Методические указания и задания к выполнению контрольных работ для студентов инженерного факультета по специальностям 110301 и 110304 г. Вологда-Молочное 2011 г (стр. 14 из 17)
33. Плоская стальная стенка толщиной δСТ = 30 мм с одной стороны покрыта слоем накипи, толщиной δн = 3 мм, а с другой стороны слоем сажи толщиной δс= 1,5 мм. Теплопроводность принять: для стали λст = 50 Вт/(м- К), для накипи λн = 2,3 Вт/(м • К), для сажи λс — 0,08 Вт/(м•К). Температура наружной поверхности сажи tc = 600°С, а температура наружной поверхности накипи tн = 120°С. Определить поверхностную плотность теплового потока через стенку, температуры на поверхностях соприкосновения сажи и накипи с металлом. Найти, во сколько раз увеличится поверхностная плотность теплового потока через стенку, если удалить сажу и накипь. Привести графики изменения температур в обоих случаях.
34. Цилиндрическая стальная труба с внутренним диаметром d1 = 150 мм и толщиной стенки δСТ= 20 мм (λсх = 40 Вт/(м • К)) покрыта двухслойной теплоизоляцией толщиной δиз1 = 100 мм (λиз1 = 0,12 Вт/(м • К)) и δиз2 = 100 мм (λиз2 = 0,06 Вт/(м • К)). Найти толщину слоя изоляции δнз с теплопроводностью λнз = 0,035 Вт/(м • К), которой можно заменить двухслойную изоляцию без изменения теплоизоляционных свойств системы. Показать характер распределения температур в обоих случаях.
35. Воздух с температурой tв = 140°С и давлением рв= 0,1 МПа движется по трубе диаметром d = 200 мм со скоростью V = 10 м/с. Температура внутренней поверхности стенки трубы tст1 = 100°С. Определить суточную потерю теплоты за счет конвективной теплоотдачи трубой длиной 5 м.
36. Определить суточную потерю теплоты за счет теплообмена при свободной конвекции горизонтальной трубой диаметром d = 0,2 м и длиной l = 5 м. Температура на поверхности трубы t1 — 100°С, температура окружающего воздуха t2 — 20°С и давление р2= 0,1 МПа.
37. Определить суммарную часовую потерю теплоты за счет конвективной теплоотдачи и излучения с 1 пог. м горизонтального паропровода диаметром d = 160 мм, если температура наружной поверхности трубы t = 180°С, температура воздуха в помещении tB — 20°С, коэффициент черноты поверхности паропровода ԑ = 0,8. Принять, что площадь поверхности стен помещения m много раз больше площади поверхности паропровода.
38. Из какого материала должен быть изготовлен экран, чтобы при установке его между параллельными пластинами с коэффициентом черноты ԑ1=ԑ2=0,9 тепловой поток излучением уменьшился в 33 раза? Чему равна в этом случае температура экрана, если температура пластин t1= 300°С и t2 = 20°С?
39. Найти расход конденсирующегося пара и площадь поверхности трубчатого пароводяного подогревателя при следующих условиях: давление сухого насыщенного пара, конденсирующегося на внешней поверхности труб, р = 0,2 МПа; текущая по трубам вода нагревается от
°С до t”2= 100°С; расход воды mt = 3 кг/с; средний коэффициент теплопередачи К = 2800 Вт/(м2 * К). При расчетах теплоемкость воды принять св = 4,19 кДж/(кг • К). Изобразить схематично график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена.40. Определить поверхности нагрева для трубчатых прямоточного и про-тивоточного водонагревателей, обогреваемых дымовыми газами. Для расчета принять: температуры дымовых газов до и после подогревателя
= 300°С и t”1— 200°С; температуру воды, поступающей в подогреватель, t'2 = 10°С, а выходящей из него — t”2 = 80°С. Секундный расход воды тt = 5 кг/с, теплоемкость воды св = 4,19 кДж/(кг • К), коэффициент теплопередачи от дымовых газов к воде К=15 Вт/(м2 • К). Изобразить схематично график изменения температур рабочих жидкостей вдоль поверхности нагрева для схемы „прямоток" и „противоток".ВОПРОСЫ
1. Почему нельзя представить необратимый процесс изменения состояния рабочего тела в координатах pv и Ts?
2. Какие условия необходимо соблюдать, чтобы термодинамический процесс был обратимым? что является причиной необратимости реальных термодинамических процессов ?
3. Почему внутреннюю энергию, энтальпию и энтропию рабочего тела называют параметрами или функциями состояния, а теплоту и работу — функциями процесса?
4. В чем отличие записи уравнения первого закона термодинамики для цикла (кругового процесса) и для отдельного произвольного процесса изменения состояния рабочего тела?
5. Почему в диапазоне температур Tmax и Tmhn не существует термодинамического цикла с термическим к. п. д. большим, чем у цикла Карно?
6. В чем сущность второго закона термодинамики? Покажите его действие на примере любого известного вам теплового двигателя. В чем разница математической записи второго закона термодинамики для обратимого и необратимого процессов?
7. Как доказать, что в рv-диаграмме адиабатный процесс расширения 1 кг идеального газа идет более круто, чем изотермический, считая, что начальное состояние газа в обоих случаях одинаково?
8. Пользуясь уравнениями первого закона термодинамики для потока и для закрытой системы, покажите, за счет чего совершаются все виды работы рабочего тела в потоке.
9. Покажите, что изохорный, изобарный, изотермический и адиабатный процессы являются частными случаями политропного процесса?
10. Как будет изменяться энтропия каждого из тел в изолированной системе, состоящей из теплоотдатчика, теплоприемника и тепловой машины, которая работает по циклу Карно, полагая, что все процессы в системе обратимы?
11. Что такое влажный воздух? какой влажный воздух называется насыщенным и какой ненасыщенным? чему равны при этих состояниях влажного воздуха парциальное давление и температура пара?
12. Что называется абсолютной и относительной влажностью воздуха? Какую температуру называют температурой точки росы? что такое влагосодержание воздуха и как оно определяется?
13. Для чего применяется сопло Лаваля? Изобразите схематически это сопло. Как меняются вдоль сопла давление и скорость газа?
14. Изобразите тепловой процесс в сопле Лаваля в ts-диаграмме. Приведите уравнения для определения теоретической и действительной скоростей истечения.
15. Приведите определения следующих процессов и понятий: парообразование, конденсация, испарение, кипение, насыщенный пар, влажный и сухой насыщенный пар, перегретый пар.
16. Изобразите на диаграммах pv, Ts и hs изохорный и изотермический процессы превращения влажного насыщенного водяного пара в перегретый. Дайте краткие пояснения.
17. Как с помощью формул и таблиц воды и водяного пара по заданной величине температуры и степени сухости пара определить давление, удельные объем, энтальпию, энтропию и внутреннюю энергию влажного насыщенного пара? Назовите входящие в формулы величины и в каких единицах они выражаются.
18. Изобразите на диаграммах pv, Ts и hs обратимый адиабатный процесс расширения перегретого водяного пара до состояния влажного насыщенного пара. Дайте необходимые пояснения.
19. Изобразите на диаграммах pv, Ts и hs изобарный процесс превращения влажного насыщенного водяного пара в перегретый и обратимый адиабатный процесс сжатия влажного насыщенного водяного пара до состояния перегретого пара. Дайте необходимые пояснения.
20. Изобразите диаграммы pv и Ts для водяного пара и объясните характерные области, линии и точки, нанесенные на них. Что называется удельной теплотой парообразования? может ли теплота парообразования равняться нулю?
21. Изобразите теоретическую индикаторную диаграмму поршневого компрессора для случаев изотермического и адиабатного сжатия. Покажите на ней площади, которыми изображаются работы наполнения, сжатия и выталкивания. В каком случае работа сжатия больше? для чего применяется охлаждение компрессора?
22. Как определяется термический к. п. д. идеального цикла поршневых двигателей внутреннего сгорания с изохорным и изобарным подводами теплоты? какой из этих к. п. д. при одинаковых максимальных и минимальных температурах в циклах больше и почему?
23. Как влияют в цикле Ренкина давление и температура пара на вход в турбину, а также давление в конденсаторе на величину термического к. н.д. цикла? Для объяснения используйте схемы, изображенные в диаграмме hs.
24. Изобразите схему паровой компрессорной холодильной установки. Опешите кратко принцип ее работы. Изобразите идеальный цикл работы установки в диаграмме Ts, Чем отличаются паровые компрессорные установки от абсорбционных?
25. Изобразите схему газотурбинной установки с изобарным подводом теплоты и ее цикл в координатах pv и Ts. Дайте краткие пояснения. Назовите основные методы повышения термического к. п. д. газотурбинной установки.
26. Приведите принципиальную схему паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, и изобразите цикл работы в координатах pv и Ts.
27. Изобразите схему двухконтурной атомной теплоэнергетической установки и объясните принцип ее действия. В чем состоят принципиальные отличия этой установки от обычных паросиловых установок?
28. Что называется теплофикацией? в чем ее преимущества перед раздельной выработкой тепловой и электрической энергии? каким параметром оценивают экономичность теплоэлектроцентрали?
29. Чем вызвано создание поршневых двигателей внутреннего сгорания со смешанным подводом теплоты? Изобразите идеальный цикл такого двигателя в диаграммах pv и Ts. Напишите формулу для определения термического к. п. д. этого цикла. Дайте необходимые пояснения.