Задачи 1-9_Вариант 11 (38). Контрольная работа По дисциплине Термодинамика и теплопередача
 Скачать 0.96 Mb.
|
|
МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «ТЮМЕНСКИЙ ИНДУСТРИАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ» Строительный институт Кафедра Теплогазоснабжения и вентиляции  Контрольная работа По дисциплине «Термодинамика и теплопередача» Вариант 11 (38) Разработчик: Группа: Форма обучения: заочная Проверил: К.П. Гусева Тюмень, 2021 «Тепловой поток» Задача 1 Определить тепловой поток Q Вт, проходящий через плоскую многослойную стенку, имеющую поверхность F = 38 м2, а также найти температуру на границе слоев, если известно, что стенка состоит из слоя шамота толщиной δ1 = 0,46 м и слоя тепловой изоляции толщиной σ2 = 0,25 м; коэффициенты теплопроводности слоев соответственно λ1 = 0,84 Вт/(м*К) и λ2 = 0,28 Вт/(м*К); температура внутренней поверхности стенки t1 = 1395°С, температура наружной поверхности t3 = 80°С. Как изменится величина теплового потока, если слой тепловой изоляции будет убран, а температура на наружной поверхности стенки увеличится до значения t2 = 90°С. Решение: Термическое сопротивление слоя шамота:  м2·К/ВтТермическое сопротивление слоя тепловой изоляции:  м2·К/Вт.Суммарное термическое сопротивление плоской двухслойной стенки:  м2·К/Вт м2·К/Вт.Плотность теплового потока через плоскую двухслойную стенку из закона Определяем плотность теплового потока через двухслойную стенку по формуле  Вт/м2.Для определения теплового потока, проходящего через стенку при стационарном тепловом состоянии, необходимо его плотность q умножить на поверхность плоской стенки. Тепловой поток по формуле 𝑄 = 𝑞∙𝐹 = 912,893 ∙ 38 = 34689,917 Вт. Найдем температуру на границе слоев,  . или   Если слой тепловой изоляции будет убран, а температура на наружной по-верхности стенки увеличится до значения t2= 90°С, величина теплового потока  составит.  Вт = 90,556 кВт.т.е. увеличится в  раза.Ответ: тепловой поток 𝑄 = 34689,917 Вт; температура на границе слоев  ;тепловой поток без слоя изоляции  Вт = 90,556 кВт, увеличится в 2,6. «Параметры состояния» Задача 2 Какой объем занимает 1 кг азота при температуре 750С и давлении 0,2 МПа. Решение: Молярная масса азота равна  кг/кмоль.Объем (удельный) 1 кг азота при заданной температуре и давлении найдем из уравнения Менделеева-Клапейрона:  где  Дж/(кмоль·К) – универсальная газовая постоянная,  м2⁄кг.Ответ: удельный объем азота равен 10,334 м2⁄кг. Задача 3 Во сколько раз объем определенной массы газа при Т1 = -200С меньше, чем при Т2 = 250С, если давление в обоих случаях одинаковое? Решение: При постоянном давлении объем газа изменяется по уравнению:  .Следовательно,  .Объем определенной массы газа при Т1 = -200С меньше, чем при Т2 = 250С, в 1,178 раза. Задача 4 Определить массу 5 м3 водорода, 5 м3 кислорода и 5 м3 углекислоты при давлении 6 бар и температуре 750С. Решение: Молярная масса водорода, кислорода и углекислого газа, соответственно, равна  кг/кмоль. кг/кмоль. кг/кмоль.Масса V, м3 газа при заданной температуре и давлении найдем из уравнения Менделеева-Клапейрона:  ,где Дж/(кмоль·К) - универсальная газовая постоянная. Если объем газа, температура и давление одинаковы, можно записать:  где N – количество киломолей газа. В нашем случае  кмоль.Тогда масса водорода  кг.масса кислорода  кг.масса углекислого газа  кг.Ответ: масса водорода 2,089 кг; масса кислорода 33,164 кг; масса углекислого газа 45,611 кг. Задача 5 Баллон с кислородом емкостью 27 л находится под давлением 8 Мпа при 160С. После расходования части кислорода давление понизилось на 6,5 Мпа, а температура упала до 100С. Определить массу израсходованного кислорода. Решение: Молярная масса кислорода равна кг/кмоль.Начальную массу кислорода m1 в объеме V при заданной начальной температуре t1 и давлении p1 найдем из уравнения Менделеева-Клапейрона:  ,где Дж/(кмоль·К) - универсальная газовая постоянная;  - объем емкости с кислородом. Тогда:  кгМассу кислорода m2 после того, как часть его была израсходована, найдем аналогично:   кгМасса израсходованного кислорода составляет:  кг = 490 г.Ответ: масса израсходованного кислорода составляет 0,49 кг или 490 г. Задача 6 В котельной электрической станции за 21 ч работы сожжены 57 т каменного угля, имеющего теплоту сгорания 28900 кДж/кг. Определить среднюю мощность станции, если в электрическую энергию превращено 18% тепла, полученного при сгорании. Решение: Количество тепла, превращенного в электрическую энергию за 20 ч работы, Q = 57・1000・28900・0,18 = 2,965・108 кДж. Эквивалентная ему электрическая энергия или работа  кВт ч.Следовательно, средняя электрическая мощность станции  кВт.Ответ: средняя электрическая мощность станции  кВт.Задача 7 В закрытом сосуде заключен газ при разряжении 50 мм.рт.ст. и температуре 710С. Показания барометра – 760 мм рт.ст. до какой температуры нужно охладить газ, чтобы разряжение стало равным 100 мм рт.ст? Решение: Изохорным называют процесс, протекающий при неизменном объеме рабочего тела. Так как процесс происходит при V = соnst, то зависимость между конечными и начальными параметрами (закон Шарля):  .Абсолютное давление  равно разности барометрического давления  мм рт ст и разряжения  мм рт ст.: . мм рт ст.Аналогично, абсолютное давление  равно разности барометрического давления мм рт ст и разряжения  мм рт ст.: . мм рт ст.Тогда искомая температура газа равна:  K = 46,7640С.Ответ: газ нужно охладить до температуры 46,7640С. Задача 8 1 кг воздуха при давлении P1 = 5,3 бар и температуре 1110С расширяется политропно до давления P2 =1,25 бар. Определить конечное состояние воздуха, изменение внутренней энергии, количество внутренней энергии, количество подведенного тепла и полученную работу, если показатель политропы равен 1,2. Решение: Температура воздуха в конце политропного расширения может быть найдена из уравнения политропного процесса:  Откуда,  . Объем 1 кг воздуха в начале процесса расширения найдем из уравнения Менделеева-Клапейрона:  где R = 287 Дж/(кг·К) – газовая постоянная воздуха; тогда  м3/кг.Аналогично объем 1 кг воздуха в конце процесса расширения:  где R = 287 Дж/(кг·К) – газовая постоянная воздуха; тогда  м3.Иначе, из уравнения политропного процесса:    м3.результат такой же. Изменение внутренней энергии U в политропном процессе:  где cv - удельная изохорная теплоемкость воздуха:  Дж/ (кг·K). кДж/ кг.Изменение внутренней энергии отрицательно, т.к. воздух в процессе охлаждается. Количество подведенного тепла Q в политропном процессе:  где  - удельная теплоемкость политропного процесса, находится по формуле:  ,где k = 1,4 – показатель адиабаты воздуха; тогда:  Дж/ (кг·K).Теплота политропного процесса:  кДж/ кг.т.о., в данном политропном процессе  .Теплота положительна, следовательно, заданный процесс расширения протекает с внешним подводом теплоты. Полученная работа расширения в политропном процессе:  . Дж/ кг = 117,952 кДж/ кг.Работа положительна, т.к. процесс идет с увеличением объеме рабочего тела. Иначе, из первого начала термодинамики:  . кДж/ кг.результат такой же. Ответ: температура в конце расширения  ; начальный  м3 и конечный объем  м3;работа расширения  Дж/ кг = 117,952 кДж/ кг; подведенная теплота  кДж/ кг; изменение внутренней энергии воздуха  кДж/ кг.Задача 9 «Цикл Карно. Круговые процессы. Компрессоры» Определить расход воды на охлаждение воздуха в рубашке двухступенчатого компрессора производительностью 10,1 м3/мин в промежуточном и концевом холодильниках, если в холодильниках воздух охлаждается до начально температуры, а вода нагревается на 150С. Воздух перед компрессором имеет давление Р1= 1,03 бар и температуру t1= 110С, сжатие воздуха в компрессоре происходит политропно (дать объяснение этому) (n=1,3) до конечного давления Р2 = 5,98 бар. Решение: Количество тепла, отводимого в рубашке компрессора: от 1 кг воздуха -  от G кг воздуха - Q = q G . Количество тепла, отводимого в промежуточном и концевом холодильниках: от 1 кг воздуха –  от G кг воздуха - Qхол = qхол · G . Массовую производительность компрессора определяем из характеристического уравнения:  кг/минЗначение газовой постоянной для воздуха берем из таблицы (приложение 1). Rвоз = 287 Дж/(кг·К) Промежуточное давление – уравнение:  бар.Температура в конце сжатия – уравнение:  К = 74,9350С.Здесь z = 2 (двухступенчатый компрессор). Количество тепла, отводимого в рубашке компрессора,   кДж /мин.Количество тепла, отводимого в промежуточном и концевом холодильниках,   кДж /мин.Здесь формула для вычисления теплоемкости идеального газа:  .Расход охлаждающей воды  кг/минЗдесь  кДж/(кг・К) - теплоемкость воды на линии насыщения. Ответ: расход воды на охлаждение воздуха  кг/мин.Список использованной литературы 1 Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче / Под ред. Б.Н. Юдаева. – М.: Высш. школа, 1964. – 372 с. 2 Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. – М.: Машиностроение, 1969. – 376 с. 3 Кириллин В.А., Шейндмин А.Е., Шпильрайн Э.Э. Задачник по технической термодинамике. – М.: Госэнергоиздат, 1957. – 256 с. 4 Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. – Л.: Химия, 1970. – 624 с. 5 Болгарский А.В., Голдобеев В.И., Идиатуллин Н.С., Толкачев Д.Ф. Сборник задач по термодинамике и теплопередаче. – М.: Высш. школа, 1972.- 304 с. 6 Дементий Л.В., Кузнецов А.А., Менафова Ю.В. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче. - Краматорск: ДГМА, 2002. - 260 с.Приложение 1  Приложение 2  Приложение 2  Приложение 4 Таблица Д.2 - Сухой насыщенный пар и вода на кривой насыщения (в зависимости от давления)  |