Podklady ke cvičením

onci expanze.
Jakou objemovou a tlakovou (technickou) práci vzduch vykonal?
Expanzi zakreslete do p–V a T-s diagramů.
C – Vratné stavové změny ideálního plynu v uzavřené termodynamické soustavě

Příklad D1:
Ventilátorem o výkonu je do potrubí vzduchotechnického zařízení výškové budovy nasáván vzduch. Hmotnostní tok nasávaného vzduchu je . V místě 1, za vstupním filtrem, má vzduch rychlost uation.3 a teplotu . V místě 2, které je nad vstupním filtrem, je rychlost vzduchu a teplota vzduchu . V potrubí mezi místy 1 a 2 je umístěn průtokový ohřívač. Vzhledem k dobré izolaci nedochází v potrubí k tepelným ztrátám. Proudění vzduchu je stacionární. Vzduch považujte za ideální plyn (, ).
Úkoly:
Jaký tepelný tok je dodáván vzduchu v ohřívači?
Jak se změní výsledek, když se při výpočtu tepelného toku zanedbá změna kinetické a potenciální energie?
Příklad D2:
Kompresor adiabaticky stlačuje vzduchu z tlaku na tlak . Teplota vzduchu na vstupu do kompresoru je a na výstupu . Vzduch považujte za ideální plyn (). Rozdíly kinetických a potenciálních energií proudu vzduchu před a za kompresorem zanedbejte.
a) Jaký výkon je předáván stlačovanému vzduchu kompresorem?
b)Jaký výkon kompresoru by postačoval, kdyby popsaná adiabatická komprese vzduchu byla ideální tedy izoentropická?
c) Jaká je termodynamická účinnost komprese?
d)Jak se při kompresi změní měrná entropie vzduchu?
Příklad D3:
Do směšovací komory vtéká plynného kyslíku o teplotě 30°C a hélia o teplotě 42°C. Plyny se mísí při konstantním tlaku. Rozdíly v rychlostech a potenciálních energiích jednotlivých proudů plynů jsou zanedbatelné. Všechny plyny považujte za ideální plyn.
Jaká je teplota výsledné směsi?
Jaké množství entropie je produkováno při tomto nevratném procesu?
D – Stavové změny ideálního plynu v otevřené termodynamické soustavě

Příklad E1:
Na obrázku je zakreslen porovnávací diagram pístového motoru. Jsou známi hodnoty tlaku a teploty ve všech významných bodech pracovního cyklu (viz. tabulka). Zdvihový objem motoru je . Pracovním médiem je vzduch (Equation.3 ,). Všechny stavové změny vyznačené v diagramu jsou vratné. Vzduch považujte za ideální plyn.

1
2
3
4
5
p [MPa]
0,1
2,17
3,4
3,4
0,22
T [K]
300
722,5
1132
1450
664,5
Úkoly:
Pojmenujte porovnávací oběh motoru.
Jaký je kompresní poměr?
Jaká je termická účinnost oběhu?
Jaký je výkon motoru při 6000ot.min-1 (3000 pracovních cyklech za minutu)?
Příklad E2:
Průběh pracovního cyklu pístového motoru lze nahradit Dieselovým porovnávacím oběhem s rozsahem teplot (20 ÷ 1100)°C a tlaků (0,1 ÷ 0,8)MPa. Pracovním médiem je vzduch (,). Vzduch považujte za ideální plyn.
Úkoly:
Zakreslete porovnávací oběh motoru.
Jaký je kompresní poměr?
Jaká je termická účinnost oběhu?
Příklad E3:
Porovnávací oběh pístového motoru lze popsat následovně: Před izoentropickou kompresí je teplota pracovní látky 20°C a tlak 0,1MPa. Kompresní poměr je 9, tlakový poměr 2 a plnění (izobar. kompresní poměr) 1. Zakreslete tento oběh do p-v a T-s diagramů. Jak se takový oběh nazývá?
Příklad E4:
Rovnotlakou turbínou (spalovací plynovou turbínou) proteče 2,4kg/s vzduchu (, ). Na obrázku je zakreslen porovnávací oběh turbíny. Jsou známi hodnoty tlaku a teploty ve všech významných bodech tohoto oběhu (viz. tabulka). Všechny stavové změny vyznačené v diagramu jsou vratné. Vzduch považujte za ideální plyn.

1
2
3
4
p [MPa]
0,1
0,8
0,8
0,1
T [K]
293,15
531
1223,15
675,2
Úkoly:
a)Jak se tento porovnávací oběh nazývá?
b)Jaká je teplota nasávaného vzduchu?
c)Jaký je tlak ve spalovací komoře?
d)Jaká je teplota vzduchu na výstupu z kompresoru?
e)Jaká je teplota vzduchu na výstupu z turbíny?
f)Jaký výkon má tato spalovací turbína?
Příklad E5:
Určete účinnost Carnotova oběhu pracujícího v rozmezí teplot . Jaký chladicí faktor by měl obrácený Carnotův oběh se stejným rozsahem teplot? Obě varianty zakreslete do p-v a T-s diagramů.
Příklad E6:
Pracovním médiem chladicího stroje je hélium (He, ). Porovnávacím oběhem tohoto stroje je obrácený Ericssonův (Braytonův) cyklus s rozsahem tlaků (0,2 ÷ 0,8)MPa. Teplota hélia před adiabatickou kompresí je a před adiabatickou expanzí . Hmotnostní tok hélia je .
Úkoly:
a)Zakreslete oběh do p-v a T-s diagramů.
b)Určete chladicí faktor.
c)Jaký technický výkon spotřebovává chladicí stroj při svém provozu?
E – Oběhy tepelných strojů s ideálním plynem

Příklad F1:
Pára o tlaku 1,5 MPa a suchosti 0,94 se škrtí na tlak 0,6 MPa. Určete stav páry po škrcení a na jaký tlak by ji bylo třeba seškrtit, aby vznikla pára sytá. Určete teploty ve všech třech bodech. Uvažujte 1 kg páry. Změnu zakreslete do h-s diagramu.
D:p1 = 1,5 MPax1 = 0,94p2 = 0,6 MPa
U:x2, p3, t1, t2, t3
Příklad F2:
V turbíně expanduje přehřátá vodní pára o tlaku 0,7 MPa a teplotě 270 (C na tlak 0,06 MPa. Určete technickou práci, kterou vykoná 1 kg páry, stav po expanzi a přírůstek entropie, jestliže termodynamická účinnost je 86 %.
D:p1 = 0,7 MPat1 = 270 °Cp2 = 0,06 MPa (td = 0,86
U:wt12, x2,
Příklad F3:
Parní elektrárna pracuje podle Rankineova cyklu. Vodní pára má na vstupu do turbíny tlak 10MPa a teplotu 525 °C. V kondenzátoru je tlak 4kPa. Hmotnostní tok páry je 350kg/s.
a)Nakreslete schéma oběhu v T – s diagramu.
b)Jaká je teplota v kondenzátoru?
c)Jaká je suchost páry na vstupu do kondenzátoru?
d)Jaká je termická účinnost oběhu?
e)Jaký je výkon elektrárny?
F – Vodní pára