Решение задач по теплотехнике

Контрольная работа № 1



Задача 6



До какой температуры будет нагрет углекислый газ  объемом , если сообщить ему теплоту Q при постоянном, абсолютном давлении? Начальная температура газа . Определить объем газа в конце процесса, а также удельные значения изменения внутренней энергии, энтальпии и энтропии в процессе. Теплоемкость принять не зависящей от температуры.

Дано:

 

 МПа

 МПа



Решение:

Определяем температуру конца процесса из формулы для количества теплоты в данном процессе:







где:  объем газа при нормальных условиях 







 - теплоемкость  






 для двухатомного газа







Определяем объем газа в конце процесса:









Определяем работу процесса:









Определяем изменение внутренней энергии процесса:









Определяем изменение энтальпии





 для двухатомного газа






Определяем изменение энтропии









Задача 16



Определить теоретическую скорость адиабатического истечения и массовый расход воздуха из сужающегося сопла площадью выходного сечения ,  если абсолютное давление перед соплом , а давление среды в которую вытекает воздух . Температура воздуха перед соплом . Скорость воздуха на входе в сопло и потерями на трение пренебречь. Будет ли полное расширение в сопле, если при прочих равных условиях давление за соплом понизится до 400 кПа? Как при этом изменится расход и скорость истечения воздуха?

Дано:

 

 МПа

 МПа



Решение:

Записываем уравнение сплошности:







- массовый расход газа кг/с;

 - скорость потока в рассматриваемом сечении м/с.







Так как



   



применяем формулу:





 м/с.

 кг/с



при понижении давление за до 400 кПа







 кг/с



Расход и скорость газа в сопле увеличились

Задача 18



Влажный насыщенный водяной пар с начальным параметром ,  дросселируется до давления . Определить состояние пара в конце процесса дросселирования и его конечные параметры, а также изменение его внутренней энергии и энтропии. Условно изобразить процесс дросселирования на h-s диаграмме.

Дано:









Решение:

Используем для определения конечных параметров h-s диаграмму



Таблица результатов h – s диаграммы

Параметры

Р, МПа

t, К



h кДж/кг

S кДж/кг

1

5

263

0,038

2273

5,9

2

0,3

160

0,48

2273

6,17



Определяем изменение внутренней энергии









Определяем изменение энтропии 






Задача 26



Одноступенчатый поршневой компрессор всасывает воздух в количестве V при давлении и и сжимает его до давления по манометру . Определить секундную работу сжатия и теоретическую мощность привода компрессора для случаев изотермического, адиабатного и политропного процессов (с показателем политропы n = 1,2) сжатия. Определить температуру воздуха в конце адиабатного и политропного сжатия. Сделать вывод по данным процесса.

Дано:



МПа



Решение:

а) Изотермический процесс







Работа изотермического процесса:







Мощность:





Вт



б) Адиабатный  при к = 1,4

Определяем температуру в конце сжатия













Мощность:



Вт



в) Политропный процесс n = 1,2











Мощность:



Вт





Вывод: наибольшей работой сжатия при данных условиях обладает изотермический процесс и соответственно он будет наиболее выгодный.


Контрольная работа № 2



Задача 2



По данным тепловых измерений средний удельный тепловой поток через ограждение изотермического вагона при температуре наружного воздуха и температуру воздуха в вагоне  составил q. На сколько процентов изменится количество тепла, поступающего в вагон за счет теплопередачи через ограждение, если на его поверхность наложить дополнительный слой изоляции из пиатерма толщиной  и с коэффициентом теплопроводности ?

Дано:









Решение:

Определяем из уравнения термическое сопротивление теплопередачи:









Так как в данном примере члены  и  постоянны выразим R 








Если на его поверхность наложить дополнительный слой изоляции из пиатерма, то 







Подставляем:







Таким образом, количество тепла уменьшиться на 







Задача 12



По трубе диаметром мм, течет вода со средней скоростью . Температура трубы на входе в трубу  средняя температура внутренней поверхности трубы . На каком расстоянии от входа температура нагреваемой воды достигнет 

Дано:







Решение:

Средняя разность температур  

Если , тогда



 .





2. Движущая сила процесса теплопередачи:



С



Физические константы нагреваемой жидкости:

 - коэффициент теплопроводности

 - коэффициент теплоемкости

 - кинематический коэффициент вязкости

- динамический коэффициент вязкости 

Определяем среднее значение конвективной передачи использую следующие зависимости:







где:  критерий Рейнольдса 

 - Критерий Прандтля





- коэффициент температуропроводности 



Определяем Нуссельта







Отсюда:  



Удельная тепловая нагрузка со стороны нагреваемой жидкости







Ориентировочная  площадь поверхности теплообмена:







Задаемся коэффициентом теплопередачи из ряда






Из формулы для поверхности теплообмена определяем длину трубы:



м



Задача 19



Определить тепловой поток излучением и конвекцией от боковой поверхности цилиндра диаметром  и длиной , со степенью черноты  в окружающую среду имеющую температуру , если температура поверхности , а коэффициент теплопередачи конвекцией . Каково значение суммарного коэффициента теплопередачи?

Дано:









Решение:

Определяем тепловой поток конвекцией:









Определяем тепловой поток излучением:







- излучательная способность абсолютно черного тела.





Суммарного коэффициента теплопередачи определяется по формуле:









Задача 24



В пароводяном рекуперативном теплообменнике с площадью поверхности F вода нагревается насыщенным паром с абсолютным давлением р. Температура воды на входе , расход ее G = 1 кг/с. Определить конечную температуру нагрева воды , если коэффициент теплопередачи 

Дано:



Р = 0,6 МПа



Решение:

Уравнение теплового баланса:







Определяем температурный напор по формуле:





где  = 1 для прямоточной и противоточной схеме

при давлении Р = 0,5 МПа температура греющего пара 

Предварительно принимаем конечную температуру 



С

С



Если , тогда 





3. Расход теплоты на нагрев: 





 кВт



Расход теплоты на нагрев:







где: - теплоемкость воды.



кВт



Разность большая принимаем 



С



 кВт

кВт



Определяем разность найденных значений теплоты:







Выбранная конечная температура верна: 





15