Роговой_задачи

20. Определить теплоемкость газовой смеси, состоя­

щей (%): из С02-12, 02-6, Н2О-8, N2-74 по объему,

при температуре 2000 С.

Ответ: C~=1,385 кДж/(м3 , ОС),

21. Определить количество теплоты, приобретаемое

воздухом в насадке регенератора, через которую прохо­

дит в секунду 2,2 м3 воздуха. Воздух нагревается от 100

до 11000 С при постоянном давлении. Зависимость теп­

лоемкости от температуры принята нелинейной.

Ответ: ф=3153 кВт.

22. В сосуде вместимостью 300 л находится азот при давлении 2 бара (200 кПа) и температуре 200 С. Какое

КОличество теплоты надо подвести для нагревания азота

до 2000 С? Какое давление установится в сосуде? При­

нять теплоемкость не зависящей от температуры.

Ответ: Q=92,4 кДж; Р2=322 кПа.

23. Определить изменение внутренней энергии 1 кг воздуха при нагревании его от 100 дО 6000 С. Теплоем­

кость считать постоянной.

Ответ: ~ и=362 кДж.

24. На сжатие 5 кг метана (СН4) затрачена работа,

равная 900 кДж, при этом внутренняя энергия газа уве­

личилась на 590 кДж. Определить количество тешIOТЫ и

изменение температуры при постоянном объеме газа.

Принять теплоемкость не зависящей ОТ температуры.

Ответ: Q -310 кДж; М=-33,80 С.

25. К газу в круговом процессе подведено 80 ккал

(335,2 кДж) теплоты. Термический к. п. д. данного цикла

равен 0,44. Определить работу, полученную за цикл.

Ответ: [0= 147,5 кДж.

§3. ГАЗОВЫЕ ПРОЦЕССЫ

26.До какого значения нужно изменить давление га­

за, составляющее 3 ат (0,3 МПа), чтобы его температу­

ра повысилась вдвое, а объем остался тот же.

Решение

так как

Рdбс = Ризб + Рбар,

а барометрическое давление принимаем равное 1 ат (0,1 МПа).

27. Для сушки керамических изделий используют воз­

дух, подогреваемый в зоне охлаждения обжиговой печи

от начальной температуры 170 до 800 С. Какое количество теплоты надо затратить в 1 ч для сушки изделий, если за это время расходуется 8 тыс. м3 воздуха при постоянном

давлении 750 мм рт. ст. (100 кПа). Принять теплоемкость

постоянной.

Реш е н и е.

траченную работу и количество отводимого тепла.

Затраченную работу определяем по формуле

-(273+20)

29

Подставляем числовые значения

0,89

L = 8,6·287·293·2,3 Igg = 16620oo1g0,IJlj

Ig О,lll = 1,0453 = - 0,9547;

L = 1662000(-0,95) =-1,58 мДж.

Для изотермического процесса Q= L, следовательно, Q=

=-1,58 мДж (теплота отводится)

29. Воздух при давлении 4 бара (400 кПа) расширя­

ется адиабатно до 2 бар (200 кПа) и охлаждается до

-150 С. Определить начальную температуру воздуха и

работу, совершаемую 1 кг газа.

ЗО. ДО какой температуры нужно нагреть газ при по- - стояннам объеме, если начальное давление его 2 бара (200 кПа) и температура 200 С, а конечное давление 5 бар (500 кПа)?

Ответ: е2=459,50 С.

Зl. В закрытом сосуде вместимостью 0,5 мЗ содержит­

ся газ СО2 при давлении 6 бар (600 кПа) и температуре

12

5270 С. Как измените$!. давление газа, еслИ от него отнять

100 ккал (419 кдж) теплоты?

Ответ: Р2=364 кПа.

32. Воздух объемом 3 м3 расширяется изобарно при

давлении 2 бара (200 кПа) за счет подведенной теплоты,

равной 250 кДж. Начальиая температура воздуха 1270 С.

Определить конечную температуру, считая теплоемкость

постоянной.

Ответ: t2= 1740 С.

33. При сжатии газа, находящегося при избыточном

давлении 3 бара (300 кПа), затрачено 600 кДж работы.

кПа) и температурой 300 С сжимается изотермически,

причем объем его уменьшается в 2,5 раза. Определить

конечные объем и давление воздуха.

Ответ: Р2=0,3 кПа; V2=2,9 м3•

35. Воздух массой 2 кг при температуре 470 С и дав­ лении 1 бар (100 кПа) сжимается изотермически до дав­ ления 12 бар (1200 кПа). Определить начальнЫй и ко­

нечный объемы воздуха, затраченную на его сжатие ра­

боту и количество выделившейся теплоты.

Ответ: Vl= 1,84 мЗ ; V2=0,153 мЗ; L=-45,5 кДж; Q=-45,5 кДж.

36. Воздух массой f кг с температурой 200 С и давле­

нием 1 бар (100 кПа) адиабатно сжимается до давления

6 бар (600 кПа). определить затраченную работу, конеч­

ные температуру и объем воздуха.

Ответ: Т2=4900 К; 1=54,5 кДж; V2 =0,23 мЗ•

§4. ВОДЯНОR ПАР

37.Определить ПЛОТность воды, если она. находится

в состоянии кипения при температуре 2500 С.

Реш е н и е. Температура кипения - это температура насыще·

ния водяного пара. Используем приложение 1. Температуре 250 ос

соответствует удельный объем пара v" =0,05 м3{кг. Следовательно,

1 1

р":=- = - = 20 KrjM3 ,

v" 0,05

38. Водяной пар имеет давление 10 бар (1000 кПа) и температуру 2200 С. Определить состояние пара, еГО

удельный объем и энтальпию.

13

Реш е н и е По приложению 2 давлению 10 бар (1000 кПа) со­

ответствует температура кипения 179,88 ОС, а у нас 220 ОС; следова­ тельно, пар перегрет Параметры перегретого пара находим по при­

ложению 3. При р= 10 бар (1000 кПа) t=220° С, v=0,217 ма/кг;

i=2875 кдж/кг.

39. Дано состояние пара Р=8 бар (800 кПа), степень

сухости его 0,94. Определить удельный объем этого па­

ра, температуру насыщения и энтальпию его.

вой; следовательно, пар перегретыЙ. Находим параметры этой точ­

ки: энтальпия (на вертикальной оси) i=2680 кДж/кг; энтропия (на горизонтальной оси) Б=7,89 кджf(кг.ОС)

41. Водяной пар массой 1 кг при давлении 10 бар (1 МПа) и температуре 2000 С нагревается при посто­ янном давлении до температуры 3000 С. Определить ко­

t~ 200'

14

баре до пересечения ее с изотермой 300 ос. Находим параметры точ­

ки 2: i2 =3051 кдж/кг, v2=O,258 м3/кг.

В изобарном процессе количество затраченной теплоты и рабо­

ры, в этом случае задачу можно решить с использованием данных

приложения 3.

42. Определить состояние водяного пара, если его температура 1400 С, а удельный объем V" =0,4 м3/кг.

Ответ: пар влажный насыщенный со степенью сухо­

сти Х= 0,785.

43.Определить по таблицам приложений 1-3 состо­

яние водяного пара, его удельный объем, энтальпию и

плотность, если давление его 15 бар (1500 кПа) и темпе­

ратура 2000 С.

Ответ: пар перегретый; v=0,1324 м3/кг; р=7,55 кг/м3 ;

i=2796 кДж/кг.

44.Определить по данным приложения 3 степень пе·

регрева пара с давлением Р=5 бар (500 кПа) и темпе­

ратурой t= 1800 С.

Ответ: М=28,20 С.

45. С помощью i-s-диаграммы определить парамет­

ры сухого насыщенного пара при температуре 1500 С.

аграммы.

Ответ: t2 = 1200 С; х=0,946.

Глава 11 ЗАДАЧИ ПО ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ

1. Определить тепловой поток через стенку, если тем"

пература стенок, воспринимающих и отдающих теплоту,

2. Кирпичная стенка из шамотного легковеса имеет

толщину б=200 мм. Температуры поверХностей стенки

равны: tl =6800 С, {2 =250 С. Теплопроводность шамотно­

го легковеса л=0,465 Вт/ (м· о С). Определить поверхно­

стную плотность теплового потока q.

Реш е н и е В рассматриваемом случае

слой-стальной корпус толщиной 6з=20 мм.

Теплопроводность материалов отдельных слоев сле­

дующая: Л1=0,81; Л2=0,23 и лз=45 Вт/(м,ОС), Темпе­

ратура в печи t1=-1 0000 С, а наружной поверхности {4 ==

=800 С. Определить тепловой поток, передаваемый через

трехслойную стенку

16

Реш е н и е Удельный тепловой поток определяют по формуле

верхности изоляции 12=45° С. Определить температуру

наружной поверхности стальной стенки 'н.

Реш е н и е Определяем плотность теплового потока по фор­

муле

проходном канале, температура воздуха в котором ~=

=30° С. Длина трубы 1= 100 м. Определить количество

теплоты, теряемое через трубу в 1 ч. Трубопровод выпол­ нен из углеродистой стали 1.=45 вт/(м,ОС).

Реш е н и е Количество теплоты, проходящей через однослой­ ную, цнлнндрическую стенку трубы, определим по формуле

7. Стальной паропровод [Л'1 =45 ВТ! (м. ОС)] диамет­ ром dнldB= 133/125 мм покрыт изоляцией из шлаковой ваты [1.2=0,076 вт/(м,ОС)] слоем толщиной 70 мм. Внутренняя поверхность стенки трубы имеет температу­

ру t1 =4200 С, а наружная поверхность изоляции - t2 =

=400 С. Определить плотность теплового потока, теряе­

мого 1 м паропровода.

Реш е н и е. Плотность теплового потока определяем по урав­

нению теплопроводности для многослойнОй цилиндрической стенки

покрыт двумя слоями изоляции. l-й слой имеет толщину

61=55 мм и 11,2=0,186 Вт/(м.ОС); 2-й слой-б2=60 мм и 11,з=0,093 Вт/ (м· О С). Температура внутренней поверх­ ности стенки t l =3200 С, а наружной поверхности изоля­ ции t4 =40° С. Определить:

1) плотность теплового потока через стенку 1 м паро­

18

9. Определить поверхносгную плотность теплового по­

тока, передаваемого от ДЫМОВЫХ газов к кипящей воде

через стальную стенку [Л1 = 58 Вт/ (м· о С) ] толщиной б1 =5 мм, покрытую со стороны воды слоем накипи [Л2= =2,3Вт/(м.ОС)] толщиной 10мм. Температура: дымовых газов tr =800° С и кипящей воды tB =200° С; коэффици­

ент теплоотдачи от газов к стенке a1=186 Вт/(м2 .ОС) и от стенки к воде <Х2 = 4070 Вт/ (м2 . С) .

Реш е н и е Определяем коэффициент теплопередачи К для

многослойной стенки:

10. Стенка печи состоит из ДВУХ слоев кирпича шамот­ НОГ0: б1 =0,23 м и диатомитового б2=0,115 м. Темпера­ тура: внутренней поверхности стенки t1 = 1300"'C и окру­

жающего воздуха t5 =25° С.

Коэффициент теплоотдачи от ДымЬвых газов к стенке

1)плотность теплового потока через 1 м2 стенки;

2)температуру tз на границе между слоями диатоми­

ТОБОГО и шамотного кирпича.

Схема процесса теплопередачи через стенку печи

изображена на рис. 11.1.

Реш е н и е. 1) Определяем коэффициент теплопередачи.

_1_ + 0,23 + 0,1l5 + _1_ 34,89 . 1,155 0,208 16,3

= 1,28Вт/(м2 . ОС).

Плотность теплового потока, теряемого стенкой в 1 ч:

q=K(tl-tS ) = 1,28(1300-25) = 1632 Вт/м2

19