Сайт студентов физиков для студентов физиков!
Главная Решение задач по физике Самостоятельная работа по теплотехнике

Самостоятельная работа по теплотехнике

Задание N 1

(к разделу “Техническая термодинамика”)

Газовая смесь состоит из нескольких компонентов, объемный или массовый (колонка 2 табл.1) процентный состав которых даны в колонках 3-9 табл.1. При заданных параметрах газа (смеси): давлении — рсм, объеме — Vсм, температуре — tсм необходимо определить:

1. Газовые постоянные компонентов и смеси

2.. Молекулярную массу смеси.

3. Состав смеси (объемный или массовый).

4. Массу смеси и компонентов.

5. Парциальные давления компонентов.

6. Мольную и массовые теплоемкости при р = const и v = const смеси для данной температуры.

7. Средние мольную и массовую теплоемкости при р=const для интервале температур (t1 — t2).

Примечание: Зависимость мольной теплоемкости газов от температуры дана в приложении 1.

Таблица 1.

вар.

Состав

Компоненты смеси и процентный состав, %

Параметры смеси

Интервал

температур

Определить

состав

СО2

Н2

СО

N2

H2O

S2O

O2

рсм, бар

Vсм,

м3

tсм,

oC

t1 – t2 ,

oC

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14

1

Объемный

10

50

11

29

0,95

2

2000

200 – 1000

Массовый

2

= = =

10

2

80

8

1,0

3

450

300 – 100

= = =

3

= = =

5

15

70

10

0,9

4

500

1000 – 300

= = =

4

= = =

13

75

6

6

1,05

5

150

600 – 200

= = =

5

= = =

10

30

50

10

1,05

6

200

1000 – 100

= = =

6

Массовый

18

1

65

16

1,2

8

1200

850 – 350

Объемный

7

= = =

15

45

15

25

1,0

9

1000

350 – 750

= = =

8

= = =

14

76

6

4

0,90

10

2000

900 – 600

= = =

9

= = =

2

25

65

8

1,0

2

450

450 – 300

= = =

10

= = =

10

70

15

5

1,05

3

350

300 – 150

= = =

11

Объемный

5

30

10

55

0,85

7

350

900 – 200

Массовый

12

= = =

14

77

5

4

0,7

8

400

700 – 500

= = =

13

= = =

5

20

75

0,95

9

100

500 – 200

= = =

14

= = =

60

15

10

15

1,0

10

300

800 — 300

= = =

15

= = =

15

75

5

5

1,05

2

600

600 — 100

= = =

16

Массовый

10

75

5

10

1,05

4

600

800 — 300

Объемный

17

= = =

5

10

80

5

1,0

5

550

400 — 800

= = =

18

= = =

17

74

5

4

0,95

6

400

800 — 300

= = =

19

= = =

10

10

20

60

1,15

7

1000

650 – 150

= = =

20

= = =

2

28

55

15

0,85

8

1000

150 – 1200

= = =

21

Объемный

20

10

15

55

1,15

3

700

750 – 250

Массовый

22

= = =

16

75

4

4

1,2

4

750

1000 – 500

= = =

23

= = =

8

5

2

85

1,25

5

700

300 – 1300

= = =

24

= = =

15

75

5

5

1,05

6

800

600 – 900

= = =

25

= = =

20

10

50

20

0,85

7

1000

1000 — 400

= = =

26

Массовый

10

10

20

60

1,2

8

700

750 – 250

Объемный

27

= = =

15

45

15

25

1,0

9

800

600 – 900

= = =

28

= = =

60

15

10

15

0,90

10

2000

900 — 600

= = =

29

= = =

5

15

70

10

1,0

2

450

150 – 1200

= = =

30

= = =

14

77

5

4

1,05

3

350

300 — 150

= = =

З а д а н и е №2

(к разделу “Техническая термодинамика”)

Считая теплоемкость идеального газа зависящей от температуры, определить: параметры газа в начальном и конечном состоянии; изменение внутренней энергии; теплоту, участвующую в процессе, и работу расширения. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 2.

Примечание: Зависимость мольной теплоемкости газов от температуры дана в приложении 1.

Таблица 2.

Вариант

Процесс

t1, °С

t2, °С

Вариант

Газ

p1, МПа

m, кг

1,2,3

Изохорный

2400

400

1,4,7

O2

1

2

4,5,6

Изобарный

2200

300

2,5,8

CO

4

5

7,8,9

Адиабатный

2000

300

3,6,9

N2

2

10

10,11,12

Изохорный

1800

500

10,13,16

H2

3

4

13,14,15

Изобарный

1600

400

11,14,17

O2

5

6

16,17,18

Адиабатный

1700

100

12,15,18

CO

6

8

19,20,21

Изохорный

1900

200

19,22,25

N2

8

3

22,23,24

Изобарный

2100

500

20,23,26

H2

10

12

25,26,27

Адиабатный

2300

300

21,24,27

O2

12

7

28,29,30

Изобарный

1500

100

28,29.30

CO

7

9

З а д а н и е №3

(К разделу “Теория теплообмена”)

Тепло горячей воды, движущейся внутри круглой горизонтальной трубы, передается воздуху, омывающему трубу по наружной поверхности свободным потоком.

Требуется определить:

  Коэффициенты теплоотдачи водой внутренней поверхности трубы и наружной ее поверхностью воздуху;

  Коэффициент теплопередачи от воды к воздуху, отнесенный к 1 м длины трубы и ее диаметрам.

Для расчета принять:

  внутренний диаметр трубы — d1

  толщину стенки трубы — d

  длину трубы — l

  материал трубы и его коэффициент теплопроводности — l

  среднюю скорость воды — w

  среднюю температуру воды — t ж 1

  температуру окружающего трубу воздуха — t ж 2 = 20 oC.

Примечание: Физические параметры воды и воздуха даны в приложении 2 и 3.

Таблица 3.

Вариант

d1 , мм

d, мм

l, м

Материал

l, Вт/(мК)

w,

м/с

t ж 1 ,

oC

1

20

2,5

2,0

Сталь

30

0,2

50

2

30

3,0

1,5

= = =

35

0,3

60

3

46

2,5

2,2

= = =

40

0,4

70

4

64

3,0

4,0

= = =

25

0,5

80

5

100

4,0

5,0

= = =

38

0,6

90

6

20

2,5

1,0

Латунь

70

0,6

90

7

30

3,0

1,3

= = =

75

0,5

80

8

46

2,5

1,1

= = =

80

0,4

70

9

64

3,0

1,55

= = =

73

0,3

60

10

100

40

3,6

= = =

82

0,2

50

11

20

2,5

0,9

Сталь

40

1,0

50

12

30

3,0

1,5

= = =

42

1,2

60

13

46

2,5

3,0

= = =

50

1,4

70

14

64

3,0

2,0

= = =

48

1,6

80

15

100

4,0

4,0

= = =

35

1,8

90

16

20

2,5

0,8

Медь

372

0,25

90

17

30

3,0

1,4

= = =

378

0,35

80

18

46

2,5

1,85

= = =

384

0,45

70

19

64

3,0

2,5

= = =

390

0,55

60

20

100

4,0

4,2

= = =

395

0,65

50

21

20

2,5

1,0

Сталь

37

0,05

50

22

30

3,0

1,2

= = =

42

0,04

60

23

46

2,5

1,95

= = =

39

0,03

70

24

64

3,0

2,8

= = =

40

0,02

80

25

100

4,0

3,5

= = =

45

0,01

90

26

20

2,5

1,25

Латунь

72

1,1

50

27

30

3,0

2,0

= = =

76

1,2

60

28

46

2,5

1,75

= = =

80

1,3

70

29

64

3,0

2,2

= = =

82

1,4

80

30

100

4,0

5,4

= = =

78

1,5

90

З а д а н и е №4

(К разделу “Теория теплообмена”)

Тепло дымовых газов передается через стенку котла кипящей воде. Принимая температуру газов — tг, воды — tв , коэффициент теплоотдачи газами стенке a1 и от стенки воде a2 требуется определить:

  Общее термическое сопротивление;

  Коэффициент теплопередачи;

  Температуры слоев стенки;

  Удельный тепловой поток через 1 м2 стенки.

При расчете рассматривать следующие случаи:

1.  Стенка стальная, совершенно чистая, толщиной d2, l2 = 50 Вт/(мК);

2.  Стенка медная, совершенно чистая, толщиной d3, l2/ = 350 Вт/(мК);

3.  Стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи

толщиной d3, l3 = 2 Вт/(мК);

4.  Случай “3” , но поверх накипи имеется слой масла

толщиной d4 = 1 мм, l4 = 0,1 Вт/(мК);

5.  Случай “4” , но стороны газов стенка покрыта слоем сажи

толщиной d1, l1 = 0,2 Вт/(мК);

Данные к заданию приведены в таблице 4.

Таблица 4.

Вариант

tг,

°С

tв,

°С

a1 ,

Вт/(м2∙К)

a2 ,

Вт/(м2∙К)

d1 ,

мм

d2 ,

мм

d3 ,

мм

1

1200

220

3500

160

1

16

10

2

1100

200

3000

150

2

14

5

3

1000

180

2500

140

1

12

4

4

900

160

2000

130

2

10

3

5

800

140

1500

120

1

8

2

6

850

150

1000

60

2

12

10

7

950

160

2000

70

1

14

9

8

1050

170

3000

80

2

16

8

9

1150

180

4000

90

1

18

7

10

1250

190

5000

100

2

20

6

11

900

225

1000

50

1

14

7

12

800

200

980

40

2

13

6

13

700

175

960

30

1

12

5

14

600

150

940

20

2

11

4

15

500

125

920

10

1

10

3

16

575

110

2200

55

2

22

8

17

675

120

2100

50

1

24

7

18

775

130

2000

45

2

26

6

19

875

140

1900

40

1

23

5

20

975

150

1800

35

2

30

4

21

1000

100

3000

40

1

10

2

22

900

125

4000

50

2

12

3

23

1050

135

3500

60

1

14

5

24

950

150

4500

45

2

16

6

25

800

200

2000

55

0,5

18

7

26

850

210

2100

65

1

20

5

27

975

175

3100

42

2

22

8

28

400

100

1000

15

0,5

10

5

29

500

120

1250

20

1

12

8

30

600

140

1500

25

1,5

15

4

З а д а н и е № 5

(к разделам “Топливо” и “Котельные установки”)

Задано топливо и паропроизводительность котельного агрегата D.

Определить состав рабочей массы топлива и его способ сжигания, тип топки, значение коэффициента избытка воздуха в топке aт.

Найти низшую теплоту сгорания, теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг (1 м3) топлива, и объем продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха aт. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.4.

Примечание: Состав, а также рекомендации по выбору типа топки и коэффициента избытка воздуха aт приведены в приложениях 4-7.

Таблица 4.

Вариант

Вид топлива

Вариант

D, т/ч

1,2,3

Подмосковный уголь Б2 (бурый)

1,4,7

10

4,5,6

Канско-Ачинский уголь Б2 (бурый)

2,5,8

16

7,8,9

Донецкий уголь Г (газовый)

3,6,9

25

10,11,12

Карагандинский уголь К (коксовый)

10,13,16

35

13,14,15

Экибастузский уголь СС (слабоспекающийся)

11,14,17

50

16,17,18

Печорский уголь Ж (жирный)

12,15,18

75

19,20,21

Мазут малосернистый

19,22,25

90

22,23,24

Газ и газопровода “Дашава-Киев”

20,23,26

12

25,26,27

Газ из газопровода “Ставрополь — Москва”

21,24,27

16

28,29,30

Газ из газопровода “Средняя Азия — Центр”

28,29.30

21

Приложения

Приложение 1

Средние изобарные мольные теплоемкости некоторых газов,

с рm, кДж/(кмоль∙К)

t,°C

Воздух

Кислород O2

Азот

N2

Водород H2

Водяной пар H2O

Окись углерода CO

Углекислый газ CO2

0

29,073

29,274

29,115

28,617

33,499

29,123

35,860

100

29,153

29,538

29,144

29,935

33,741

29,178

38,112

200

29,299

29,931

29,228

29,073

34,188

29,303

40,059

300

29,521

30,400

29,383

29,123

34,575

29,517

41,755

400

29,789

30,878

29,601

29,186

35,090

29,789

43,250

500

30,095

31,334

29,864

29,249

35,630

30,099

44,573

600

30,405

31,761

30,149

29,316

36,195

30,426

45,758

700

30,723

32,150

30,451

29,408

36,789

30,752

46,813

800

31,028

32,502

30,748

29,517

37,392

31,070

47,763

900

31,321

32,825

31,037

29,647

38,008

31,376

48,617

1000

31,598

33,118

31,313

29,789

38,619

31,665

49,392

1200

32,109

33,633

31,828

30,107

39,825

32,192

50,740

1400

32,565

34,076

32,293

30,467

40,976

32,653

51,858

1600

32,967

34,474

32,699

30,832

42,056

33,051

52,800

1800

33,319

34,834

33,055

31,192

43,070

33,402

53,604

2000

33,641

35,169

33,373

31,548

43,995

33,708

54,290

2200

33,296

35,483

33,658

31,891

44,853

33,980

54,881

2400

34,185

35,785

33,909

32,222

45,645

34,223

55,391

Приложение 2

Физические параметры воды на линии насыщения

t,°C

ср, кДж/(кг∙К)

l 10-2 , Вт/(м К)

а 10-8, м2/с

μ ∙10-6,

(Н∙сек)/м2

n 10-6, м2/с

Pr

0

4,212

0,551

13,1

178,8

1,789

13,67

10

4,191

0,575

13,7

130,5

1,306

9,52

20

4,183

0,599

14,3

100,4

1,006

7,02

30

4,174

0,618

14,9

80,1

0,805

5,42

40

4,174

0,634

15,3

65,3

0,659

4,31

50

4,174

0,648

15,7

54,9

0,556

3,54

60

4,178

0,659

16,0

47,0

0,478

2,98

70

4,187

0,668

16,3

40,6

0,415

2,55

80

4,195

0,675

16,6

35,5

0,365

2,21

90

4,208

0,680

16,8

31,5

0,326

1,95

100

4,220

0,683

16,9

28,2

0,295

1,75

110

4,233

0,685

17,0

25,9

0,272

1,60

120

4,250

0,686

17,1

23,7

0,252

1,47

130

4,266

0,686

17,2

21,8

0,233

1,36

140

4,287

0,685

17,2

20,1

0,217

1,26

150

4,312

0,684

17,3

18,6

0,203

1,17

160

4,346

0,683

17,3

17,4

0,191

1,17

170

4,379

0,679

17,3

16,3

0,181

1,05

180

4,417

0,675

17,2

15,3

0,173

1,00

190

4,459

0,670

17,1

14,4

0,165

0,96

200

4,505

0,663

17,0

13,6

0,158

0,93

220

4,614

0,645

16,6

12,5

0,148

0,89

240

4,756

0,628

16,2

11,5

0,141

0,87

260

4,949

0,605

15,6

10,6

0,135

0,87

280

5,229

0,575

15,1

9,8

0,131

0,90

300

5,736

0,540

13,2

9,1

0,128

0,97

320

6,473

0,506

11,5

8,5

0,128

1,11

340

8,163

0,457

9,17

7,7

0,127

1,39

360

13,984

0,395

5,36

6,7

0,126

2,35

370

40,321

0,337

1,86

5,7

0,126

6,79

Приложение 3

Физические параметры сухого воздуха при давлении P = 101,3 кПа

t,°С

ρ ,

кг/м3

ср, кДж/(кг∙К)

l 10-2 , Вт/(м К)

а 10-6, м2/с

μ ∙10-6,

(н ∙ сек)/м2

n 10-6, м2/с

Pr

-50

1,584

1,013

2,04

12,7

14,6

9,23

0,728

-40

1,515

1,013

2,12

13,8

15,2

10,04

0,728

-30

1,453

1,013

2,20

14,9

15,7

10,80

0,723

-20

1,395

1,009

2,28

16,2

16,2

12,79

0,716

-10

1,342

1,009

2,36

17,4

16,7

12,43

0,712

0

1,293

1,005

2,44

18,8

17,2

13,28

0,707

10

1,247

1,005

2,51

20,0

17,6

14,16

0,705

20

1,205

1,005

2,59

21,4

18,1

15,06

0,703

30

1,165

1,005

2,67

22,9

18,6

16,00

0,701

40

1,128

1,005

2,76

24,3

19,1

16,96

0,699

50

1,093

1,005

2,83

25,7

19,6

17,95

0,698

60

1,060

1,005

2,90

27,2

20,1

18,97

0,696

70

1,029

1,009

2,96

28,6

20,6

20,02

0,694

80

1,000

1,009

3,05

30,2

21,1

21,09

0,692

90

0,972

1,009

3,13

31,9

21,5

22,10

0,690

100

0,946

1,009

3,21

33,6

21,9

23,13

0,688

120

0,898

1,009

3,34

36,8

22,8

25,45

0,686

140

0,854

1,013

3,49

40,3

23,7

27,80

0,684

160

0,815

1,017

3,64

43,9

24,5

30,09

0,682

180

0,779

1,022

3,78

47,5

25,3

32,49

0,681

200

0,746

1,026

3,93

51,4

26,0

34,85

0,680

250

0,674

1,038

4,27

61,0

27,4

40,61

0,677

300

0,615

1,047

4,60

71,6

29,7

48,33

0,674

350

0,566

1,059

4,91

81,9

31,4

55,46

0,676

400

0,524

1,068

5,21

93,1

33,0

63,09

0,678

500

0,456

1,093

5,74

115,3

36,2

79,38

0,687

600

0,404

1,114

6,22

138,3

39,1

96,89

0,699

700

0,362

1,135

6,71

163,4

41,8

115,4

0,706

800

0,329

1,156

7,18

188,8

44,3

134,8

0,713

900

0,301

1,172

7,63

216,2

46,7

155,1

0,717

1000

0,277

1,185

8,07

245,9

49,0

177,1

0,719

1100

0,257

1,197

8,50

276,2

51,2

199,3

0,722

1200

0,239

1,210

9,15

316,5

53,5

233,7

0,724

Приложение 4

Элементарный состав рабочей массы некоторых

твердых и жидких топлив, %

Район месторождения

Марка

Sрк

Sрор

CP

Донецкий

Г

8,0

23,0

2,0

1,2

55,2

3,8

1,0

5,8

то же

Д

13,0

21,8

1,5

1,5

49,3

3,6

1,0

8,3

Кузнецкий

Д

12,0

13,2

0,3

58,7

4,2

1,9

9,7

то же

Г

8,5

11,0

0,5

66,0

4,7

1,8

7,5

Карагандинский

К

8,0

27,6

0,8

54,7

3,3

0,8

4,8

Экибастузкий

СС

7,0

38,1

0,4

0,4

43,4

2,9

0,8

7,0

Подмосковный

Б2

32,0

25,2

1,5

1,2

28,7

2,2

0,6

8,6

Печорский

Ж

5,5

23,6

0,8

0,8

59,6

3,8

1,3

5,4

Кизеловский

Г

6,0

31,0

6,1

48,5

3,6

0,8

4,0

Челябинский

Б3

18,0

29,5

1,0

37,3

2,8

0,9

10,5

Ткибульский

Г

13,0

27,0

0,7

0,6

45,4

3,5

0,9

8,9

Канско-Ачинский

Б2

33,0

6,0

0,2

43,7

3,0

0,6

13,5

Черемховский

Д

13,0

27,0

0,1

45,9

3,4

0,7

8,9

Райчихинский

Б2

37,5

9,4

0,3

37,7

2,3

0,6

12,2

Чульманский

Ж

7,5

23,1

0,3

59,0

4,1

1,0

5,0

Нижне-Аркагаланский

Д

16,3

9,2

0,3

59,1

4,1

1,0

9,8

Мазут малосернистый

3,0

0,05

0,3

84,7

11,7

0,3

Мазут сернистый

3,0

0,1

1,4

83,8

11,2

0,5

Мазут высокосерн-й

3,0

0,1

2,8

83,0

10,4

0,7

Приложение 5

Элементарный состав рабочей массы некоторых

природных газов

Название

газопровода

Состав газа по объему, %

СН4

С2Н4

С3Н8

С4Н10

С5Н12

N2

СО2

Саратов- Москва

84,5

3,8

1,9

0,9

0,3

7,8

0,8

Ставрополь-Москва

93,8

2,0

0,8

0,3

0,1

2,6

0,4

Дашава-Киев

98,9

0,3

0,1

0,1

0,4

0,2

Шебелинка — Москва

94,1

3,1

0,6

0,2

0,8

1,2

Газли-Ташкент

94,0

2,8

0,4

0,3

0,1

2,0

0,4

Карабулак-Грозный

68,5

14,5

7,6

3,5

1,0

3,5

1,4

Ставрополь-Грозный

98,2

0,4

0,1

0,1

1,0

0,2

Бухара — Урал

94,9

3,2

0,4

0,1

0,1

0,9

0,4

Ср. Азия-Центр

93,8

3,6

0,7

0,2

0,4

0,7

0,6

Приложение 6

Типы топок, рекомендуемые для котельных агрегатов

Вид топлива

Паропроизводительность D, т/ч

Топка

Каменный уголь

£ 10

15…35

³ 25

³ 35

С забрасывателем и неподвижным слоем

С забрасывателем и цепной решеткой

Шахтно-мельничная для углей с Vг > 30%

Пылеугольная

Бурый уголь (Wп£ 4,7 , т. е. кроме сильновлажных)

£ 10

15…35

35…75

> 75

С забрасывателем и неподвижным слоем

С забрасывателем и цепной решеткой

Шахтно-мельничная

Пылеугольная

Мазут и газы

при всех значениях

Камерная

Примечание. В этой и следующих таблицах:

приведенная влажность топлива — Wп = Wр / Qрн, % / (МДж/кг) ;

приведенная зольность топлива — Ап = Ар/ Qрн, % / (МДж/кг).

Приложение 7

Основные расчетные характеристики камерных топок

с твердым шлакоудалением

Тип

топлива

Наименование

топлива

Коэффициент

избытка в топке — a т

Потери теплоты

от хим. неполноты сгорания q3 , %

от мех. неполноты

сгорания q4 , %

котлы

D<75, т/ч

котлы

D³75, т/ч

котлы

D<75, т/ч

котлы

D³75, т/ч

Пылеугольные

Каменные угли

Бурые угли

1,2

1,2

0,5

0,5

0

0

3

1,5

1

0,5

Шахтно-мельничные

Каменные угли

с Vг > 30%

Бурые угли

1,25

1,25

0,5

0,5

6

2

4

1

Камерные для сжигания жидких и газообразных топлив, экранированные

Мазут, газ (смесительные горелки)

Газ (безфакель-ные горелки при D£20 т/ч

1,1

1,1

0,5

0,5

Литература

Основная

1. Лариков Н. Н. Теплотехника: Учебник для вузов. -3-е изд., перераб. и дополн.-М.; Стройиздат, 1985 -432 с. ил.

2. Нащокин В. В. Техническая термодинамика и теплопередача. — М.; Высшая школа, 1969 -560с.

3. Тихомиров К. В. Теплотехника, теплоснабжение и вентиляция. М.; Стройиздат, 1981-248с.

4. Панкратов Г. П. Сборник задач по теплотехнике. М.; Высшая школа, 1986 -248с.

5. Балахонцев В. П., Александров А. В. Теплотехника. Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников инженерно-технических специальностей высших учебных заведений. М.; Высшая школа, 1985 –62с.

6. Сб. задач по технической термодинамике и теплопередаче /Дрыжаков Е. В., Исаев С. И. и др. — М.; Высшая школа, 1968 -372с.

Дополнительная

1. Кириллин В. А., Сычев В. В., Шейндлин А. Е. Техническая термодинамика. — М.; Энергоиздат, 1983.

2. Исаченко В. М., Осипова В. А., Сухомел А. С. Теплопередача. — М.; Энергоиздат, 1981.

3. Михеев М. А., Михеева И. М. Основы теплопередачи. — М.; Энергия, 1977.

4. Теплоснабжение /Под ред. Ионина — М.; Стройиздат, 1982.

5. Теплотехника /Хазен М. М., Матвеев Г. А. и др. — М.; 1981.

6. Сб. задач по технической термодинамике /Андрианов Т. А., Дзампов Б. В. и др. — М.; 1971.

7. Краснощеков Е. А., Сухомел А. С. Задачник по теплопередаче. — М.; 1975.