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:

1.         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:

1.         Уравнение теплового баланса:

2.         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

4.         Расход теплоты на нагрев:

где: - теплоемкость воды.

кВт

Разность большая принимаем

°С

 кВт

кВт

Определяем разность найденных значений теплоты:

Выбранная конечная температура верна: