сборник задач по теплотехнике
Сборник задач по теплотехнике и термодинамике.
1. 4 кг воздуха с начальным давлением р1=1,2 МПа и начальной температурой t1=- 100С расширяется адиабатно до конечного давления р2=0,2 МПа. Определить объ- ем и температуру воздуха в конце сжатия, работу сжатия и изменение внутренней энергии, если показатель адиабаты k=1,4. 2. 1 кг воздуха с начальным давлением р1=0,2 МПа и начальной температурой t1=600С сжимается политропно до конечной температуры t2=5200С. Определить работу сжатия, изменение внутренней энергии и количество отведенной теплоты от воздуха, если показатель политропы n=1,35. 3. В одноступенчатом компрессоре сжимается политропно воздух до конечного давления р2=0,6 МПа. Начальная температура воздуха t1=170С и давление р1=0,2 МПа. Определить конечную температуру воздуха и работу, затраченному на сжа- тие 1 кг воздуха, если показатель политропы n=1,25. 13 4. В одноступенчатом компрессоре сжимается адиабатно двуокись углерода до давления р2=0,5 МПа. Начальная температура двуокиси углерода t1=-50С и давле- ние р1=0,1 МПа. Определить работу, затраченному на сжатие 1 кг двуокиси угле- рода и конечную температуру двуокиси углерода, если показатель адиабаты k=1,28. 5. Перегретый водяной пар с начальным давлением р1=0,1 МПа и начальной тем- пературой t1=2300С сжимается изотермически до степени сухости х2=0,85. опре- делить параметры пара в начальном и конечном состоянии, количество отведен- ной теплоты от пара, изменение внутренней энергии и работу сжатия. Изобразить тепловой процесс в is-диаграмме. 6. Водяной пар с начальным давлением р1=5 МПа и начальной температурой t1=3500С расширяется адиабатно до давления р2=0,01 МПа. Определить парамет- ры пара в начальном и конечном состоянии, количество отведенной теплоты от пара, изменение внутренней энергии и работу расширения. Изобразить тепловой процесс в is-диаграмме. 7. В пароперегреватель котельного агрегата поступает влажный пар в количестве 18 кг/с. Определить сообщаемое пару часовое количество теплоты Q, необходи- мое для перегрева пара до t=5600С, если степень сухости пара перед входом в па- роперегреватель х=0,98, а давление пара в пароперегревателе р-12 МПа. Изобра- зить тепловой процесс в is-диаграмме. 8. Влажный пар с начальным давлением р1= 6 МПа и степенью сухости х=0,9 рас- ширяется изотермически до давления р2=0,5 МПа. Определить параметры пара в начальном и конечном состояниях, изменение внутренней энергии, количество переданной теплоты пару и работу расширения. Изобразить тепловой процесс в is-диаграмме. 14 9. Определить для цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания со смешан- ным подводом теплоты параметры (p, ?, Т) в характерных для цикла точках, ко- личество подведенной и отведенной теплоты, полезную работу и термический к.п.д. цикла, если начальное давление р1=0,12 МПа, начальная температура t1=250С, степень сжатия ?=18, степень повышения давления ?=1,5, степень пред- варительного расширения р=1,6 и показатель адиабаты k=1,4. рабочее тело обла- дает свойствами воздуха. Изобразить цикл в р?-диаграмме. 10. В цикле поршневого двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при p=const начальное давление р1=0,12 МПа, начальная температура t1=100С, сте- пень сжатия ?=12, степень предварительного расширения р=2,0 и показатель адиабаты k=1,4. Определить параметры (р, ?, Т) и характерные для цикла точках, количество подведенной и отведенной теплоты, полезную работу и термический к.п.д. цикла. Рабочее тело обладает свойствами воздуха. Изобразить цикл в р?- диагонали. 11. Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина с начальным давлением пара р1=5 МПа и температурой t1=4000С. Определить удельный расход пара и термический к.п.д. цикла, если давление в конденсаторе р2=4 кПа. Изобразите цикл в Тs-диаграмме. 12. Паротурбинная установка работает по регенеративному циклу с начальным давлением пара р1=2МПа и температурой t1=3500С и давлением в конденсаторе р2=4кПа. Пар для регенеративного подогрева питательной воды отбирается при давлении р0=0,2 МПа. Определить термический к.п.д. цикла. Изобразите цикл в Тs-диаграмме. 13. 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 тем- 15 пература в холодильной камере tк=40С, средняя температура рассола tж=-50С, ко- эффициент теплоотдачи от воздуха к стенке батареи а1=25 Вт/(м2·К), от рассола к стенке а2=5000 Вт/(м2·К), коэффициент теплопроводности стальной стенки ?=50 Вт/(м2·К) и толщина стенки ?=1,5 мм. 14. Определить плотность теплового потока от воздуха к водному раствору хло- рида кальция (рассолу), циркулирующему в плоской батарее камеры хранения скоропортящегося сырья хлебозавода, если стенка батареи покрылась слоем льда толщиной ?=5 мм. Температура в холодильной камере tк=40С, средняя темпера- тура рассола tж=-50С, коэффициент теплоотдачи от воздуха ко льду а1=10 Вт/(м2·К), коэффициент теплоотдачи от рассола к стенке а2=5000 Вт/(м2·К), коэф- фициент теплопроводности льда ?=2,25 Вт/(м2·К), коэффициент теплопроводно- сти стальной стенки ?1=32 Вт/(м2·К) и толщина стенки ?=1,5 мм. 15. Плоская кирпичная стенка хлебопекарной печи с одной стороны омывается продуктами сгорания топлива с температурой t1=13000С, а с другой – воздухом помещения с температурой t2=200С. Коэффициент теплоотдачи конвекцией рав- ны соответственно а1=150 Вт/(м2·К) и а2=50 Вт/(м2·К). Коэффициент теплопро- водности стенки ?=0,6 Вт/(м2·К), толщина стенки ?=755 мм. Кроме теплоотдачи конвекцией со стороны продуктов сгорания на стенку падает лучистый тепловой поток, часть которого qлуч=103 Вт/м2 поглощается поверхностью стенки. Опреде- лить плотность теплового потока, проходящего через стенку. 16. Какую среднюю температуру должен иметь пар в рубашке аппарата, чтобы при расходе теплоты на процесс Q=180 кДж/с поддерживать температуру продук- та t2=900С? Площади контакта стенок аппарата с продуктом и паром, находящим- ся в рубашке, F= 2м2. толщина стальной стенки аппарата ?=3 мм, коэффициент теплопроводности ?=50 Вт/(м2·К), коэффициент теплоотдачи от пара к стенке а1=10000 Вт/(м2·К) и коэффициент теплоотдачи от стенки к продукту а2=2000 Вт/(м2·К). 17. Какую площадь оребрения нужно сделать, чтобы в 10 раз увеличить поток те- плоты от горячей воды, проходящей в плоском нагревателе площадью F=1 м2 к воздуху помещения с температурой t2=200С? Средняя температура горячей воды t1=900С, коэффициенты теплоотдачи к стенке нагревателя а1=4000 Вт/(м2·К) и ко- эффициент теплоотдачи от стенки к воздуху помещения а2=50 Вт/(м2·К), толщина стенки ?=2 мм, коэффициент теплопроводности ?=50 Вт/(м2·К) и коэффициент эффективности ребер равен 1. 18. Определить высшую теплоту сгорания рабочей массы, приведенную влаж- ность, приведенную зольность, приведенную сернистость и тепловой эквивалент подмосковного угля марки Б2 состава: Ср=28,7%; Нр=2,2%; р = 2,7%; л S Nр=0,6%; Ор=8,6%; Ар=25,5%; Wр=32%. 19. Определить высшую теплоту сгорания рабочей массы, приведенную влаж- ность, приведенную зольность, приведенную сернистость и тепловой эквивалент донецкого угля марки А, если известно следующие величины: Qр 22625кДж/ кг; н = Нр=1,2%; р = 1,7%; л S Ар=22,9%; Wр=8,5%. 20. Определить приведенную влажность, приведенную зольность и тепловой эк- вивалент челябинского угля марки Б3, если известен состав его горючей массы: Сг=71,1%; Нг=5,3%; г = 1,9%; л S Nг=1,7%;Ог=20,0%; зольность сухой массы Ас=36% и влажность рабочая Wр=18%. 21.Воздух, имеющий параметры ?= 40%, t= 220С и расход 1000кг/ч, нагревается в поверхностном теплообменнике до t= 380С. Определить энтальпию и относитель- ную влажность воздуха после нагрева и полный расход теплоты. Изобразить про- цесс в i-d- диаграмме влажного воздуха. 17 22. Воздух с параметрами ?= 40%, t= 220С охлаждается в поверхностном тепло- обменнике до t= 50С. Определить количество отведенной теплоты и отведенной влаги, если расход воздуха составляет 1000 кг/ч. Изобраэить процесс в i-d- диа- грамме влажного воздуха. 23. 1 кг воздуха потока А с параметрами ?= 50%, d= 5 г/кг, смешивается с 4 кг воздуха потока В, с параметрами i=48 кДж/кг, t= 200С. Определить параметры смешанного воздуха ?, i. Изобразить процесс в i-d- диаграмме влажного воздуха. 24. Определить суммарный расчетный расход теплоты на отопление и вентиля- цию зданий хлебозавода, если объем отапливаемых зданий по наружному обмеру 30·103 м3, объем вентилируемых зданий 75% от объема отапливаемых, удельная отопительная характеристика здания q0=0,32 Вт/(м3·К), удельная вентиляционная характеристика здания qв=0,3 Вт/(м3·К), средняя температура воздуха внутри по- мещения tвн=200С и расчетная наружная температура воздуха tнар=-250С. 25. Определить расчетный расход теплоты на горячее водоснабжение хлебозаво- да, если расход горячей воды на технологические и хозяйственно-бытовые нужды Gв=2,5 кг/с, средняя температура горячей воды tгв=500С, температура холодной воды tх.в=100С, коэффициент полезного использования теплоты в водоподогрева- телях ?в=0,95 и теплоемкость воды св=4186 Дж/(кг·К). 26. Определить суммарный расчетный расход теплоты на технологические нужды и отопление мясокомбината производительностью Рi=5т/ч, если удельный расход теплоты на выработку мяса qi=1,3 ГДж/т, объем отапливаемых зданий по наруж- ному обмеру Vн=40·103 м3, удельная отопительная характеристика здания q0=0,25 Вт/(м3·К), средняя температура воздуха внутри помещения tвн=-250С и расчетная наружная температура воздуха tнар=-250С Контрольные вопросы 1. Теплоемкость. Виды теплоемкостей. 2. Какова зависимость теплоемкости идеального газа от t0. 3. Какова общая формулировка и математическое выражение I закона термо- динамики. 4. Дайте определение и объясните физическую сущность величин, входящих в уравнение I закона термодинамики. 5. Что называют энтальпией газа? Докажите, что в изобарном процессе 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 про- цесса. 11. Процесс парообразования в P-V, T-S и h-s диаграмм. 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 ни- ми разница? Переходит ли одна форма движения в другую, и, если перехо- 19 дит, 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 конвектив- ный 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 излучение твердых тел? 24. Какие бывают случаи движения теплоносителей в теплообменных аппара- тах? Как меняется температура теплоносителей? Как определяется средний температурный напор в теплообменном аппарате при различных схемах движения теплоносителей? 25. Дайте сравнительную характеристику прямоточной и противоточной схе- мам 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 топли- ва, чем определяются эти значения? 28. Какие причины вызывают потери при механической и химической непол- ноте сгорания топлива, какова величина эти потерь для основных видов то- плива 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? 20 31. Приведите индикаторную диаграмму многоступенчатого поршневого ком- прессора. 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 ог- раждения? 35. Как производится подбор отопительных приборов? 36. Как рассчитывается воздухообмен в животноводческих птицеводческих помещениях? 37. Как определить потребную отопительную нагрузку теплицы, животновод- ческого помещения. 38. Какими термодинамическими параметрами характеризуется состояние ра- бочего 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 причи- нам невозможно построение вечного двигателя. 42. Что понимают под энтропией? Физический смысл энтропии. 43. Что такое теплоемкость? Почему изобарная теплоемкость больше изохор- ной? 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 p-v диаграмме. Поясните характер- ные зоны, изображенные на диаграмме. 48. Изобразите процесс парообразования в T-S диаграмме. Почему в области влажного пара температура постоянная. 21 49. Каким образом с помощью i-s диаграммы водного пара можно определить параметры кипящей воды, влажного пара, сухого насыщенного пара, пере- гретого пара. 50. Какими параметрами характеризуется влажный воздух? 51. Влажный воздух. J-d диаграмма влажного воздуха. Изобразить процесс на- грева, охлаждения и увлажнения воздуха в i-d диаграмме. 52. Виды теплообмена. Механизм передачи теплоты при разных видах тепло- обмена. 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. Физиче- ский смысл коэффициента теплопередач. 56. Расскажите о теплообменных аппаратах. Нарисуйте основные их виды. 57. Изменение t 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 пита- тельной воды? 60. Каковы требования к тепловому, влажностному и воздушному режиму жи- вотноводческих помещений? 61. Каким образом рассчитывают теплоснабжение животноводческих помеще- ний? 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 i-d диаграмме. 65. Приведите основные понятия сушки. Расскажите о способах искусственной сушки. 22 66. Как изменяется влагосодержание, температура материала и скорость сушки в зависимости от времени сушки. 67. Поясните основные способы экономии тепловой энергии. |