Задачи для самостоятельного решения

1. Давление рабочего тела на входе в турбину паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, равно 60 бар, температура пара — 800 К. Давление рабочего тела на выходе из турбины 0,1 бар. Определите степень сухости пара, полагая, что расширение в турбине происходит изоэнтропно.

2. В паросиловой установке, работающей по циклу Карно, вода поступает в турбину в состоянии насыщенного пара с давлением 9 МПа, а покидает се с давлением 0,3 бар. Определите удельную работу турбины.

3. Вода нагревается в демонстрационной паровой машине источником теплоты мощностью 300 Вт. Насыщенный пар поступает в цилиндр паровой машины с давлением 1,5 бар, давление отработанного пара — 1 бар. Определите термический КПД и мощность двигателя, если он работает: а) по циклу Карно; б) по циклу Ренкина.

4. Водяной пар в идеальном цикле Ренкина поступает в турбину при температуре 370 °C и давлении 4 МПа. Давление в конденсаторе равно 0,008 МПа. Чему равен термический КПД цикла?

5. Вода поступает в турбину паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, в состоянии перегретого пара (давление 30 бар, температура 500°С). Определите изоэнтропную эффективность турбины, если на выходе турбины вода оказывается в состоянии насыщенного пара с температурой 100 °C. Определите термический КПД установки.

6. Паросиловая установка для утилизации тепловой энергии работает по идеальному циклу Ренкина и генерирует мощность 1 МВт. Рабочим телом является аммиак, который после контакта с источником переходит в состояние насыщенного пара с температурой 29 °C. После прохождения конденсатора аммиак находится в состоянии насыщенной жидкости с температурой 10 °C. Для идеализированного цикла определите термический КПД установки и поток массы аммиака. Изобразите цикл в координатах T—s.

7. Паросиловая установка для утилизации солнечной энергии работает по идеальному циклу Ренкина. Рабочим телом является фреон-134а, который поступает в турбину при давлении 15 бар в состоянии насыщенного пара и покидает турбину сдавлением 7 бар. Определите термический КПД цикла и мощность установки, если поток массы рабочего тела равен 4 кг/с. Изобразите цикл в координатах T—s.

8. Водяной пар в идеальном цикле Ренкина поступает в турбину при температуре 750 К и давлении 50 бар. Давление в конденсаторе равно 0,05 бар. Как изменится термический КПД цикла, если давление в конденсаторе увеличить до 1 бар? Изобразите цикл в координатах давление — объем и температура — энтропия.

9. До какой температуры нужно перегреть пар, чтобы обеспечить степень сухости не меньше 0,95 на выходе из турбины. Давление пара на входе в турбину — 21 бар, на выходе из турбины — 0,8 бар.

10. Рабочим телом в идеальном цикле Ренкина является водяной пар, который попадает в турбину с параметрами: давление — 125 бар, температура — 700 К. На сколько увеличится термический КПД цикла, если понизить давление в конденсаторе с 1 до 0,01 бар. Используйте идеализированную модель процесса.

11. Паросиловая установка работает по идеальному циклу Ренкина. Пар поступает в турбину при давлении 40 бар с температурой 370 °C. Давление в конденсаторе — 0,1 бар. Определите термический КПД цикла. Как изменится термический КПД, если поднять температуру пара на входе в турбину до 600 °C? Как изменится термический КПД, если давление пара на входе в турбину поднять до 120 бар, а температуру — до 600 °C?

12. Рабочим телом в идеальном цикле Ренкина является водяной пар, который попадает в турбину при давлении 80 бар, а из конденсатора вытекает вода при давлении 0,07 бар. Работа, произведенная за цикл, равна 90 МВт. Определите термический КПД цикла, отношение мощностей насоса и турбины, тепловой поток от бойлера к рабочему телу, тепловой поток, уносимый с охлаждающей водой, поток массы рабочего тела.

13. Решите предыдущую задачу, полагая, что изоэнтропная эффективность турбины и насоса равна 0,8.

14. Рабочим телом в идеальном цикле Ренкина является водяной пар, который поступает в турбину первой ступени при давлении 85 бар с температурой 800 К. Пар расширяется в турбине до 8 бар, а затем вновь нагревается до 750 К и поступает в турбину второй ступени, где расширяется до 0,08 бар. Генерируемая за цикл мощность составляет 120 МВт. Определите термический КПД цикла, ноток массы рабочего тела, тепловой поток, отводимый от рабочего тела в конденсаторе.

15. Рабочим телом в идеальном цикле Ренкина является водяной пар, который поступает в турбину первой ступени при давлении 160 бар с температурой 850 К. Давление в конденсаторе равно 0,08 бар. Рассчитайте термический КПД цикла и давление пара на входе второй ступени, если температура пара на входе второй ступени также 850 К, а степень сухости пара на выходе второй ступени должна быть больше 90%.

16. Рабочим телом в идеальном цикле Ренкина является водяной пар. Давление в конденсаторе равно 0,1 бар. Насыщенный пар поступает в турбину при давлении: а) 200 бар; 6) 50 бар. Мощность, генерируемая за цикл, составляет 100 МВт. Определите термический КПД цикла, ноток массы рабочего тела, тепловые потоки, подводимые к рабочему телу при нагреве и отводимые от него при охлаждении. Определите поток массы охлаждающей воды, если вода нагревается в конденсаторе с 15 до 35 °C.

17. Оцените удельную эксергию охлаждающей воды, полагая, что ее температура равна 35 °C, а температура окружающей среды — 20 °C.

18. Мощность турбины паросиловой установки равна 15 МВт. Давление пара на входе в турбину равно 30 бар, температура — 600 К, давление на выходе из турбины — 1 бар, температура воды после конденсатора — 50 °C. Определите, какое количество угля необходимо сжечь в топке за 1 ч, если при сгорании 1 кг угля выделяется 28 МДж тепловой энергии. Примем, что КПД котельной установки равен 50%, а изоэнтропный коэффициент турбины — 80%.

19. Напишите реферат о применении цикла Ренкина для утилизации низконотенциальных источников теплоты (солнечная энергия, гидротермальная энергия, энергия выхлопных газов и т. д.).

20. Напишите реферат об устройствах для нагрева воды.