90

16. Что принимается за определяющий геометрический размер и определяющую температуру при теплоотдаче в каналах?

17. Укажите на особенности теплоотдачи при кипении жидкости. 18. Поясните, что понимается под лучистым теплообменом.

19.Приведите зависимость излучательной способности от температуры для абсолютно черных и серых тел.

20.Как вычисляется лучистый тепловой поток между телами, разделенными прозрачной средой?

21.Изобразите и поясните характер изменения температуры от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку.

22.Запишите и проанализируйте уравнение теплопередачи.

23.Покажите известные Вам способы интенсификации теплопередачи

24.Поясните особенности теплопередачи в прямоточном и противоточном рекуперативном теплообменном аппарате.

25.Приведите и поясните основные уравнения, используемые в расчетах теплообменных аппаратов.

З а д а ч и

2.1. Через бытовое помещение проходит выхлопная труба дизельгенератора длиной 3 м и наружным диаметром 60 мм. Какую толщину изоляции необходимо наложить на трубу, чтобы тепловой поток в помещение не превышал 1,3 кВт? Допустимые температуры под изоляцией и на ее внешней поверхности принять соответственно 470 0С и 45 0С. Для изоляции использовать теплозвукоизоляционные маты из базальтового волокна с оболочкой из кремнеземной ткани с = 0,037 Вт/(м·К).

2.2. Стены жилого помещения выполнены из красного кирпича, пенобетона и сосновой вагонки Толщины слоев соответственно равны:1= 250 мм, 2= 150 мм и 3= 25 мм, Длина помещения 5 м, ширина 4 м, высота 2,5 м, а общая площадь окон и двери составляет 6,5 м2. Каковы потери тепла только через стены в зимнее время года, если температура стен изнутри равна 18 0С и – 30 0С снаружи?

2.3. Через фургон автомастерской проходит выхлопная труба двигателя длиной 3,5 м и наружным диаметром 50 мм. Труба изолирована прошивным матом из шлаковаты толщиной 10 мм. Какова величина теплового потока подводится в фургон от продуктов сгорания, если температура между изоляцией и трубой 395 0С, а снаружи изоляции 35 0С?

2.4. Потолок жилого помещения длиной 4,5 м и шириной 3,6 м выполнен трехслойным: железобетонная плита толщиной 200 мм, пенопласт

13

ПХВ и сосновая доска толщиной 40 мм. Какова должна быть толщина пенопласта, чтобы потери тепла через потолок были не более 230 Вт при температурах плиты со стороны помещения 18 0С и – 30 0С наружной стороны доски?

2.5. В погребе длиной 4 м и шириной 2,5 м поддерживается температура + 2 0С. Каковы потери тепла в морозную погоду с температурой

–35 0С через перекрытие погреба, если оно состоит из железобетонной плиты толщиной 0,2 м, слоя земли в 1,2 м и снега толщиной 0,45 м?

2.6. Перекрытие погреба размерами 4 3 м состоит из бетонной плиты = 250 мм, шлака котельного = 800 мм и снега толщиной 350 мм. Потери тепла через перекрытие составляют 130 Вт. При кокой наружной температуре воздуха поверхность потолка погреба будет равна – 2 0С?

2.7.По трубе диаметром 30 мм движется горячий воздух со скоростью 13 м/с. Труба выполнена из стали 1Х18Н9Т толщиной стенки 2 мм.

Определить температуру на наружной поверхности трубы, если плотность теплового потока q = 5,2 кВт/м2. Коэффициент кинематической вязкости и

коэффициент теплопроводности принять при средней температуре воздуха по длине трубы равной 190 0С.

2.8.В бытовое помещение по трубе из Ст. 45 подается горячая вода

со скоростью 0,2 м/с. Внутренний диаметр трубы 30 мм, толщина стенки 2 мм. Температурой воды 85 0С температура стенки трубы со стороны воды 50 0С. Какую температуру имеет наружная поверхность трубы?

2.9.Атмосферный воздух с температурой –10 0С по вентиляционному каналу сечением 200 50 мм и длиной 4 м поступает к калориферу. Ско-

рость движения воздуха равна 0,2 м/с; температура внутренней стенки канала соответствует 15 0С. Вычислить часовую потерю тепла через стенки венти

2.10.В опускных трубах котельной установки с внутренним диаметром 30 мм нагревается вода. Скорость движения воды 1,2 м/с, средняя по

длине трубы температура воды 85 0С, температура внутренней стенки трубы 105 0С. Определить средний по длине трубы коэффициент теплоотдачи.

2.11. В трубках автомобильного радиатора охлаждается вода. Сечение канала трубки 11 4 мм, средняя по длине трубы температура воды 75 0С, скорость движения воды 0,9 м/с, температура стенки трубки со стороны воды 45 0С. Определить средний по длине трубки коэффициент теплоотдачи.

2.12. В трубках бойлера с внутренним диаметром 25 мм нагревающая вода с температурой 130 0С движется со скоростью 0,4 м/с. Каков коэффициент теплоотдачи, если трубка изнутри нагревается до 95 0С?

14

2.13. Определить коэффициент теплоотдачи от батареи водяного отопления к воздуху в комнате, если известны: высота батареи 600 мм; температура наружной стенки батареи 55 0С; средняя по высоте батареи темпе-

тором находится смесь, равен 700 мм, высота цилиндра равна его диаметру.

2.15 Вычислить удельный лучистый тепловой поток от пламени горящего топлива, имеющего Тг = 2300 К и степень черноты г = 0,265 , к поверхности камеры сгорания с температурой Тст = 950 К и ст = 0,82.

2.16. Сосуд Дюара, стенки которого выполнены из полированной меди, заполнен жидкостью с температурой 92 0С. Температура окружающей среды 18 0С. Полагая, что температуры стенок равны температурам жидкости и среды, определить толщину слоя теплоизоляции из пенополиуретана, равноценную экранновакуумной изоляции сосуда Дюара.

2.17. Определить отвод тепла излучением от коллектора выхлопных газов дизеля, выполненного из чугунного литья наружным диаметром 150 мм и общей длиной 1200 мм. Температура поверхности коллектора 437 0С. Обратным излучением среды на коллектор пренебречь.

2.18. Определить количество тепла, переданного излучением дымовых газов стенкам трубчатого теплообменника. Температура газов 1100 0С; степень черноты газов Г = 0,32; наружная температура труб 820 0С; степень черноты наружных стенок труб СТ = 0,84; площадь поверхности труб 2,5 м2.

2.19. Радиатор автомобиля состоит из 120трубок прямоугольного сечения размерами 15 5 мм. Температура воды на входе в радиатор 85 0С, на выходе из него 45 0С; секундный массовый расход воды через радиатор 0,3 кг/с. Коэффициент теплопередачи от воды к охлаждающему воздуху к = 490 Вт/(м2·К). Приняв температуру воздуха на входе в радиатор и выходе из него соответственно t2'=25 0C и t2"=58 0C, вычислить высоту радиатора.

2.20. В противоточный водоводяной теплообменник с поверхностью

лить конечные температуры теплоносителей, если коэффициент теплопередачи к = 1400 Вт/(м2·К).

15

2.21. Определить поверхность нагрева рекуперативного водовоздушного теплообменника при прямоточном и противоточном движении теплоносителей. Массовый расход воды через теплообменник m 1= 0,1 кг/с, ее температура на входе и выходе соответственно равна t1′= 95 0C и t1′′= 65 0C.

Воздух необходимо нагреть от t2′ = -10 0C до t2′′ = 30 0C при коэффициенте теплопередачи к = 48 Вт/(м2·К).

2.22. В противоточном водовоздушном теплообменнике необходимо нагреть в секунду 0,8 кг воздуха от t2′ = - 12 0C до t2′′ = 28 0C. Какой массо-

вый расход горячей воды должен подаваться в теплообменник, если ее

температура при передачи тепла уменьшается от t1′= 98 0C до t1′′= 55 0C? Какова поверхность теплопередачи при коэффициенте к = 42 Вт/(м2·К)?

2.23. К местному тепловому пункту в теплоизолированной трубе с наземной прокладкой подводится горячая вода с температурой 155 0C. Труба изготовлена из материала Ст.45 внутренним диаметром 400 мм и толщиной стенки 4 мм. Теплоизоляция выполнена из шлаковаты толщиной 80 мм. Температура наружного воздуха – 25 0C. Каковы потери тепла каждым погонным метром трубы, если коэффициент теплоотдачи со стороны воды 1 =750 Вт/(м2·К), а со стороны воздуха 2 =16 Вт/(м2·К)?

2.24. Общая поверхность теплопередачи отопительной батареи 6 м2. Батарея выполнена из чугуна с толщиной стенки δ = 3 мм. Каков должен

быть коэффициент теплоотдачи от батареи к воздуху, чтобы температура воды в батареи снизилась от t1′= 84 0С до t1′′= 78 0С? Массовый расход во-

ды через батарею m = 0,2 кг/с; средняя по высоте батареи температура воздуха t2 ср =18 0С, коэффициент теплоотдачи от воды к стенке батареи

1 =750 Вт/(м2·К),

2.25.Определить поверхность нагрева водяного экономайзера, в котором теплоносители движутся с противотоком. Известны следующие ве-

Q =3,4·106 Вт

Задание № 3

Задание соответствует содержанию тем № 10 и № 11 учебной программы. Литература: [5], с.77 …105; [2], с.41…97..

Контрольные вопросы

1. Поясните, что понимается под циклом теплового двигателя.

16

2. Объясните особенности метода анализа циклов тепловых двигате-

лей.

3.Изобразите цикл Карно в рv и Ts – координатах и отметьте особенность процессов, составляющих цикл.

4.Проанализируйте термический КПД цикла Карно.

5. Проведите анализ цикла ДВС с изохорным подводом тепла.

6.Покажите пути увеличения термического КПД ДВС с изохорным подводом тепла.

7.Проведите анализ цикла ДВС с изобарным подводом тепла.

8.Покажите пути увеличения термического КПД ДВС с изобарным подводом тепла

9.Проведите сравнительный анализ циклов ДВС с изобарным и изохорным подводом тепла.

10. Проведите анализ цикла газотурбинного двигателя при p =const. 11. Объясните принцип работы объемных и динамических компрессо-

ров. Назовите известные Вам типы объемных компрессоров.

12. Поясните работу поршневого компрессора, назовите его показате-

ли.

13. Проведите анализ идеального цикла одноступенчатого поршневого компрессора.

14.Что такое вредное пространство в поршневом компрессоре и на какие показатели компрессора оно влияет?

15.Объясните необходимость использования многоступенчатого сжатия для получения высоких давлений газа.

16.Поясните необходимость охлаждения газа между ступенями ком-

прессора.

17.Каким образом определить число ступеней компрессора для за-

данного к ?

18.Перечислите и поясните известные Вам способы охлаждения тел до температур ниже T окружающей среды.

19.Изобразите схему и поясните принцип работы паровой компрессорной холодильной машины.

20.Изобразите схему и поясните принцип работы воздушной холодильной машины.

21.В Ts – координатах изобразите и поясните цикл ПКХМ.

22.Объясните, что понимается под холодильной мощностью и холодильным коэффициентом холодильных машин.

23.Поясните, какую роль выполняет компрессор в ПКХМ.

24.Поясните, какую роль выполняет дроссель в ПКХМ

25.Изложите, что Вам известно о тепловых насосах

За д а ч и

17

3.1. Вычислить величину термического КПД цикла Карно, максимальная температура в котором принимает значение 1500 К. Количество отведенной теплоты в цикле равно 600 кДж/кг; уменьшение энтропии рабочего тела в результате отвода тепла соответствует s = 2 кДж/(кг·К). Построить цикл в Ts – координатах.

3.2. Определить минимально необходимую степень сжатия в ДВС, чтобы горючее, поданное в цилиндр в конце хода сжатия, воспламенилось. Температура воспламенения горючего 970 К; температура воздуха перед сжатием 300 К; сжатие принять адиабатным. Каково давление в конце сжатия, если начальное равно 0,1 МПа?

3.3. При адиабатном расширении рабочего тела в цикле Карно изменение температуры T = 1000 К. Вычислить термический КПД цикла при Т1 ′= 2500 К и при Т1 "= 1800 К. Объяснить полученный результат.

3.4. В ДВС с изохорным подводом тепла известны: p1 = 0,097 МПа; t1 = 27 0C; = 3,25; = 8,5; к = 1,28. Определить термический КПД и сравнить его с КПД цикла Карно при максимальной и минимальной температурах изохорного цикла.

3.5. В ДВС с изобарным подводом тепла известны: p1 = 0,185 МПа; t1 = 32 0C; = 19,5; = 1,8; к = 1,27. Определить термический КПД и сравнить его с термическим КПД цикла Карно при максимальной и минимальной температурах изобарного цикла.

3.6. В ДВС с изохорным подводом тепла известны: p1 = 0,092 МПа; t1 = 29 0C; = 3,45; R = 312 Дж/(кг·К); к = 1,31. Давление рабочего тела в результате адиабатного сжатия достигло значения р2 = 1,7 МПа. Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Построить цикл в pv и Ts – координатах.

3.7. В ДВС с изобарным подводом тепла известны: p1 = 0,195 МПа; t1 = 36 0C; = 1,75; R = 308 Дж/(кг·К); к = 1,32. Давление рабочего тела в результате адиабатного сжатия достигло значения р2 = 7,8 МПа. Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Построить цикл в pv и Ts – координатах.

3.8. В ДВС с изохорным подводом тепла известны: p1 = 0,089 МПа; t1 = 26 0C; = 9,5; R = 316 Дж/(кг·К); к = 1,29. Температура рабочего тела в результате сгорания топлива достигла значения Т3 = 2330 К. Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Построить цикл в pv и Ts – координатах.

18

3.9.В ДВС с изобарным подводом тепла известны: p1 = 0,153 МПа; t1 = 32 0C; = 22,5; R = 312 Дж/(кг·К); к = 1,32. Температура рабочего тела в результате сгорания топлива достигла значения Т3 = 2420 К. Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Построить цикл в pv и Ts – координатах.

3.10.В ДВС со смешенным подводом тепла известны: p1 = 0,123 МПа; t1 = 42 0C; = 15; = 1,56; R = 310 Дж/(кг·К); к = 1,28 Температура рабочего тела в результате сгорания топлива достигла значения Т4 = 2275 К. Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Построить цикл в pv и T s – координатах.

3.11. В ДВС со смешенным подводом тепла известны : t1 = 22 0C; p1 = 0,093 МПа; = 2,59; R = 300 Дж/(кг·К); к = 1,32. В цилиндре воздух сжимается до давления, обеспечивающего воспламенение топливной смеси, Т2 = 750 К. Температура рабочего тела в результате сгорания топлива достигла значения Т4 = 2685 К. Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Построить цикл в pv и T s – координатах .

3.12. В ДВС со смешенным подводом тепла известны: t1 = 38 0C; p1 = 0,125 МПа; =13; R = 308 Дж/(кг·К); к = 1,29. Максимальное давление в камере сгорания р3 = 6,8 МПа, а температура рабочего тела в результате сгорания топлива достигла значения Т4 = 2430 К. Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Построить цикл в pv и T s – координатах.

3.13. На вход в газотурбинный двигатель с подводом тепла при постоянном давлении подается воздух с давлением р1= 0,082 МПа и температурой t1 = – 15 0С. При сжатии в компрессоре температура воздуха повышается до t2= 257 0С. Максимальная температура в камере сгорания 947 0С. Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Построить цикл в pv и T s – координатах.

3.14. На вход в газотурбинный двигатель с подводом тепла при постоянном давлении подается воздух с давлением р1 = 0,1 МПа и температурой t1= 25 0С. Каково должно быть значение степени повышения давления в компрессоре, чтобы температура продуктов сгорания не превышала T3 1220К при =1,8? Определить недостающие параметры состояния в характерных точках цикла и его термический КПД. Показатель адиабаты при расширении продуктов сгорания принять равным 1,33. Построить цикл в pv и T s – координатах .

19

3.15.На входе в цилиндр одноступенчатого поршневого компрессора воздух имеет давление р1 = 0,092 МПа и температуру t1 = 18 0C. Определить теоретическую мощность, потребную для сжатия воздуха, если подача компрессора 200 м3/ч, сжатие осуществляется по политропе с показателем

n = 1,28 до давления р2 = 0,46 МПа. Какова температура воздуха в конце сжатия?

3.16.В одноступенчатом поршневом компрессоре диаметр цилиндра 220 мм, ход поршня – 120 мм, коэффициент объемной подачи = 0,675. Определить теоретическую мощность, потребную для сжатия воздуха, если частота вращения вала компрессора 960 об/м; давление в ступени повышается от 0,1МПа до 0,43 МПа; сжатие осуществляется по политропе с показателем n=1,26.

3.17.Объем всасываемого воздуха в одноступенчатом поршневом компрессоре равен 2.5 литра. Вычислить работу цикла при сжатии воздуха от 0,1 МПа до 3,8 МПа в различных процессах: адиабатном, изотермиче-

ском и политропном с n = 1,28; сделать вывод.

3.18. Двухступенчатый поршневой компрессор сжимает воздух от

рвх= 0,1 МПа до рвых= 1,6 МПа. Подача компрессора V = 72 м3/ч. Определить распределение давления между ступенями и потребную мощность для

сжатия воздуха при n = 1,27.

3.19. В паросиловой установке, работающей по циклу Ренкина, перегретый пар с давлением 4,3 МПа и температурой 810 0С адиабатно расширяется на турбине до давления 0.05 МПа. Вычислить удельную техническую работу на турбине и температуру пара в конденсаторе.

3.20. Для двухступенчатого поршневого компрессора известны: р1 = 0,1МПа; р2= р3 = 0,3МПА; р4 = 0,9 МПа; температура на входе в первую ступень Т1 = 288К; рабочий объем первого цилиндра 4 л, второго – 1,3 л; относительная величина вредного пространства обеих ступеней 0,05; показатель политропы сжатия n = 1,28. Приняв, что воздух между ступенями охлаждается до Т3= 288 К, построить цикл компрессора в T-s координатах

3.21. На входе в компрессор воздушной холодильной машины рабочее тело имеет t1 = –10 0С и р1 = 0,11 МПа. В результате адиабатного сжатия температура воздуха повысилась до t2 = 450C, а при отводе тепла в теплообменнике – понизилась до t3 =30 0C. Дальнейшее снижение температуры осуществляется при адиабатном расширении воздуха в поршневом детандере до давления р4 = 0,11 МПа Определить температуру на выходе из детандера и холодильный коэффициент ВХМ. Изобразить цикл в T-s координатах.

20