фуыпквярпрол. Методические указания по выполнению контрольной работы предназначены для студентов очной и заочной форм обучения по направлениям подготовки

• Название: Методические указания по выполнению контрольной работы предназначены для студентов очной и заочной форм обучения по направлениям подготовки
• Анкор: фуыпквярпрол
• Дата: 01.06.2022
• Размер: 1.06 Mb.
• Имя файла: Teplotekhnika_M_U_Kr_i_Sr.doc
• Тип: Методические указания; #561191
• страница: 4 из 8

ТЕОРИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕНА

Основные понятия и определения тепломассообмена.

Предмет и задачи теории теплообмена. Значение теплообмена в процессах хранения и переработки продуктов питания. Основные понятия и определения. Виды переноса тепла: теплопроводность. Конвекция и излучение. Сложный теплообмен.

Теплопроводность.

Температурное поле, Температурный градиент. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Теплопроводность плоской и цилиндрической стенок.

Конвективный теплообмен. Теплоотдача при фазовых переходах.

Закон Ньютона-Рихмана. Коэффициент теплоотдачи.

Дифференциальное уравнение конвективного теплообмена. Основы теории подобия. Теплоотдача при свободном и вынужденном движениях жидкости.

Теплопередача.

Теплопередача через плоскую однослойную и многослойную стенки. Коэффициент теплопередачи и термическое сопротивление теплопередаче. Теплопередача через цилиндрическую однослойную и многослойную стенки. Тепловая изоляция.

Теплообмен излучением

Основные понятия и определения. Законы излучения реальных тел.

Теплооьмен между поверхностями тел, угловые коэффициенты. Особенности излучения газов. Коэффициент теплоотдачи излучением.

Основы расчета теплообменных аппаратов

Назначение, классификация и схемы теплообменных аппаратов. Принцип расчета теплообменных аппаратов. Конструктивный и поверочный тепловые расчеты теплообменных аппаратов. Средний температурный напор. Основы гидродинамического расчета теплообменных аппаратов. Способы интенсификации теплообмена при однофазном течении газов и жидкости, при кипении и конденсации применительно к высокоэффективным теплообменным аппаратам. Современные конструкции трубчатых и пластинчатых теплообменных аппаратов. Методы оценки эффективности интенсификации теплообмена и оптимизация теплообменных аппаратов.

Вопросы для самостоятельной подготовки

1.Назовите основные виды теплообмена.

2.Уравнение температурного поля, температурный градиент.

3.Дать определение теплопроводности, закон Фурье.

4.Закон Ньютона – Рихмана.

5.Что называется коэффициентом теплопроводности, от каких параметров он зависит.

6.Вывод уравнения теплопроводности однослойной плоской стенки.

7. 
   Вывод уравнения теплопроводности многослойной плоской стенки.
   
8. 
   Вывод уравнения теплопроводности через однослойную цилиндрическую стенку.
   
9. 
   Вывод уравнения теплопроводности через многослойную цилиндрическую стенку.
   

10.Что называется теплопередачей. Вывод уравнения теплопередачи.

11.Определение коэффициента теплопередачи.

12.Вывод уравнения теплопередачи через однослойную плоскую стенку.

13.Вывод уравнения теплопередачи через многослойную плоскую стенку.

14.Вывод уравнения теплопередачи через однослойную цилиндрическую стенку.

15.Вывод уравнения теплопередачи через многослойную цилиндрическую стенку.

Тесты для самостоятельной подготовки Тепловой поток – это количество теплоты:

• 
  Передаваемое в единицу времени через произвольную поверхность.
  
• 
  Передаваемое в единицу времени через единичную площадь.
  
• 
  Проходящее в единицу времени через единичную площадь при градиенте температуры, равном единице.
  

Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м·К) характеризует:

• 
  Способность вещества передавать теплоту.
  
• 
  Интенсивность теплообмена между поверхностью тела и средой.
  
• 
  Интенсивность собственного излучения тела.
  

В каком случае интенсивность теплоотдачи ниже o При кипении. o В случае вынужденной конвекции.

• 
  В случае свободной конвекции.
  

О режиме течения жидкости судят по значению числа: o Рейнольдса (Re). o Нуссельта (Nu).

• 
  Прандтля (Pr).
  

Какой из температурных графиков соответствует случаю: стальная стенка, с одной стороны покрыта слоем сажи с теплопроводностью 0,09 Вт/(м·К), с другой слоем накипи с теплопроводностью 1,75 Вт/(м·К).

1

2

3

Коэффициент теплопередачи для плоской стенки вычисляется по формуле

¤ ¤ ¤ ¤

С повышением температуры максимум интенсивности излучения: o Смещается в сторону более длинных волн. o Смещается в сторону более коротких волн. o Не изменяется.

Какое из тел при прочих равных условиях имеет большую интенсивность излучения.

• 
  Со степенью черноты 0,3. o Со степенью черноты 0,7. o Со степенью черноты 0,9.
  

Поверхность, необходимая для передачи теплового потока Q от горячего теплоносителя к холодному, определяется из уравнения...

• 
  теплопередачи
  
• 
  теплового баланса o Фурье
  
• 
  Ньютона-Рихмана
  

Твердая поверхность охлаждается в потоке жидкости. Укажите изменение температуры поверхности при уменьшении коэффициента теплоотдачи.

• 
  Температура поверхности увеличится. o Температура поверхности уменьшится.
  
• 
  Температура поверхности не изменится.
  

Регенераторы – это:

• 
  Теплообменные аппараты, в которых передача теплоты между двумя жидкостями осуществляется через разделяющую стенку.
  
• 
  Теплообменные аппараты, в которых обмен теплотой осуществляется при смешивании горячей и холодной жидкостей.
  
• 
  Теплообменные аппараты, в которых одна и та же поверхность нагрева омывается то горячей, то холодной жидкостью.
  

Теплообменником называют аппарат, предназначенный:

• 
  для отвода теплоты от теплоносителей o для подвода теплоты к теплоносителям
  
• 
  для сообщения теплоты одному из теплоносителей в результате его отвода от другого теплоносителя
  
• 
  для сообщения теплоты одному из теплоносителей в результате его сообщения к другому теплоносителю
  

С какой стороны плоской поверхности установка ребер позволит в наибольшей степени интенсифицировать теплопередачу.

• 
  Со стороны большего коэффициента теплоотдачи. o Со стороны меньшего коэффициента теплоотдачи. o Не имеет значения, с какой стороны.
  

Поглощательная способность равна единице:

• 
  Для абсолютно черных тел. o Для серых тел.
  
• 
  Для абсолютно прозрачных тел.
  

Типовые задачи для самостоятельной подготовки

1. 
   Стенка камеры нагревательной печи состоит из двух слоёв: изоляционного кирпича толщиной ₁=250 мм и слоя изоляции из листового асбеста толщиной ₂=100 мм. Температура газа в печи t_г=1500 ⁰С, температура воздуха в помещении t_в=25 ⁰С, коэффициент теплоотдачи от газа к внутренней стенки печи ₁=120 Вт/(м²К) и от наружной стенки к воздуху ₂= 40 Вт/(м²К). Определить теплоту теряемую 1 м² через стенку, температуру на наружной поверхности стенки
   
2. 
   Стальной трубопровод диаметром 1085 мм с коэффициентом теплопроводности [₁ = 50,3 Вт/(мК)] имеет трехслойную изоляцию. Толщина первого слоя ₂=25 мм [₂ =0,038 Вт/(мК)], второго - ₃=35 мм [₃=0,052 Вт/(мК)], третьего - ₄=4 мм [₄ = 0,116 Вт/(мК)]. Температура на внутренней поверхности трубы t₁ = 218 ⁰C, на наружной поверхности второго слоя изоляции t₄ = 76 ⁰С. Определить неизвестные температуры на поверхностях слоев.
   
3. 
   Стенка печи изготовлена из двух слоев кирпича. Внутренний слой – огнеупорный кирпич толщиной – 300 мм. Наружный слой – красный кирпич – толщиной 150 мм. Определить температуру на наружной поверхности стенки и красного кирпича, если на внутренней стороне стенки и кирпича температура – 40 °С. Потери тепла через 1 м² площади составляют 0,9 кВт/м². _{огнеупор}= 1,0 Вт/(м·К), _красн= 0,6 Вт/(м·К).
   
4. 
   Температура внутренней поверхности стенки – 600 °С, наружной - 80 °С. Толщина стенки – 0,6 м. Удельный тепловой поток, проходящий через стенку, равен 580 Вт/м². Определить коэффициент теплопроводности кирпича.
   
5. 
   Определить теплопередачу излучением от 1 м² поверхности отопительного радиатора в большом помещении. Температура стенок радиатора 90 °С. Температура стен помещения 18 °С. Степень черноты поверхности радиатора ε = 0,9 .
   
6. 
   Найти тепловой поток, передаваемый от стенки канала спирального теплообменника к воде, если поверхность стенки 30 м². Температура воды – 40 °С. Температура стенки – 45 °С. Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде 6500 Вт/(м²·°С).
   
7. 
   Определить толщину стенки, если температура воздуха внутри помещения – 30 °С; снаружи – (-10 °С). Коэффициент теплопроводности кирпича – 0,7 Вт/(м·°С). Удельный тепловой поток через плоскую стенку – 2000 Вт/м².
   
8. 
   Определить температуры поверхностей кирпичной стенки. Коэффициенты теплоотдачи от теплового воздуха к стенке – 8 Вт/(м·°С); от стенки к холодному воздуху 15 Вт/(м·°С).
   
9. 
   Степень черноты серого тела составляет 0,75. Определить коэффициент излучения серого тела.
   
10. 
    Определить потери тепла излучением с 1 м паропровода, если наружный диаметр паровпровода d =0,3 м, коэффициент поглащения А = 0,9, температура стенки 450°С, температура окружающей среды 50°С.
    
11. 
    По трубке с внутренним диаметром d =8 мм и длиной l > d50 движется вода со скоростью 1,2 м/с. Температура поверхности трубки 90°С, средняя температура воды в трубке 30°С. Определить коэффициент теплоотдачи от стенки трубки к воде и среднюю по длине трубки плотность теплового потока.
    
12. 
    Определить средний коэффициент конвективной теплоотдачи от потока воздуха к стенкам пятирядного пучка труб при поперечном его обтекании, если известны средняя скорость потока в узком сечении W=10,2 м/с, средняя температура воздуха t_воз = 450 °С и диаметр трубы d = 82 мм . Характер расположения труб в пучке, шахматный.
    

ТЕПЛОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕУСТАНОВКИИ ПРОМЫШЛЕННАЯТЕПЛОЭНЕРГЕТИКА

Виды и характеристики топлива

Состав и основные характеристики твердого топлива. Состав и основные характеристики жидкого топлива. Состав и основные характеристики газообразного топлива. Теплота сгорания топлива. Условное топливо. Приведенные характеристики. Классификация топлив

Основы теории горения и организация сжигания топлив в промышленных условиях. Топочные устройства

Основы расчета и основные параметры топочных устройств. Особенности сжигания газа. Горелки и топки для газообразного топлива и газообразных отходов производства. Форсунки и топки для жидкого топлива. Особенности сжигания твердых топлив

Паровые и газовые турбины

Действие рабочего тела на лопатки. Активные турбины. Реактивные турбины. Мощность и КПД турбины. Классификация турбин. Конденсационные устройства паровых турбин. Газотурбинные установки (ГТУ). Турборасширительные машины.

Основы теплоснабжения

Общие сведения. Теплоснабжение промышленных предприятий. Отопление. Вентиляция. Кондиционирование воздуха.

Вопросы для самостоятельной подготовки

1. 
   Состав и основные характеристики твердого топлива.
   
2. 
   Состав и основные характеристики жидкого топлива.
   
3. 
   Состав и основные характеристики газообразного топлива.
   
4. 
   Теплота сгорания топлива. Условное топливо. Приведенные характеристики. Классификация топлив.
   
5. 
   Основы расчета и основные параметры топочных устройств.
   
6. 
   Особенности сжигания газа. Горелки и топки для газообразного топлива и газообразных отходов производства.
   
7. 
   Форсунки и топки для жидкого топлива. Особенности сжигания твердых топлив
   
8. 
   Действие рабочего тела на лопатки. Активные турбины. Реактивные турбины. Мощность и КПД турбины.
   
9. 
   Классификация турбин. Конденсационные устройства паровых турбин.
   
10. 
    Газотурбинные установки (ГТУ). Турборасширительные машины.
    

Тесты для самостоятельной подготовки

Химический недожог топлива является следствием … o недостатка воздуха в зоне горения или плохого перемешивания воздуха с топливом

• 
  избытка воздуха в зоне горения или хорошего перемешивания воздуха с топливом
  
• 
  наличия твердых недогоревших частиц топлива o наличия CO₂, H₂, CH₄ в продуктах сгорания
  

Продукт анаэробной ферментации (сбраживания) органических отходов

(навоза, растительных остатков, мусора и т.д.) называется … o биогазом o генераторным o коксовым

• 
  доменным
  

Дутьевой вентилятор устанавливается с целью … o подачи воздуха в котел o создания разряжения в топке котла o создания разряжения в газоходах котла o создания избыточного давления в циркуляционном контуре котла

Самотяга дымовой трубы будет тем больше, чем выше __________ газов в трубе и ниже температура воздуха.

• 
  температура o давление o теплопроводность o вязкость
  

Дымосос устанавливается с целью … o создания разряжения (избыточного давления) в топке котла o подачи воздуха в топку котла

• 
  удаления из воды растворенных в ней газов o создания избыточного давления в циркуляционном контуре котла
  

Необходимость очистки дымовых газов от золы связана с … o защитой атмосферы и предотвращением абразивного износа оборудования o защитой сельскохозяйственных угодий o защитой поверхности земли o защитой рек и озер

Цифрой 1 на схеме вертикально – водотрубного барабанного парового котла с естественной циркуляцией обозначен(-ы) …

• 
  экранные трубы o водяной экономайзер o пароперегреватель o барабан
  

В топку котла подаются … o энергетическое топливо и окислитель (воздух)

• 
  энергетическое топливо, окислитель (воздух) и питательная вода o каменный уголь, окислитель (воздух) и питательная вода o природный газ, окислитель (воздух) и питательная вода
  

К вспомогательному оборудованию котельной установки относится … o оборудование для подачи топлива

• 
  котел o экономайзер котла o топочная камера котла Примерные тестовые задания
  

1. Первый закон термодинамики есть частный случай:

1. 
   Закона сохранения массы веществ.
   
2. 
   Закона сохранения и превращения энергии. 3. Закона сохранения количества движения.
   

2. При увеличении энтропии (S₂ > S₁):

1. 
   Теплота не подводится и не отводится.
   
2. 
   Теплота отводится. 3. Теплота подводится.
   

3. 
   Укажите аналитическое выражение второго закона термодинамики.
   

1. ds ≥ δq/T. 2. δq = du + pdv. 3. δq = dh – vdp.

4. 
   Указать формулы для определения удельной теплоты q и удельной работы  для изохорного процесса идеального газа.
   

R

1. 
   q = 0 ℓ = T₁ T₂.
   

k1

2. 
   q = RT·ln(p₁/p₂) ℓ = q.
   
3. 
   q = c_v·(T₂-T₁) ℓ = 0.
   

5. 
   Кипение – это:
   

1. 
   Процесс парообразования с поверхности жидкости.
   
2. 
   Процесс парообразования во всем объеме жидкости.
   
3. 
   Переход вещества из твердого состояния в газообразное.
   

6. 
   Как изменится влагосодержание (d) влажного воздуха при температуре 60ºС и относительной влажности 60%, если его нагреть в калорифере.
   

1. 
   Уменьшится.
   
2. 
   Увеличится.
   
3. 
   Не изменится.
   

7. 
   Перенос теплоты при соприкосновении частиц, имеющих различную температуру, называется:
   

1. 
   Теплопроводностью.
   
2. 
   Конвекцией. 3. Излучением.
   

8. 
   У кажите формулу для определения коэффициента теплопередачи. q 1 a   .
   

1. . 2. k . 3.

gradt 1  1 c

 

1  2 9. Укажите размерность числа Нуссельта.
1. Вт / (м2  К). 2. Вт / (м  К). 10. Степенью черноты тела (ε) называется:		3. Безразмерное.

1. 
   Отношение энергии пропущенной Е_проп к энергии падающей Е_пад.
   
2. 
   Отношение излучательной способности Е реального тела к излучательной способности Е_о абсолютно черного тела при той же температуре.
   
3. 
   Отношение отраженной энергии Е_отр к энергии падающей Е_пад
   

11. Определите тепловой поток в калорифере (теплообменном аппарате для нагрева воздуха в системе отопления), если в нем нагревается 0,5 кг/с воздуха от t₁ = – 10 ºС до t₂ = 40 ºС. Теплоемкость воздуха принять равной 1,006 кДж/(кг·К).

1. 19,76 кВт. 2. 21,83 кВт. 3. 25,15 кВт.

12. Холодильный коэффициент - это :

1. 
   Отношение теплоты, отбираемой от холодного источника, к работе цикла.
   
2. 
   Отношение работы цикла к теплоте, отдаваемой горячему источнику. 3. Отношение теплоты к абсолютной температуре.
   

13. Сухой воздух имеет следующий массовый состав: примерно 23,2% О₂ и 76,8% N₂. Определить газовую постоянную смеси (R_см), еслиR_О2 =

260 Дж/(кг·К) R _N2 = 297 Дж/(кг·К)

1). 286,9 Дж/(кг·К). 2). 557 Дж/(кг·К).

3). 8314 Дж/(кг·К).

14. Указать формулу теплоты, подведенной к газу в изохорном процессе.

1. c_v(T₂-T₁) 2. c_p(T₂-T₁) 3. RTln(v₂/v₁) 4. c_v(T₂-T₁)(n-k)/(n-1)

15. Цикл с подводом теплоты при постоянном объеме:

1. 
   реализуется в дизелях
   
2. 
   реализуется в дизелях и бензиновых двигателях
   
3. 
   реализуется только в бензиновых двигателях 4) реализуется в бензиновых и газовых двигателях
   

1 6. Процесс 1, показанный на графике, называется …

1. 
   изохорным
   
2. 
   политропным
   
3. 
   изотермическим
   
4. 
   изобарным
   

17. Конденсация - это:

1. 
   Переход вещества из жидкого состояния в газообразное.
   
2. 
   Переход вещества из газообразного состояния в жидкое.
   
3. 
   П ереход вещества из твердого состояния в газообразное. 18. Линия 1, показанная на Hd- диаграмме влажного воздуха,
   

19.

стенки

1. 
   Слой 1.
   
2. 
   Слой 3.
   
3. 
   Слой 2.
   

1. 2.

3. 4.

21. 
    Коэффициент теплоотдачи α:
    

1. 
   рассчитывается из критериального уравнения Рейнольдса
   
2. 
   рассчитывается из критериального уравнения Прандтля
   
3. 
   рассчитывается из критериального уравнения Нуссельта
   
4. 
   рассчитывается из критериального уравнения Грасгофа
   

21. 
    В законе Стефана-Больцмана лучеиспускательная способность тела Е:
    

1. 
   прямо пропорциональна температуре во второй степени
   
2. 
   прямо пропорциональна температуре в четвертой степени 3) обратно пропорциональна температуре во второй степени 4) прямо пропорциональна температуре в четвертой степени
   

21. 
    Рекуперативным называется теплообменник, у которого:
    

1) происходит передача теплоты от одного теплоносителя к другому 2) передача теплоты от одного теплоносителя к другому осуществляется через разделяющую их границу раздела

3. 
   передача теплоты от одного теплоносителя к другому осуществляется через разделяющую их твердую стенку
   
4. 
   передача теплоты от одного теплоносителя к другому осуществляется через разделяющую их жидкость 24. Холодильный коэффициент - это :
   

1. 
   Отношение теплоты, отбираемой от холодного источника, к работе цикла.
   
2. 
   Отношение работы цикла к теплоте, отдаваемой горячему источнику. 3. Отношение теплоты к абсолютной температуре.
   

25. Основным горючим элементом жидкого топлива является …

1. 
   углерод
   
2. 
   кислород
   
3. 
   водород
   
4. 
   сера
   

26. Среди всех потерь для котла потери теплоты с уходящими газами являются …

1. 
   наибольшими
   
2. 
   наименьшими
   
3. 
   равными нулю
   
4. 
   пренебрежимо малыми
   

2. ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Задача. Спроектировать трубчатый теплообменник непрерывного действия. Исходные данные по вариантам взять из таблицы 1.

Таблица 1. Исходные данные для расчета трубчатого теплообменника

0	вода	10	32	2,8	2	2	0	14	90	0,202
1	молоко	8	25	2,8	0,8	4	1	8	85	0,145
2	сливки	4	20	2,35	1	4	2	9	80	0,126
3	вода	9	40	3	1,2	2	3	15	80	0,275
6	молоко	7	25	2,8	2	4	4	4	87	0,146
5	сливки	5	20	2,5	0,8	6	5	8	78	0,128
6	вода	15	32	2,8	1,8	4	6	14	84	0,237
7	молоко	11	20	2,35	1,6	4	7	8	83	0,146
8	вода	12	25	2,8	2	2	8	12	75	0,172
9	молоко	8	32	2,8	1,4	6	9	6	82	0,144

МЕТОДИКА РАСЧЁТА ТРУБЧАТОГО ТЕПЛООБМЕННИКА

Таблица 2. Исходные данные для расчёта

Показатель	Единица измерения	Условное обозначение	Значение
Массовая производительность	т/ч	G
Температуры среды
начальная	°C	t1
конечная	°C	t2
Давление греющего пара	МПа	рп
Внутренний диаметр трубок	мм	d
Длина трубок одного хода	м	l
Предварительное число ходов	шт.	zn
Вид нагреваемого продукта
Материал теплоизоляции

Примечание: Материал теплоизоляции выбрать из таблицы 4 приложения в ходе расчета согласно рекомендациям.