1

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Мурманский государственный технический университет

Кафедра: «Энергетики и транспорта

ЗАДАЧНИК

Учебно-методическое пособие для проведения практических занятий и выполнения контрольных работ по дисциплине «Теплоплогазоснабжение и вентиляция»

По дисциплине: «Теплогазоснабжение и вентиляция»

Для направления (специальности): 270100 «Строительство» и 270102 «Промышленное и гражданское строительство»

(очная, вечерне-заочная форма обучения)

Составитель: Пантилеев С. П., доцент кафедры энергетики и транспорта.

Мурманск 2011

Общие организационно-методические указания

Учебно-методическое пособие (далее –УМП) составлено в соответствии с утвержденной программой дисциплины «Теплогазоснабжение и вентиляция» по направлению 270100 «Строительство» для специальности 270102 «Промышленное и гражданское строительство».В УМП изложена теория термодинамики и основные темы, предусмотренные рабочей программой применительно к практическим занятиям, приведен перечень задач, решаемых студентами на практических занятиях и в контрольных работах, некоторые задачи даны по вариантам. УМП включает изучение теоретических основ технической термодинамики и теплопередачи, устройства теплогенерирующего оборудования, принципиальные схемы систем теплоснабжения, горячего водоснабжения, вентиляции и газоснабжения жилых и промышленных объектов. В пособии приведён список литературы, который должен быть использован при самоподготовке студентов. Пособие имеет приложения, которые необходимы для решения задач.

В контрольную работу №1 входит следующее:

• Одна задача из каждого раздела (1..10), часть номера (после точки) которой соответствует варианту задания. Если вариант больше этой цифры, то выполняется последняя задача раздела;

• Одна задача в соответствии с вариантом из одной из общих задач раздела. У однозначных вариантов первая цифра «0». Если в разделе несколько общих задач, то выполняется одна на выбор в соответствии с вариантом. Если в разделе только общие задачи, то выполняются две на выбор в соответствии с вариантом.

• Ответы на контрольные вопросы разделов 11 и 12.

Контрольная выполняется на листах А4 (210х297мм) печатным способом с использованием текстовых редакторов (Microsoft Office Word). Текст должен быть набран шрифтом кегля 14 (Times New Roman) с интервалом 1,0 (или 1,5). В титульном листе должно быть указано:

• Федеральное государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования. Мурманский государственный технический университет

• Кафедра энергетики

• Контрольная работа №1

• По дисциплине «…»

• Специальность «…»

• …факультет

• Курс

• Группа

• Шифр

• Вариант

• Выполнил: студент Иванов И. И. подпись __________, дата_________

• Проверил: доцент Пантилеев С.П. подпись __________, дата_________

• Мурманск

• Год

Листы контрольной работы должны иметь нижний колонтитул с фамилией студента и номером страницы.

В каждой задаче должно быть полностью приведено задание. Решение проводить с подробным описанием выполняемых действий и указанием наименований и числовых значений символов с их размерностью, входящих в формулы. Подстановка числовых значений символов в формулы обязательна.

СОДЕРЖАНИЕ

с.

ВВЕДЕНИЕ 5

1. Параметры состояния 5

2. Уравнение состояния идеального газа 10

3. Смеси идеальных газов 14

4. Теплоемкость газов 21

5. Первый закон термодинамики 31

6. Термодинамические процессы идеальных газов 36

7. Второй закон термодинамики………………………................ …. 44

8. Газовые циклы……………………………………………………… 54

9. Теплопередача………………………………………………… 65

10. Тепловая защита зданий.

Теплоснабжение и горячее водоснабжение……………………………… 89

11. Вентиляция и кондиционирование. ………………………….. 108

12. Газоснабжение жилых и промышленных объектов…………. 117

Библиографический список……………………………………… 139

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 ………………………………………………… 140

ПРИЛОЖЕНИЕ 2………………………………………………… 143

ПРИЛОЖЕНИЕ 3………………………………………………….. 145

ПРИЛОЖЕНИЕ 4…………………………………………… …… 146

ПРИЛОЖЕНИЕ 5…………………………………………………. 155

ПРИЛОЖЕНИЕ 6…………………………………………………. 156

ПРИЛОЖЕНИЕ 7…………………………………………………. 158

ПРИЛОЖЕНИЕ 8…………………………………………………. 163

ВВЕДЕНИЕ

Термодинамика - наука о закономерностях превращения энергии.

Основы термодинамики были заложены в XIX в., когда в связи с развитием тепловых двигателей возникла необходимость изучения закономерностей превращения теплоты в работу.

Принцип построения термодинамики прост. В основу термодинамики заложены два основных закона (или «начала»), установленные опытным путем. Первый закон термодинамики характеризует количественную сторону процессов превращения энергии, а второй закон устанавливает качественную сторону (направленность) процессов, происходящих в физических системах. Используя только эти два закона, методом строгой дедукции можно получить все основные выводы термодинамики.

Первый закон термодинамики представляет собой частный случай всеобщего закона сохранения и превращения энергии применительно к термодинамическим процессам.

Второй закон установлен опытным путем, при наблюдении превращений энергии в макросистемах.

Для термодинамики характерен феноменологический подход, т.е. рассматривается явление (феномен) в целом без уточнения структуры вещества на микроуровне.

1. Параметры состояния

Параметр состояния термодинамической системы - это такой ее показатель, изменение которого приводит к изменению состояния системы. При отсутствии силовых полей (гравитационного, электромагнитного и др.) состояние однородной системы может быть однозначно определено тремя параметрами. К ним относятся: абсолютное давление, абсолютная температура и полный или удельный объем. Эти три параметра состояния называются термическими параметрами состояния.

Давление обусловлено взаимодействием молекул рабочего тела с поверхностью и численно равно силе, действующей на единицу площади поверхности тела по нормали к последней. В соответствии с молекулярно-кинетической теорией давление газа определяется соотношением

p = (2/3) n (mc²)/2, (1.1)

где n — число молекул в единице объема;

m — масса молекулы; с² - средняя квадратическая скорость поступательного движения молекул.

В Международной системе единиц (СИ) давление выражается в паскалях (1Па =1Н/м²). Поскольку эта единица мала, удобнее использовать 1кПа = 1000Па и 1МПа = 10⁶Па. Давление также можно измерять высотой столба жидкости (ртути, воды, спирта и др.), уравновешивающего давление газа (воздуха).

Для измерения атмосферного давления используются барометры. Измерение давления в различных устройствах производится с помощью манометров и вакуумметров.

Жидкостные и пружинные манометры измеряют избыточное давление, представляющее собой разность между полным или абсолютным давлением р измеряемой среды и атмосферным давлением р_атм, т.е.

р_изб =Р ^- Р_атм^.

Приборы для измерения давлений ниже атмосферного называются вакуумметрами; их показания дают значение разрежения (или вакуума):

р_вак = р_атм ^_ р,

т. е. избыток атмосферного давления над абсолютным. Следует отметить, что параметром состояния является абсолютное давление. Именно оно входит в термодинамические уравнения.

Температурой называется физическая величина, характеризующая степень нагретости тела. Понятие о температуре вытекает из следующего утверждения: если две системы находятся в тепловом контакте, то в случае неравенства их температур они будут обмениваться теплотой друг с другом, если же их температуры равны, то теплообмена не будет.

С точки зрения молекулярно-кинетических представлений температура есть мера интенсивности теплового движения молекул. Ее численное значение связано с величиной средней кинетической энергии молекул вещества:

mw²/2 = 3k_BT/2, (1.2)

где k_B — постоянная Больцмана, равная 1,380662·10^-23 Дж/К. Температура T, определенная таким образом, называется абсолютной.

В системе СИ единицей температуры является Кельвин (К); на практике широко применяется градус Цельсия (°С). Соотношение между абсолютной Т и стоградусной t температурами имеет вид:

Т = t + 273,15.

Применяются шкалы Реомюра (R), стоградусная или Цельсия (С) и Фаренгейта (F).

Основные точки шкалы в табл. 1.1

Таблица 1.1

ТЕМПЕРАТУРА	Шкала, град
	R	C	F
Точка плавления льда	0	0	32
Точка кипения воды при 760 мм.рт.ст.	80	100	212
1° соответствует делению шкалы на равные части	80	100	180

Формулы перевода градусов разных шкал:

t°С=5(t°F-32 °)/9=5 t°R/4;

t°F=32°+9 t°С/5=32°+9 t°R/4:

t°R=4 t°С/9=4(t°F-32 °)/9.

Термодинамическая или абсолютная шкала - °K или T⁰_абс. Отсчёт по этой шкале ведётся от абсолютного нуля:

T⁰_абс. = t°С+273°.

В промышленных и лабораторных условиях температуру измеряют с помощью жидкостных термометров, пирометров, термопар и других приборов.

Удельный объем v — это объем единицы массы вещества. Если однородное тело массой М занимает объем V, то по определению

v= V/М (1.3).

В системе СИ единица удельного объема 1 м³/кг. Между удельным объемом вещества и его плотность существует очевидное соотношение:

v = 1/ρ

Для сравнения величин, характеризующих системы в одинаковых со­стояниях, вводится понятие «нормальные физические условия»:

р = 760 мм рт.ст.= 101,325 кПа; T = 273,15 K.

В разных отраслях техники и разных странах вводят свои, несколько отличные от приведенных «нормальные условия», например, «технические» (р=735,6 мм рт. ст.= 98 кПа , t=15°C) или нормальные условия для оценки производительности компрессоров (р=101,325 кПа, t=20^oС) и т. д.

ЗАДАЧИ

1. Давление воздуха, измеренное ртутным барометром, равно 765 мм рт.ст. при температуре t = 20 °С. Выразить это давление в паскалях.

2. Найти абсолютное давление пара в котле, если манометр показывает р=0,13 МПа, а атмосферное давление по ртутному барометру составляет В = 680 мм рт.ст. при t = 25 °С.

Рекомендации: Поскольку показание барометра получено при температуре ртути t = 25 °С, то необходимо привести его к 0 °С по формуле:

B₀ = B · (1 - 0,000172 · t)

3. Какая высота водяного столба соответствует 10 Па?

4. Какая высота ртутного столба соответствует 100 кПа?

5. Определить абсолютное давление в конденсаторе паровой турбины, если показание присоединенного к нему ртутного вакуумметра равно 705 мм рт.ст., а показание ртутного барометра, приведенное к 0 °С В₀ = 747 мм рт.ст. Температура воздуха в месте установки приборов t = 20 °С. Ответ дать в кПа.

ОБЩАЯ ЗАДАЧА -1. Показания манометра на газопроводе составляют р кгс/см². Определить абсолютное давление газа в газопроводе в Па.

Вариант	01	02	03	04	05	06	07	08	09	10	11	12	13	14	15
Давление р, кгс/см2	72	60	50	40	30	20	10	5	3	2	1	0,8	0,6	0,4	0,3
Вариант	16	17	18	19	20	21	22	23	24	25	26	27	28	29	30
Давление р, кгс/см2	0,1	0,09	0,06	0,05	0,04	80	71	61	51	41	31	21	11	9	7

3. Присоединенный к газоходу парового котла тягомер показывает разрежение, равное 780 Па. Определить абсолютное давление дымовых газов, если показание барометра В = 760 мм рт.ст. при t = 0 °С.

7. Тягомер показывает разрежение в газоходе, равное 412 Па. Атмосферное давление по ртутному барометру В = 100925 Па при t = 15 °С. Определить абсолютное давление дымовых газов.

8. Плотность воздуха при определенных условиях равна 1,293 кг/м³. Определить удельный объем воздуха при этих условиях.

9. В сосуде объемом 0,9 м³ находится 1,5 кг окиси углерода. Опреде­лить удельный объем и плотность окиси углерода при указанных условиях.

10. Давление воздуха по ртутному барометру равно 770 мм при t=0 °С. Определить это давление в барах и н/м².

ОБЩАЯ ЗАДАЧА -2. Масса V м³ метана при определенных условиях составляет М кг. Определить плотность и удельный объем метана при этих условиях.

Последняя цифра варианта	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Объем V, м3	10	25	6	11	18	23	8	5	20	15
Первая цифра варианта	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Масса М, кг	0,7	1,2	5,6	4,2	0,5	3,8	1,5	0,9	6,6	5,2

14. Определить абсолютное давление в паровом котле, если манометр показывает 2,45 бар, а атмосферное давление по ртутному барометру составляет В=700 мм при t=20 °С.

15. Какой высоте водяного столба соответствует давление 1 кГ/м²?

16. Первой температурной шкалой была шкала, изобретенная Габриэлем Фаренгейтом в 1724 г. На ней были указаны три опорные точки: температура смеси воды, льда и поваренной соли (0F), температура тающего льда (32F) и температура тела человека (96F). Температура кипения воды при этом составляла 212F. Шкала Фаренгейта существует и поныне, например, в США пользуются только этой шкалой.

В 1730 году французский естествоиспытатель Рене Реомюр предложил свою шкалу. Опорная точка на этой шкале - температура таяния льда. Температура кипения воды по этой шкале составила 80R. В нашей стране термометрами Реомюра пользовались до 1869г.

В конечном итоге верх взяла шкала Андерса Цельсия, шведского профессора астрономии, предложенная им в 1742 г. Он остановился на двух опорных точках - температуре таяния льда (100) и температуре кипения воды (0). Вскоре известный ботаник Карл Линней поменял местами опорные точки, и термометр Цельсия приобрел привычный для нас вид.

Исходя из сказанного, вывести формулы пересчета температур по Реомюру и Фаренгейту в температуру по Цельсию и наоборот.

14. Определить нормальную температуру человеческого тела по шкале Фаренгейта.

15. Знаменитый американский писатель-фантаст Рэй Брэдбери написал роман «451^о по Фаренгейту». Как поясняется в романе, данная величина представляет температуру воспламенения бумаги. Определить температуру воспламенения бумаги в градусах Цельсия.

16. В лекциях Чаплина В.М. по отоплению и вентиляции для 3-го курса Императорского Московского Технического Училища (1903 г.) приводятся следующие значения нормальных температур внутри помещений.

Выразить данные температуры в градусах Цельсия.