Практические задачи Задача 1. Параметры смеси газов. Истечение газов

В помещении компрессорной станции объемом V произошла разгерметизация трубопровода, по которому транспортируется горючий газ под давлением P₁ при температуре Т₁ через образовавшееся в трубопроводе сквозное отверстие площадью f газ выходит в помещение.

Рассчитать, через какое время τ во всем объеме компрессорной станции может образоваться взрывоопасная смесь, а также среднюю молекулярную массу, плотность, удельный объем и изобарную удельную массовую теплоемкость смеси, если ее температура Т = 293 К, а давление Р = 100 кПа. Коэффициент расхода отверстия ξ = 0,7. Воздухообмен не учитывается. Данные, необходимые для расчетов, приведены в таблице 1.2.

Таблица 1.2

Последняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
V∙10-2, м3 f∙10 4, м2	26 4,2	40 5,9	30 5,0	42 2,0	35 5,1	30 4,1	40 5,0	23 6,0	40 4,2	35 1,5
Предпоследняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Р1, МПа Т1, К	0,5 280	0,7 300	0,7 400	1,6 310	1,0 260	1,6 290	0,3 320	0,5 400	0,2 260	0,8 405
Газ	Бутан	Этан	Пропан	Метан	Этилен	Водород	Бутилен	Ацетилен	Аммиак	Пропилен

Задача 2. Конвективный теплообмен. Теплопередача

Рукавная линия диаметром d поперечно обдувается воздухом со скоростью ω_в. Температура воздуха t_в. По рукавной линии со скоростью ω_ж движется вода, температура которой на входе в рукавную линию t'_ж. рассчитать максимальную длину рукавной линии из условия, чтобы температура на выходе из рукавной линии была t''_ж ≥ 1⁰С. Толщина стенки рукавной линии δ = 4 мм. Эквивалентный коэффициент теплопроводности материала рукава принять λ = 0,115 Вт/(м∙К). Данные, необходимые для расчетов, приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3

Последняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
ωв, м/с tв, 0С	2 -40	1 -50	4 -20	3 -30	6 -40	5 -50	8 -20	9 -30	10 -10	9 -50
Предпоследняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
ωж, м/с t'ж, 0С d, мм	3,2 3 99	1,6 2 69	4,2 5 70	2,8 4 77	3,8 3 60	2,0 6 55	3,5 5 70	1,05 4 77	2,4 7 90	1.0 6 55

Задача 3. Лучистый теплообмен

Определить минимальное расстояние, обеспечивающее безопасность соседнего с горящим объекта, при исходных данных: проекция факела пламени горящего объекта имеет прямоугольную форму размером d ∙ l, его температура Т_ф, а степень черноты ε_ф. На поверхности негорящего объекта: допустимое значение температуры Т_доп, допустимое значение плотности теплового потока (критическая плотность) q_кр, степень черноты поверхности ε.

Кроме того, оценить безопасное расстояние от факела для личного состава, работающего на пожаре без средств защиты, от теплового воздействия при условии: а) кратковременного пребывания; б) длительной работы. При кратковременном тепловом воздействии для кожи человека q_кр = 1120 Вт/м², при длительном q_кр = 560 Вт/м². При решении задачи учитывать только теплообмен излучением. Коэффициент безопасности принять равным β. Данные, необходимые для расчета, приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4

Последняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
d, м l, м Тф∙10-2, К εф	10 10 15 0,8	8 8 13 0,7	12 12 14 0,6	12 8 11 0,4	14 10 13 0,7	18 12 14 0,6	20 10 15 0,8	16 8 11 0,4	12 12 13 0,7	15 10 14 0,6
Предпоследняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Тдоп, К ε qкр∙10-2, Вт/м2 β	520 0,85 225 1,7	560 0,8 250 1,8	615 0,9 135 1,5	640 0,85 205 1,6	680 0,8 120 1,3	715 0,7 135 1,4	730 0,8 100 1,5	775 0,6 130 1,4	820 0,7 135 1,7	840 0,85 98 1,6

Задача 4. Температурный режим при пожаре в помещении

Производство, связанное с обращением ГЖ, размещено в помещении размерами в плане a(м)∙b(м) и высотой Н(м). При аварии технологических аппаратов возможны и розлив жидкости на пол, и возникновение пожара. Предусмотрены устройства, ограничивающие растекание жидкости на полу на площади квадрата f, м², расстояние от границы горения до стены с оконными и дверными проемами, через которые будет происходить газообмен при пожаре в помещении с внешней средой, l, м (см. рис. 19.3) [4].

Механическая вентиляция при возникновении пожара выключается. За счет естественного газообмена в помещение поступает такое количество воздуха, что на 1 кг горящей жидкости в среднем приходится V_А, м³ воздуха.

Рассчитайте возможную температуру среды в помещении при возникновении пожара:

а) среднеобъемную через 5, 15 и 30 мин его развития;

б) локальную в точке над факелом под перекрытием через 5, 15 и 30 мин его развития;

в) локальную в точках, находящихся на высоте 1,5 м от пола и расстояниях от границы горения 0,25 l, 0,5 l, 0,75 l и l, через 2 мин его развития.

Постройте графики:

а) изменения среднеобъемной температуры среды в помещении при пожаре во времени;

б) изменения температуры среды в точке над факелом под перекрытием во времени;

в) изменения температуры среды на высоте 1,5 м в зависимости от расстояния от границы горения для 2 мин развития пожара.

По графику установите, на каком расстоянии от выхода значение температуры среды достигает 70 ⁰С. Данные, необходимые для расчетов, приведены в таблице 1.5.

Таблица 1.5

Последняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
a, м b, м H, м l, м	58 60 15 26	52 66 18 24	46 72 12 34	36 72 15 32	58 66 9 25	52 54 12 26	46 78 12 32	36 54 18 20	30 72 9 36	36 60 15 26
Предпоследняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
f, м2 VА, м3/кг	100 12	120 20	160 16	140 12	64 16	90 8	140 20	90 14	120 14	90 16
Жидкость	Ацетон	Бензин	Бензол	Диэтиловый эфир	Толуол	Этиловый спирт	Ксилол	Метиловый спирт	Амиловый спирт	Бутиловый спирт

Задача 5. Нестационарная теплопроводность. Изменяющиеся граничные условия 3 рода

Рассчитайте температурное поле по толщине перекрытия через 0,5 ч после начала пожара, используя полученные при решении задачи 4 результаты расчета температуры среды над факелом под перекрытием (график изменения температуры среды под перекрытием). Перекрытие представляет собой сплошную железобетонную плиту толщиной 18 см. Толщина слоя бетона λ = 1,2 Вт/(м∙К). Начальная температура перекрытия 20 ⁰ С, такую же температуру имеет воздух над перекрытием.

Задачу решить графически методом конечных разностей.

Задача 6. Нестационарная теплопроводность. Неизменяющиеся граничные условия 3 рода

Железобетонная плита перекрытия толщиной δ обогревается с одной стороны средой с температурой t_г в течение τ мин. Коэффициент теплообмен а на обогреваемой поверхности плиты . Начальная температура перекрытия t₀ = 20⁰C. Коэффициент теплопроводности железобетона λ = 1,2 Вт/(м∙К), коэффициент температуропроводности α = 5,6∙10^-7 м²/с.

Рассчитать температуру на расстоянии s от обогреваемой поверхности плиты: а) принимая перекрытие за неограниченную пластину; б) принимая перекрытие как полуограниченное тело. Данные, необходимые для расчетов, приведены в таблице 1.6.

Таблица 1.6

Последняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
δ, м s, м	0,18 0,02	0,25 0,04	0,27 0,03	0,20 0,05	0,35 0,08	0,25 0,08	0,25 0,06	0,30 0,05	0,20 0,09	0,18 0,1
Предпоследняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
tг,0С τ, мин	800 50	900 45	1200 50	1100 45	1200 55	1000 40	1100 50	1000 45	900 50	800 40