ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƢỜNG ĐH BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ – BỘ MƠN CƠNG NGHỆ NHIỆT LẠNH GV đề ĐỀ THI CUỐI KỲ LỚP CHÍNH QUY HỌC KỲ I – NĂM HỌC (2012-2013) Môn: Thời gian: Ngày thi: TS Trần Văn Hưng Tuabin nƣớc tuabin khí 90’ 20/12/2012 - Ghi chú: Sinh viên sử dụng tài liệu Bài (2 điểm) Vẽ sơ đồ chèn trục tuabin hệ thống nhiệt điện môn Công nghệ nhiệt lạnh Mô tả hoạt động hệ thống chèn trục Bài (2,5 điểm) Răng chèn chèn lắt léo có cấu trúc hình vẽ Thơng số trước chèn p1=16 bar, t1=300 oC, áp suất sau chèn p2=5 bar Tính số lượng chèn để lưu lượng qua chèn không 0,6 kg/s Biết dch=0,36 m, Δ=0,25 mm, =0,5 mm Lƣu ý: Cần xét hai trường hợp: dòng chảy khe chèn cuối dòng âm dòng chảy khe chèn cuối dòng âm Bài (2 điểm) Tuabin đối áp điều chỉnh công suất tiết lưu làm việc với thông số p0=30 bar, t0=350 oC Áp suất đối áp (không đổi) pz=6 bar Ở chế độ vận hành non tải, thông số sau van điều chỉnh pv =20 bar Tính hệ số tiết lưu nước van điều chỉnh hiệu suất tương đối tuabin trường hợp Biết hiệu suất tương đối tuabin không xét đến tiết lưu van điều chỉnh oi* 0,75 Bài (3,5 điểm) Chu trình thiết bị tuabin khí có thiết bị hồi nhiệt (để gia nhiệt khơng khí nén trước buồng đốt) làm việc với thông số sau: Thông số khơng khí ngồi trời t1=25 oC p1=1 bar, tỷ số nén máy nén ε=10,5, nhiệt độ khí trước tuabin t3=1050 oC , độ hồi nhiệt (hiệu suất hồi nhiệt) R=0,75, Các tổn thất áp suất: tổn thất buồng đốt Δp2/p2=0,03, tổn thất đường xả khí Δp3/p1=0,01, bỏ qua tổn thất đầu hút máy nén hồi nhiệt Hiệu suất máy nén k=0,82 tuabin oi=0,80; lưu lượng không qua máy nén G=12 kg/s; cp=1 kJ/(kgK); k=1,4 Tính cơng có ích thiết bị So sánh hiệu suất nhiệt chu trình với chu trình có thơng số khơng có hồi nhiệt Bài (2,5 điểm) =5/16=0,3125, p1=16 bar, t1=300 oC từ bảng nhiệt ta có v1=0,1585 kg/m3, từ đồ thị 5.10 ta có =0,75 (răng chèn loại b, với /Δ=2), F=𝜋.dch.=3,1416*0,36*0,5*10^-3=0,000565 m2 (0,5 điểm) Nếu dòng chảy khe chèn cuối dòng dƣới âm Số chèn z phải thỏa mãn hai điều kiện sau: th 0,82 z 1, 25 0,82 z 1, 25 3,125 z > 5,64 z=6 G F p12 p22 0,6 p1v1 z (1,0 điểm) z ≥4,56 Nếu dòng chảy khe chèn cuối dòng âm th 0,82 z 1, 25 z≤5,635 z=4 G F p1 0,6 v1 z 1, 25 z ≥ 3,79 Đáp số zmin=4 (1,0 điểm) Bài (2 điểm) p0=30 bar, t0=350 oC pz=6 bar, sz=s0=6,735 kJ/kgK i0=3111 kJ/kg, s0=6,735 kJ/kgK iz=2744,57 kJ/kg H0=(i0-iZ)=3111-2744,57=366,43 kJ/kg (0,75 điểm) pv=20 bar, iv=i0=3111 kJ/kg sv=6,9106 kJ/kgK pzv= pz= bar, szv= sv =6,9106 kJ/kgK izv= 2824,47 kJ/kg H 0* =(iv-izv)=3111-2824,47=286,53 kJ/kg (0,75 điểm) tl= H 0* /H0= 286,53/366,43=0,782 (0,25 điểm) oi oi* tl =0,782*0,75=0,586 (0,25điểm) Bài (3,5điểm) Quá trình nén Qúa trình nén lý tƣởng: T2' T1. ( k 1)/ k (25 273,15).10,5(1,41)/1,4 583,72K Qúa trình nén thực: T2 T1 T2' T1 k 298,15 (583,72 298,15) / 0,82 646,41K (0, 50 điểm) Quá trình giản nở tuabin Tỷ số giản nở khí tuabin: T p3 p2 p2 p2 (1 p2 / p2 ) (1 0,03) 10,5 10,084 p4 p1 p3 p1 (1 p3 / p1 ) (1 0,01) Qúa trình giản nở lý tƣởng: T4' T3 / ( k 1)/ k (1050 273,15) / 10,084(1,41)/1,4 683,69 K Qúa trình giản nở thực: T4 T3 oi (T3 T4' ) 1323,15 0,8(1325,15 683,69) 811,59 K (0,75 điểm) Cơng có ích L1= GCp[(T3-T4)-(T2-T1)]=12.1.[(1323,15-811,59)-(646,41-298,15)]=1959,6 kW(0,50 điểm) Nhiệt độ khơng khí khỏi hồi nhiệt T2'' T2 T '' , =T2+R(T4- T2)= 646,41+0,75(811,59-646,41) = 770,30K (0,50 điểm) R T4 T2 Nhiệt lượng cần cung cấp buồng đốt Khi khơng có hồi nhiệt Q1= GCp(T3-T2)=12.1.(1323,15-646,41)=8120,88 kW Khi có hồi nhiệt '' Q1' = GCp(T3- T2 )=12.1.(1323,15-770,30)=6634,20 kW (0,75 điểm) Hiệu suất nhiệt chu trình Khi khơng có hồi nhiệt t=L1/ Q1=1959,6/8120,88.100=24,13% Khi có hồi nhiệt t, =L1/Q1' =1959,6/6634,20.100=29,54% (0,50 điểm) ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƢỜNG ĐH BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ – BỘ MƠN CƠNG NGHỆ NHIỆT LẠNH GV đề ĐỀ THI GIỮA KỲ LỚP CHÍNH QUY HỌC KỲ I – NĂM HỌC (2012-2013) Môn: Thời gian: Ngày thi: TS Trần Văn Hưng Tuabin nƣớc tuabin khí 45’ 08/10/2012 - Ghi chú: Sinh viên sử dụng tài liệu Bài (4.5 điểm) Ống phun Laval làm việc với thông số trước ống phun p0 =25 bar, t0=450 oC, vận tốc ban đầu c0=200 m/s, áp suất sau ống phun p1=6 bar - Xác định tốc độ tới hạn, tốc độ dòng biết hệ số tốc độ φ=0,95 - Vẽ trình giản nở ống phun giản đồ i-s Ghi chú: Các thông số nước trạng thái hãm trạng thái tới hạn tra từ giản đồ i-s Bài (5.5 điểm) Tầng xung lực túy (ρ=0) có thơng số sau: - Áp suất trước tầng p0=16 bar, nhiệt độ t0=350oC, tốc độ c0=90 m/s - Áp suất sau tầng p2=10 bar Dựng tam giác tốc độ, xác định tốc độ tương đối (w2), tốc độ tuyệt đối (c2), góc (α2) dòng khỏi tầng Biết: - Góc dòng khỏi ống phun α1=13o; - Góc tương đối dòng khỏi cánh động góc vào (β1=β2); - Các hệ số tốc độ φ=0,95, ψ=0,86; - Tỷ số tốc độ vòng đường kính trung bình tốc độ khỏi ống phun x1=0,44; - Hệ số sử dụng tốc độ vào „0=1 ĐÁP ÁN Bài p0=25 bar, t0=450 oC i0=3350 kJ/kg, s0=7,181 kJ/kg.độ p1=6 bar, s1= s0=7,181 i1t=2957,15 kJ/kg 1đ h0= i0- i1t=3350-2957,15=392,85 kJ/kg c1 2.h0 c02 0,95 2.392,85.1000 2002 863,25 m/s i0 i0 c02 3350 0.5đ 2002 3370 kJ/kg 2.1000 i0 3370 kJ/kg , s0 s0=7,181 kJ/kg.độ p0 26,5 bar , 0.5đ pth th p0 0,5457.26,5 14,46 bar pth 14,46 , sth =s0=7,181 kJ/kg.độ itht=3198 kJ/kg ho,th= i0-itht= 3350-3198=152 kJ/kg 1đ cth 2.h0th c02 0,95 2.152.1000 2002 557.19 m/s 0.5đ c12 863, 252 z 1 1 40253J /kg 40, 253 kJ/kg 2 0,95 cth2 557,192 zth 1 1 16777 J / kg 16,777 kJ/kg 2 0,95 Vẽ trình giản nở ống phun giản đồ i-s 1đ Bài p0=16 bar, t0=350oC i0=3142 kJ/kg, s0=7,063 kJ/kg.độ p2=10 bar, s2= s0=7,063 kJ/kg.độ i2=3021,04 kJ/kg h0= i0- i2=3142-3021,04=120,96 kJ/kg.độ 1đ c1 2.h0 c02 0,95 2.120,96.1000 902 475,02 m/s 0,5đ c1a=c1sinα1=475,02.sin130=106, 86 m/s c1u=c1cosα1=475,02.cos130=462,85 m/s u=x1.c1=0,44 475,02 =209 m/s c1a 106,86 o arctg 22,83 c u 462,02 209 1u 1 arctg w1 1đ c1a 106,86 275, 40 m/s sin 1 sin 22,83 w2=ψ.w1=0,86.275,40=236,84 m/s 0,5đ β2= β1=22.83o c2a=w2sinβ2=236,84.sin22,830=91,89 m/s c2u=w2cosβ2-u=236,84 cos22,830-209=9,29 m/s c2 c22a c22u 91,892 9,292 92,36m / s c2 a 91,89 o arctg 83,84 9,92 c2u 1đ arctg 0,5đ Dựng tam giác tốc độ 1đ