М. С. Курбангалеев, А. А. Мухамадиев, И. Х. Хайруллин
 Скачать 401.42 Kb.
|
|
2.2.2. Теплоотдача при вынужденном движении среды в каналах цилиндрической формы (в трубах) Ламинарный, переходный и турбулентный режимы движения. Расчетные соотношения. Теплоотдача при поперечном омывании одиночной трубы и пучков труб. Расчетные соотношения. Вопросы для самоконтроля 1. Зависимость коэффициента теплоотдачи от характера формирования пограничного слоя. 2.2.3. Теплоотдача при изменении агрегатного состояния вещества Кипение. Конденсация Механизм процесса кипения, условия зарождения паровых пузырьков и их влияние на интенсивность теплообмена. Режимы кипения (пузырьковый, пленочный. Расчетные соотношения для определения для расчета коэффициента теплоотдачи. Теплоотдача при конденсации пара. Пленочная и капельная конденсация. Факторы, определяющие интенсивность теплообмена при конденсации. Расчет коэффициентов теплоотдачи. Вопросы для самоконтроля 1. Роль паровых пузырьков в интенсивности теплоотдачи при кипении. 2. Влияние пленки конденсата на интенсивность теплоотдачи при конденсации. 3. Влияние неконденсирующегося газа на теплообмен. 2.3. Теплообмен изучением Основные законы черного излучения. Степень черноты. Теплообмен излучением между плоскопараллельными твердыми стенками. Снижение тепловых потерь излучением. Свойство экранов. Теплообмен излучением между твердыми телами произвольной формы. Особенности теплового излучения газов. Теплообмен излучением в котельных топках. Расчетные соотношения. Вопросы для самоконтроля 1. Понятия о собственном, эффективном и результирующем излучении. 2. Теплообмен излучением между телами. 2.4. Теплопередача Теплопередача через одно- и многослойную плоские стенки. Теплопередача через плоские и цилиндрические стенки приграничных условиях III рода. Критический диаметр изоляции цилиндрической стенки. Интенсификация теплопередачи. Вопросы для самоконтроля 1. Основное уравнение теплопередачи. Коэффициент теплопередачи. 2. Уравнения теплопередачи через плоские и цилиндрические стенки. 3. Тепловая изоляция труб. 4. Интенсификация теплопередачи оребрением. 2.5. Теплообменные аппараты Классификация. Основные уравнения теплового расчета теплообменных аппаратов. Средняя разность температур между теплоносителями. Вопросы для самоконтроля 1. Уравнение теплового баланса. 2. Уравнение теплопередачи. 3. Понятие о поверочном и проектном тепловых расчетах теплообменных аппаратов. 2.6. Основы массообмена Определение потоков массы и энергии. Уравнения переноса, коэффициенты переноса. Аналогия процессов переноса. Концентрационная диффузия. Термо- и бародиффузия. Конвективная диффузия. Дифференциальные уравнения тепло- массообмена. Диффузионные числа подобия. Уравнения подобия массообменных процессов. Массообменные аппараты. Вопросы для самоконтроля 1. Аналогия процессов переноса теплоты, массы, количества движения. 2. Движущая сила массообменных процессов. 3. Числа подобия и уравнения подобия массообменных процессов МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ Количество контрольных работ, выполняемых заданий и набор задач выбираются из приложения (таблица П) в соответствии с требованиями ГОС направления обучения. В той же таблице указаны разделы учебной программы для самостоятельной проработки. Варианты условий задач определяются по двум последним цифрам шифра (номера зачетной книжки. Работы, выполненные не по своему варианту, рассматриваться не будут. При выполнении контрольных работ необходимо − выписать условие задачи − решение сопровождать краткими пояснениями, в которых показать, какая величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в формулу и откуда они берутся (например, из условия задачи, из справочника, определены ранее − проставить размерности (в системе СИ (SI – system inter- national)); − задачи сопровождать соответствующими схемами или диаграммами − сформулировать краткие выводы по результатам расчетов. Выполненные задания должны быть сданы на проверку до начала сессии. Контрольная работа принимается, если она не содержит ошибок принципиального характера, и защищается приличной беседе с преподавателем. Если работа выполнена неверно, она возвращается с указаниями для исправления. Не разрешается вносить исправления в первоначальный текст. Новое решение прилагается к выполненному ранее. Контрольное задание № 1–ТД Задача № ТД – 1 Определить газовую постоянную, кажущуюся молекулярную массу, плотность и удельный объем при нормальных условиях для смеси идеальных газов, объемное содержание которых задано. Найти также средние массовые теплоемкости этой смеси при постоянном давлении р в интервале температур от t 1 дои определить количество теплоты для изобарного нагревания m кг газовой смеси от t 1 до t 2 , если задан общий начальный объем этой смеси см. Данные для расчета приведены в табл. 1. Таблица 1 Объемный состав газовой смеси Последняя цифра шифра р, бар V см , м 3 t 1 , С t 2 , С Предпоследняя цифра шифра N 2 O 2 H 2 CO 2 0 1 50 100 500 0 70 20 10 1 3 60 200 600 1 70 10 20 2 5 70 300 700 2 60 10 30 3 7 80 400 600 3 50 10 40 4 9 90 100 400 4 40 5 55 5 2 40 200 500 5 30 20 50 6 4 30 300 600 6 20 10 70 7 6 20 400 700 7 50 5 45 8 8 10 100 500 8 45 5 50 9 10 100 200 600 9 10 20 70 Задачу следует решать с учетом нелинейной зависимости теплоемкости газов от температуры с = f(T) . Значения t o m c приведены в приложении (табл.П.1). Напоминаем, что см, .) .( у н см см см с c ρ ′ = , см см v 1 = ρ , Т R pv см см = , см см R R µ µ = , ) ( 8314 К кмоль Дж R = µ , см, .) ( у н см ρ - плотность смеси при нормальных условиях (ну К, ну =1,013·10 5 Па) Задача № ТД – 2 m кг газа расширяется политропно с показателем полит- ропы n от начального состояния с параметрами р 1 и t 1 до конечного давления р. Определить теплоту Q , работу L , изменение внутренней энергии U ∆ , энтальпии H ∆ и энтропии s ∆ . Считать, что Изобразить процесс на диаграмме без соблюдения масштаба. Данные для расчета приведены в табл. 2. Таблица 2 Последняя цифра шифра Газ m, кг n Предпоследняя цифра шифра p 1 , МПа, С р, МПа 0 N 2 10 1,0 0 0,2 10 0,8 1 O 2 20 1,1 1 0,4 15 2,0 2 H 2 30 1,2 2 0,6 20 3,0 3 CO 2 40 1,3 3 0,8 25 6,4 4 N 2 50 1,4 4 1,0 30 8,0 5 O 2 60 1,0 5 1,2 50 12,0 6 H 2 70 1,1 6 1,4 70 14,0 7 CO 2 80 1,2 7 1,6 100 16,0 8 N 2 90 1,3 8 1,8 120 18,0 9 O 2 100 1,4 9 2,0 140 20,0 Задача № ТД – 3 Сжатие воздуха в компрессоре происходит а) по изотерме б) по адиабате в) по политропе с показателем 1 m& , кг/с, начальное давление р = 0,1 МПа, начальная температура t 1 , конечное давление р 2 Определить величины работ сжатия, теоретическую работу компрессора и мощность привода компрессора ( m l N компр & = , кВт. Изобразить процессы на диаграмме. Объяснить полученные результаты расчетов. Данные для расчета приведены в табл. 3. Таблица 3 Последняя цифра шифра n m& , кг/с Предпоследняя цифра шифра t 1 , С р, МПа 0 1,1 5 0 10 0,5 1 1,15 10 1 15 0,6 2 1,2 15 2 20 0,7 3 1,25 20 3 25 0,8 4 1,3 25 4 30 0,9 5 1,1 30 5 40 1,0 6 1,15 35 6 50 0,5 7 1,2 40 7 60 0,6 8 1,25 45 8 70 0,7 9 1,3 50 9 80 0,8 Напоминаем, что нагн сж вс компр l l l l + + = Задача № ТД – 4 Водяной пар при давлении р и температуре t 1 , дроссели- руется до давления р. Определить неизвестные параметры пара h , v , s вначале ив конце дросселирования и потерю работоспособности Принять температуру окружающей среды равной t 0 . Изобразить процессы на диаграмме (см. в приложении. Данные для расчета приведены в табл. 4. Таблица 4 Последняя цифра шифра t 1 , С, МПа Предпоследняя цифра шифра р, МПа t 0 , С 0 700 50 0 0,5 10 1 600 30 1 0,3 15 2 500 20 2 0,2 20 3 400 10 3 0,1 25 4 300 5 4 0,05 30 5 650 50 5 0,5 10 6 550 30 6 0,3 15 7 450 20 7 0,2 20 8 350 10 8 0,1 25 9 500 30 9 0,3 30 Задача № ТД – 5. 1 кг воздуха совершает работу в обратимом цикле Карно при температурах верхнего t I и нижнего t II источника тепла. Наивысшее давление составляет р, а наинизшее – р. Определить параметры в характерных точках цикла, работу цикла ц, количество подведенной q 1 и отведенной q 2 теплоты и термический кпд. t η цикла. Показатель адиабаты для воздуха принять равным k =1,41. Изобразить цикл на pv - и Тs -диаграммах. Данные для расчета приведены в табл. 5. Таблица 5 Последняя цифра шифра t I , С t II , С Предпоследняя цифра шифра р 1 , МПа р, МПа 1 2 3 4 5 6 0 600 250 0 5 0,10 1 700 240 1 6 0,11 2 800 230 2 7 0,12 3 900 220 3 8 0,13 1 2 3 4 5 6 4 1000 210 4 9 0,12 5 1100 200 5 10 0,11 6 1200 190 6 11 0,10 7 1300 180 7 12 0,12 8 1400 170 8 13 0,11 9 1500 160 9 14 0,10 Задача № ТД – 6 Определить холодильный коэффициент ε ′ парокомпрес- сионной аммиачной холодильной установки (с дросселем, массовый расход аммиака m& , кг/с и теоретическую мощность привода компрессора N компр . по заданным значениям температуры влажного насыщенного пара NH 3 на входе в компрессор t 1 и температуре сухого насыщенного пара за компрессором t 2 и хо- лодопроизводительности установки Изобразить схему установки и цикл на Тs -диаграмме. Данные для расчета приведены в табл. 6. Таблица 6 Последняя цифра шифра t 1 , С t 2 , С Предпоследняя цифра шифра Q , кВт 0 -10 40 0 150 1 -15 35 1 180 2 -20 30 2 200 3 -25 25 3 220 4 -20 15 4 250 5 -25 20 5 280 6 -20 25 6 300 7 -15 20 7 160 8 -10 25 8 190 9 -15 30 9 200 Напомним ц, 4 1 2 h h q − = , 1 2 2 ц, 4 2 3 2 1 h h h h q − = − = (3-4 – процесс дросселирования. При адиабатном сжатии s 1 = s 2 = const , поэтому степень сухости в т. 1 можно рассчитать как ( ) ( ) ( ) ( ) 1 1 1 2 ' " ' " t t t t s s s s x − − = , где s (t) − соответственно значения энтропии при указанных температурах, из приложения (табл. П. Задача № ТД – 7 Газ в сосуде неограниченного объема имеет постоянные параметры давление р и температуру Определить скорость адиабатного истечения и расход, критическую скорость истечения и максимальный расход для простого суживающего сопла, если давление за сужением р 2 Объяснить полученные результаты. Данные для расчета приведены в табл. 7. Принять площадь сечения устья f = 0,001 м 2 Таблица 7 Последняя цифра шифра р, МПа t 1 , С Предпоследняя цифра шифра р, МПа Газ 0 1,0 300 0 0,1 N 2 1 1,2 320 1 0,15 O 2 2 1,4 340 2 0,2 H 2 3 1,6 360 3 0,25 CO 2 4 1,8 380 4 0,3 N 2 5 2,0 400 5 0,35 O 2 6 2,2 280 6 0,4 H 2 7 2,4 260 7 0,45 CO 2 8 2,6 240 8 0,5 N 2 9 2,8 220 9 0,55 O 2 Напомним, что скорость адиабатного истечения в соответствии с уравнением го закона термодинамики для движущегося газа ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ − ⋅ ⋅ − ⋅ = − k k p p v p k k W 1 1 2 1 1 2 ) ( 1 1 2 & , мс, а максимальный расход 2 2 v W f m & & ⋅ = , кг/с. Физика процессов при истечении такова, что 2 W& и m& не могут превысить определенные критические значения кр и кр m& Задача № ТД – 8 Сравнить значение термического кпд. идеальных циклов поршневых двигателей внутреннего сгорания (д.в.с.) с изобарным (цикл Дизеля) и изохорным (цикл Отто) подводом теплоты, если в начальном состоянии (точка 1) известны давление р 1 и температура t 1 ; степень сжатия 2 1 / v v = ε ив каждом из этих циклов подводится x q 1 теплоты. Рабочее тело воздух (считать его идеальным газом, полагая теплоемкость его постоянной. Рассчитать параметры u h T v p , , , , в характерных точках циклах циклов, значения q l u h , , , ∆ ∆ в соответствующих процессах и свести их в таблицы. Определить также t η цикла Карно, осуществляемого в том же интервале минимальных и максимальных температур t 1 - t 4 , что и данные циклы. Изобразить циклы д.в.с. в pv - и диаграммах. Для решения задачи использовать данные табл. 8. Таблица 8 Последняя цифра шифра р 1 , МПа С Предпоследняя цифра шифра, кДж/кг 0 0,10 0 6 0 400 1 0,11 5 7 1 450 2 0,12 10 8 2 500 3 0,13 15 9 3 550 4 0,14 20 10 4 600 5 0,10 25 7 5 650 6 0,11 30 8 6 700 7 0,12 35 9 7 750 8 0,13 40 10 8 800 9 0,14 45 11 9 850 Задача № ТД – 9 Путем сравнительного расчета показать целесообразность применения пара высоких начальных параметров и низкого конечного давления на примере паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина. Для этого определить предполагаемое теплопадение, термический КПД цикла и удельный расход пара для двух вариантов значений начальных и конечных параметров пара. Указать конечное значение степени сухости х (при давлении р) на Ts - и диаграммах. Изобразить схему простейшей паросиловой установки и дать краткое описание ее работы. Данные для решения задачи взять из табл. 9. Таблица 9 Параметры пара I варианта Параметры пара II варианта Последняя цифра шифра р, МПа, С р, кПа Предпоследняя цифра шифра р, МПа t 1 , С р, кПа 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1,5 250 80 0 8,0 480 3 1 2,0 300 70 1 9,0 480 4 1 2 3 4 5 6 7 8 2 2,5 325 90 2 10,0 500 4 3 2,0 350 100 3 11,0 520 4 4 2,5 375 110 4 12,0 530 5 5 3,0 350 90 5 12,0 540 3 6 3,5 370 80 6 13,0 550 4 7 3,0 400 70 7 14,0 560 4 8 4,0 425 90 8 14,0 580 5 9 4,5 400 100 9 15,0 600 5 Задача № ТД – 10 В топке сжигается газообразное топливо заданного состава с объемным расходом ну. Окислителем является атмосферный воздух. Определить низшую и высшую теплоты сгорания этого топлива, теоретический и действительный объемы воздуха, необходимые для его полного сгорания. Данные для решения задачи взять из табл. а, где ну – объемный расход при нормальных условиях ток влаго- содержание топлива и окислителя соответственно (г влаги/нм 3 сух. топлива α – коэффициент избытка воздуха. Низшая теплота сгорания компонентов топлива н приведена в табл. б. Таблица а r i , % объемные Последняя цифра шифра ну V& , м 3 /с d т г/нм 3 d ок г/нм 3 α Предпоследняя цифра шифра CH 4 метан этан C 3 H 8 пропан C 4 H 10 бутан водород H 2 S сероводород азот 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 0 0,3 12 10 1,15 0 22 14 12 6 28 0,2 17,8 1 0,4 14 12 1,2 1 28 22 10 8 24 0,4 7,8 2 0,5 16 14 1,25 2 32 26 8 6 20 0,6 7,8 3 0,6 18 16 1,3 3 38 30 6 8 14 0,8 3,2 4 0,7 20 18 1,1 4 46 32 4 4 12 1,0 1,0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 5 0,8 22 20 1,15 5 58 14 10 8 6 0,8 3,2 6 0,9 24 22 1,2 6 68 16 8 6 1 0,6 0,4 7 1,0 26 24 1,25 7 74 10 6 4 2 0,4 3,6 8 1,1 28 26 1,3 8 80 6 4 2 4 0,2 3,8 9 1,2 30 28 1,35 9 84 4 2 2 4 0,6 Таблица б Газ CH 4 метан C 2 H 6 этан C 3 H 8 пропан C 4 H 10 бутан H 2 водород сероводород н, кДж/нм 3 35820 63750 91400 118000 10800 23650 Контрольное задание № 2 –ТП Задача № ТП – 1 Определить плотность теплового потока q& , передаваемого теплопроводностью 1. через однослойную плоскую металлическую стенку толщиной. через двухслойную плоскую стенку первая стенка покрыта плоским слоем изоляции толщиной |