Материал: Z841 Цветков ОБ Прикладной тепломассообмен
Задача 2. Внутри стального трубопровода, наружный диаметр которого dнар, а толщина стенки ст, движется жидкость (хладоноситель) с температурой tж1. Трубопровод покрыт изоляцией толщиной из. Снаружи находится воздух, температура которого tж2. Коэффициенты теплоотдачи: от воздуха к поверхности изоляции 2 , от внут-
ренней поверхности трубопровода к хладоносителю 1.
Определить: линейный коэффициент теплопередачи; плотность теплового потока от воздуха к хладоносителю, отнесенную к 1 м длины трубопровода и к 1 м2 наружной поверхности изоляции; температуры на наружной и внутренней поверхностях изоляции. Вы-
числить теплоприток от воздуха к хладоносителю за время |
, если |
||||||||||
длина трубопровода L. |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Коэффициенты теплопроводности стали |
ст = 45 Вт/(м К), изо- |
|||||||||
ляции |
из. Изобразить распределение температур в трубопроводе (без |
||||||||||
масштаба). |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
Номер варианта и исходные данные для расчета определяют |
||||||||||
по последней цифре шифра: |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
№ |
dнар, |
ст, |
tж1, |
из, |
1, |
2, |
tж2, |
из, |
L, |
, |
|
вари- |
|||||||||||
мм |
мм |
ºС |
мм |
Вт/(м2 К) |
Вт/(м2 К) |
ºС |
Вт/(м К) |
м |
ч |
||
анта |
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
0 |
30 |
1,5 |
–5 |
10 |
1000 |
5 |
5 |
0,035 |
4 |
2 |
|
1 |
36 |
1,5 |
–10 |
15 |
1500 |
8 |
10 |
0,029 |
5 |
3 |
|
2 |
42 |
2,0 |
–15 |
20 |
2000 |
10 |
15 |
0,047 |
6 |
4 |
|
3 |
52 |
2,0 |
–20 |
25 |
1500 |
10 |
20 |
0,064 |
7 |
5 |
|
4 |
56 |
2,5 |
–25 |
30 |
1000 |
8 |
25 |
0,076 |
8 |
2 |
|
5 |
30 |
1,5 |
–5 |
10 |
800 |
6 |
20 |
0,035 |
7 |
3 |
|
6 |
36 |
1,5 |
–10 |
15 |
1000 |
5 |
15 |
0,029 |
6 |
2 |
|
7 |
42 |
2,0 |
–15 |
20 |
1500 |
10 |
10 |
0,047 |
5 |
3 |
|
8 |
52 |
2,0 |
–20 |
25 |
2000 |
8 |
5 |
0,064 |
4 |
2 |
|
9 |
56 |
2,5 |
–25 |
30 |
1000 |
10 |
25 |
0,076 |
3 |
1 |
|
Задача 3. Для увеличения теплового потока от воздуха к движущемуся внутри труб хладоносителю воздухоохладитель скомпонован из оребренных горизонтальных труб, наружный диаметр которых
dнар = 20 мм, толщина стенки ст = 1,5 мм.
Ребра прямые круглые высотой hр, толщиной р, шаг ребер Sр. Коэффициент теплопроводности материала труб и ребер ст. Коэф-
16
фициент теплоотдачи от воздуха к поверхности ребер и межреберных участков р, от внутренней поверхности трубы к хладоносителю 1.
Определить коэффициенты теплоотдачи и теплопередачи, приведенные к полной (оребренной) поверхности. Найти, во сколько раз увеличится тепловой поток через оребренную трубу по сравнению с неоребренной. При определении коэффициента эффективности ребра по формуле E = th(mh р)/(mh'р) условную (приведенную) высоту ребра рассчитать по формуле h'р = hр[1+0,35 ln (D/dо)], где D – диа-
метр ребра.
Номер варианта и исходные данные для расчета определяют по последней цифре шифра:
№ ва- |
hр, |
р, |
Sр, |
ст, |
р |
, |
1 |
, |
рианта |
мм |
мм |
мм |
Вт/(м К) |
|
|
||
Вт/(м2 К) |
Вт/(м2 К) |
|||||||
0 |
10 |
0,5 |
4 |
40 |
6 |
|
500 |
|
1 |
12 |
0,6 |
5 |
45 |
7 |
|
600 |
|
2 |
14 |
0,7 |
6 |
108 |
8 |
|
700 |
|
3 |
16 |
0,8 |
7 |
200 |
9 |
|
800 |
|
4 |
18 |
1,0 |
8 |
390 |
10 |
|
900 |
|
5 |
10 |
1,0 |
4 |
390 |
30 |
|
900 |
|
6 |
12 |
0,8 |
5 |
200 |
40 |
|
500 |
|
7 |
14 |
0,7 |
6 |
108 |
50 |
|
600 |
|
8 |
16 |
0,6 |
7 |
45 |
60 |
|
700 |
|
9 |
18 |
0,5 |
8 |
40 |
70 |
|
600 |
|
Задача 4. Для обогрева воздуха в помещении используется настенный нагреватель высотой h и длиной l. Температура воздуха в помещении tж, температура наружной поверхности нагревателя tст. Нагреватель изготовлен из чугуна, степень черноты поверхности нагревателя 
= 0,64.Определить конвективный Qк, лучистый Qл, а также полный Q тепловые потоки от поверхности нагревателя к воздуху.
Номер варианта и исходные данные для расчета определяют по последней цифре шифра:
Пара- |
|
|
|
№ варианта |
|
|
|
|
|||
метры |
0 |
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
h, м |
0,2 |
0,4 |
0,6 |
0,8 |
|
1,0 |
1,2 |
1,4 |
1,6 |
1,8 |
2,0 |
l, м |
1,2 |
1,0 |
0,8 |
1,2 |
|
1,0 |
0,8 |
1,2 |
1,0 |
0,8 |
1,2 |
tж, °С |
10 |
12 |
14 |
16 |
|
18 |
20 |
22 |
24 |
26 |
28 |
tст,°С |
70 |
65 |
60 |
55 |
|
50 |
70 |
65 |
60 |
55 |
50 |
|
|
|
|
|
17 |
|
|
|
|
|
|
КУРСОВАЯ РАБОТА
Холодильный агент кипит (конденсируется) при температуре насыщения tн на трубах теплообменных аппаратов. Внутри трубы испарителя (конденсатора) движется хладоноситель – водный раствор NaCl или CaCl2 (вода) со скоростью W. Температура хладоносителя (воды) на входе в аппарат t1, на выходе t2. Тепловая нагрузка аппарата
Q = 0,3 МВт.
Определить средний логарифмический температурный напор, коэффициенты теплоотдачи со стороны холодильного агента и хладоносителя (воды в конденсаторе), плотность теплового потока, коэффициент теплопередачи и площадь теплопередающей поверхности испарителя (конденсатора).
Номер варианта и исходные данные для расчета определяют по последней цифре шифра.
Параметры |
|
|
|
|
|
№ варианта |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
1 |
|
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
|
8 |
9 |
Тип |
|
Конденсатор |
|
|
Испаритель |
|
|
|||||
аппарата |
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Хладоноситель |
|
|
Вода |
|
|
Раствор |
Раствор |
|
||||
|
|
|
|
NaCl |
CaCl2 |
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
W, м/с |
2,2 |
1,7 |
|
1,4 |
1,5 |
1,3 |
2,2 |
1,6 |
2,2 |
|
2,5 |
3,2 |
t1, ºC |
22 |
32 |
|
12 |
22 |
30 |
–12 |
–2 |
–23 |
|
–13 |
–3 |
t2, ºC |
24 |
34 |
|
14 |
24 |
34 |
–15 |
–5 |
–25 |
|
–15 |
–5 |
Холодильный |
Аммиак |
|
|
|
R22 |
|
|
Аммиак |
|
|||
агент |
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tн, ºC |
30 |
40 |
|
20 |
30 |
40 |
–20 |
–10 |
–30 |
|
–20 |
–10 |
Материал |
Сталь |
|
Медь |
Сталь |
Медь |
Сталь |
|
|||||
труб |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d , мм |
20 |
2 |
|
16 |
1 |
22 2 |
15 |
1,5 |
30 |
2,5 |
|
|
18
Для студентов 2-го курса направления 14.03.01 по дисциплине «Термодинамика»
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА ПО ТЕРМОДИНАМИКЕ № 1
Задача 1. Газ сжимается в компрессоре по политропе с показателем n. В начальном состоянии давление газа p1 и температура t1, в конечном состоянии давление p2. Масса газа М = 10 кг.
Определить параметры газа в начальном и конечном состояниях, работу и теплоту процесса, изменение внутренней энергии и энтропии. Найти работу компрессора в адиабатном, политропном и изотермическом процессах.
Принять показатель адиабаты k = 1,4; среднюю массовую изохорную теплоемкость Cv = 0,723 кДж/(кг К). Для определения удельной газовой постоянной использовать уравнение Майера.
Изобразить политропный процесс в p–v и T–s-координатах (без масштаба). На этих же рисунках показать также изобарный, изотермический, адиабатный и изохорный процессы, имеющие начальное состояние в точке 1.
Номер варианта и исходные данные для расчета определяют по последней цифре шифра:
Пара- |
|
|
|
|
№ варианта |
|
|
|
|
|
метры |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
n |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
1,8 |
1,9 |
2,0 |
2,1 |
p1,бар |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,6 |
1,7 |
t1,°C |
50 |
40 |
30 |
20 |
10 |
0 |
–10 |
–20 |
–30 |
–40 |
p2,бар |
1,5 |
1,8 |
1,9 |
2,0 |
2,1 |
2,4 |
2,8 |
2,9 |
3,1 |
3,2 |
Задача 2. Температура воздуха, поступающего в компрессор воздушной холодильной машины (ВХМ), t1; давление p1. Давление воздуха, поступающего в детандер, p2; температура t3. Массовый расход воздуха М = 0,1 кг/с.
Определить параметры узловых точек цикла, теплоту и работу каждого процесса, а также цикла в целом, холодильный коэффициент и холодопроизводительность ВХМ. Сравнить цикл ВХМ с обратным обратимым циклом Карно, осуществляемым в том же интервале температур источников t1 и t3, определив его холодильный коэффициент.
19
Изобразить схему установки и цикл ВХМ в диаграммах p–v, T–s. Совместно с циклом ВХМ изобразить цикл Карно.
Для расчета показателя адиабаты k использовать уравнение Майера. Средняя массовая изохорная теплоемкость воздуха Cv = 0,723 кДж/(кг К), удельная газовая постоянная R = 287 Дж/(кг К).
Номер варианта и исходные данные для расчета определяют по последней цифре шифра:
Пара- |
|
|
|
|
№ варианта |
|
|
|
|
|
метры |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
t1, °C |
–40 |
–35 |
–30 |
–25 |
–20 |
–15 |
–10 |
0 |
–5 |
–10 |
p1,бар |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,3 |
1,2 |
1,1 |
p2,бар |
2,5 |
2,6 |
2,8 |
3,0 |
3,2 |
3,4 |
3,6 |
3,4 |
3,2 |
3,0 |
t3,°С |
6 |
8 |
10 |
12 |
14 |
16 |
14 |
12 |
10 |
8 |
Задача 3. Рабочее вещество – реальный газ. В начальном состоянии заданы параметры: давление p1 и удельный объем v1. В результате термодинамического процесса давление в конечном состоянии стало p2.
Определить термодинамическое состояние рабочего вещества в начале и конце процесса, а также его параметры: 1) с помощью таблиц (или расчетом); 2) независимо – с помощью диаграмм для данного вещества.
Изобразить процесс в диаграммах p–v, T-s, ln p–h . Рассчитать и показать, где возможно, на диаграммах удельную теплоту, работу и изменение внутренней энергии в процессе.
Данные о параметрах свести в таблицу:
№ |
t, |
p, |
v, |
h, |
s, |
x |
|
точки |
0C |
МПа |
м3/кг |
кДж/кг |
кДж/(кг К) |
||
|
|||||||
1 |
* |
p1 |
v1 |
* |
* |
* |
|
** |
** |
** |
** |
||||
|
|
|
|||||
2 |
* |
p2 |
* |
* |
* |
* |
|
** |
** |
** |
** |
** |
|||
|
|
__________
*Параметры, определенные по диаграмме.
**Параметры, определенные по таблицам или полученные расчетом.
20