Кафедра управления инновациями

МИНОБНАУКИ РОССИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Юго-Западный государственный университет»

(ЮЗГУ)

 

 

Кафедра управления инновациями

 

 

УТВЕРЖДАЮ

Первый проректор-

проректор по учебной работе

_____________Е.А.Кудряшов

«_____»_____________2011г.

ТЕПЛОТЕХНИКА

 

Методические указания и задания к контрольной работе

для студентов технических специальностей заочной и сокращенной

форм обучения

 

Курск 2011 г.

УДК 563.7

 

Составители: И.И.Сокол, Л.Е.Кудрявцева, Кувардина Е.М.

 

Рецензент

Доктор технических наук, профессор Н.С.Кобелев.

ТЕПЛОТЕХНИКА: методические указания и задания к контрольной работе для студентов технических специальностей заочной и сокращенной форм обучения / Юго-Зап. гос. ун-т; сост.: И.И. Сокол, Л.Е. Кудрявцева, Е.М. Кувардина. Курск, 2011. 39 с: ил.15, табл.11. Библиогр.: с. 27.

 

 

Содержат задания к контрольной работе по теплотехнике, примеры решения задач, а также необходимый справочный материал в виде таблиц.

Методические указания предназначены для студентов технических специальностей заочной и сокращенной форм обучения.

 

 

Текст печатается в авторской редакции

 

Подписано в печать. Формат 60х84 1/16.

Усл.печ.л. 2,2. Уч.изд.л. 2,0. Тираж 150 экз. Заказ. Бесплатно.

Юго-Западный государственный университет

305040, г. Курск, ул. 50 лет Октября, 94.

Содержание

Общие методические рекомендации 4

Задача № 1 Уравнение состояния идеальных газов 4

Задача № 2 Смеси идеальных газов 5

Задача № 3 Процессы сжатия в компрессоре 6

Задача № 4 Водяной пар 9

Задача № 5 Передача тепла теплопроводностью 11

Задача № 6 Лучистый теплообмен. Экранирование 12

Задача № 7 Сложный теплообмен 13

Задача № 8 Расчет теплообменных аппаратов 15

Задача № 9 Топливо. Основы процесса горения 18

Задача №10 Расчет теоретического цикла двигателя

внутреннего сгорания (ДВС) 20

Контрольные вопросы 25

Литературные источники 27

Приложение 28

Таблица П.1 Физические свойства воздуха при давлении

р=1.013·10⁵ Па 28

Таблица П.2 Физические свойства воды на линии насыщения 29

Таблица П.3 Физические свойства некоторых металлов 30

Таблица П.4 Степень черноты для различных материалов 30

Таблица П.5 Насыщенный водяной пар (по температурам). 31

Таблица П.6 Насыщенный водяной пар (по давлениям). 32

Таблица П.7 Вода и перегретый водяной пар 35

Таблица П.8 Коэффициенты пересчета состава топлива с одной

массы на другую 38

 

 

Общие методические рекомендации

Контрольная работа состоит из 9-ти задач и 4-х вопросов.

Условия задачи и формулировки контрольных вопросов при выполнении контрольной работы переписываются полностью.

Решения задач должны сопровождаться рисунками, краткими пояснениями и расчетами. Следует указывать размерности величин, как в условии задачи, так и в результатах ее решения.

Контрольная работа выполняется самостоятельно и считается зачтенной, если все задачи решены правильно и на контрольные вопросы даны исчерпывающие ответы.

Выбор исходных данных для решения задач и выбор контрольных вопросов осуществляется из соответствующих таблиц по последней и предпоследней цифрам шифра. Шифр соответствует номеру зачётной книжки.

ЗАДАЧА № 1 Уравнение состояния идеальных газов

Определить массовый расход газа (кг/с) при известном объемном расходе V,м³/мин, температуре t^оC и манометрическом давлении Р_м, кПа. Барометрическое давление составляет В=98100 Па.

Таблица 1. Исходные данные к задаче №1.

Последняя цифра шифра	Газ	V, м^3/мин	Предпоследняя цифра шифра	t, ^oC	Рм, кПа
	СО	0,4
	СО2	0,5
	N2	0,6
	Воздух	0,1
	О2	0,5
	СО2	0,4
	СН4	0,2
	Воздух	0,3
	О2	0,4
	N2	0,2

Исходные данные: V=, м³/мин; t=, °С; Р_м=, кПа; газ –

 

Решение

1. Перевод единицы измерения объемного расхода из м³/мин в м³/с

V=V/60, м³/с.

2. Абсолютное давление Р=В+1000×Р_м, Па.

3. Массовый расход газа (из уравнения состояния Р×V=G×R×T)

G=Р×V/(R×T), кг/с,

где R=8314/μ – индивидуальная газовая постоянная, Дж/(кг×К); μ - молекулярная масса газа, кг/кмоль (см. Прилож.,табл. П.1); T=t+273– абсолютная температура газа,К; Р – абсолютное давление газа, Па; V, м³/с – объемный расход газа.

ЗАДАЧА № 2 Смеси идеальных газов

 

Смесь газов, для которой известен объемный состав: находится при давлении Р_см. и температуре t_см.. Определить молекулярную массу смеси и её газовую постоянную, плотность и удельный объем смеси при заданных условиях и при нормальных условиях, а также парциальные давления компонентов смеси.

Таблица 2. Исходные данные к задаче № 2

Посл. цифра шифра	Рсм., мм рт.ст.	tсм., ^оС	Предпосл. цифра шифра	Объемный состав смеси,,%
N2	O2	CO2	H2O

Исходные данные: r_N2= %: r_O2= %: r_CO2= %: r_H2O= %; t_см.= ^оС;

Р_см.= мм рт.ст..

Решение

1. Перевод единицы измерения давления из мм рт. ст. в паскали

Р_см.=Р_см.рт.ст.∙133.3, Па;

2. Кажущаяся молекулярная масса смеси

µ_см.= (µ_N2×r_N2+µ_O2×r_O2+µ_CO2×r_CO2×+µ_H2O×r_H2O, кг/кмоль,

где µ_N2=28, µ_O2=32, µ_CO2=44, µ_H2O=18 – молекулярные массы азота, кислорода, углекислого газа и водяного пара, кг/кмоль; r_N2, r_O2, r_CO2, r_H2O – объемные доли компонентов смеси (в долях единицы).

3. Газовая постоянная смеси R_cм=8314/µ_см,, Дж/(кг×К).

4. Удельный объём смеси (из уравнения состояния Р_см×v_см=R_cмТ_см.) и плотность смеси при заданных условиях v_см=R_cм×_×Т_см./Р_см., м³/кг и ρ_см=1/v_cм, кг/м³, где Р_см. – давление смеси, Па, (см.п.1); Т_см.=t_см.+273, К – абсолютная температура смеси.

5. Удельный объём смеси и плотность смеси при нормальных условиях v_см.0=R_cм×Т_см.0 /Р_см.0, м³/кг; и ρ_см.0=1/v_cм.0, кг/м³,

где Р_см.0=1,013×10⁵, Па и Т_см.0=273, К – соответственно, давление смеси и ее абсолютная температура при нормальных условиях.

6. Парциальные давления компонентов смеси

Р_N2=Р_см×r_N2,, Па; Р_О2=Р_см×r_О2, Па; Р_СО2=Р_см×r_CО2, Па;

Р_Н2О=Р_см.×r_Н2О, Па,

где r_N2, r_O2, r_CO2, r_H2O – объемные доли компонентов смеси (в долях единицы).

ЗАДАЧА № 3 Процессы сжатия в компрессоре

Поршневой 2-х ступенчатый компрессор производительностью V м³/мин засасывает атмосферный воздух при температуре t₁ °С и давлении Р₁ бар и сжимает его до конечного давления Р_к бар. Процессы сжатия в компрессоре адиабатные.

Определить: 1) давления воздуха по ступеням; 2) температуру воздуха в конце сжатия; 3) теоретическую мощность привода компрессора; 4) количество теплоты, отведенное от воздуха в промежуточных холодильниках 1-ой и 2- ступеней; 5) расход воды на охлаждение, если ее температура повышается на ∆t^оС.

Как изменятся температура и, соответственно, работа и расход воды на охлаждение, если сжатие будет происходить в одну ступень до того же конечного давления Р_к?

Представить схему 2-х ступенчатого компрессора и процессы сжатия в Р-v и Т–s координатах.

Таблица 3. Исходные данные к задаче № 3

Последняя цифра шифра	Р1, бар	t1, ^оC	Предпосл, цифра шифра	V, м^3/мин	Рк, бар	∆t, ^оC
	1,0			3,0
	0,8			10,0
	0,9			8,5
	0,98			3,5
	1,00			10,0
	0,89			4,0
	0,90			4,5
	1,00			9,0
	1,00			6,0
	0,98			10,0

Исходные данные: Р₁= бар; Р_к= бар; t₁= ^оC; V₁= м³/мин; ∆t= ^оC

Решение

Изображаем схему 2-х ступенчатого компрессора (см. рис.1) и процессы сжатия в Р-v и T-s координатах (см. рис.2).

1. Массовая производительность компрессора G=V×r/60=, кг/с,

где V=, м³/мин – объемная производительность компрессора; ρ=Р₁/(R×Т₁)=, кг/м³ - плотность воздуха на входе в компрессор;

Т₁=273+t₁=,К, Р₁=,Па (1 бар=10⁵ Па).

2. Расчет работы компрессора в две ступени

1) Степень увеличения давления по ступеням l=(Р_к/Р₁)^0,5,

где Р_к и Р₁, бар – соответственно, конечное давление сжатия и давление при всасывании.

2) Давления по ступеням: 1-я ступень: давление воздуха на входе Р₁=, бар, на выходе Р₂ =Р₁·l, бар; 2-я ступень: давление воздуха на входе Р₂=, бар, на выходе из цилиндра Р_к …,бар.

3) Температура воздуха в конце сжатия. Т₂=Т₁l^(k-1)/k=, К;

t₂=T₂–273, ^оС,

где Т₁, К, (см.п.1); k=1,4 – показатель адиабаты для воздуха.

4) Теоретическая работа привода компрессора 1-й ступени

ℓ _aд =k×RT₁[l^(k-1)/k-1]/(k-1), Дж/кг,

где R=287 Дж/(кг∙К)–индивидуальная газовая постоянная для воздуха.

5) Работа 2-х ступенчатого компрессора (на рис 2а удельная работа 2-х ступенчатого компрессора представлена в виде площади а-1-2-3-4-с-b-а)

ℓ_к= ℓ_ад ×z, Дж/кг,

где z=2 - число ступеней.

6) Мощность привода компрессора N=G×ℓ_к, Вт,

где G - производительность компрессора, кг/с (см. п.1).

7) Количество теплоты, отводимое от воздуха в холодильниках 1-й и 2-й ступеней.

Исходя из условий многоступенчатого сжатия, теплоты, отводимые от воздуха в каждом из холодильников будут одинаковые, т.е. Q_{хол 1}= Q_{хол 2}, и общее количество отведенного тепла

Q_хол=z×Q_{хол 1}=z×G×с_р×(t₂- t₁), Вт,

где z=2 - число холодильников; с_р=1005 Дж/(кг∙К) - теплоемкость воздуха,; t₂ и t₁, ^оС - температуры воздуха на входе в холодильники и на выходе из них, соответственно.

8) Расход воды на охлаждение воздуха в холодильниках 1-й и 2-й ступеней G_в=Q_хол /(с_в×∆t), кг/с,

где Q_хол - количество теплоты, которое забирает вода от воздуха в холодильниках; с_в=4186 Дж/(кг∙К) - теплоемкость воды. ∆t, ^оС -увеличение температуры воды при прохождении ее через холодильник (см. задание).

3. Расчет компрессора, в котором сжатие происходит в одну ступень до того же конечного давления Р_к.

На рис.2 процесс сжатия воздуха в одну ступень изображается линией 1- 2^*.

1) Степень увеличения давления l^*=Р_к/Р₁,

где Р_к и Р₁, бар – соответственно, конечное давление сжатия и давление всасывания.

2) Температура воздуха в конце сжатия. Т₂^*=Т₁l^*(k-1)/k, К;

t₂^*=T₂^*–273, ^оС,

где Т₁, К, (см.п.1); k=1,4 – показатель адиабаты для воздуха.

3) Теоретическая работа привода компрессора

ℓ_к^*=k×RT₁[l^*(k-1)/k-1]/(k-1), Дж/кг,

4) Мощность привода компрессора. N^*=G×ℓ_к^*, Вт,

где G, кг/с - производительность компрессора.

5) Количество теплоты, отводимое от воздуха в холодильнике

Q_хол^*= G×с_р×(t₂^*-t₁), Вт,

где G, кг/с - производительность компрессора; с_р=1005 Дж/(кг∙К) - теплоемкость воздуха, t₂^*и t₁, ^оС - температуры воздуха на входе в холодильник и на выходе из него, соответственно.

6) Расход воды на охлаждение воздуха в холодильнике

G_в^*=Q_хол^*/(с_в∆t), кг/с,

где Q_хол^* - количество теплоты, которое забирает вода от воздуха в холодильнике; с_в=4186 Дж/(кг×К) - теплоемкость воды. ∆t, ^оС -увеличение температуры воды при прохождении ее через холодильник (см. задание).

Полученные результаты представить в виде сравнительных данных.

Сравнительные данные

Наименование величины	2-х ступенчатое сжатие	Одноступенчатое сжатие до давления Рк
Температура в конце сжатия, °С	t2=	t2^*=
Теоретическая мощность привода компрессора, Вт	N=	N^*=
Расход воды на охлаждение, кг/с	Gв=	G^*в=

Из таблицы видно, что работа компрессора в две ступени по всем показателям экономичнее, чем при работе компрессора в одну ступень.

 

Решение

Состояние влажного пара — в h-s диаграмме (рис. 3) находим изобару Р₁ и на пересечении ее с линией сухости х₁ определяем точку, соответствующую состоянию влажного пара – точку 1.

Точка 4 – тожесостояние влажного пара, определяется аналогично, давлением Р₂ и линией сухости х₄ .

Состояние сухого насыщенного пара можно задать двумя способами:

1) если пар задан давлением, то его состояние находится путём пересечения изобары Р₁ с верхней пограничной кривой (х=1) – точка 2. Процесс 1-2 – процесс подсушки пара. В данном процессе пар в пароперегревателе из влажного насыщенного переходит в сухой насыщенный.

2) если пар задан температурой, то его состояние находится путём пересечении изотермы t₁ с верхней пограничной кривой (х=1) – точка 2. Температуры в т.т. 1 и 2 одинаковые и равняются температуре насыщения при давлении Р₁, т.е t₁=t₂=t_н1.

Состояние перегретого пара находится путём пересечения изобары Р₁ с изотермой t₃.- точка 3. Процесс 2-3 – процесс перегрева пара относительно температуры насыщения t_н1, осуществляется также в пароперегревателе.

Процесс 3-4 — адиабатное расширение пара от давления Р₁ до давления Р₂. Адиабатный процесс изображается вертикальной линией (s=Const). Температура в т.4 определяется изотермой, проходящей через эту точку.

Через точки 1,2,3,4 проводим основные линии: линии объема v₁, v₂, v₃, v₄; линии энтальпии h₁, h₂, h₃, h₄ и линии энтропии s₁, s₂, s₃, s₄. По h-s диаграмме снимаем показания всех перечисленных параметров.

Параметры состояний пара в т.т. 1, 2, 3 и 4 можно определить и по таблицам воды и водяного пара, (см. таблицы П 5, П 6. П 7).

Таблица 5. Исходные данные к задаче № 5

Последн. цифра шифра	d1, мм	tw1, ^оС	Предпосл цифра шифра	δ 3, мм	tw2, ^оС	Изоляционный материал
Название	λ2=…, Вт/(м×К)
						Совелит	0,0901+0,000087×t
						Новоасбозурит	0,144+0,00014×t
						Диатомит молот.	0,091+0,00028×t
						Вермикулит	0,072+0,000362×t
						Асбослюда	0,120+0,000148×t
						Асботермит	0.109+0,000145×t
						Асбозонолит	0,143+0,00019×t
						Асбозурит	0,1622+0,000169×t
						Диатомит молот.	0,091+0,00028×t
						Шлаковая вата	0,05+0,000145×t

Примечание: 1 Расчетное значение толщины красного кирпича округлить (в сторону увеличения) до величины, кратной 60 мм.

Решение

1) Находим тепловой поток через 3-х слойную плоскую стенку по формуле

q=(t_w1-t_w2)/(d₁/l₁+d₂/l₂+d₃/l₃), Вт/м²,

где t_w1, t_w2 – температуры поверхностей стенки, °С;

d₁, d₂, d₃ – толщины слоев, м;

(d₁/l₁+d₂/l₂+d₃/l₃) – сумма термических сопротивлений слоев стенки, м²×К/Вт.

Предварительно определяем коэффициент теплопроводности заданного материала засыпки (см. табл. исходных данных) по формуле l₂,.Вт/(м×К), (формула приводится в таблице), где t=0,5(t_w1+t_w2) – средняя температура слоя засыпки (приблизительно).

2) Если отказаться от слоя засыпки, то стенка станет 2-х слойной (см. рис 5). Обозначения на рисунке оставляем теми же.

Тепловой поток через 2-х слойную стенку:

q=(t_w1- t_w2)/(d₁/l₁+d₃^'/l₃), Вт/м².

Т.к. q и (t_w1- t_w2) по условию задачи остались такими же, то термические сопротивления 3-х слойной и 2-х слойной стенок должны быть одинаковые, т.е.

(d₁/l₁+d₂/l₂+d₃/l₃)=(d₁/l₁+d₃^'/l₃),

отсюда

d₃^'=l₃(d₂/l₂+d₃/l₃),мм.

Округляем эту величину до значения кратного 60.

 

Таблица 6. Исходные данные к задаче №6

Последняя цифра шифра	ε1	ε2	Материал экрана	Предпоследняя цифра шифра	tw1, ^оС	tw2,^оС
	0,5	0,6	Алюминий полиров
	0,55	0,52	Латунь полированная
	0,60	0,70	Хром полированный
	0,52	0,72	Алюминий шероховат.
	0,58	0,74	Латунь прокатная
	0,58	0,74	Хром полированный
	0,70	0,58	Медь полированная
	0,65	0,62	Алюминий шероховат
	0,75	0,73	Латунь полированная
	0,80	0,77	Сталь полированная

Решение

1) Между поверхностями НЕТ экрана, рис.6. Определяем удельный тепловой поток между плоскими поверхностями по формуле:

q_1-2=e_прС₀[(Т_w1/100)⁴-(T_w2/100)⁴], Вт/м²,

где С₀=5,67 Вт/(м²×К⁴) –коэффициент лучеиспускания абсолютно черного тела; e_пр – приведенная степень черноты поверхностей, участвующих в теплообмене.

Для 2-х параллельно расположенных поверхностей приведенная степень черноты определяется по формуле:

e_пр=1/(1/e₁+1/e₂-1)

Подставляем полученное значение e_пр в формулу теплового потока.

2) Между поверхностями расположен ОДИН экран, (рис.7)

При установившихся условиях

q_1-э=q_э-2=q_1-э-2=q_1-2^э,

где q_1-2^э – тепловой поток между 1-ой и 2-ой поверхностями при наличии экрана.

Тепловой поток при наличии экрана

q_1-2^э=e_пр^эС₀[(Т_w1/100)⁴-(T_w2/100)⁴], Вт/м²,

где e_пр^э – приведенная степень черноты поверхностей, участвующих в теплообмене, при наличии между ними экрана (одного или нескольких).

Если число плоских экранов n, приведенную степень черноты e_пр^э считают по формуле

e_пр^э=1/(1/e₁+1/e₂+2·S1/e_i^э-(n+1)).

В данной задаче ОДИН экран, т.е. n=1. Степень черноты экрана e^э выбираем по табл. П 4 (см. приложение)

Вывод: без экрана между поверхностями тепловой поток составляет q_1-2=…. Вт/м²; при наличии одного экрана между поверхностями тепловой поток составляет q_1-2^э=…… Вт/м², т.е. тепловой поток при установке экрана уменьшился в q_1-2/q_1-2^э =…..раз.

А) Тепловые потери за счет свободного движения воздуха у горячей трубы

Конвективная составляющая общих тепловых потерь Q_к определяется по уравнению Ньютона-Рихмана

Q_к=a×(t_w-t_¦)×F, Вт,

где a - коэффициент теплоотдачи при свободном движении воздуха, Вт/(м₂×К); F=pdℓ – поверхность трубы, м².

Коэффициент теплоотдачи для горизонтальной трубы определяется по критериальному уравнению Nu_¦=0,5×(Pr×Gr)_¦^0,25×(Pr_¦/Pr_w)^0,25,

где Nu_¦=a×d/l_f -критерий Нуссельта. Определяющей температурой в критериальном уравнении является температура окружающей среды t_f; определяющим размером – наружный диаметр трубы d, м.

1) Свойства воздуха при температуре t_¦,°C выбираем по таблице теплофизических свойств воздуха, табл. П.1.(см. приложение)

l=….. Вт/(м×К) – коэффициент теплопроводности воздуха;

n=…… м²/с – коэффициент кинематической вязкости воздуха;

Pr_¦=…… – критерий Прандтля для воздуха.

2) Считаем критерий Грасгофа по формуле:

Gr=g×d³×b×Dt /n²,

где b=1/(273+t_¦), 1/К – коэффициент объемного расширения воздуха;

Dt=(t_w-t_¦) - температурный напор, °С; g=9,81 м/с² –ускорение силы тяжести.

3) Отношение Pr_¦/Pr_w для газов равняется 1, т.е. Pr_¦/Pr_w=1.

4) Решаем критериальное уравнение

Nu_¦=0,5×(Pr×Gr)_¦^0,25

5) Находим коэффициент теплоотдачи

a=Nu_¦×l_¦/d, Вт/(м²×К).

6) Определяем тепловые потери за счет свободного движения воздуха

Q_к==a×(t_w-t_¦)×F=…….Вт

Это потери тепла в секунду (Вт=Дж/с).

За сутки потери тепла составят Q_к^сут=Q_к×3600×24×10^-3, кДж.

Б) Тепловые потери за счет излучения определяем по формуле:

Q_л=e_прС_о[(Т_w/100)⁴-(Т_¦/100)⁴]×F, Вт,

где e_пр – приведенная степень черноты.

При условии, что поверхность трубы много меньше поверхности стен в цехе e_пр=e_w.

По таблице П.4 выбираем для заданной поверхности (см.таблицу исходных данных) e_w.

Подставляем исходные данные в формулу Q_л

За сутки потери тепла составят Q_л^сут=Q_л×3600×24×10^-3, кДж.

Решение

По условию задачи выполняем расчетную схему аппарата, рис.9. На расчетной схеме аппарата наносим все известные материальные потоки и их температуры.

Искомая поверхность теплопередачи определяется по формуле:

F=Q/(K×Dt_ср),

где Q - тепловой поток, передаваемый от горячего воздуха к воде, Вт;

К – коэффициент теплопередачи, Вт/(м²×К);

Dt_ср - средняя разность температур между воздухом и водой, °С.

1) Определяем тепловой поток Q из уравнения теплового баланса Q=Q₁=Q₂+Q_пот. ,

где Q₁- тепловой поток, передаваемый воздухом воде, Вт;

Q₂- тепловой поток, который принимает вода, Вт;

Q_пот.- тепловые потери аппаратом в окружающую среду, Вт.

По условию задачи потери тепла составляют 5% от Q₂, т.е. Q_пот.=0,05×Q₂. Окончательно уравнение теплового баланса принимает вид Q=Q₁=1,05Q₂.

Тепловой поток определяем по правой части уравнения теплового баланса:

Q=1,05Q₂=1,05×G₂×c₂×(t₂″-t₂^′), Вт,

где G₂ - расход воды, кг/с, G₂= G₂×1000/3600, кг/с (расход в т/ч переводим в кг/с);

с₂- теплоемкость воды Дж/(кг×К), выбираем по таблице физических свойств воды, табл. П.2, по средней температуре воды t₂=0,5(t₂^′+t₂″),°С.

Подставляем подготовленные величины в уравнение теплового баланса. Коэффициент теплопередачи К определяем по формуле для трехслойной плоской стенки

К=1/(1/a₁+d_м/l_м+d/l+d_н/l_н+1/a₂),

где d и l - толщина стенки трубы (м) и коэффициент теплопроводности материала трубы (Вт/(м×К), соответственно.

По условию задачи размер трубы 38´3, следовательно, толщина трубы d=3мм=0,003 м; теплопроводность материала трубы l, Вт/(м×К), выбираем по табл. П.3. 3). Определяем температурный напор Dt для прямоточной (рис.10) и противоточной (рис.11) схем движения воздуха и воды и поверхность теплопередачи.

Прямоточная схема движения, рис.10.

Находим ^¢большую (Dt_б) и ^′меньшую (Dt_м) разности температур между воздухом и водой на одном конце аппарата и на другом

Dt_б= t₁'- t'₂,°С; Dt_м= t₁''- t₂″,°С;

Составляем отношение Dt_б/Dt_м.

Если Dt_б/Dt_м>2, то средняюю разность температур определяем по формуле:

Dtср_.(прям)=(Dt_б-Dt_м)/ln(Dt_б/Dt_м),°С.

Если Dt_б/Dt_м<2, то средняя разность температур

Dtср_.(прям)=0,5(Dt_б+Dt_м),°С.

Рассчитываем поверхность теплопередачи

F_прям.=Q/(K×Dt_{ср.(прям)}), м².

 

Противоточная схема движения, рис.11.

Находим разности температур между воздухом и водой на одном конце аппарата:

Dt= t₁' - t₂″, °С

и на другом: Dt= t₁''-t'₂,°С;

Определяем которая из них ^′большая разность температур (Dt_б) и которая

^′меньшая разность (Dt_м) и присваиваем соответствующие индексы к выше полученным разностям температур, Dt_б и Dt_м

Составляем отношение Dt_б/Dt_м.. Если Dt_б/Dt_м>2, то средняя разность температур

D_{tср.(против)}=(Dt_б-Dt_м)/ln(Dt_б/Dt_м),°С.

Если Dt_б/Dt_м<2, то средняя разность температур

D_{tср.(против)}=0,5(Dt_б+Dt_м),°С.

Рассчитываем поверхность теплопередачи:

F_{против.}=Q/(K×Dt_{ср.(против)}), м².

Вывод: средняя разность температур при противотоке большесредней разности температур при прямотоке,×т.е. Dt_{ср.(против)}>Dt_{ср.(прям)};

Следовательно, поверхность теплопередачи при противотоке меньше, чем при прямотоке, F_против< F_прям.

 

 

Решение

1. Определяем коэффициент (см.табл.П.9) для пересчета состава массы с горючей массы на рабочую:

К={100-(W ^р+A ^р)}/100

2. Рабочая масса топлива - для этого умножаем на этот коэффициент элементы горючей массы топлива, т.е.

С ^р=С ^г·К; H ^р=H ^г·К; N ^р=N ^г·К; O ^р=O ^г·К; S ^р=S^г_ор+к ·К

Для проверки точности вычислений определяем сумму:

С ^р+ H ^р+ N ^р + O ^р+ S ^р+A ^р+W^p

(Сумма должна быть равна 100%)

3. Низшая теплота сгорания топлива

Q^р_н= 340С ^р+ 1035H ^р- 104(O ^р- S ^р)-25W^p ,^,кДж/кг

4. Объем теоретически необходимого воздуха для сжигания 1-го кг топлива (по массе)

L_т=(2,67С ^р+8 H ^р +S ^р- O ^р)/(100·0,23), кг возд./кг топл.

или расход воздуха по объему V_т= L_т/1,293,м³ возд./кг топл.,

где 1,293-плотность воздуха при нормальных условиях, м³/кг.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

 

Таблица 11. Выбор контрольных вопросов

Последняя цифра шифра	№№ контрольн. вопросов	Предпоследн. цифра шифра	№№ контрольн. вопросов
	1, 11		15, 27
	2, 12		16, 28
	3, 13		17, 29
	4, 14		18, 39
	5, 37		19, 25
	6, 38		20, 30
	7, 32		21, 31
	8, 40		22, 34
	9, 33		23. 35
	10, 26		24. 36

 

1. Теплотехника. Определение, состав.

2. Основные понятия и определения термодинамики: параметры состояния, рабочее тело и т.д. Какие параметры приняты в технической термодинамике за основные?

3. Уравнение состояния идеального газа. Индивидуальная и универсальная газовые постоянные.

4. Что такое массовый и объемный составы смеси идеальных газов и как можно перейти от одного состава к другому?

5. Первый и второй законы термодинамики. Анализ.

6. Основные термодинамические процессы идеальных газов. Их изображение в координатах Р–v и Т–s, анализ.

7. Циклы. Определение. Типы циклов, краткая характеристика.

8. Одно- и многоступенчатое сжатие газа в компрессоре. При каких условиях осуществляется многоступенчатое сжатие? Что дает многоступенчатое сжатие по сравнению с одноступенчатым?

9. Водяной пар. Определение. Виды паров, краткая характеристика каждого из паров? Области расположения этих паров в системе координат h–s.

10. Какой воздух называется влажным? Насыщенный и ненасыщенный воздух. Характеристики влажного воздуха.

11. Основные характеристики влажного воздуха? Как определить эти величины с помощью Н-d диаграммы влажного воздуха, Приведите пример.

12. Какими параметрами можно задать состояние воздуха в Н-d диаграмме влажного воздуха? Покажите на примере.

13. Что такое температура точки росы? Как определить ее с помощью Н-d диаграммы влажного воздуха? Приведите пример.

14. Какими свойствами должны обладать вещества, применяемые в качестве холодильных агентов в парокомпрессионных холодильных установках?

15. Основные понятия тепло- и массообмена. Краткая характеристика 3-х механизмов переноса тепла: теплопроводностью, конвекцией и излучением

16. Температурное поле; одно-, двух- и трехмерное температурные поля; стационарное и нестационарное температурные поля.

17. Передача тепла теплопроводностью. Закон Фурье, коэффициент теплопроводности, его физический смысл, размерность.

18. Передача тепла теплопроводностью через плоскую однослойную и многослойную стенку, термические сопротивления, схема изменения температур по слоям.

19. Передача тепла теплопроводностью через цилиндрическую однослойную стенку, термическое сопротивление, схема изменения температуры в слое.

20. Передача тепла теплопроводностью через цилиндрическую многослойную стенку, термическое сопротивление, схема изменения температур по слоям.

21. Теплообмен излучением. Основные понятия лучистого теплообмена: лучистый тепловой поток, излучательная способность тела. Понятия абсолютно черного, абсолютно белого, абсолютно прозрачного и серого тел.

22. Законы лучистого теплообмена: закон Стефана-Больцмана,

Кирхгофа, Ламберта.

23. Теплообмен излучением между двумя плоскими параллельными поверхностями.

24. Теплообмен излучением между телами, когда одно тело находится внутри другого.

25. Использование экранов для защиты от излучения.

26. Конвективный теплообмен. Основное уравнение конвективного теплообмена (уравнение Ньютона-Рихмана). Коэффициент теплоотдачи, его физический смысл, размерность.

27. Критерии теплового подобия. Критериальные уравнения конвективного теплообмена.

28. Теплоотдача при свободной конвекции в неограниченном пространстве. Режимы свободной конвекции. Критериальное уравнение. Факторы, влияющие на интенсивность теплообмена.

29. Теплоотдача при вынужденном движении теплоносителя внутри трубы. Режимы движения. Критериальные уравнения.

30. Сложный теплообмен.

31. Теплопередача. Физическая сущность процесса. Уравнение теплопередачи, коэффициент теплопередачи.

32. Теплопередача через плоскую однослойную стенку. Уравнение теплопередачи, коэффициент теплопередачи, термическое сопротивление теплопередачи. Схема распределения температур.

33. Теплопередача через плоскую многослойную стенку. Уравнение теплопередачи, коэффициент теплопередачи, термическое сопротивление теплопередачи. Схема распределения температур.

34. Теплообменные аппараты. Классификация.

35. Расчетные уравнения процесса теплопередачи: уравнение теплового баланса и уравнение теплопередачи.

36. Схемы движения теплоносителей в теплообменных аппаратах. Средний температурный напор в теплообменных аппаратах; его определение при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей. Анализ.

37. Топливо. Краткая характеристика отдельных видов топлива.

38. Состав топлива. Состав твердого, жидкого и газообразного топлива.

39. Теплота сгорания топлива.

40. Расчеты процесса горения топлива.

41. Основные признаки классификации д.в.с.

42.Индикаторные диаграммы четырехтактного и двухтактного д.в.с.

43. Карбюратор, его основные функции

44. Мощность двигателя, ее определение по размеру двигателя, числу оборотов, среднему индикаторному значению.

45. Основные требования к топливам карбюраторных и дизельных д.в.с.

 

Литературные источники

1. Теплотехника /Под общ.ред.Баскакова А.П. -3-е изд.,перераб. и доп. М.:ООО «ИД. «БАСТЕТ»», 2010.-328 с.

2. Теплотехника: Учеб. Для вузов /В.Н.Луканин, И.Г.Шатров, Г.М.Камфер и др.; Под ред. В.Н.Луканина. – М.; Высш.шк. 2005.

3.Быстрицкий Г.Ф. Основы энергетики. – М.:ИНФА – М, 2006-278 с.

4. Теплотехника /Под обш.ред.Крутова В.И. М.: Машиностроение, 1986.