Тема 2.6. Теплообменные аппараты.

Основные определения и схемы теплообменных аппаратов. Расчет теплообменных аппаратов. Определение коэффициента теплопередачи.

Рассмотрите классификацию теплообменных аппаратов по принципу действия: рекуператоры, регенераторы, смесители. Уясните основные принципы работы устройств каждого типа.

Наиболее распространенными являются рекуперативные теплообменники, поэтому при теоретическом анализе теплопередачи можно ограничится рассмотрением только этого типа устройств. Детально разберите методику расчета рекуперативного теплообменника для прямоточной и противоточной схем движения теплоносителей. Обратите внимание на понятия средне логарифмического и среднеарифметического температурного напора. Научитесь анализировать изменение температур теплоносителей в зависимости от схемы их движения и значения водяных эквивалентов.

Вопросы для самоконтроля:

1. Поясните принцип работы рекуперативного, регенеративного и смесительного теплообменных аппаратов.

2. Какие способы оребрения трубок используются в теплообменных аппаратах?

3. Какие уравнения положены в основу проектно-конструкторского расчета теплообменного аппарата?

4. Что такое температурный напор?

5. Какие направления движения теплоносителей используются в теплообменных аппаратах?

6. Приведите график изменения температуры теплоносителей вдоль поверхности теплообмена при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей.

7. Получите уравнение для определения среднего температурного напора.

8. Какие параметры являются искомыми при поверочном расчете теплообменного аппарата?

Раздел 3. Основы теории горения.

Тема 3.1. Основы термохимии.

Понятие о процессе сгорания. Уравнения химических реакций горения. Теорети­чески необходимое количество кислорода, окислителя и воздуха. Коэффициент избытка окислителя и воздуха. Теплотворность. Определение теплотворности, ко­личества тепла, топлива в ДВС и коэффициента избытка воздуха.

Рассмотрите принцип образования тепла в авиационных двигателях за счет химической энергии горючего. Уясните основные этапы горения: скрытое горение; видимое горения. Четко усвойте уравнения химических реакций горения. Научитесь рассчитывать теоретически необходимое количество кислорода, окислителя и воздуха. Детально разберите понятия топлива, топливо-воздушной смеси, коэффициента избытка воздуха, теплотворности.

Вопросы для самоконтроля:

1. Понятие о процессе сгорания. Основные периоды горения.

2. Дать определение фронта пламени.

3. Уравнения химических реакций горения.

4. Теоретически необходимое количество кислорода, окислителя и воздуха.

5. Коэффициент избытка окислителя и воздуха.

6. «Богатая» и «бедная» топливовоздушные смеси.

7. Дать определение теплотворности топлива.

8. Определениетеплотворности углеводородного топлива.

Требования к выполнению контрольной работы

При выполнении контрольной работы необходимо придерживаться следующих правил:

– к решению задач контрольного задания следует приступать только после изучения соответствующего раздела курса

– задание составлено по вариантной системе. Номер варианта определяется кафедрой;

– условия задач переписывать полностью;

– в процессе решения сначала приводить формулы, затем подставлять в них соответствующие численные значения; размерность приводить только для результата вычисления;

– вычисления проводить только в международной системе СИ;

– решения иллюстрировать схемами и графиками (если требуется по условию);

–  оставить поля для замечаний рецензента и 1…2 чистыестраницы для работы над ошибками.

– в тексте работы приводить ссылки на использованную литературу, а в конце контрольной работы – список использованной литературы.

Контрольная работа подписывается студентом. Прием контрольных работ на рецензию прекращается за 10 дней до начала лабораторно-экзаменационной сессии.Работы, выполненные по чужому варианту, не рассматриваются.

Задание 1 Газовые смеси и теплоемкости

Дано:

Газовая смесь имеет следующий (1)* процентный состав (2); давление смеси (4) в барах, объем смеси (5), температура смеси (6) в °С.

Требуется определить:

1) (3) состав смеси;

2) газовые постоянные компонентов и смеси;

3) среднюю молекулярную массу смеси через объемные и массо­вые доли;

4) парциальные давления компонентов через объемные и мас­совые доли;

5) массу смеси и компонентов;

6) парциальные объемы и плотности компонентов;

7) плотность компонентов и смеси при заданных условиях через объемные и массовые доли;

8) плотности компонентов и смеси при нормальных условиях через объемные и массовые доли;

9) истинные мольную, объемную (для 1 м³) и массовую тепло­емкости смеси при р = const и v = constдля вышеуказанной тем­пературы смеси;

10) средние мольную, объемную и массовую теплоемкости при р = const и v = constдля интервала температур (7);

11) затрату тепла на нагревание (охлаждение) при р = constдвух молей, 5 м³ и 7 кг смеси в вышеуказанном интервале темпе­ратур.

*Примечание: Данные (1), (2), (3) и т.д. взять из таблицы в соответствии с вариантом.

Таблица данных и ответов к контрольному заданию

Вариант	(1)	(2)							(3)		(4)		(5)		(6)		(7)		Ответы
		СО2	Н2	СО	N2	Н2О	SO2	О2											μсм	Q', кДж	Q", кДж	Q'", кДж
1	Объемный	10	-	-	50	11	-	29		Весовой		0,95		2		2000		200-1000		29,66	56380	6280	6650
2	-«-	10	-	2	80	-	-	8		-«-		1,0		3		450		300-100		29,92	12300	1370	1440
3	-«-	-	5	15	70	10	-	-		-«-		0,9		4		500		1000-300		25,7	46100	5130	6280
4	-«-	13	-	-	75	6	-	6		-«-		1,05		5		150		600-200		29,72	26700	2980	3150
5	-«-	-	10	30	50	10	-	-		-«-		1,05		6		200		1000-100		24,40	58200	6500	8330
6	-«-	5	30	10	55	-	-	-		-«-		0,85		7		350		900-200		21,0	44400	4950	7410
7	-«-	14	-	-	77	5	-	4		-«-		0,70		8		400		700-500		29,90	14100	1570	1650
8	-«-	-	5	20	75	-	-	-		-«-		0,95		9		100		500-200		26,70	18000	2010	2380
9	-«-	-	-	-	60	15	10	15		-«-		1,0		10		300		800-300		30,70	35000	3890	4000
10	-«-	15	-	-	76	4	-	5		-«-		1,05		2		600		600-100		30,20	33150	3710	3830
11	-«-	20	-	10	-	15	-	55		-«-		1,15		3		700		750-250		31,90	37450	4180	4100
12	-«-	16	-	-	75	4	-	4		-«-		1,2		4		750		1000-500		30,35	36600	4080	4230
13	-«-	8	5	2	85	-	-	-		-«-		1,25		5		700		300-1300		27,92	68800	7660	8630
14	-«-	15	-	-	75	5	-	5		-«-		1,05		6		800		600-900		30,10	21400	2460	2570
15	-«-	-	20	10	50	-	-	20		-«-		0,85		7		1000		1000-400		23,60	38850	4330	5730
16	Весовой	18	-	1	65	-	16	-		Объемный		1,2		8		1200		850-350		33,16	36600	4080	3860
17	-«-	-	15	-	45	15	-	25		-«-		1,0		9		1000		350-750		9,33	24800	2770	9300
18	-«-	14	-	-	76	6	-	4		-«-		0,90		10		2000		9000-600		28,65	21350	2380	2610
19	-«-	-	2	25	65	-	8	-		-«-		1,0		2		450		450-300		23,04	9220	1025	1400
20	-«-	-	10	-	70	-	15	5		-«-		1,05		3		350		300-150		12,67	8960	1005	2470
21	-«-	10	-	-	75	5	-	10		-«-		1,05		4		600		800-300		28,61	33600	3740	4100
22	-«-	-	5	10	80	-	-	5		-«-		1,0		5		550		400-800		17,04	24950	2780	5150
23	-«-	17	-	-	74	5	-	4		-«-		0,95		6		400		800-300		29.14	34600	3850	4140
24	-«-	10	10	20	60	-	-	-		-«-		1,15		7		1000		650-150		12,37	30300	3380	8560
25	-«-	-	2	28	55	15	-	-		-«-		0,85		8		1000		150-1200		23,82	69150	7720	10150
26	-«-	15	-	-	47	7	-	31		-«-		1,0		9		800		300-800		29,61	35000	3900	4130
27	-«-	-	17	40	13	-	30	-		-«-		1,0		10		300		1200-1000		9,21	13500	1510	5130
28	-«-	12	-	-	74	5	-	9		-«-		0,90		2		500		400-900		28,78	34600	3860	4200
29	-«-	-	8	15	62	-	15	-		-«-		0,95		3		1000		800-600		14,32	12750	1420	3120
30	-«-	10	-	-	80	5	-	5		-«-		1,0		4		600		600-100		28,42	31850	3560	3920

Пример решения задания

Дано:

1. Смесь имеет следующий объемный состав:

   СО2= 12%,	rСО2= 0,12
   N2 = 75%,	rN2 = 0,75
   Н2О = 8%,	rН2О = 0,08
   О2 =5%,	rО2= 0,05
   Всего…..100%	ri=1,0

2. Объем смеси V_см= 3 м³

давление смеси р_см= 1 бар (10⁵ н/м²);.

температура смеси t_cм = 100°С (Т_см = 373К).

3. Температура, при которой определяется истинная теплоем­кость смеси t= 2000°С (Т = 2273К).

4. Интервал температур, для которого определяется средняя теплоемкость смеси:

t₁ = 200°С (Т₁ = 473К),

t₂ = 1000°С (Т₂ = 1273К).

Решение.

1. Определение массового состава смеси:

;

; ; ;

_{Определение объемного состава смеси при известном массовом составе:}

2. Определение газовых постоянных компонентов смеси:

; ;

;

3. Определение газовой постоянной смеси:

4. Определение средней молекулярной массы смеси:

а) через объемные доли:

проверка:

б) через массовые доли:

5. Определение парциальных давлений компонентов:

а) через объемные доли:

б) черезмассовые доли:

6. Определение массы смеси:

7. Определение массы компонентов:

8. Определение парциальных объемов компонентов:

(при р_см и Т_см)

9. Определение парциальной плотности компонентов (при p_i и Т_см):

10. Определение плотности компонентов при заданных услови­ях (при p_i и Т_см):

11. Определение плотности смеси при заданных условиях (при p_см и Т_см):

а) через объемные доли:

б) через массовые доли:

в) через парциальные плотности компонентов:

12. Определение плотности компонентов при нормальных физи­ческих условиях (при р = 760 мм рт. ст. = 1,013 бар и t = 0° С; Т = 273° К):

13. Определение плотности смеси при нормальных условиях:

а) через объемные доли:

б) через массовые доли:

_{(Проверка )}

14. Определение истинных теплоемкостей смеси (при t = 2000°С):

а) мольная:

б) объемная

в) массовая

15. Определение средних теплоемкостей смеси:

а) мольная:

где ;

Средняя мольная теплоемкость при постоянном давлении в заданном интервале температур:

По закону Майера:

Средняя мольная теплоемкость при постоянном объеме в заданном интервале температур:

б) объемная

в) массовая

Примечание. Средние мольные теплоемкости берутся из таблиц для температур t₁ = 200° С и t₂ = 1000° С.

16. Определение затраты тепла на нагревание в процессе:

а) двух молей смеси:

б) 5м³смеси:

в) 7кг смеси:

Приложения для выполнения контрольной работы:

Таблица1.