4. Блок контроля освоения д исциплины
4.1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
4.1.1. Задание на контрольную работу
При выполнении контрольной работы рекомендуется придерживаться следующих требований:
1. Переписать полностью условие задачи своего варианта; параметры выбира-ются из таблиц по последней и предпоследней цифрам шифра.
2. При решении задачи пояснить словами вычисляемую величину, привести соответствующую формулу, найти неизвестную величину в буквенном и числовом выражениях.
3. Для каждой найденной величины надо указывать единицы измерения (невыполнение этого требования равносильно ошибке).
4. Вычисления производить при помощи микрокалькулятора с точностью до третьей значащей цифры. Графики должны быть построены в масштабе, желательно на миллиметровой бумаге.
5. В ответах следует придерживаться терминов и обозначений, принятых в учебнике. Результаты решения должны быть представлены в единицах СИ.
6. Если при решении задачи какая-либо величина берется из таблицы, то надо назвать источник с указанием автора.
7. Текст следует писать разборчиво, оставлять поля для замечаний рецензента, страницы нумеровать.
8. На титульном листе, кроме фамилии, инициалов и шифра, указать факультет (институт) и специальность.
Номера задач задания на контрольную работу студент выбирает в соответ-ствии со своей специальностью:
Специальность |
Номера задач задания на контрольную работу |
190601.65(150200) |
Автомобили 1, 2, 3, 4, 5, 6 |
190205.65(170900) |
Подъемно-транспортн. механизмы 1, 2, 3, 4, 7 |
150501.65(120800) |
Материаловедение 8, 9, 10, 11, 12 |
150104.65(110400) |
Доменные печи 13, 14, 15, 16 |
Задача
1. В резервуар
объемом V
компрессором
нагнетается воздух. Началь-ное избыточное
давление воздуха
,
начальная температура
.
Конечное избы-точное давление и
температура воздуха соответственно
равны
и
.
Опре-делить массу воздуха, поступившего
в резервуар, если давление внешней среды
равно
.
Параметры выбрать из табл. 1.
Таблица 1
Варианты и исходные данные |
||||||||||
Параметры |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
Последняя цифра шифра |
||||||||||
V, м3 |
10 |
9 |
8 |
7 |
6 |
5 |
4 |
3 |
2 |
1 |
|
0,1 |
0,2 |
0,3 |
0,4 |
0,5 |
0,6 |
0,7 |
0,8 |
0,9 |
1,0 |
|
7 |
17 |
27 |
37 |
47 |
57 |
17 |
27 |
37 |
47 |
Предпоследняя цифра шифра |
||||||||||
|
3 |
4 |
10 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
2 |
6 |
|
27 |
47 |
57 |
67 |
87 |
77 |
47 |
67 |
57 |
67 |
|
700 |
710 |
720 |
730 |
740 |
750 |
760 |
770 |
780 |
710 |
,
МПа
,
оС
,
МПа
,
оС
,
мм рт. ст.
Задача 2. Рассчитать смешанный цикл двигателя внутреннего сгорания, т.е. найти параметры P, v и t для характерных точек цикла, изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии, а также работу в отдельных процессах и цикле. Определить также степень предварительного расширения, степень повышения давления и термический КПД цикла. Параметры выбрать из табл. 2.
Дополнительные
данные для расчета: начальный объем -
м3;
количество теплоты, подводимой в
изобарном процессе -
кДж; количество теплоты, подводимой в
изохорном процессе -
кДж; средние теплоемкости -
кДж/(кг·К),
кДж/(кг·К); показатель адиабаты k
равен 1,4; газовая
постоянная
Дж/(кг·К). Степень сжатия .
Изобразить цикл в р-v
и T-s
диаграммах.
Таблица 2
Варианты и исходные данные |
||||||||||
Параметры |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
Последняя цифра шифра |
||||||||||
, МПа |
0,08 |
0,085 |
0,09 |
0,1 |
0,11 |
0,12 |
0,095 |
0,085 |
0,08 |
0,9 |
|
57 |
47 |
77 |
87 |
97 |
67 |
87 |
77 |
67 |
57 |
Предпоследняя цифра шифра |
||||||||||
|
16 |
14 |
15 |
17 |
18 |
14.5 |
15.5 |
16.5 |
17.5 |
16 |
,
оС
Задача
3. Определить
индикаторную
и эффективную
мощности (кВт) и производительность
м3/с
одноцилиндрового поршневого компрессора
по сле-дующим данным: диаметр цилиндра
D,
ход поршня S,
частота вращения вала ком-прессора n,
среднее индикаторное давление
,
механический КПД компрессора
,
коэффициент подачи
.
Параметры выбрать из табл. 3.
Таблица 3
Варианты и исходные данные |
||||||||||
Параметры |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
Последняя цифра шифра |
||||||||||
D, мм |
270 |
200 |
600 |
300 |
520 |
400 |
600 |
240 |
125 |
200 |
S, мм |
160 |
150 |
550 |
125 |
500 |
200 |
300 |
240 |
100 |
120 |
n,
мин |
700 |
720 |
180 |
720 |
180 |
320 |
190 |
500 |
700 |
680 |
Предпоследняя цифра шифра |
||||||||||
|
0,2 |
0,21 |
0,22 |
0,23 |
0,24 |
0.,25 |
0,26 |
0,26 |
0,27 |
0,28 |
,
МПа
Задача
4. Определить
термический КПД цикла двигателя
внутреннего сгора-ния с изобарным
подводом теплоты, если начальное давление
МПа, коли-чество подведенной теплоты
составляет
,
температура рабочего тела (воздуха) в
конце сжатия
,
степень сжатия .
Сжатие и расширение происходит по
адиа-батам.
Как изменится термический КПД цикла, если при том же общем количестве подведенной теплоты, часть (в %) подвести по изохоре? Цикл изобразить в P-v и T-s диаграммах. Данные для решения задачи выбрать из табл. 4.
Таблица 4
Варианты и исходные данные |
||||||||||
Параметры |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
Последняя цифра шифра |
||||||||||
|
1,12 |
1,2 |
1,24 |
1,4 |
1,6 |
1,44 |
1,64 |
1,36 |
1,16 |
1,68 |
|
450 |
500 |
910 |
1000 |
850 |
1050 |
900 |
920 |
1000 |
600 |
Предпоследняя цифра шифра |
||||||||||
|
12 |
13 |
14 |
15 |
16 |
14 |
12 |
16 |
15 |
11 |
, % |
25 |
20 |
30 |
25 |
20 |
27 |
24 |
28 |
30 |
29 |
,
МДж/кг
,
оС
Задача
5. Поверхность
нагрева состоит из плоской стальной
стенки толщиной .
По одну сторону стенки движется горячая
вода, средняя температура которой
,
по другую – вода со средней температурой
или воздух, средняя
температура
которого
.
Определить для обоих случаев удельный
тепловой поток
Вт/м2
и коэффициент теплопередачи, а также
значения температур на обеих поверхностях
стенки. Найти изменение удельного
теплового потока
для первого случая, если с каждой стороны
стальной стенки появится накипь толщиной
в 1 мм. Коэффициенты теплопроводности
стали
Вт/(м·К), а накипи
Вт/(м·К). Коэффициенты теплоотдачи для
горячей воды к стенке для обоих случаев
,
от стенки к воде
,
а от стенки к воздуху
.
Параметры выбрать из табл. 5.
Таблица 5
Варианты и исходные данные |
||||||||||
Параметры |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
Последняя цифра шифра |
||||||||||
, мм |
5 |
8 |
7 |
4 |
6 |
5 |
4 |
7 |
8 |
6 |
|
110 |
120 |
130 |
105 |
125 |
115 |
135 |
110 |
120 |
125 |
|
60 |
50 |
65 |
45 |
55 |
40 |
60 |
50 |
55 |
55 |
|
25 |
30 |
35 |
20 |
30 |
25 |
30 |
25 |
30 |
55 |
Предпоследняя цифра шифра |
||||||||||
,
|
2000 |
1900 |
1800 |
2100 |
2200 |
2050 |
2150 |
1850 |
1950 |
2250 |
, |
1250 |
1150 |
1200 |
1050 |
1100 |
1000 |
1150 |
1100 |
1100 |
1250 |
, |
18 |
20 |
25 |
22 |
25 |
18 |
20 |
24 |
25 |
20 |
Задача
6. Отработавшее
масло дизеля охлаждается в противоточном
водяном теплообменнике. Расход масла
G,
его температура
на входе
,
на выходе
,
теплоемкость
кДж/(кг·К). Температура воды на входе
,
на выходе
.
Коэффициент теплопередачи
Вт/(м2·К).
Определить площадь поверхности
теплообмена. Параметры выбрать из табл.
6.
Таблица 6
Варианты и исходные данные |
||||||||||
Параметры |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
Последняя цифра шифра |
||||||||||
G, кг/с |
0.5 |
0.7 |
0.9 |
1.1 |
1.3 |
1.5 |
1.7 |
1.9 |
2.1 |
2.3 |
|
110 |
105 |
100 |
95 |
115 |
110 |
105 |
100 |
95 |
90 |
|
75 |
70 |
80 |
75 |
70 |
80 |
75 |
70 |
80 |
65 |
Предпоследняя цифра шифра |
||||||||||
|
10 |
5 |
0 |
25 |
20 |
15 |
10 |
5 |
0 |
15 |
|
25 |
15 |
15 |
35 |
30 |
30 |
20 |
25 |
20 |
30 |
Задача
7. Определить
поверхность нагрева рекуперативного
водовоздушного теплообменника при
прямоточной и противоточной схемах
движения тепло-носителей, если объемный
расход воздуха при нормальных условиях
,
средний коэффициент теплопередачи от
воздуха к воде K,
начальный и конечные температуры воздуха
и воды равны соответственно
,
,
,
.
Определить также расход воды G
через теплообменник. Изобразить график
изменения температур теплоносителей
для обеих схем движения теплоносителей
по повер-хности аппарата. Данные,
необходимые для решения задачи, выбрать
из табл. 7.
Таблица 7
Варианты и исходные данные |
||||||||||
Параметры |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
Последняя цифра шифра |
||||||||||
|
20 |
25 |
50 |
45 |
40 |
35 |
30 |
55 |
10 |
15 |
К, Вт/(м2·К) |
19 |
20 |
21 |
22 |
23 |
24 |
25 |
26 |
27 |
18 |
Предпоследняя цифра шифра |
||||||||||
|
480 |
460 |
440 |
420 |
400 |
380 |
360 |
340 |
320 |
500 |
|
240 |
230 |
210 |
200 |
180 |
160 |
130 |
140 |
120 |
250 |
|
15 |
20 |
25 |
30 |
35 |
40 |
45 |
50 |
15 |
10 |
|
95 |
100 |
105 |
110 |
115 |
120 |
120 |
130 |
100 |
90 |
,
м3/ч
Задача 8. По известному массовому составу продуктов сгорания на выходе из нагревательной печи определить: мольную массу, газовую постоянную, плотность и удельный объём при нормальных условиях; средние массовые и объёмные теплоёмкости при постоянном давлении в пределах температур от 0 до t1 °C и от 0 до t2 °С; количество теплоты, отдаваемое 1 кг газов при изобарном охлаждении от t1 до t2°C. Состав газовой смеси и другие данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 8 по двум последним цифрам шифра. Таблицы тепло-ёмкостей содержатся в ПЗ.
Таблица 8
Посл,. цифра шифра |
Массовый состав смеси, % |
Предпоследняя цифра шифра |
t1,°C |
t2,°С |
||||||
CO2 |
H2O |
N2 |
O2 |
СО |
||||||
9 |
20.0 |
8.0 |
72.0 |
- |
- |
9 |
1400 |
500 |
||
8 |
15.5 |
8.9 |
71.4 |
- |
4,2 |
8 |
1350 |
480 |
||
7 |
9.9 |
10.0 |
70.7 |
- |
9,4 |
7 |
1300 |
460 |
||
6 |
2.9 |
11.3 |
69.9 |
- |
15,9 |
6 |
1250 |
440 |
||
5 |
18.0 |
7.2 |
72.8 |
2 |
- |
5 |
1200 |
420 |
||
4 |
16.0 |
6.9 |
73.6 |
4 |
- |
4 |
1150 |
400 |
||
3 |
14.0 |
5.6 |
74.7 |
6 |
- |
3 |
1100 |
380 |
||
2 |
12.0 |
4.8 |
77.2 |
8 |
- |
2 |
1050 |
360 |
||
1 |
14.5 |
15.0 |
66.6 |
- |
3,9 |
1 |
1000 |
340 |
||
0 |
18.8 |
13.6 |
67.6 |
- |
- |
0 |
950 |
320 |
||
Задача 9. Сжатый воздух, имеющий давление р1 и температуру t1, подается в печное пространство с абсолютным давлением ро = 0,11 МПа через сужающееся сопло с диаметром Dо. Определить скорость и параметры воздуха на срезе сопла и массовый расход. Необходимые данные выбрать из табл. 9.
Таблица 9
Поcл. цифра шифра |
p1, МПа |
t1,°C |
Предпосл. цифра шифра |
D0, мм |
9 |
0.7 |
160 |
9 |
15 |
8 |
0.65 |
140 |
8 |
20 |
7 |
0.6 |
120 |
7 |
25 |
6 |
0.55 |
100 |
6 |
30 |
5 |
0.5 |
80 |
5 |
35 |
4 |
0.45 |
60 |
4 |
40 |
3 |
0.4 |
40 |
3 |
45 |
2 |
0.35 |
20 |
2 |
50 |
1 |
0.3 |
0 |
1 |
55 |
0 |
0.25 |
-20 |
0 |
60 |
Задача 10. Температура внутренней поверхности кладки нагревательной печи t1, наружной поверхности t2. Определить потери теплоты через 1м2 кладки. Материал кладки, коэффициент теплопроводности и толщина стенки d заданы в табл. 10.
Таблица 10
Последняя цифра шифра |
t1,°C |
t2,°C |
Предпосл. цифра шифра |
Материал |
, Вт/(м*К) |
d, мм |
9 |
1500 |
130 |
9 |
Шамот |
1.22 |
120 |
8 |
1450 |
125 |
8 |
Шамот |
1.22 |
250 |
7 |
1400 |
120 |
7 |
Магнезит |
1.43 |
120 |
6 |
1350 |
115 |
6 |
Магнезит |
1.43 |
250 |
5 |
1300 |
110 |
5 |
Динас |
1.75 |
120 |
4 |
1250 |
105 |
4 |
Динас |
1.75 |
250 |
3 |
1700 |
190 |
3 |
Циркон |
2.26 |
120 |
2 |
1650 |
180 |
2 |
Циркон |
2.26 |
250 |
1 |
1600 |
170 |
1 |
Периклаз |
7.13 |
120 |
0 |
1550 |
160 |
0 |
Периклаз |
7.13 |
250 |
Задача 11. Определить количество теплоты, передаваемой излучением, от нагретой стальной плиты с температурой t1 к параллельно расположенной другой такой же плите с температурой t2. Степень черноты 1 = 2 = 0,85. Данные принять из табл. 11.
Таблица 11
Последняя цифра шифра |
t1,°C |
Предпоследняя цифра шифра |
t2,°C |
9 |
950 |
9 |
200 |
8 |
925 |
8 |
180 |
7 |
900 |
7 |
160 |
6 |
875 |
6 |
140 |
5 |
850 |
5 |
120 |
4 |
825 |
4 |
100 |
3 |
800 |
3 |
80 |
2 |
775 |
2 |
60 |
1 |
750 |
1 |
40 |
0 |
725 |
0 |
20 |
Задача 12. Определить поверхность нагрева F трубчатого теплообменного аппарата, обогреваемого продуктами сгорания от нагревательной печи, при прямоточном и противоточном движении воздуха и дымовых газов. Воздух поступает в теплообменник при температуре tВ1 = 20°C, объёмный расход подаваемого воздуха V, коэффициент теплопередачи К. Температуру воздуха на выходе из теплообменника tB2, а также температуры дымовых газов на входе в теплообменника tГ1 и на выходе из него tГ2 определить из табл. 12.
Таблица 12
Последняя. цифра шифра |
V, м3/с |
К, Вт/(м2*К) |
Предп. ц. шифра |
tВ2,°C |
tГ1,°C |
tГ2,°C |
9 |
0.4 |
16 |
9 |
190 |
550 |
220 |
8 |
0.5 |
17 |
8 |
200 |
600 |
240 |
7 |
0.6 |
18 |
7 |
200 |
500 |
260 |
6 |
0.7 |
19 |
6 |
250 |
550 |
300 |
5 |
0.8 |
20 |
5 |
180 |
450 |
220 |
4 |
0.9 |
21 |
4 |
200 |
500 |
280 |
3 |
1.0 |
22 |
3 |
180 |
480 |
240 |
2 |
1 1 |
23 |
2 |
200 |
550 |
250 |
1 |
1.2 |
24 |
1 |
200 |
650 |
280 |
0 |
1.3 |
25 |
0 |
190 |
600 |
270 |
Задача 13. По заданному объемному составу продуктов сгорания (смесь идеальных газов) определить: мольную (молярную) массу смеси, массовый состав смеси, газовую постоянную RCM, плотность и удельный объем смеси при нормальных условиях (Рсм=101 кПа, tCM= 0°C). Далее нужно определить: массовую объемную, мольную (молярную) изобарные теплоемкости продуктов сгорания в интервалах температур от t1 до t2, а также количество теплоты, отданное 1кг продуктов сгорания при их изобарном охлаждении в дымоходе от температуры t1 до t2.
Средние теплоемкости газов от 0°С до 1500°С приведены в табл. ПЗ приложения. Состав продуктов сгорания и другие данные выбрать из табл. 13.
Таблица 13
Последн. цифра шифра |
Объемный состав продуктов сгорания, % |
Предпосл. ц. шифра |
t1, °С |
t2,°С |
||||
|
|
|
|
|
|
|||
9 |
20,0 |
8,0 |
72,0 |
- |
- |
9 |
300 |
180 |
8 |
15,5 |
8,9 |
71,4 |
- |
4,2 |
8 |
350 |
160 |
7 |
9,9 |
10,0 |
70,7 |
- |
9,4 |
7 |
400 |
170 |
6 |
2,9 |
11,3 |
69,9 |
- |
15,9 |
6 |
250 |
150 |
5 |
18,0 |
7,2 |
72,8 |
2 |
- |
5 |
200 |
100 |
4 |
16,0 |
6,4 |
73,6 |
4 |
- |
4 |
300 |
140 |
3 |
14,0 |
5,6 |
74,7 |
6 |
- |
3 |
350 |
120 |
2 |
12,0 |
4,8 |
77,2 |
8 |
- |
2 |
400 |
165 |
1 |
14,5 |
15,0 |
66,6 |
|
3,9 |
1 |
450 |
160 |
0 |
18,8 |
13,6 |
67,6 |
- |
- |
0 |
250 |
130 |
Задача 14, Через сужающееся сопло мартеновской фурмы диаметром d (диаметр выходного сечения сопла) проходит кислород, имеющий давление Р1 и температуру t1 на входе в сопло. Давление (абсолютное) среды, в которую происходит истечение кислорода, Р0=101 кПа. Определить скорость потока на выходе из сопла, массовый расход кислорода через сопло, а также температуру, давление и плотность кислорода на выходе из сопла. Необходимые данные выбрать из табл.14.
Таблица 14
Последняя цифра шифра |
Р1,МПа |
t1, °С |
Предпоследняя цифра шифра |
d, мм |
9 |
0,70 |
40 |
9 |
15 |
8 |
0,65 |
35 |
8 |
20 |
7 |
0,60 |
30 |
7 |
25 |
6 |
0,55 |
25 |
6 |
30 |
5 |
0,50 |
20 |
5 |
35 |
4 |
0,45 |
15 |
4 |
40 |
3 |
0,40 |
10 |
3 |
45 |
2 |
0,35 |
40 |
2 |
50 |
1 |
0,30 |
30 |
1 |
55 |
0 |
0,25 |
20 |
0 |
60 |
Задача 15. Температура наружной поверхности стены нагревательной печи – t1, a окружающего воздуха t2. Высота стены - а, ширина -b. Определить тепловой поток, передаваемый конвекцией от поверхности стены к воздуху. Использовать теплофизические параметры сухого воздуха из П.1 приложения. За определяющий геометрический размер взять высоту стены. Необходимые данные для расчета выбрать из табл.15.
Таблица 15
Последняя цифра шифра |
t1, °С |
t2,°С |
Предпоследняя цифра шифра |
а, м |
b, м |
9 |
130 |
25 |
9 |
2,5 |
4,0 |
8 |
125 |
20 |
8 |
2,0 |
3,5 |
7 |
120 |
15 |
7 |
1,5 |
3,0 |
6 |
110 |
10 |
6 |
2,5 |
4,0 |
5 |
105 |
10 |
5 |
2,0 |
3,5 |
4 |
100 |
10 |
4 |
1,5 |
3,0 |
3 |
130 |
25 |
3 |
2,0 |
4,0 |
2 |
120 |
20 |
2 |
2,5 |
3,5 |
1 |
110 |
15 |
1 |
2,0 |
3,0 |
0 |
100 |
10 |
0 |
1,5 |
4,0 |
Задача
16. Задан объемный состав смешанного
газа (доменного и коксового): 9,7% СО2,
20,4% СО, 8% СН4,
16,1% Н2,
42% N2,
3,8% Н2О.
Теплота сгорания
смешанного
газа (топлива) Q
= 7500 кДж/м3.
Определить
теоретический и дейст-виительный
расходы воздуха, необходимого для
сжигания газа; объем н процен-тный
состав продуктов сгорания; калориметрическую
и действительную температуры горения
топлива.
Дутьевой
воздух нагревается до температуры
tВОЗД.,
а смешанный газ - до tr.
Численные
значения этих температур, а также
коэффициента избытка воздуха
и пирометрического
коэффициента
выбрать из табл.16; изобарную объемную
теплоемкость
воздуха принять постоянной и равной
С'р
=
1,30 кДж/(м3-К),
изобарную объемную
теплоемкость смешанного газа принять
С'р
газ =
2,1кДж/(м К), а
С1р дым.газ=О,б8к Дж/(м3.К).
Таблица 16
Последняя цифра ш. |
tВОЗД, °С |
|
Предпоследняя цифра шифра |
tr, °С |
, °С |
9 |
100 |
1,1 |
9 |
200 |
0,65 |
8 |
200 |
1,15 |
8 |
300 |
0,7 |
7 |
300 |
1,2 |
7 |
400 |
0,75 |
6 |
400 |
1,25 |
6 |
500 |
0,8 |
5 |
500 |
1,3 |
5 |
600 |
0,65 |
4 |
100 |
1,1 |
4 |
200 |
0,7 |
3 |
200 |
1,15 |
3 |
300 |
0,75 |
2 |
300 |
1,2 |
2 |
400 |
0,8 |
1 |
400 |
1,25 |
1 |
500 |
0,7 |
0 |
500 |
1,3 |
0 |
600 |
0,75 |
4.1.2. Методические указания к выполнению контрольной работы