Контрольная работа

КОНТРОЛЬНАЯ

РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ

ТЕПЛОТЕХНИКА

СОДЕРЖАНИЕ

ЗАДАЧА 1. 3

ЗАДАЧА 2. 5

ЗАДАЧА 3. 7

ЗАДАЧА 4. 9

ЗАДАЧА 5. 11

ЗАДАЧА 6. 12

ЗАДАЧА 7. 15

ЛИТЕРАТУРА.. 16

ЗАДАЧА 1

Условие.

Определить влагосодержание, энтальпию, плотность влажного воздуха при t = 20°C, φ = 60 %, Pδ = 0,098 МПа (1 кгс/см2).

Решение.

1. Влагосодержание (отношение массы влаги во влажном воздухе к массе сухого воздуха в нем) определяется по формуле:

где ρп – плотность водяного пара при парциальном давлении;

ρв – плотность влажного воздуха.

2. Для вычисления плотностей пара и влажного воздуха по таблице насыщенного водяного пара определяем давление насыщения водяного пара при заданной температуре 20 °С:

Рн = 0,002337 МПа.

Заданная относительная влажность определяется формулой:

где Рп – парциальное давление пара;

Рн – давление насыщения водяного пара при заданной температуре.

Отсюда парциальное давление пара:

0,001402 МПа.

По таблице перегретого пара для Рп = 0,001402 МПа и t = 20°C определяем удельный объем водяного пара:

v = 108,03 м3/кг.

Тогда плотность водяного пара при парциальном давлении:

0,009 кг/м3.

Определяем парциальное давление воздуха по формуле:

Рв = Pδ – Рп = 0,098 – 0,001402 = 0,097 МПа.

Определяем плотность влажного воздуха по формуле:

1,15 кг/м3,

где R = 287 Дж/(кг·К) – универсальная газовая постоянная;

Т = 273 + 20 = 293 К – заданная температура 20 °С, переведенная в кельвины.

Используя полученные результаты, вычисляем искомое влагосодержание:

0,0078 кг/кг = 7,8 г/кг.

3. Энтальпию влажного воздуха определяем по формуле:

I = t + 0,+ 1,93·t) =

= 20 + 0,+ 1,93·20) = 22,54 кДж/кг.

Ответ:

· влагосодержание влажного воздуха – 7,8 г/кг;

· энтальпия влажного воздуха – 22,54 кДж/кг;

· плотность влажного воздуха – 1,15 кг/м3.

n

ЗАДАЧА 2

Условие.

Наружный воздух в количестве кг/ч с параметрами tc1 = -10 °С, φ = 60 % нагревается до t = 15 °С в поверхностном воздухонагревателе. Определить относительную влажность нагретого воздуха и расход тепла.

Решение.

1. Относительная влажность определяется формулой:

где Рп – парциальное давление пара;

Рн – давление насыщения водяного пара.

2. По таблице насыщенного водяного пара определяем давление насыщения водяного пара при заданной температуре tc1 = -10 °С:

Рн1 = 260 Па.

Отсюда парциальное давление пара:

156 Па.

3. В процессе подогрева влагосодержание воздуха не изменяется. Следовательно, парциальное давление пара не изменяется. Поэтому определяем давление насыщения водяного пара при заданной температуре t = 15 °С:

Рн2 = 1708 Па.

Отсюда искомая относительная влажность нагретого воздуха:

0,09 = 9 %.

4. Расход тепла на нагрев воздуха определяем по формуле:

Q = cm (t – tc1) = 1000·100+ 10) = 2,5·109 Дж/ч,

где с = 1000 Дж/(кг·К) – средняя теплоемкость влажного воздуха;

m = 100000 кг/ч – заданный расход воздуха.

Ответ:

· относительную влажность нагретого воздуха - 9 %;

· расход тепла - 2,5·109 Дж/ч.

n

ЗАДАЧА 3

Условие.

1 кг воздуха с начальным давлением Р1 = 1,2 МПа и начальной температурой t1 = -10 °С расширяется адиабатно до конечного давления Р2 = 0,2 МПа. Определить объем и температуру воздуха в конце сжатия, работу сжатия и изменение внутренней энергии, если показатель адиабаты k = 1,4.

Решение.

1. Зависимость между температурами и давлениями при адиабатном процессе выражается уравнением:

где Т2 и Т1 – заданные температуры, переведенные в кельвины.

Отсюда определяем температуру воздуха в конце сжатия:

156 К;

t2 = 156 – 273 = -117 °С.

2. Объем воздуха в конце сжатия определяем из формулы:

где R = 287 Дж/(кг·К) – универсальная газовая постоянная.

3. Работу сжатия определяем по формуле:

76772 Дж.

4. Изменение внутренней энергии при адиабатном процессе:

Δu = - l = -76772 Дж.

Ответ:

· объем воздуха в конце сжатия – 0,22 м3/кг;

· температура воздуха в конце сжатия – 156 К;

· работа сжатия – 76772 Дж;

· изменение внутренней энергии - -76772 Дж.

n

ЗАДАЧА 4

Условие.

Паротурбинная установка работает по регенеративному циклу с начальным давлением пара Р1 = 2 МПа и температурой t1 = 350 °С и давлением в конденсаторе Р2 = 4 кПа. Пар для регенеративного подогрева питательной воды отбирается при давлении Ро = 0,2 МПа. Определить термический КПД цикла. Изобразите цикл в ТS-диаграмме.

Решение.

1. С помощью таблиц водяного пара определяем:

· энтальпию пара перед входом в турбину i1 = 3137,2 кДж/кг;

· температуру пара в конденсаторе t2 = 76 °С;

· энтальпию пара в конденсаторе i2 = 2637,01 кДж/кг и i2’ = 318,30 кДж/кг

· температуру отбираемого пара tо = 120 °С;

· энтальпию отбираемого пара iо = 2724,00 кДж/кг и iо’ = 503,70 кДж/кг.

2. Определяем коэффициент отбора пара по формуле:

0,08.

3. Определяем термический КПД по формуле:

0,19.

4. Цикл паросиловой установки в ТS-диаграмме изображен на рис. 1.

Рис. 1. Цикл паросиловой установки в ТS-диаграмме.

Прямая 3 - 4 изображает нагревание воды в паровом котле. Точка 4 соответствует температуре кипящей воды при определенном давлении в котле. Кривая 4 - 5 изображает процесс парообразования. Точка 5 соответствует состоянию сухого насыщенного пара. Кривая 6 - 1 изображает процесс перегрева пара в пароперегревателе, а точка 1 - состояние перегретого пара после пароперегревателя при давлении Р1. Прямая 1 - 2 изображает адиабатное расширение пара в турбине. Точка 2 соответствует состоянию отработавшего пapa при давлении Р2. Кривая 2 - 3 изображает процесс конденсации пара.

Ответ:

· термический КПД цикла – 0,19;

· цикл в ТS-диаграмме изображен на рис. 1.

n

ЗАДАЧА 5

Условие.

Какую среднюю температуру должен иметь пар в рубашке аппарата, чтобы при расходе теплоты на процесс Q = 180 кДж/с поддерживать температуру продукта t2 = 90 °С? Площадь контакта стенок аппарата с продуктом и паром, находящимся в рубашке, F = 2 м2. Толщина стальной стенки аппарата δ = 3 мм, коэффициент теплопроводности λ = 50 Вт/(м2·К). Коэффициент теплоотдачи от пара к стенке α1 = 10000 Вт/(м2·К) и коэффициент теплоотдачи от стенки к продукту α2 = 2000 Вт/( м2·К).

Решение.

Заданный расход теплоты Q определяется по формуле:

где 1515 м2·К/Вт – коэффициент теплопередачи;

t1 – искомая средняя температура пара.

Отсюда:

149 °С.

Ответ: средняя температура пара - 149 °С.

n

ЗАДАЧА 6

Условие.

Воздух, имеющий параметры φ = 40 %, t1 = 22 °С и расход 1000 кг/ч, нагревается в поверхностном теплообменнике до t2 = 38 °С. Определить энтальпию и относительную влажность воздуха после нагрева и полный расход теплоты. Изобразить процесс в id-диаграмме влажного воздуха.

Решение.

1. Относительная влажность определяется формулой:

где Рп – парциальное давление пара;

Рн – давление насыщения водяного пара.

2. По таблице насыщенного водяного пара определяем давление насыщения водяного пара при заданной температуре t1 = 22 °С:

Рн1 = 2669 Па.

Отсюда парциальное давление пара:

1068 Па.

3. В процессе подогрева влагосодержание воздуха не изменяется. Следовательно, парциальное давление пара не изменяется. Поэтому определяем давление насыщения водяного пара при заданной температуре t2 = 38 °С:

Рн2 = 6674 Па.

Отсюда искомая относительная влажность нагретого воздуха:

0,16 = 16 %.

4. Расход тепла на нагрев воздуха определяем по формуле:

Q = cm (t2 – t1) = 1000·1= 1,6·107 Дж/ч,

где с = 1000 Дж/(кг·К) – средняя теплоемкость влажного воздуха;

m = 1000 кг/ч – заданный расход воздуха.

5. Энтальпию холодного воздуха определяем по формуле:

Iх = t1 + 0,+ 1,93·t1) =

= 22 + 0,+ 1,93·22) = 24,54 кДж/кг.

Энтальпию нагретого воздуха определяем по формуле:

Iн = t2 + 0,+ 1,93·t2) =

= 38 + 0,+ 1,93·38) = 40,57 кДж/кг.

6. Влагосодержание холодного воздуха определяем по формуле:

6,74 г/кг,

где Р = 101325 Па – нормальное атмосферное давление.

Влагосодержание нагретого воздуха определяем по формуле:

7,02 г/кг.

7. Используя полученные результаты, изображаем на рис. 2 рассматриваемый процесс в виде id-диаграммы:

Рис. 2. id-диаграмма нагрева влажного воздуха.

Ответ:

· энтальпия воздуха после нагрева – 40,57 кДж/кг;

· относительная влажность воздуха после нагрева – 16 %;

· полный расход теплоты - 1,6·107 Дж/ч;

· id-диаграмма нагрева влажного воздуха построена на рис. 2.

n

ЗАДАЧА 7

Условие.

Определить суммарный расчетный расход теплоты на технологические нужды и отопление мясокомбината производительностью Рi = 5 т/ч, если удельный расход теплоты на выработку мяса qi = 1,3 ГДж/т, объем отапливаемых зданий по наружному обмеру Vн = 40·103 м3, удельная отопительная характеристика здания q0 = 0,25 Вт/(м3·К), средняя температура воздуха внутри помещения tвн = 25 ºС и расчетная наружная температура воздуха tнар = -25 ºС.

Решение.

1. Расход теплоты на технологические нужды определяем как произ­веде­ние производительности мясокомбината на удельный расходтеплоты:

Qт = Рi qi = 5·1,3 = 6,5 ГДж/ч.

2. Тепловую мощность на отопление определяем как произведение объема отпаливаемых зданий на удельную отопительную характеристику и разницу температур:

Nо = Vн q0 (tвн - tнар) = 40·103·0,25·(25 + 25) = 500000 Вт.

Так как 1 Вт = 1 Дж/с, можно записать:

Qо = 500000 Дж/с = 1,8 ГДж/ч.

3. Суммарный расход теплоты:

QΣ = Qт + Qо = 6,5 + 1,8 = 8,3 ГДж/ч.

Ответ: суммарный расход теплоты – 8,3 ГДж/ч.

n

ЛИТЕРАТУРА

1. , Михеева теплопередачи. М.: Энергия, 1977.

2. Рабинович задач по технической термодинамике. М.: Машиностроение, 1973.

n