1394
.pdfДиаметр латунных (λ =106 Вт
м °С ) трубок 16×18 мм; скорость течения воды по трубкам ω =1м/с.
Коэффициент теплоотдачи от пара к трубкам α1 = 9000 Вт
м2 °С , от трубок к воде – α2 = 6500 Вт
м2 °С .
Схема движения теплоносителей противоточная.
ЗАДАЧА № 24 Выполнить конструкторский расчет теплообменного аппарата, служаще-
го для нагрева воды от 10 до 90°С. Греющим теплоносителем служит насыщенный пар давлением 0,5 МПа, степенью сухости χ = 0.85. Теплообменную поверхность образует пучок горизонтальных латунных трубок диаметром 16×18 мм. Расчетная производительность аппарата 6 т/ч воды.
Схема движения теплоносителей противоточная.
ЗАДАЧА № 25 Рассчитать пароводяной теплообменник по следующим исходным дан-
ным:
температура воды на входе |
t2' =10°С; |
температура воды на выходе |
t2'' = 95°С; |
расход воды |
М = 5 т/ч. |
греющий теплоноситель – насыщенный пар давлением P = 0,3 МПа, степень сухости χ = 0,9. Теплообменная поверхность образуется пучком латунных трубок (λ =106 Вт
м °С ) диаметром 20×22 мм.
Схема движения теплоносителей противоточная. Тепловыми потерями пренебречь.
II. Задание на контрольную работу для студентов специальности
Технология деревообработки
Задание на контрольную работу содержит контрольные вопросы и задачи, номера которых студент выбирает из табл. 2.1 и 2.2.
Таблица 2.1
Варианты вопросов
|
|
|
|
Последняя цифра шифра |
|
|
|
|
||||||
Задание |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
|
6 |
7 |
|
8 |
|
9 |
0 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
Номера |
1 |
2 |
5 |
|
7 |
8 |
|
10 |
9 |
|
6 |
|
4 |
3 |
контрольных |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
13 |
15 |
|
20 |
18 |
|
17 |
19 |
|
16 |
|
14 |
12 |
|
вопросов |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.2 |
||
|
|
|
Варианты задач |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
Последняя цифра шифра |
|
|
|
|
||||||
Задание |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
|
6 |
7 |
|
8 |
|
9 |
0 |
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
|
6 |
7 |
|
8 |
|
9 |
10 |
Номера |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
11 |
12 |
13 |
|
14 |
15 |
|
16 |
17 |
|
18 |
|
19 |
20 |
|
контрольных |
|
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
задач |
21 |
22 |
23 |
|
24 |
25 |
|
26 |
27 |
|
28 |
|
29 |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
31 |
32 |
33 |
|
34 |
35 |
|
36 |
37 |
|
38 |
|
39 |
40 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Контрольные вопросы
1.Изобразите уравнение Клапейрона-Менделеева. Сформулируйте физический смысл параметров, составляющих это уравнение.
2.Что такое газовая смесь? Какими способами можно задать газовую смесь?
3.Дайте определение теплоёмкости. Объясните, почему теплоёмкость при постоянном давлении больше соответствующей теплоёмкости при постоянном
объёме. Каким уравнением взаимосвязаны изобарная и изохорная теплоёмкости?
4.Приведите определение термодинамического процесса. Каковы основные параметры термодинамического процесса. Какими способами задаются термодинамические процессы?
5.Сформулируйте основные положения первого закона термодинамики. Выразите в аналитической форме уравнение первого закона термодинамики.
6.Изобразите в P − V и T − S координатах термодинамический процесс, в котором все подведенное к газу тепло идет только на увеличение его внутренней энергии?
7.Изобразите в P − V и T − S координатах термодинамический процесс, в котором работа, против внешних сил совершается за счет внутренней энергии газа.
8.Дайте определение процессам истечения через сопла и дросселирования газов и паров. Изобразите процесс дросселирования водяных паров в i − S диаграмме.
9.Укажите разницу термодинамических циклов паросиловых установок конденсационного и теплофикационного типов? Изобразите циклы этих установок в T − S диаграммах водяного пара.
10.Какие термодинамические процессы составляют цикл компрессионной холодильной установки? Чем измеряется эффективность таких установок?
11.Перечислите способы передачи тепла через тела и между телами.
12.Дайте анализ физической сущности закона теплопроводности Фурье. Физический смысл коэффициента теплопроводности, его размерность.
13.Охарактеризуйте основные понятия конвективного теплообмена. Сформулируйте закон теплоотдачи Ньютона-Рихмана.
14.Сравните процессы теплоотдачи при ламинарном и турбулентном режимах движения жидкости в цилиндрических каналах.
15.Проанализируйте возможные режимы кипения жидкости в современных теплообменных аппаратах?
16.Дайте определение процессу теплопередачи. Выразите этот процесс в аналитической форме. Каков физический смысл коэффициента теплопередачи?
17.Что лежит в основе интенсификации процесса теплопередачи и по каким направлениям она осуществляется на практике?
18.Приведите классификацию современных теплообменных аппаратов и опишите принцип их действия.
19.Покажите преимущество противоточных рекуперативных теплообменников по сравнению с прямоточными.
20.Объясните назначение и приведите основные положения конструкторского расчёта рекуперативных теплообменных аппаратов.
Контрольные задачи
ЗАДАЧА № 1
Из сосуда ёмкостью V , л в атмосферу выпускается воздух (табл. 2.3). При этом давление воздуха в сосуде уменьшается от Р1, МПа до Р2 = 0,1 МПа. Найти массу выпущенного воздуха, если его температура изменилась от 30 до 22 °С. Барометрическое давление В = 750 мм рт.ст.
Таблица 2.3
Величина |
|
|
Предпоследняя цифра шифра |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
Р1, МПа |
90 |
85 |
80 |
75 |
70 |
65 |
60 |
50 |
40 |
30 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
V, л |
2,5 |
3,0 |
3,5 |
4,0 |
4,5 |
5,0 |
5,5 |
6,0 |
6,5 |
7,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗАДАЧА № 2
В баллоне емкостью V , л (табл. 2.4) находится воздух под давлением 12,1 МПа при температуре -15 °С. Найти давление воздуха в баллоне после его нагрева до 20 °С. Барометрическое давление В = 750 мм рт.ст.
Таблица 2.4
Величина |
|
|
|
Предпоследняя цифра шифра |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
|
8 |
9 |
0 |
V, л |
15 |
20 |
25 |
|
30 |
35 |
40 |
45 |
|
50 |
55 |
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗАДАЧА № 3
Определить газовую постоянную смеси и парциальное давление отдельных компонентов, если в состав смеси входят углекислый газ, азот, водород и водяные пары (табл. 2.5). Абсолютное давление смеси составляет 0,4 МПа, температура t °С.
Таблица 2.5
|
|
|
Предпоследняя цифра шифра |
|
|
||||||
Величины |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
||
|
|||||||||||
СО2, % |
12 |
10 |
11 |
13 |
12 |
15 |
14 |
12 |
10 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
N, % |
8 |
7 |
6 |
5 |
7 |
6 |
8 |
5 |
6 |
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н2, % |
73 |
76 |
72 |
77 |
71 |
71 |
69 |
77 |
77 |
69 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н2О,% |
7 |
7 |
11 |
5 |
10 |
8 |
9 |
6 |
7 |
9 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t, °C |
220 |
250 |
300 |
320 |
400 |
380 |
360 |
280 |
230 |
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗАДАЧА № 4 В состав газовой смеси входят водород и смесь углерода (табл. 2.6). Най-
ти газовую постоянную смеси, если температура смеси составляет20°С, а абсолютное давление Рсм.
Таблица 2.6
Величина |
|
|
Предпоследняя цифра шифра |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
Н2, % |
6 |
8 |
12 |
14 |
16 |
7 |
9 |
11 |
10 |
13 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
СО, % |
94 |
92 |
88 |
86 |
84 |
93 |
91 |
89 |
90 |
87 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Рсм., МПа |
0,25 |
0,30 |
0,40 |
0,50 |
0,55 |
0,60 |
0,70 |
0,65 |
0,35 |
0,45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗАДАЧА № 5
Одноступенчатый поршневой компрессор всасывает воздух при давлении Р1 = 2 бар и температуре t1 = 25°С.
Найти температуру и объём воздуха в конце процесса сжатия, теоретическую мощность привода компрессора при изотермическом, адиабатическом и политропическом сжатии воздуха до абсолютного давления Р2 (табл. 2.7).
Таблица 2.7
Величина |
|
|
|
Предпоследняя цифра шифра |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
|
8 |
9 |
0 |
V , м3/мин |
6,0 |
5,0 |
4,5 |
|
4,0 |
3,0 |
4,0 |
3,5 |
|
5,5 |
5,0 |
6,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р2, бар |
5,0 |
8,0 |
6,0 |
|
7,0 |
6,5 |
7,5 |
9,5 |
|
9,0 |
8,5 |
7,0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗАДАЧА № 6
Влажный пар в количестве 1 кг со степенью сухости χ при постоянном давлении P перегревается до температуры tn (табл. 2.8). Найти начальную температуру пара, начальные и конечные значения энтальпии, энтропии и удельного объёма.
Решение задачи проиллюстрируйте на i − S диаграмме.
Таблица 2.8
Величина |
|
|
Предпоследняя цифра шифра |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
χ |
0,87 |
0,90 |
0,92 |
0,94 |
0,97 |
0,88 |
0,92 |
0,91 |
0,90 |
0,85 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P , бар |
22 |
20 |
15 |
16 |
18 |
17 |
30 |
35 |
40 |
18 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tn , °C |
320 |
280 |
290 |
310 |
400 |
300 |
370 |
350 |
360 |
320 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗАДАЧА № 7 В пароперегреватель котельной установки подаётся водяной пар при аб-
солютном давлении P и степени сухости 0,9. В пароперегревателе пар перегревается до температуры tn при начальном давлении. Найти удельный объём, энтропию, энтальпию и внутреннюю энергию пара перед подачей пара и после неё в пароперегреватель.
Решение задачи проиллюстрируйте на i − S диаграмме водяного пара. Таблица 2.9
Величина |
|
|
|
Предпоследняя цифра шифра |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
|
8 |
9 |
0 |
P , бар |
25 |
20 |
18 |
|
15 |
28 |
14 |
12 |
|
10 |
13 |
19 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
tn , °C |
450 |
420 |
380 |
|
360 |
350 |
410 |
440 |
|
300 |
310 |
380 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗАДАЧА № 8
При входе в суживающееся сопло абсолютное давление воздуха равно P1
и температура – t1. Давление среды, в которую поступает воздух, – P2 (табл. 2.10). Определить скорость адиабатического истечения и массовый расход воздуха. Как изменятся скорость и расход, если давление среды понизить до 10 бар. Площадь выходного сечения сопла равна 20 мм2.
Таблица 2.10
Величина |
|
|
|
|
Предпоследняя цифра шифра |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
|
8 |
9 |
0 |
P1, бар |
|
38 |
40 |
41 |
|
46 |
48 |
50 |
52 |
|
54 |
42 |
45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t1, °C |
|
18 |
20 |
25 |
|
24 |
23 |
27 |
28 |
|
19 |
15 |
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P2 , бар |
|
36 |
32 |
38 |
|
40 |
42 |
46 |
47 |
|
50 |
52 |
35 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗАДАЧА № 9 |
|
|
|
|
|
||
Влажный воздух с параметрами t1 и ϕ1 подогревается в калорифере до |
|||||||||||||
температуры t2 |
(табл. 2.11). Подогретый воздух направляется в сушильную ка- |
||||||||||||
меру, где его относительная влажность возрастает до ϕ2 = 85 %.
Найти количество воздуха, необходимое для испарения 1 кг влаги и количество тепла, затрачиваемое в сушильной установке на 1 кг испаряемой вла-
ги. Решение задачи проиллюстрируйте в i − d |
диаграмме. |
|
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 2.11 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Величина |
|
|
|
Предпоследняя цифра шифра |
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
|
6 |
7 |
|
8 |
9 |
0 |
ϕ1 , % |
50 |
60 |
40 |
|
70 |
50 |
|
60 |
40 |
|
70 |
50 |
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t1 |
, °C |
10 |
12 |
15 |
|
18 |
25 |
|
30 |
12 |
|
22 |
25 |
18 |
t2 |
, °C |
65 |
70 |
80 |
|
90 |
85 |
|
90 |
70 |
|
60 |
65 |
80 |
ЗАДАЧА № 10 Сколько нужно затратить тепла в калорифере, чтобы подогреть 1 кг воз-
духа при его относительной влажности ϕ1 = 40% до температуры t2 ? Определить также количество воздуха и тепла на 1 кг испаренной влаги в сушильной камере, если воздух на выходе из камеры имеет относительную влажность ϕ2
(табл. 2.12).
Таблица 2.12
Величина |
|
|
|
Предпоследняя цифра шифра |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
|
8 |
9 |
0 |
t1 |
, °C |
10 |
12 |
18 |
|
15 |
16 |
20 |
22 |
|
25 |
11 |
16 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t2 |
, °C |
75 |
80 |
90 |
|
95 |
85 |
70 |
65 |
|
80 |
90 |
95 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ϕ2 , % |
75 |
70 |
85 |
|
80 |
95 |
90 |
75 |
|
80 |
85 |
90 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗАДАЧА № 11
1 кг водяного пара с температурой t1 адиабатно расширяется от абсолютного давления P1 до давления P2 (табл. 2.13). Пользуясь i − S диаграммой, найти удельный объём, энтальпию и энтропию в начале и конце расширения.
Таблица 2.13
Величина |
|
|
|
Предпоследняя цифра шифра |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
t1, °C |
320 |
330 |
310 |
|
340 |
360 |
380 |
400 |
390 |
350 |
370 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P1,бар |
12 |
15 |
18 |
|
20 |
25 |
30 |
35 |
28 |
32 |
34 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P2 , бар |
0,2 |
0,3 |
0,8 |
|
0,7 |
1,2 |
1,5 |
0,5 |
0,6 |
0,9 |
1,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗАДАЧА № 12
Водяной пар с температурой t1 и абсолютным давлением P1 дросселируется до давления P2 (табл. 2.14). В соплах пар расширяется адиабатически до давления P2 . Найти выходное сечение сопел, если общий расход пара 8000 кг/ч.
Решение задачи проиллюстрируйте в i − S диаграмме для водяного пара.
Таблица 2.14
Величина |
|
|
|
Предпоследняя цифра шифра |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
P1,бар |
70 |
60 |
55 |
|
50 |
45 |
40 |
55 |
65 |
70 |
60 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t1, °C |
450 |
420 |
400 |
|
380 |
360 |
410 |
400 |
420 |
440 |
380 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P2 , бар |
50 |
65 |
60 |
|
55 |
35 |
40 |
45 |
35 |
30 |
45 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P3, бар |
30 |
25 |
20 |
|
25 |
20 |
30 |
15 |
18 |
19 |
22 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗАДАЧА № 13
Паросиловая установка работает по циклу Ренкина с начальными параметрами водяного пара P1 и t1. Абсолютное давление в кондесаторе P2 = 0.04 бар. Найти термический КПД цикла, если осуществить промежуточный перегрев пара до температуры t3 при постоянном давлении P2 (табл. 2.15).
Таблица 2.15
Величина |
|
|
|
Предпоследняя цифра шифра |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 |
2 |
3 |
|
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
P1,бар |
100 |
80 |
90 |
|
70 |
60 |
60 |
50 |
90 |
80 |
70 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t1, °C |
450 |
500 |
480 |
|
420 |
470 |
460 |
450 |
460 |
490 |
430 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
t3,°C |
420 |
430 |
440 |
|
380 |
390 |
390 |
400 |
410 |
420 |
380 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
P2 , бар |
12 |
10 |
11 |
|
15 |
10 |
12 |
9 |
13 |
14 |
15 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ЗАДАЧА № 14
Водяной пар с начальным давлением P1 и температурой t расширяется в турбине до давления P2 (табл. 2.16). Определить термический КПД цикла Ренкина и работу расширения.