Контрольные вопросы

1. Поясните, почему циклы в тепловых двигателях совершаются в направлении по часовой стрелке, а в холодильных машинах – против часовой стрелки?

2. Покажите идеальный цикл Карно холодильной машины T-s-диаграмме. Дайте понятие холодильного коэффициента. Как рассчитать холодильный коэффициент цикла Карно?

3. Приведите схему и цикл p-v диаграмме воздушной холодильной установки. Нанесите на схему узловые точки цикла. Какими площадями в p-v диаграмме характеризуются: а) работа, затрачиваемая на компрессор (l_к), б) работа, получаемая в детандере (l_D), в) результирующая работа цикла (l)?

4. Приведите цикл воздушной холодильной установки в T-s-диаграмме. Укажите, в каких узлах установки совершаются процессы цикла. Поясните физический смысл холодильного коэффициента цикла (ε), приведите формулу для его расчета.

5. Приведите цикл воздушной холодильной установки в T-s-диаграмме. Обозначьте температуру вырабатываемого холода (Т_х) и температуру окружающей среды (Т_ос). Покажите цикл Карно для данного интервала температур. Сравните по удельной холодопроизводительности (q_x) и затрачиваемой работе (l) обратимый цикл воздушной холодильной установки и цикл Карно, сделайте выводы.

6. Приведите схему и цикл парокомпрессионной холодильной установки в T-s-диаграмме. Нанесите узловые точки на схему. Какими площадями в T-s-диаграмме характеризуются: а) удельная холодопроизводительность (q_x), б) теплота, отводимая в конденсаторе (q₀)?

7. Приведите цикл парокомпрессионной холодильной установки в T-s-диаграмме. Укажите, в каких узлах установки совершаются процессы цикла. Поясните физический смысл холодильного коэффициента цикла (ε). Приведите формулу для его расчета.

8. В учебнике [1] с. 378 на рис. 3-10 приведен цикл парокомпрессионной холодильной установки. Как изменится удельная холодопроизводительность цикла (q_x), если хладоагент испарять полностью до х₃ = 1? Приведите такой цикл в T-s-диаграмме. Сделайте выводы.

9. В учебнике [1] с. 378 на рис. 3-10, приведен цикл парокомпрессионной холодильной установки. Сравните по удельной холодопроизводительности (q_x) обратимый цикл этой установки и идеальный цикл Карно для данного интервала температур. Покажите площади, которыми характеризуется удельная холодопроизводительность (q_x) этих циклов.

10. Возможно ли осуществить изотермические процессы подвода и отвода тепла в циклах: а) парокомпрессионной холодильной установки, б) воздушной холодильной установки?

11. Каково назначение теплового насоса? Дайте понятие отопительного коэффициента. Как вычислить отопительный коэффициент идеального цикла Карно?

12. Каков механизм передачи тепла теплопроводностью в газах? От каких факторов зависит коэффициент теплопроводности газов? Сравните коэффициенты теплопроводности легких и тяжелых газов.

13. Каков механизм передачи тепла теплопроводностью в металлах? Как зависит коэффициент теплопроводности от температуры для чистых металлов, для сплавов?

14. От каких факторов зависит коэффициент теплопроводности строительных и теплоизоляционных материалов? В каких пределах он изменяется? Приведите значения коэффициентов теплопроводности для кирпича, стекловаты, асбеста [4, с.401, табл.3].

15. Каков механизм передачи тепла теплопроводностью в жидкостях? От каких факторов зависит коэффициент теплопроводности жидкостей? Приведите пределы изменения λ для жидкостей.

16. Дайте понятие коэффициента температуропроводности. Как он обозначается, какую имеет размерность, что характеризует, от каких факторов зависит? Рассчитайте коэффициент температуропроводности для шлакобетона и льда при t=0⁰C. Воспользуйтесь [4, с.401-402, табл.3].

17. Дайте понятие температурного поля. Приведите практические примеры температурных полей: 1) стационарного одномерного, 2) нестационарного одномерного, 3) стационарного трехмерного, 4) нестационарного двухмерного.

18. Дайте полную характеристику дифференциального уравнения 1.27 [4, с.19], поясните все величины, входящие в уравнение; укажите, какие процессы передачи тепла и в каких телах описывает данное уравнение.

19. Какие процессы передачи тепла и в каких телах описывает уравнение 1.27 [4, с.19]? Запишите это уравнение для стационарной теплопроводности в телах: а) с внутренними источниками тепла, б) без внутренних источников тепла. Приведите примеры таких процессов.

20. Что включают в себя условия однозначности? Для чего они нужны?

21. Как формируются граничные условия первого, второго и третьего рода? Для чего они присоединяются к дифференциальному уравнению?

22. Приведите математическое выражение закона Фурье: а) для теплового потока Q Вт, б) для плотности теплового потока q, Вт/м². Какой способ передачи тепла описывает закон Фурье? Чем объяснить знак (-) в правой части уравнения Фурье?

23. Дайте понятие изотермической поверхности. Могут ли две изотермические поверхности пересекаться? Какое направление называется нормалью к изотермической поверхности? Сравните между собой градиенты температуры по нормали и по любому другому направлению к изотермической поверхности.

24. Что описывают уравнения (2.3) и (2.4), приведенные в [4, с.25]? Что рассчитывается по уравнениям (2.7) и (2.9)? Запишите указанные уравнения, дайте все пояснения, приведите рисунок.

25. Что рассчитывается по уравнению (2.22), приведенному в [4, с.30]? Как называются слагаемые знаменателя этого уравнения и как они связаны с перепадами температур (t_ж1-t_с1), (t_с1-t_с2), (t_с2-t_ж2)? Дайте понятие коэффициента теплопередачи плоской стенки. Запишите все уравнения с пояснениями, приведите рисунок.

26. Запишите уравнение, по которому можно рассчитать плотность теплового потока, q (Вт/м²), передаваемого от среды с температурой t_ж1 в среду с температурой t_ж2 через трехслойную плоскую стенку. Приведите график перепадов температур для условия: α₁>>α₂, λ₁>>λ₂, λ₁>>λ2, λ₂>>λ₃.

27. Что описывают уравнения (2.35) и (2.36). приведенные в [4, с.33]? Что рассчитывается по уравнениям (2.39) и (2.40)? Запишите указанные уравнения, дайте все пояснения, приведите рисунок.

28. Что рассчитывается по уравнению (2.49), приведенному в [4, с.36]? Запишите уравнение с пояснением, приведите рисунок. Можно ли расчет теплопередачи через цилиндрическую стенку производить по уравнению для плоской стенки?

29. Запишите уравнение, по которому можно рассчитать линейную плотность теплового потока (q_l, Вт/м), передаваемого от горячей воды с температурой t_ж1 к окружающему воздуху с температурой t_ж2 через стенку трубы, покрытой одним слоем тепловой изоляции. Приведите график перепадов температур для условия α₁>>α₂, λ_тр>>λ_из.

30. Дайте понятие критического диаметра изоляции. Как изменятся теплопотери (Q, Вт), если наложить изоляцию на трубу, наружный диаметр которой: а) d₂< d_кр, б) d2=dкр, в) d₂>d _кр?

31. Что описывают уравнения (2.61) и (2.62), приведенные в [4, с.40]?Что рассчитывается по уравнениям (2.64) и (2.65)? Запишите указанные уравнения, дайте все пояснения, приведите рисунок.

32. Что рассчитывается по уравнению (2.66), приведенному в [4, с.41]? Запишите уравнение с пояснением, приведите рисунок.

33. Что рассчитывается по уравнениям (2.90) и (2.87), приведенным в [4, с.49-50]? Поясните все величины, входящие в уравнения, приведите рисунок.

34. Что рассчитывается по уравнению (2.85), приведенному в [4, с.41]? Запишите это уравнение и поясните все величины его правой части. Дайте рисунок с расстановкой размеров.

35. Какими способами можно увеличить тепловой поток Q, Вт, передаваемый через стенку от среды с температурой t_ж1 к среде с температурой t_ж2 при условии, что α₁>>α₂?

36. Приведите примеры тел и систем с внутренними источниками тепла. Поясните смысл величины q_v, Вт/м³. Рассчитайте значение q_v для проводника электрического тока диаметром d= 5 мм, длиной l= 10 м при напряжении U= 220В и силе тока I = 2А.

37. Что описывают уравнения (2.133) и (2.134), приведенные в [4, с.59]? Что рассчитывается по уравнениям (2.137), (1.138), (2.141)? Запишите указанные уравнения, дайте необходимые пояснения, приведите рисунок.

38. Что описывают уравнения (2.143) и (2.144), приведенные [4, с.61]? Что рассчитывается по уравнениям (2.147), (2.147), (2.148)? Запишите указанные уравнения, дайте необходимые пояснения, приведите рисунок.

39. Что рассчитывается по уравнению (2.153), приведенному в [4, с.64]? Запишите уравнение, приведите рисунок. Напишите ошибки в уравнении (2.158) и запишите его правильно.

40. Что рассчитывается по уравнению (2.159), приведенному [4, с.64]? Запишите уравнение, приведите рисунок. Запишите уравнения для расчета температур на поверхностях стенки t_с1 и t_с2.

41. В учебнике [4] рассматриваются следующие классические задачи стационарной теплопроводности с внутренним тепловыделением: 1. Пластина при симметричных условиях охлаждения. Перечислите еще 4 задачи.

42. Стационарное температурное поле цилиндрического стержня и трубы с внутренними источниками тепла описывается одинаковым дифференциальным уравнением. Запишите это уравнение. На примере цилиндрического стержня поясните физический смысл граничных условий.

43. В учебнике [4, с.59 рис. 2.24,] показано температурное поле пластины с внутренним тепловыделением при симметрических условиях охлаждения (α, t_ж). Покажите график изменения температуры по толщине пластины для условия α₁>α₂, t_ж1=t_ж2.

44. При математическом описании процессов теплопроводности цилиндрического стержня и трубы с внутренними источниками тепла применяются уравнения:

, , ,

45. Поясните физический смысл уравнений.

46. Для цилиндрического стержня с внутренним тепловыделением дано:q_v, l, d . Как рассчитать: а) тепловой поток (Q, Вт), рассеиваемый поверхностью охлаждения стержня, б) плотность теплового потока (q, Вт/м²), рассеиваемого с 1м² поверхности охлаждения?

47. Для цилиндрической стенки (трубы) с внутренним тепловыделением и охлаждением по наружной поверхности дано:q_v, r₁, r₂, l. Как рассчитать: а) тепловой поток (Q, Вт), рассеиваемый поверхностью охлаждения трубы, б) плотность теплового потока (q, Вт/м²), рассеиваемого с 1м² поверхности охлаждения?

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 3

ЗАДАНИЕ № 1

Расчет теплоотдачи при естественной конвекции жидкости

Задание № 1 содержит 5 задач для 25 вариантов. Каждый студент решает одну задачу в соответствии со своим вариантом.

Задача № 1

Горячий горизонтальный трубопровод находится на открытом воздухе. Рассчитать линейную плотность теплового потока (q_l, Вт/м), передаваемого с поверхности трубы к спокойному воздуху. Учесть теплоотдачу излучением. Степень черноты поверхности принять ε_с=0,95.

Наружный диаметр трубы (d), температура наружной поверхности (t_с) и температура воздуха (t_ж) даны в табл. 1 по вариантам.

Таблица 1

№ вар	1	6	11	16	21
d, мм	160	180	200	220	240
tc, оC	80	90	70	85	75
tж1 , оC	20	10	15	5	0

Примечание: Таблица теплофизических свойств воздуха дана в учебнике [4, с. 402–403].