåìà õîëîäèëüíîé ìàøèíû: îò õîëîäèëüíèêà îòáèðàåòñÿ êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q2, âíåøíèìè ñèëàìè ñîâåðøàåòñÿ ðàáîòà è íàãðåâàòåëþ ïåðåäà¸òñÿ êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q1. Ñëåäîâàòåëüíî, Îêîí÷àòåëüíî Q2 = (A/η)(1 - η). Çàäà÷è äëÿ ñàìîñòîÿòåëüíîãî ðåøåíèÿ 1. Êàêîé äîëæíà áûòü òåìïåðàòóðà íàãðåâàòåëÿ, äëÿ òîãî ÷òîáû ñòàëî âîçìîæíûì äîñòèæåíèå çíà÷åíèÿ ÊÏÄ òåïëîâîé ìàøèíû 80 %, åñëè òåìïåðàòóðà õîëîäèëüíèêà 27 °Ñ? 2.  ïðîöåññå ðàáîòû òåïëîâîé ìàøèíû çà íåêîòîðîå âðåìÿ ðàáî÷èì òåëîì áûëî ïîëó÷åíî îò íàãðåâàòåëÿ êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q1 = 1,5 • 106 Äæ, ïåðåäàíî õîëîäèëüíèêó êîëè÷åñòâî òåïëîòû Q2 = -1,2 • 106 Äæ. Âû÷èñëèòå ÊÏÄ ìàøèíû è ñðàâíèòå åãî ñ ìàêñèìàëüíî âîçìîæíûì ÊÏÄ, åñëè òåìïåðàòóðû íàãðåâàòåëÿ è õîëîäèëüíèêà ñîîòâåòñòâåííî ðàâíû 250 °Ñ è 30 °Ñ. 3.  ïàðîâîé òóðáèíå äëÿ ïîëó÷åíèÿ ïàðà ñ òåìïåðàòóðîé 250 °Ñ ñæèãàþò äèçåëüíîå òîïëèâî ìàññîé 0,35 êã. Ïðè ýòîì ïàð ñîâåðøàåò ðàáîòó 1 êÂò • ÷. Òåìïåðàòóðà õîëîäèëüíèêà 30 °Ñ. Âû÷èñëèòå ÊÏÄ òóðáèíû. Óäåëüíàÿ òåïëîòà ñãîðàíèÿ äèçåëüíîãî òîïëèâà 42 ÌÄæ/êã. 4.  öèëèíäðå íàõîäèòñÿ ãàç, äëÿ íàãðåâàíèÿ êîòîðîãî ñæèãàþò íåôòü ìàññîé 2 êã ñ óäåëüíîé òåïëîòîé ñãîðàíèÿ 4,3 • 107 Äæ/êã. Ðàñøèðÿÿñü, ãàç ñîâåðøàåò ðàáîòó 10 êÂò • ÷. Íà ñêîëüêî èçìåíèëàñü âíóòðåííÿÿ ýíåðãèÿ ãàçà? ×åìó ðàâåí ÊÏÄ óñòàíîâêè? 5. Äâèãàòåëü àâòîìîáèëÿ ðàçâèâàåò ìîùíîñòü 25 êÂò. Îïðåäåëèòå ÊÏÄ äâèãàòåëÿ, åñëè ïðè ñêîðîñòè 60 êì/÷ îí ïîòðåáëÿåò 12 ë áåíçèíà íà 100 êì ïóòè. Ïëîòíîñòü áåíçèíà 700 êã/ì3. Ïðè ñãîðàíèè 1 êã áåíçèíà âûäåëÿåòñÿ êîëè÷åñòâî òåïëîòû, ðàâíîå 4,5 • 107 Äæ. Ïîâòîðèòå ìàòåðèàë ãëàâû 13 ïî ñëåäóþùåìó ïëàíó1. Âûïèøèòå îñíîâíûå ïîíÿòèÿ è ôèçè÷åñêèå âåëè÷èíû è äàéòå èì îïðåäåëåíèå. 2. Ñôîðìóëèðóéòå çàêîíû è çàïèøèòå îñíîâíûå ôîðìóëû. 3. Óêàæèòå åäèíèöû ôèçè÷åñêèõ âåëè÷èí è èõ âûðàæåíèå ÷åðåç îñíîâíûå åäèíèöû ÑÈ. 4. Îïèøèòå îñíîâíûå îïûòû, ïîäòâåðæäàþùèå ñïðàâåäëèâîñòü çàêîíîâ.
|
|
|