Galagan_teploteh (1)
.pdf
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ -УЧЕБНО-НАУЧНО- ПРОИЗВОДСТВЕННЫЙ КОМПЛЕКС»
ФАКУЛЬТЕТ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И ЛЕГКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Кафедра «Машины и аппараты пищевых производств»
Т.В. Галаган, В.В. Галаган, В.С. Бузуев
ТЕПЛОТЕХНИКА И ТЕПЛОМАССООБМЕН
Методические указания по выполнению расчетно-графической работы
Дисциплина – «Термодинамика и тепломассообмен» Направление – 151000 «Технологические машины
и оборудование»
Допущено ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК» для использования в учебном процессе в качестве методических указаний для высшего профессионального образования
Орел 2014
Авторы: канд. техн. наук, доц. каф. МиАПП канд. техн. наук, доц. каф. МиАПП ст. преп. каф. МиАПП
Рецензент: канд. техн. наук, доц. каф. ДиПМ
Т.В. Галаган В.В. Галаган В.С. Бузуев
А.Ю. Корнеев
Методические указания содержат варианты заданий для самостоятельных контрольных работ, для расчетно-графических работ, алгоритм решения и примеры выполнения заданий. Методические указания составлены так, чтобы студент имел представление о многообразии существующего теплообменного оборудования и смог воспользоваться данной методикой для решения реальных практических теплотехнических задач.
Содержат материал для выполнения практических и контрольных, рас- четно-графических работ по читаемым разделам дисциплин «Теплотехника», «Техническая термодинамика», «Тепло- и хладотехника», «Техническая теплотехника», «Термодинамика и тепломассообмен».
Предназначены студентам, обучающимся по направлениям: 151000 «Технологические машины и оборудование», 190600 «Эксплуатация транс- портно-технологических машин и комплексов», 190100 «Наземные транспорт- но-технологические комплексы», 260100 «Продукты питания из растительного сырья», 260200 «Технология продукции и организация общественного питания», 280300 «Продукты питания животного происхождения», 280700 «Техносферная безопасность» и специалистов по направлению подготовки 190109 «Наземные транспортные технологические средства», 271101 «Строительство уникальных зданий и сооружений».
Редактор В.П. Корячкин Технический редактор Е.В. Пузанова
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Государственный университет - учебно-научно- производственный комплекс»
Подписано к печати 29.05.2014 г. Формат 60×90 1/16. Усл. печ. л. 4,8. Тираж 10 экз.
Заказ №________
Отпечатано с готового оригинал-макета на полиграфической базе ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК»,
302030, г. Орел, ул. Московская, 65.
© ФГБОУ ВПО «Госуниверситет - УНПК», 2014
2
Содержание |
|
Введение |
4 |
Требования к выполнению самостоятельных контрольных |
5 |
работ |
|
Варианты контрольных вопросов к контрольным работам |
7 |
№1, №2, №3, №4 |
|
Контрольная работа №1. Термодинамический расчет газового |
16 |
цикла. Задача 1 |
|
Контрольная работа №1.Задача 2 . Термодинамический расчет |
32 |
газового цикла |
|
Контрольная работа №2 Расчет цикла паросиловой установки |
33 |
Задача 1 |
|
Контрольная работа №2 Расчет цикла паросиловой уста- |
42 |
новки Задача 2 |
|
Контрольная работа №3 Параметры влажного воздуха |
52 |
Контрольная работа №4 по разделу «Реальные газы. водяной |
67 |
пар» |
|
Контрольная работа №5 по разделу «Теплопроводность» |
68 |
Контрольная работа №6 по разделу «Конвективный тепло- и |
83 |
массообмен» |
|
Контрольная работа №7 по разделу «Теплообмен излучением» |
100 |
и «теплообменные аппараты» |
|
Задачи на закрепление темы «Параметры состояния веществ. |
133 |
Температура» |
|
Задачи на закрепление темы «Параметры состояния веществ. |
134 |
Давление» |
|
Задачи на закрепление темы «Параметры состояния веществ. |
136 |
Уравнение Менделеева-Клайперона» |
|
Задачи на закрепление темы «Смеси газов» |
138 |
Задачи на закрепление темы «Газовые законы» |
139 |
Задачи на закрепление темы «Теплопроводность» |
141 |
Приложение №1.Формулы для расчета газовых смесей |
145 |
Приложение 2 Формулы для расчета газовых процес- |
158 |
сов и циклов двигателей внутреннего сгорания |
|
Приложение 3. Диаграммы состояния веществ |
165 |
Приложение 4. Таблицы перевода теплофизических |
169 |
параметров |
|
Приложение 5. Таблицы и рисунки для решения задач |
173 |
по теплообменникам ([1]) |
|
Литература |
183 |
3 |
|
ВВЕДЕНИЕ
Важным рубежным контролем знаний студентов в любой технической дисциплине является способность решать задачи, поставленные в реальных условиях. Особенно это касается теплотехники. Нет такой области промышленности, где не было бы теплотехнических устройств или процессов требующих знания теплотехники и поэтому полученные знания по этой дисциплине будут всегда востребованы. В пособие вошли семь контрольных работ, охватывающие основные разделы теплотехники для различных специальностей и группы задач, позволяющие закрепить полученные теоретические знания.
Данные методические указания должны помочь студентам приобрести навыки в расчете основных типов теплообменников и теплообменных устройств, познать процессы, происходящие в них. Они облегчат работу студентов при выполнении домашней расчетнографической работы, в курсовом и дипломном проектировании.
В основу методических указаний положены контрольные работы ведущих технических вузов страны для различных технических и строительных специальностей. Указания содержат большой объем справочного материала, необходимого для решения задач и контрольных работ
4
ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ ИЛИ РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ
Работа выполняется самостоятельно, на листах формата А4, рукописно или оформляется в редакторе WORD. Необходимые рисунки кроме итоговых графиков (например: порядок получения данных на диаграммах, первоначальные контуры процессов, необходимые для решения задач) выполнять карандашом или в редакторе. Итоговые графики процессов, схемы теплообменных аппаратов, полученные теплоизолированные строительные конструкции выполнять в масштабе в формате А3 или А4.
Самостоятельная контрольная или расчетно-графическая работа состоит из контрольных вопросов и контрольных работ № 1, №2, №3, №4, №5, №6, №7. Работа включает в себя: вопрос и задачу для каждой контрольной.
При выполнении контрольной работы необходимо придерживаться следующих правил:
-номер варианта выдает преподаватель;
-условия задач переписывать полностью;
-в процессе решения сначала приводить формулы, затем подставлять в них соответствующие численные значения, размерность приводить только для результата вычисления;
-вычисления проводить только в международной системе СИ;
-решения иллюстрировать схемами и графиками (если требуется по условию);
-в тексте работы необходимо привести ссылки на использованную литературу, а в конце контрольной работы дать список использованной литературы;
-таблицы и диаграммы свойств рабочих веществ, указанных в задачах, если нет в приложении, получить у преподавателя или самостоятельно, обязательно указав адрес или ссылку на используемую литературу.
Контрольная работа подписывается студентом. Прием контрольных работ на проверку прекращается за 10 дней до начала зачетной сессии .
5
Студент выбирает номера контрольных вопросов для 1-4 контрольных из таблицы 1 и задачу во всех работах по таблицам вариантов. В контрольных работах 5-7 вопросы находятся внутри контрольной работы и номер вопроса соответствует номеру варианта.
Работа является допуском на экзамен, если студент защищает её результаты. Для выполнения самостоятельной контрольной работы у преподавателя необходимо получить электронную версию программы построения диаграмм состояния веществ. Разрешается пользоваться всеми доступными учебными пособиями. Список литературы и предлагаемый справочный материал прилагается к методическим указаниям.
6
Таблица вариантов контрольных вопросов к контрольным работам №1, №2, №3, №4
Номер вариан- |
Номера во- |
Номер вариан- |
Номера во- |
та |
просов |
та |
просов |
|
|
|
|
01, 51 |
1,48,88, 68 |
26,76 |
2,21,49,68 |
02, 52 |
2,47,87,67 |
27, 77 |
4,23,50,69 |
03,53 |
3, 45,89,65 |
28,78 |
6,25,51,70 |
04, 54 |
4, 46,90,64 |
29, 79 |
8,27,52,71 |
05, 55 |
5,44,91,63 |
30,80 |
10,29,53,72 |
06, 56 |
6, 29,92,62 |
31,81 |
12,31,54,73 |
07, 57 |
7, 42,50,61 |
32,82 |
14,33,92,51 |
08, 58 |
8, 27,79,60 |
33,83 |
16,35,91,53 |
09, 59 |
9, 39,80,59 |
34, 84 |
18,37,90,55 |
10, 60 |
10, 38,81,57 |
35,85 |
20,39,89,57 |
11,61 |
11,37,82,56 |
36, 86 |
22,41,55,74 |
12,62 |
12, 36,83,55 |
37, 87 |
24,43,56,75 |
13, 63 |
13,31,84,54 |
38, 88 |
26,1,57,76 |
14, 64 |
14, 35,85,53 |
39, 89 |
28,3,58,78 |
15,65 |
15, 34,86,52 |
40, 90 |
30,5,59,77 |
16,66 |
16, 33,51,87 |
41,91 |
32,7,60,50 |
17,67 |
17, 32,50,70 |
42, 92 |
34,9,61,51 |
18,68 |
18, 28,49,71 |
43,93 |
36,11,62,74 |
19,69 |
19, 41,92,72 |
44,94 |
38,13,63,75 |
20, 70 |
20, 43,73,91 |
45,95 |
40,15,64,52 |
21,71 |
21, 30,74,90 |
46, 96 |
42,17,65,58 |
22, 72 |
22, 40,75,89 |
47,97 |
44,78,66,61 |
23, 73 |
23,83,76,45 |
48,98 |
46,85,67,12 |
24, 74 |
24, 82,77,43 |
49, 99 |
48,79,23,18 |
25,75 |
25, 80,78,2 |
50,00 |
47,19,88,63 |
7
ВОПРОСЫ К КОНТРОЛЬНЫМ РАБОТАМ №1, №2, №3, №4
1.Дайте определение идеального газа. Какой практический интерес представляет введение понятия идеального газа?
2.Что такое рабочее тело? Почему в качестве рабочего тела используются вещества в газообразном или парообразном состоянии?
3.Что такое термодинамическая система, равновесное и неравновесное состояния, равновесный и неравновесный термодинамические процессы?
4.Что такое параметр состояния? Какие параметры приняты в технической термодинамике за основные и почему? Являются ли основные параметры независимыми?
5.Что такое теплота и как она вычисляется? Функцией чего она является?
6.Что такое работа? Функцией чего она является? Вычисление работы.
7.Что такое термодинамическая диаграмма состояний? Какие диаграммы имеют наибольшее практическое применение и почему? В какой диаграмме работа изображается площадью под кривой процесса?
8. Как может быть вычислена плотность газа, входящего в состав смеси? Какими способами может быть задана смесь идеальных газов? 9.Как вычисляются парциальные давления газов, входящих в смесь, если она задана объемными и массовыми долями?
10.Как вычисляется плотность идеальных газов, если смесь задана объемными и массовыми долями?
11.Как, зная кажущуюся молекулярную массу смеси идеальных газов, можно вычислить их удельную газовую постоянную? Что такое кажущаяся молекулярная масса смеси газов?
12.Что такое парциальное давление газа, входящего в смесь? Как подсчитывается парциальное давление, если газовая смесь задана объемными и массовыми долями?
13.Что такое кажущаяся (фиктивная) молекулярная масса смеси идеальных газов? Как она подсчитывается?
8
14.Приведите вывод выражения для определения газовой постоянной смеси идеальных газов
15. Что такое парциальный объем газа в смеси? Чему равна сумма парциальных объемов газов, входящих в смесь?
16.Что такое объемный и массовый составы смеси идеальных газов и как можно перейти от одного к другому?
19.От каких параметров зависит теплоемкость идеального газа? Как определяется изменение энтальпии и внутренней энергии идеального газа, если известны истинные и средние теплоемкости при постоянном давлении и при постоянном объеме?
20.Почему теплоемкость зависит от вида процесса? Дайте значения теплоемкостей для основных процессов изменения состояния.
21.Что такое теплоемкость? К каким единицам количества вещества принято относить теплоемкость? Связь между различными теплоемкостями.
22.Какой процесс называется изохорным? Соотношение между параметрами в изохорном процессе, вычисление тепла и работы в процессе. Как вычисляется приращение энтропии в процессе?
23.Какой процесс называется изобарным? Соотношение между параметрами в изобарном процессе, вычисление тепла, работы и приращения энтропии в процессе. Физический смысл удельной газовой постоянной. Чему равен показатель политропы в изобарном процессе?
24.Какой процесс называется изотермическим? Соотношение между параметрами в изотермическом процессе, вычисление тепла, работы и приращения энтропии в процессе. Почему в изотермическом процессе идеального газа внутренняя энергия не изменяется? Теплоемкость и показатель политропы в изотермическом процессе.
25.Какой процесс называется адиабатным? Соотношение между параметрами в адиабатном процессе, вычисления тепла и работы в процессе. Чему равны показатель политропы и теплоемкость этого процесса?
26.Дайте определение политропного процесса. Почему и в каком случае частные процессы изменения состояния (изобарный, изохор-
9
ный, адиабатный и изотермический) являются процессами политропными?
27.Линия какого процесса — изохорного или изобарного — будет идти круче в Ts-диаграмме и почему?
28.Линия какого процесса — адиабатного или изотермического - будет идти круче в pv-диаграмме и почему? За счет чего совершается работа в процессе адиабатного и изотермического расширения?
33.Покажите в pv-диаграмме области, в которых политропные процессы расширения и сжатия протекают при q > 0 и q < 0; Δu > 0 и Δu
<0. Объясните, почему это так.
34.Выведите дифференциальное выражение, связывающее производную от энтропии по температуре с теплоемкостью. Как графически определяются величина и знак теплоемкости в Ts-диаграмме?
35.Как изображается в T-s-диаграмме тепло процесса? Каким образом при помощи аналитического выражения второго закона можно определить знак тепла в процессе? Изобразите в Ts-диаграмме процесс с подводом тепла и обоснуйте это.
36.Как может измениться энтропия в изолированной системе при протекании в ней различных термодинамических процессов? Приведите примеры.
38.Почему произвольным обратимым циклом, осуществляемым между двумя источниками тепла, будет регенеративный (обобщенный) цикл Карно? Чему равен термический КПД этого цикла?
39.В чем сущность второго закона термодинамики? Дайте основные формулировки этого закона и покажите их общность .
37.Напишите уравнение состояния идеального газа. Поясните физический смысл газовой постоянной. Как определяют ее значение для газов?
38.Какова связь между массовой, мольной и объемной теплоемкостями газа? Что такое истинная и средняя теплоемкости?
39.Дайте определение внутренней энергии реального и идеального газов. Как найти изменение внутренней энергии идеального газа?
10