Теплотехника МСХ раздел 2

в начало

ТАБЛИЦА С ИСХОДНЫМИ ДАННЫМИ ДЛЯ ВАРИАНТОВ.

Готовые работы

Задачи
1. 0,3 м3 воздуха смешиваются с 0,5 кг углекислого газа. Оба газа до смешения имели параметры р и t. Определить парциальное давление углекислого газа после смешения.

2. Температура комнаты была t1. После того как печь натопили, температура в комнате поднялась до t2 . Объем комнаты V= 50 м3, давление в ней Р = 97 кПа. Насколько изменилась масса воздуха, находящегося в комнате? Молярная масса воздуха μ=29 г/моль.

3. Баллон с гелием при давлении P1 и температуре t1 имеет массу M1=21 кг, а при давлении P2 и той же температуре массу М2 = 20 кг. Какую массу гелия содержит баллон при давлении P= 1,5*107 Па и температуре t= 27 °С?

4. Баллон, содержащий азот при давлении Р1 и температуре t1, имеет массу m1= 97 кг. Когда часть азота была израсходована так, что при температуре t2= -3º С давление в баллоне стало равным Р2, масса баллона с азотом стала равной m2= 93,5 кг. Какое количество азота осталось в баллоне?

5. На РТ - диаграмме изображен замкнутый процесс, который совершает некоторая масса кислорода (рис.1). Известно, что максимальный объем, который занимал газ в этом процессе, Vmax=16,4 дм3. Определить массу газа и его объем в точке 1. Значения T1, Т2, P1 и Р2 указаны на рисунке.

6. На VТ-диаграмме изображен замкнутый процесс, который совершает некоторая масса азота (рис.2). Известно, что минимальное давление газа в этом процессе Pmin=3*105 Па. Определить массу газа и его давление в точке 1. Значения T1, T2, V1 и V2 указаны на рисунке.

7. Некоторая масса газа занимает объем V1 при давлении p1 и температуре T1. Затем газ при постоянном объеме нагревают до температуры T2= 2T1; после этого происходит расширение газа при постоянном давлении до объема V2= 4V1. Из получившегося состояния газ возвращают в начальное (Р1 ,V1 ,T1), причем так, что во время этого процесса PVn = const. Определить показатель степени п.

8. 4 кг воздуха с начальным давлением р1 и начальной температурой t1 расширяется адиабатно до конечного давления р2. Определить объем и температуру воздуха в конце сжатия, работу сжатия и изменение внутренней энергии, если показатель адиабаты k= 1,4.

9. 1 кг воздуха с начальным давлением р1 и начальной температурой t1 сжимается политропно до конечной температуры t2. Определить работу сжатия, изменение внутренней энергии и количество отведенной теплоты от воздуха, если показатель политропы n= 1,35.

10. Политропно сжимается воздух до конечного давления р2. Начальная температура воздуха t1 и давление р1. Определить конечную температуру воздуха и работу, затраченному на сжатие 1 кг воздуха, если показатель политропы n= 1,25.

11. Сжимается адиабатно двуокись углерода до р2. Начальная температура двуокиси углерода t1 и давление р1. Определить работу, затраченному на сжатие 1 кг двуокиси углерода и конечную температуру двуокиси углерода, если показатель адиабаты k= 1,28.

12. Воздух (приближенно считая, что он является смесью только азота и кислорода) имеет следующий объемный состав: rN2; rО2 ,%. Определить весовые доли азота и кислорода в воздухе; вычислить газовую постоянную и кажущийся молекулярный вес воздуха.

13. В сосуде находится смесь газов, образовавшаяся в результате смешения m1 азота, m2 аргона и m3 двуокиси углерода. Определить мольный состав смеси, ее удельный объем при нормальных условиях, кажущийся молекулярный вес смеси и газовую постоянную, отнесенную к одному нормальному кубическому метру.

14. Сосуд разделен перегородкой на две части, объемы которых равны V1 = 1,5 м3 и V2 = 1,0 м3. В части V1 содержится двуокись углерода СО2 при давлении Р1 и температуре t1, а в части V2 - кислород O2 при р2 и t2. Определить массовые и объемные доли СO2 и O2, кажущийся молекулярный вес смеси и ее газовую постоянную, после того как перегородка будет убрана и процесс смешения закончится.

15. Перегретый водяной пар с начальным давлением р1 и начальной температурой t1 сжимается изотермически до степени сухости х2. Определить параметры пара в начальном и конечном состоянии, количество отведенной теплоты от пара, изменение внутренней энергии и работу сжатия. Изобразить тепловой процесс в is-диаграмме.

16. Водяной пар с начальным давлением р1 и начальной температурой t1 расширяется адиабатно до давления р2= 0,01 МПа. Определить параметры пара в начальном и конечном состоянии, количество отведенной теплоты от пара, изменение внутренней энергии и работу расширения. Изобразить тепловой процесс в is-диаграмме.

17. В пароперегреватель котельного агрегата поступает влажный пар в количестве 18 кг/с. Определить сообщаемое пару часовое количество теплоты Q, необходимое для перегрева пара до t, если степень сухости пара перед входом в пароперегреватель х, а давление пара в пароперегревателе р. Изобразить тепловой процесс в is-диаграмме.
18. Влажный пар с начальным давлением р1 и степенью сухости х расширяется изотермически до давления р2. Определить параметры пара в начальном и конечном состояниях, изменение внутренней энергии, количество переданной теплоты пару и работу расширения. Изобразить тепловой процесс в is-диаграмме.

19. По трубе течет водяной пар при р и x со скоростью ω. Расход пара m. Определить внутренний диаметр трубы. При решении задачи пользоваться таблицами термодинамических свойств воды и водяного пара.

20. При определении состояния влажного воздуха с помощью психрометра зафиксировано, что сухой термометр показывает tc, а влажный tм. Найти влагосодержание d, относительную влажность, энтальпию, а также температуру точки росы для этого воздуха.

21. Состояние влажного воздуха при температуре t определяется с помощью гигрометра, которым измерена температура точки росы, равная tp. Определить относительную влажность φ, влагосодержание d и энтальпию i влажного воздуха.

22. B сушильной установке производится подсушка топлива с помощью воздуха при атмосферном давлении. От начального состояния с температурой t1 и относительной влажностью φ1 воздух предварительно подогревается до температуры t2 и далее направляется в сушилку, где в процессе осушивания топлива охлаждается до t3. Рассчитать необходимое количество тепла q для испарения 1 кг влаги, параметры воздуха на выходе из сушильной камеры и количество воды, которое отбирает каждый килограмм сухого воздуха от топлива. Считать, что тепловые потери отсутствуют, а топливо уже подогрето до t2.

23. Начальное состояние влажного воздуха при атмосферном давлении задано параметрами: t1, φ1. Воздух охлаждается до температуры t2. Определить, сколько влаги выпадет из каждого килограмма воздуха.

24. Для осушивания воздуха его продувают через слой вещества, поглощающего влагу (алюмогель, силикагель). Начальное состояние воздуха задано параметрами t1, d1. Определить температуру воздуха на выходе из подсушивающего устройства, если воздух при этом имеет влагосодержание d2. Теплообмен с окружающей средой отсутствует.
25. Воздух, имеющий параметры φ, t1 и расход 1000 кг/ч, нагревается в поверхностном теплообменнике до t2. Определить энтальпию и относительную влажность воздуха после нагрева и полный расход теплоты. Изобразить процесс в id-диаграмме влажного воздуха.

26. Воздух с параметрами φ1, t1 охлаждается в поверхностном теплообменнике до t2. Определить количество отведенной теплоты и отведенной влаги, если расход воздуха составляет 1000 кг/ч. Изобразить процесс в id-диаграмме влажного воздуха.

27. 1 кг воздуха потока А с параметрами φA, dA смешивается с 4 кг воздуха потока В с параметрами iB, tB. Определить параметры смешанного воздуха φ, i. Изобразить процесс в id-диаграмме влажного воздуха.

28. Определить для цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания со смешанным подводом теплоты параметры (p, υ, Т) в характерных для цикла точках, количество подведенной и отведенной теплоты, полезную работу и термический к.п.д. цикла, если начальное давление р1, начальная температура t1 , степень сжатия ε = 18, степень повышения давления λ = 1,5, степень предварительного расширения ρ = 1,6 и показатель адиабаты k = 1,4. Рабочее тело обладает свойствами воздуха. Изобразить цикл в рυ-диаграмме.

29. В цикле поршневого двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при p=const начальное давление р1, начальная температура t1, степень сжатия ε = 12, степень предварительного расширения ρ = 2,0 и показатель адиабаты k = 1,4. Определить параметры (р, υ, Т) и характерные для цикла точки, количество подведенной и отведенной теплоты, полезную работу и термический к.п.д. цикла. Рабочее тело обладает свойствами воздуха. Изобразить цикл в рυ-диаграмме.

30. Двухступенчатый поршневой компрессор сжимает воздух от давления p1 до давления p2. Сжатие политропическое с показателем политропы n=1,25. Начальная температура воздуха t1, производительность компрессора 500 м3/ч. Определить расход охлаждающей воды на охлаждение цилиндров и промежуточного холодильника, если ее температура возрастет на 30 ºС, а также мощность двигателя на привод компрессора, если ηк = 0,65. Компрессор без вредного объема.

31. Рассчитать эффективную мощность на валу поршневого одноступенчатого неохлаждаемого компрессора, сжимающего кислород. Параметры среды, из которой всасывается газ: р1 и t1. Степень повышения давления β = P2/P1 = 7. Эффективный к. п. д. ηк= 0,7. Длина цилиндра hц = 250 мм; ход поршня h = 240 мм; диаметр цилиндра d = 120 мм. Вал компрессора совершает 240 об/мин. Считать, что коэффициент наполнения цилиндра X равен объемному коэффициенту Xv, т. е. считать, что параметры всасываемого газа равны параметрам среды, а утечки отсутствуют.

32. Рассчитать полезную работу, совершенную за цикл с подводом тепла в процессе v = const, если известно, что расход топлива составляет 44 г на 1 кг воздуха, ε (из таблицы), теплота сгорания топлива QPH = 29 260*103 Дж/кг, k = 1,37.
33. Для цикла Дизеля, рабочее тело которого обладает свойствами воздуха, заданы температуры, соответствующие следующим точкам цикла: t1; t2; t4. Определить термический к. п. д. и сравнить его с термическим к. п. д. цикла Карно в том же интервале температур.

34. Для цикла двигателя внутреннего сгорания с комбинированным подводом тепла расход топлива составляет 0,035 кг на 1 кг рабочего тела. Начальные параметры: p1, t1. Степень сжатия ε. Максимальное давление в цикле 29,4*105 Н/м2. Определить термический к. п. д. и долю тепла топлива, подведенного в процессе р = const. Теплота сгорания топлива Qрн = 29260 кДж/кг. Рабочее тело обладает свойствами воздуха.

35. Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина с начальным давлением пара р1 и температурой t1 и давлением в конденсаторе р2 = 4кПа. Определить термический к.п.д. цикла, работу цикла. Изобразите цикл в Тs-диаграмме.

36. Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина с начальными параметрами p1 и t. Давление в конденсаторе р2 = 0,04 кГ/см2. Определить термический к.п.д. установки и сравнить его с термическим к.п.д. цикла Карно в том же интервале температур t.

37. В камере хранения скоропортящегося сырья хлебозавода установлены плоские охлаждающие батареи, в которых циркулирует водный раствор хлорида натрия (рассол). Определить плотность теплового потока от воздуха к рассолу, если температура в холодильной камере tк = 40С, средняя температура рассола tж , коэффициент теплоотдачи от воздуха к стенке батареи а1, от рассола к стенке а2 , коэффициент теплопроводности стальной стенки λ = 50 Вт/(м2·К) и толщина стенки δ = 1,5 мм.
38. Определить плотность теплового потока от воздуха к водному раствору хлорида кальция (рассолу), циркулирующему в плоской батарее камеры хранения скоропортящегося сырья хлебозавода, если стенка батареи покрылась слоем льда толщиной δ = 5 мм. Температура в холодильной камере tк = 40С, средняя температура рассола tж , коэффициент теплоотдачи от воздуха ко льду а1, коэффициент теплоотдачи от рассола к стенке а2, коэффициент теплопроводности льда λ = 2,25 Вт/(м2·К), коэффициент теплопроводности стальной стенки λ1 = 32 Вт/(м2·К) и толщина стенки δ = 1,5 мм.

39. Плоская кирпичная стенка хлебопекарной печи с одной стороны омывается продуктами сгорания топлива с температурой t1, а с другой – воздухом помещения с температурой t2. Коэффициент теплоотдачи конвекцией равны соответственно а1 и а2. Коэффициент теплопроводности стенки λ = 0,6 Вт/(м2·К), толщина стенки δ = 755 мм. Кроме теплоотдачи конвекцией со стороны продуктов сгорания на стенку падает лучистый тепловой поток, часть которого qлуч = 103 Вт/м2 поглощается поверхностью стенки. Определить плотность теплового потока, проходящего через стенку.

40. Плоская тонкая пластина длиной l = 2,5 м омывается потоком воздуха со скоростью wx при температуре tf. Определить характер пограничного слоя и его толщину δ на расстоянии от передней кромки пластины x = 0,2l; х = 0,5l и x = 1.

41. Плоская стенка длиной l = 1,5 м и шириной h = 1 м омывается продольным потоком воздуха. Скорость и температура набегающего потока соответственно равны ω, t1, температура поверхности пластины 50оС. Определить средний коэффициент теплоотдачи и количество теплоты, переданное пластиной воздуху.

42. Гладкая плита длиной l = 1,5 м и шириной h = 1 м обдувается продольным потоком воздуха со скоростью ω. Определить средний по длине коэффициент теплоотдачи и количество теплоты, отданное плитой воздуху, если температура поверхности плиты t1, а температура обдувающего потока воздуха t2.

43. Тонкая пластина длиной l = 2 м и шириной h = 0,5 м с обеих сторон омывается продольным потоком воды со скоростью ω; температура набегающего потока t1, средняя температура поверхности пластины t2. Определить средний по длине коэффициент теплоотдачи и количество теплоты, отдаваемое пластиной воде.

44. Определить коэффициент теплоотдачи и тепловой поток на единицу длины в поперечном потоке воздуха для трубы диаметром d = 30 мм, если температура ее поверхности t2, температура воздуха t1 и скорость ω.

45. Как изменится коэффициент теплоотдачи в условиях предыдущей задачи, если скорость воздуха увеличить в 3 и 5 раз?
 

Таблица

Таблица с готовыми вариантами

Контрольные вопросы

Контрольные вопросы

1. Теплоемкость. Виды теплоемкостей.
2. Какова зависимость теплоемкости идеального газа от t⁰?
3. Какова общая формулировка и математическое выражение I закона термодинамики?
4. Дайте определение и объясните физическую сущность величин, входящих в уравнение I закона термодинамики.
5. Что называют энтальпией газа? Доказать, что при р=const g=h₂-h₁.
6. Основные формулировки II закона термодинамики.
7. Термический КПД цикла тепловой машины.
8. Цикл Карно. Его термодинамическая сущность.
9. Эксергия.
10.  Определение политропного процесса. Частные случаи политропного процесса.
11.  Процесс парообразования в PV-, Ts- и is-диаграммах.
12.  Изобразить в P-V и T-S координатах цикл паросиловой установки и дать необходимые пояснения.
13.  Цикл компрессорной холодильной установки.
14.  Объясните принцип работы теплового насоса.
15.  Энтропия. Принцип возрастания энтропии.
16.  Объясните отличие в механизме теплопереноса трех элементарных видов теплообмена.
17.  Как формулируется основной закон теплопроводности (закон Фурье) в дифференциальной и конечной формах? Дайте анализ этого закона.
18.  В чем различие процесса теплоотдачи и теплопередачи?
19.  Какие существуют основные формы движения жидкости, и какая между ними разница? Переходит ли одна форма движения в другую и, если переходит, то при каких условиях? Почему теплоотдача соприкосновением при турбулентном движении происходит интенсивнее, чем при ламинарном?
20.  В чем сущность теории подобия?
21.  Какими основными безразмерными критериями определяется конвективный теплообмен и каков физический смысл этих критериев?
22.  Напишите уравнение и дайте формулировку закона Стефана-Больцмана для теплового излучения тела.
23.  В чем отличие газового излучения от излучения твердых тел?
24.  Какие бывают случаи движения теплоносителей в теплообменных аппаратах? Как меняется температура теплоносителей? Как определяется средний температурный напор в теплообменном аппарате при различных схемах движения теплоносителей?
25.  Дайте сравнительную характеристику прямоточной и противоточной схемам движения теплоносителей в поверхностных теплообменных аппаратах.
26.  Какие существуют способы сжигания топлива в топках паровых котлов? Какие существуют типы котельных топок?
27.  Почему для осуществления процесса полного горения в топку приходится подавать избыточное количество воздуха? Что называется коэффициентом избытка воздуха, каковы его значения для различных типов топок и топлива, чем определяются эти значения?
28.  Какие причины вызывают потери при механической и химической неполноте сгорания топлива, какова величина этих потерь для основных видов топлива и основных типов топок? Какие характеристики топлива и в каком направлении влияют на величину этих потерь?
29.  Напишите уравнение теплового баланса котла и охарактеризуйте каждую составляющую баланса.
30.  Опишите принцип работы и устройство поршневого одноступенчатого компрессора. Приведите его действительную индикаторную диаграмму. Чему равна его действительная производительность?
31.  Приведите индикаторную диаграмму многоступенчатого поршневого компрессора. Почему многоступенчатое сжатие уменьшает работу сжатия?
32.  Как производится выбор вентиляторов?
33.  Как подсчитывают теплопотери через ограждающие конструкции здания?
34.  Чему равна величина сопротивления теплопередачи для многослойного ограждения?
35.  Как производится подбор отопительных приборов?
36.  Как рассчитывается воздухообмен в животноводческих, птицеводческих помещениях?
37.  Как определить потребную отопительную нагрузку теплицы, животноводческого помещения?
38.  Какими термодинамическими параметрами характеризуется состояние рабочего тела? Укажите связь между этими параметрами.
39.  Что такое работа и теплота термодинамического процесса?
40.  Сформулируйте первый закон термодинамики. Объясните физическую сущность величин, входящих в уравнение первого закона термодинамики.
41.  Приведите формулировки второго закона термодинамики. По каким причинам невозможно построение вечного двигателя?
42.  Что понимают под энтропией? Физический смысл энтропии.
43.  Что такое теплоемкость? Почему  изобарная теплоемкость больше изохорной?
44.  Что такое эксергия?
45.  Изобразите термодинамический цикл тепловой машины. Что понимают под коэффициентом полезного действия, холодильным коэффициентом?
46.  Изобразите циклы ДВС с изохорным, изобарным и смешанным подводом теплоты. Какими параметрами характеризуются эти циклы?
47.  Изобразите процесс парообразования на pv-диаграмме. Поясните характерные зоны, изображенные на диаграмме.
48.  Изобразите процесс парообразования в Ts-диаграмме. Почему в области влажного пара температура постоянная?
49.  Каким образом с помощью is-диаграммы водяного пара можно определить параметры кипящей воды, влажного пара, сухого насыщенного пара, перегретого пара?
50.  Какими параметрами характеризуется влажный воздух?
51.  Влажный воздух. Id-диаграмма влажного воздуха. Изобразить процесс нагрева, охлаждения и увлажнения воздуха в id-диаграмме.
52.  Виды теплообмена. Механизм передачи теплоты при разных видах теплообмена.
53.  Что такое теплопроводность? Сформулируйте закон Фурье.
54.  Что такое конвективный теплообмен? Сформулируйте закон Ньютона-Рихмана. Что характеризует коэффициент теплоотдачи?
55.  Чем отличается процесс теплоотдачи от процесса теплопередачи? Физический смысл коэффициента теплопередач.
56.  Расскажите о теплообменных аппаратах. Нарисуйте основные их виды.
57.  Изменение температуры горячего и холодного теплоносителя по длине теплообменника при встречном и продольном движении теплоносителя.
58.  Нарисуйте состав котельного агрегата.
59.  Что такое водоподготовка? Какие существуют способы обработки питательной воды?
60.  Каковы требования к тепловому, влажностному и воздушному режиму животноводческих помещений?
61.  Как рассчитывают теплоснабжение животноводческих помещений?
62.  Поясните методику выбора вентиляторов систем вентиляции.
63.  Что такое кондиционирование воздуха? Объясните основные функции и классификацию систем кондиционирования.
64.  Показать процесс летнего и зимнего кондиционирования в id-диаграмме.
65.  Приведите основные понятия сушки. Расскажите о способах искусственной сушки.
66.  Как изменяется влагосодержание, температура материала и скорость сушки в зависимости от времени сушки.
67.  Поясните основные способы экономии тепловой энергии.
68.  Что такое теплота сгорания топлива? Низшая и высшая теплота сгорания. Условное топливо.