Теплотехника. Задачи на произвольную тематику.

<в каталог

• В закрытом помещении объемом V= 150м3 находится воздух при давлении P= 100 кПа и температуре t1= 5°С. Через некоторое время, температура воздуха повышается до 30°С. Определить какое количество теплоты сообщено воздуху, изменение внутренней энергии, и энтальпии воздуха, его конечное давление.

• Определить параметры (p,v,T,i, s) в характерных точках цикла Ренкина, количество подведенной и отведенной теплоты, термический КПД и работу при адиабатном расширении пара в турбине, если давление перегретого пара при входе в турбину р1 температура его t1, давление в конденсаторе р2. Изобразить цикл в pv - и Ts - диаграммах.Задача решается с помощью термодинамической таблицы и is –диаграммы водяного пара.

• Идеальный поршневой компрессор сжимает 450 м³/ч воздуха (в пересчете на нормальные условия) температурой t₁=30 ºC от р₁=0,10 МПа и до р₂=0,5 МПа.Определить мощность, затрачиваемую на привод компрессора, если сжатие происходит адиабатно, и температуру газа на выходе из компрессора.

Ответ: N=28,7 кВт, t₂=207 ºC.

• Компрессор сжимает 600 м³/ч воздуха от давления р₁=0,098 МПа до р₂=0,6 МПа.Определить мощность, необходимую на привод компрессора, если сжатие происходит: 1) адиабатно; 2) политропно с показателем n=1,3; 3) изотермически.

Ответ: 1) N_ад=38,9 кВт; 2) N_пол=36,8 кВт; 3) N_из=29,6 кВт.

• Турбокомпрессор адиабатно сжимает 500 м³/ч воздуха от р1 = 0,1 МПа и t1 = 20 °С до Р2 = 0,4 МПа. Адиабатный КПД компрессора ηад= 0,85. Определить конечную температуру сжатия и затраченную на сжатие работу. Расчет произвести при помощи таблиц термодинамических свойств газов.

Ответ: Т2 = 459 К; L = 258 кДж/ч.

• Из суживающегося сопла вытекает кислород, находящийся в резервуаре с постоянным давлением р1=6,0 МПа и температурой t1=100 ºС. Давление принять, в которую происходит истечение р2=3,6 МПа, площадь выходного сечения сопла 20 мм².

• Двухатомный газ, для которого гащовая постоянная R=296,9 Дж/кг*К, имея на входе в суживающеся сопло параметры Р0=6,4 МПа и Т0=300 К, вытекает в среду, где давление Рср = 4,5 МПа. Определить скорость истечения и секундный расход газа, если диаметр выходного отверстия равен 5мм. Истечение считать изоэнетропным.

• Определить размеры минимального и выходного сечений сопла Лаваля, если давление воздуха на входе в сопло Р0=0,7МПа, температура t0=27 °С. Наружное давление Pср=0,1МПа. Расход воздуха G=7200кг/ч. Как изменится скорость и расход, если температура воздуха на входе в сопло станет равной 177°С? Как нужно изменить сопло, чтобы расход оставался прежним?

• Азот при давлении 3МПа и температуре 250°С вытекает через опло в среду, давление которой 0,6 МПа. Какого типа сопло нужно выбрать, чтобы получить как можно большую скорость и рассчитать сечения отверстий, если известны: расход m = 0,41 кг/с и скоростной коэффициент сопла φ=0,95.

• Водяной пар с начальной скоростью 200 м/с при давлении 2 МПа и 400°С вытекает через суживающееся сопло в среду с давлением 0,6 МПа. Определить расход и выходную скорость пара. Площадь выходного поперечного сечения принять равной 1000 мм². Потерями на трение пренебречь.

• По данным тепловых измерений тепломером средний удельный тепловой поток через ограждение изотермического вагона при температуре наружного воздуха t_{н =22°С}  и температуре воздуха в вагоне t_{в = 3} составил q = 9,5 Вт/м·К. На сколько процентов изменится количество тепла, поступающего в вагон за счет теплопередачи через ограждения, если при прочих равных условиях на его поверхность наложить дополнительный слой изоляции из пиатерма толщиной δ = 30 мм с коэффициентом теплопроводности λ = 0,036 Вт/(м·К)?

• Определить требуемую минимальную толщину обмуровки газохода котла, чтобы температура ее наружной поверхности не превышала 50 ºС при температуре газов в газоходе t_{1 = 400°С}. Эквивалентный коэффициент теплопроводности обмуровки λ=0,6 Вт/(м·К). Суммарный коэффициент теплоотдачи со стороны газов — α_{1 = 55 Вт/м²К}, со стороны воздуха α₂=16 Вт/(м²·К), а температура воздуха t₂=20 ºC.

• Стенки рабочей камеры промышленной нагревательной печи имеют внутренний огнеупорный слой толщиной δ₁=0,12 м из шамотного кирпича и наружный слой толщиной δ₂=0,25 м из строительного кирпича. Температура наружной поверхности наружного слоя t_{3 = 44 °С}, коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности к окружающему воздуху α₂=16 Вт/(м²·К), а температура воздуха — t_{2 = 20°С}. Определить температуру внутренней поверхности камеры печи t^ст₁ и построить график распределения температур по толщине стенки. Каковы суточные потери тепла через стенку с площадью поверхности F=20 м²? Коэффициент теплопроводности шамотного кирпича λ=0,86 Вт/(м·К), строительного кирпича λ=0,7 Вт/(м·К).

• Теплообменная поверхность рекуперативного теплообменника для охлаждения масла выполнена из нержавеющих трубок с внутренним диаметрам d=20мм и толщиной стенки 2.5мм [λст = 20Вт/(м ·К)]. Коэффициент теплоотдачи от охлаждаемого масла к внутренней поверхности трубок - α₁ , а от наружной поверхности трубок к охлаждающей воде - α₂ . Определить линейный коэффициент теплопередачи k₁ Вт/(м·К). Во сколько раз следует увеличить коэффициент теплоотдачи α₁, чтобы при прочих неизменных условиях коэффициент теплопередачи повысился на 35%? Возможно ли такое повышение коэффициента теплопередачи путем увеличения коэффициента теплоотдачи α₂. при α₁ =0,20 кВт/(м² ·К), α₂=2,0 кВт/(м² ·К)

• Стенка холодильника, состоящая из наружного слоя изоляционного кирпича толщиной δ1=250 мм и внутреннего слоя совелита толщиной δ2=200 мм, имеет температуру наружной поверхности tст1 и внутренней tст . Коэффициенты теплопроводности материала слое соответственно равны λ =0,24Вт/(м·К) и λ2=0,09 Вт/(м·К). Определить плотность теплового потока через стенку и температурные градиенты в отдельных слоях. Представить график распределения температуры по толщине стенки.

• Плоская тонкая пластина длиной l=2,5 м омывается потоком воздуха со скоростью ωк =8 м/с при температуре tf = 45 ºC. Определить характер пограничного слоя и его толщину δ на расстоянии от передней кромки пластины x=0,2l; x=0,5l и x=l.

Ответ: турбулентный, δ1=0,0114 м, δ2=0,0284 м, δ3=0,0568 м.

• Определить значение коэффициента теплоотдачи при течении воздуха по цилиндрической трубе диаметром d=40 мм. Средняя температура воздуха tв, давление р=0,3 МПа, расход G. Относительная длина трубы l/d>50.
  Таблица 1
  tв, ºС - 80
  G, кг/ч - 35

Ответ: α=12,2 Вт/(м²·К).

• Определите количество тепла, передаваемого от дымовых газов к кипящей воде через: а) стальную чистую стенку (λ1=58 Вт/(м·К)) толщиной δ1;
  б) стальную стенку, покрытую со стороны воды слоем накипи (λ2=2,3 Вт/(м·К) толщиной δ2. Температура дымовых газов t1, температура кипящей воды t2, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке (α1=186 Вт/(м²·К)) и от стенки к воде (α2=4070 Вт/(м²·К)).
  в) стальную стенку, покрытую со стороны воды слоем накипи и слоем масла толщиной δ3 (λ3=0,1 Вт/(м·К)).
  Таблица 6
  δ1, мм - 10
  δ2, мм - 10
  t1, ºC - 910
  t2, ºC - 210
  δ3, мм - 2

Ответ: а) q1=120750 Вт/м²; б) q2=70210 Вт/м²; в) q3=23240 Вт/м².

• В баллоне объемом v=30 м3/кг содержится воздух при абсолютном давлении Р1=600кПа и температуре t1=60°С. Определить конечное давление, количество теплоты и изменение энтропии при повышении температуры воздуха до t2=80°С.

• Рассчитать часовой объем вентиляции в теплый период года здания для содержания 360 ремонтных телок в возрасте от 6 до 25 месяцев. Размеры здания в плане 21х96м. Средняя масса телки для расчета принята 300кг. Стены - панели из легких бетонов; покрытие - железобетонные плиты; кровля хризотил-цементные листы. Расчетная температура наружного воздуха в холодный период года - минус 14°С (район г. Воронеж)

• Определить, во сколько раз уменьшится работа в идеальном теплонасосном цикле, производящем тепло на уровне 80°С (температура tк), если температура хладоносителя (Тн) изменяется с 293 до 303К.

• Через плоскую стальную стенку толщиной с коэффициентом теплопроводности λ происходит передача теплоты от горячего теплоносителя к холодному (рис. 1а). Коэффициент теплоотдачи от горячего теплоносителя к стенке равен α₁ , а от стенки к холодному теплоносителю – α₂ . Разность температур между теплоносителями составляет Δ t.

  Для интенсификации процесса теплопередачи можно увеличить  α₁   на Δα₁  и  α₂   на  Δα₂  , уменьшить термическое сопротивление стенки, заменив материал и толщину стенки (λ´, δ´), увеличить разность температур на  Δ_t , %.

  Какие из этих способов интенсификации теплопередачи являются эффективными, а какие не следует рекомендовать?

  Определить относительное изменение плотности теплового потока q в результате применения этих способов. Провести анализ методов интенсификации теплопередачи и способов их реализации.

• В условиях дальнего севера необходимо спроектировать ангарное укрытие из материалов имеющихся в наличии: Снег, земля и фанера (сосновая толщиной 5 мм.). Тепловыделение внутри укрытия соответствует тепловому потоку  q=58,15 Вт/м²град. В результате расчетов выполнить следующие действия:

  1. Указать в какой последовательности должны располагаться данные три материала, поясняя свой выбор.

  2. Определить минимальную толщину слоев земли и снега для выполнения требований по температуре внутри и снаружи укрытия (температура окружающей среды -45-N°С, температура внутри укрытия +18+N°С). N - номер варианта.

  3. Начертить схему многослойной стенки с определяемыми параметрами по толщине слоев и по порядку их последовательности. Указать так же температуры на стенках каждого слоя.

• В закрытом резервуаре находится воздух при давлении 750 мм. рт. ст. и темературе t1=20°С. Определить насколько понизится давление в резервуаре, если его охладить до t2=-30°C. 

• В закрытом сосуде заключен газ при разрежении Р1=450 мм вод.ст, и температуре t1=75 градусов. показание барометра Ро=101325 Па. До какой температуры нужно охладить газ, чтобы в сосуде установилось разряжение Р2=27545 Па

• Газ массой m= 5кг (u = 28 кг/кмоль; cp = 1,04 кДж/(кг*К) с начальными параметрами p0= 8 бар и t0= 75 °С в процессе расширения увеличил свой объем в 4 раза.

  Принять процесс расширения газа изобарным.
  1) Определить конечные параметры, количество теплоты, работу изменения объема газа, изменение внутренней энергии газа и энтропию.
  2) Изобразить процессы в р-V и T-s диаграммах с градуировкой шкал в соответствии с расчетными значениями.

• Определите потери напора при движении воды в трубопроводе длиной l = 2000м, диаметром 200 мм, скорость движения воды 0,1 м/с.

• Определите плотность дымовых газов, если их температура t=800°C, давление 760мм.рт.ст., молекулярная масса Мсм=31,5

• Пар из котла при абсолютном давлении Р = 0,8 МПа и степени сухости Х = 0,88 поступает в паронагреватель, в котором ему сообщается дополнительное тепло при неизменном давлении, а температура пара повышается до t2 = 420 °С.
  Определите количество тепла, сообщенное 1 кг пара, и изменение внутренней энергии при помощи h — s диаграммы.

Автор страницы: admin