Контрольная работа по "Теплотехнике"

Контрольная работа №1.

 

Задача 1

Дано:

Решение:

Заносим в таблицу значения объемных долей , молекулярные массы газов и изобарные объёмные теплоёмкости газов при и

Газ
Углекислый газ	8	44	1,694	1,279
Кислород	22	32	1,055	0,941
Азот	60	28	0,976	0,924
Окись углерода	15	28	0,994	0,929

 

Изобарные объёмные теплоёмкости газов  и при и являются справочными данными и выбираются из (Рабиновича О.М.. Сборник по технической термодинамике, М: Машиностроение, 1973г., 344с.)

 

Определяем  объемные теплоемкости смеси в начале и конце охлаждения

Количество  тепла, отданное смесью в процессе охлаждения

Молекулярная  масса смеси

Определим массовые доли газов в  смеси:

Проверка: 0,112+0,223+0,532+0,133=1,0.

Газовая постоянная смеси

, где  - универсальная постоянная.

 

Абсолютная температура газа:

Удельный объем при начальных  условиях:

Плотность смеси при начальных условиях:

Массовый расход смеси

.

 

 

Задача 2

Род газа – (окись углерода) воздух

 

Решение:

1. Начальное состояние газа

 

Справочные данные  выбираем из (Рабиновича О.М.. Сборник по технической термодинамике, М: Машиностроение, 1973г., 344с.)

- газовая постоянная

Абсолютная  температура:

Удельный объем газа в начальной точке:

Полный объем газа в начальной точке:

- газ сжимается

 

2. Изотермический процесс сжатия  газа

,

При изотермическом процессе для начального и конечного состояний газа справедливо равенство: . Выражение следует из основного уравнения Менделеева – Клапейрона: .

Давление в конце процесса

Работа, выполненная в процессе сжатия газа

 

Знак “минус” показывает, что газ сжимается внешними силами. При изотермическом сжатии от газа отводится теплота в количестве, равном затраченной работе сжатия

Температура газа не изменяется, поэтому  внутренняя энергия газа также  не изменяется  

Изменение энтропии

Теплоемкость  процесса , показатель политропы

 

3. Адиабатный процесс сжатия  газа

Адиабатный процесс характеризуется уравнением , где - показатель адиабаты. В нашем случае - показатель адиабаты для воздуха.

Связь между  начальными и конечными параметрами  процесса и : .

Связь между начальными и конечными  параметрами процесса и : .

Конечное давление равно .

Работа  сжатия газа:

.

.

Изменение внутренней энергии

- процесс происходящий без  теплообмена с окружающей средой, теплоёмкость процесса 

 

4. Политропный процесс сжатия  газа

Политропный процесс характеризуется  уравнением , где - показатель политропы.

Запишем известные  параметры:

,

. 

Определяем показатель политропы из соотношения между начальными и конечными параметрами процесса и : 

              

Конечную температуру газа определяем из соотношения между начальными и конечными параметрами процесса и :

Работа процесса сжатия

Мольная изохорная теплоёмкость многоатомных газов

Молярная масса ацетилена

Массовая изохорная и изобарная  теплоёмкости

Изменение внутренней энергии

Количество теплоты отведенной от газа

Изменение энтропии

Результаты расчетов сводим в  таблицу

 

5. Таблица результатов расчетов

 

Параметр	Вид процесса
	Изотермический	Адиабатный	Политропный
	1	1,4	0,87
	0,65	0,65	0,65
	673	673	673
	0,297	0,297	0,297
	1,61	2,07	1,45
	673	975,2	607
	0,12	0,12	0,12
	-174,4	-211,1	-165,8
	0	211,1	-66,1
	-174,4	0	-231,8
	-0,259	0	-0,477

 

 

6.

7. Выводы

Чтобы произвести сжатие газа с наименьшими  затратами энергии, его нужно  сжимать по политропе. При этом от газа необходимо отвести наибольшее количество теплоты.

По знаку изменения энтропии изотермический и политропный процессы направлены одинаково: при изотермическом процессе изменение энтропии отрицательное, но меньше, чем при политропном.

В адиабатном процессе вся работа сжатия идет на повышение внутренней энергии и температура его  максимальна.

 

 

Задача 3

Дано:

 

Решение:

 

H – d диаграмма берется из любого учебника. С диаграммы снимаются параметры для газа в зависимости от исходных данных варианта, после чего строится на диаграмме процессы 1,2,3 и находятся требуемые неизвестные.

 

В Hd-диаграмме находим точку 1 на пересечении линий и определяем начальное влагосодержание и энтальпию .

Так как подогрев воздуха происходит при неизменном влагосодержании, то проведя линию d = const (вверх из точки 1), находим на пересечении её с линией точку 2, характеризующую состояние воздуха после подогрева: .

Процесс в сушилке происходит при  постоянной энтальпии, поэтому из точки 2 проводим линию до пересечения ее с изотермою , где отмечаем точку 3: , .

 

Изменение влагосодержания на 1 кг сухого воздуха составляет:

 

Для испарения одного килограмма влаги потребуется сухого воздуха

Расход теплоты на нагрев 1 кг воздуха  составляет

Расход теплоты на 1 кг непареной  влаги составляет .

 

 

H-d-диаграмма

 

 

Контрольная работа №2, вариант 44

 

Задача 1

 

 

Решение:

1) Записываем параметры сухого  воздуха при нормальном атмосферном  давлении 

Данные берутся из учебника (Рабиновича О.М.. Сборник по технической термодинамике, М: Машиностроение, 1973г., 344с.).

 и температуре -  плотность, - теплопроводность, - критерий Прандтля, - кинематическая вязкость.

2) Площадь сечения трубы

Объемный  расход воздуха в трубе 

Скорость течения воздуха в  трубе и критерий Рейнольдса

- течение турбулентное, критерий Нуссельта определяем по формуле:

Средний коэффициент теплоотдачи 

Определяем площадь внутренней поверхности трубы и тепловой поток от воздуха к стенке трубы:

3) Скорость протекания воздуха  в трубе увеличилась в два раза

- увеличение коэффициента теплоотдачи

4) Диаметр трубы уменьшается  в два раза

 

- увеличение коэффициента теплоотдачи

 

Задача 2

 

Решение

 

1. Изображаем график изменения  температур теплоносителей вдоль  поверхности теплообмена

2. Площадь поверхности теплообмена  определяем по формуле

 Диаметр труб (наружной и  внутренней):

Отношение между диаметрами Поэтому коэффициент теплопередачи через цилиндрическую стенку определяем по более простой формуле теплопередачи через плоскую стенку:

3. Противоток

Определяем среднелогарифмический  температурный напор:

, где  - больший и меньший температурный напоры на входе или выходе теплообменника

 

Площадь поверхности теплообмена

Прямоток

.

 

Вывод: преимущество противопоточной схемы в том, что за счет большего температурного напора она требует меньшей поверхности теплообмена, что экономически и технически выгодно.

 

 

Задача 3

 

Решение:

Объем печи

Площадь поверхности всей печи

Определяем парциальное давление углекислого газа СО₂ и водяных паров Н₂О.

Парциальным называется давление, которое  имел бы газ, если бы один занимал весь объем.

Определяем среднюю длину пути луча для газового слоя в объеме печи

Произведение парциальных давлений на средний путь луча:

Степень черноты (коэффициент излучения) CO₂ и H₂O при температуре газов определяем по графикам [7, c. 189, 190]: .

Степень черноты (коэффициент излучения) газовой смеси:

, где - поправочный коэффициент на парциальное давление водяного пара [7, c.190]

Определяем плотность излучения  газов  , где -  постоянная Стефана-Больцмана.

Плотность излучения стенок

Плотность результирующего излучения (от стенок к газу):

На один кубический метр пода приходится излучения:

 

 

Список литературы

 

1. [7] Михеев М.А., Михеева И.М.. Основы теплопередачи, М., Энергия, 1977

 

2. Справочные данные  выбираем из (Рабиновича О.М.. Сборник по технической термодинамике, М: Машиностроение, 1973г., 344с.)