5

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Государственное образовательное учреждение высшего

профессионального образования

«Северо-Кавказского государственного

технического университета»

Методические указания

к выполнению контрольной работы

по дисциплине «Теплотехника»

для студентов специальностей:

090600 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений; 090700 – Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газовых хранилищ; 090800 – Бурение нефтяных и газовых скважин

Ставрополь 2010

В методических указаниях к контрольной работе по дисциплине «Теплотехника» для студентов специальностей: 090600 – Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений; 090700 – Проектирование, сооружение и эксплуатация газонефтепроводов и газовых хранилищ; 090800 – Бурение нефтяных и газовых скважин, приведены исходные данные и проводится анализ термодинамического процесса. Даны рекомендации по расчёту эффективной изоляции аппарата (трубопровода). Приведена методика расчёта теплообменников рекуперативного типа, на примере которой показаны преимущества противоточной схемы включения аппаратов.

М

етодические указания могут быть использованы при выполнении типовых расчётов в соответствующих разделах курсовых работ для других специальностей, а также при проведении практических и самостоятельных аудиторных занятий студентов.

Составители: Стоянов Н.И., Калиниченко М.Ю..

Рецензент Воронин А.И.

1 Формулировка задания и его объем

1.1 Задание к контрольной работе

1.1.1Расчет и анализ термодинамического процесса

Смесь двух газов из начального состояния 1, переходит в результате термодинамического процесса в конечное состояние 2. Определить все параметры состояния смеси или их изменения в начале и конце процесса, работу и теплоту процесса. Построить процесс в масштабе в диаграммах P-V и T-S. Исходные данные выбрать из таблицы 1.1.

1.1.2 Расчет тепловой изоляции теплообменного аппарата

Определить толщину изоляции трубопровода (теплообменного аппарата) диаметром d_н, проходящего по цеху (установленного в цехе), с тем, чтобы температура на поверхности изоляции не превышала 40 ^оС. Изоляционный материал защищен покровным слоем, предохраняющим изоляцию от разрушения и влаги. Толщина покровного слоя _{п. сл}, а его коэффициент теплопроводности _{п. сл} = 0,38 Вт/(м К). Определить, во сколько раз уменьшатся потери теплоты с поверхности 1 м трубопровода (теплообменного аппарата) после покрытия его тепловой изоляцией, по сравнению с неизолированным трубопроводом, если температура воздуха в помещении t_в, а температура наружной стенки трубы (теплообменного аппарата) t_ст. Исходные данные для расчета принять по таблице 1.2.

1.1.3 Проектный расчет теплообменного аппарата

Определить поверхность нагрева рекуперативного теплообменного аппарата при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей (при движении греющей воды во внутренней трубе, а нагреваемой - по кольцевому каналу между трубами), если расход греющей воды G₁, расход нагреваемой воды G₂, начальные температуры теплоносителей t`<sub>ж1</sub>, t`_ж2 и конечная t``_ж2, внутренний диаметр внутренней трубы d₁, толщина стенки внутренней трубы , коэффициент теплопроводности внутренней трубы , внутренний диаметр наружной трубы d₃, длина секции теплообменника L. Температуры стенки внутренней трубы определены по результатам предварительного расчета на ЭВМ и равны: со стороны греющей жидкости t_с1; со стороны нагреваемой жидкости t_с2. Данные для решения задачи выбрать по таблице 1.3.

Изобразить графики изменения температур теплоносителей при обеих схемах движения теплоносителей и схему теплообменника.

Указание: потерями тепла через внешнюю поверхность теплообменника пренебречь.

1.2 Выбор исходных данных

Исходные данные для расчёта принять из таблиц 1.1, 1.2, 1.3 по предпоследней и последней цифрам шифра зачетной книжки студента.

Таблица 1.1 – Исходные данные к расчёту и анализу термодинамического процесса

Предпоследняя цифра шифра						Последняя цифра шифра
Характеристика смеси						Характеристика процесса
Цифра шифра	Газы		Массовая доля		Масса смеси m, кг	Цифра шифра	Показатель политропы n	Параметры состояния
	1	2	g1	g 2				T1, К	P 1 , МПа	T2 , К	P 2 , МПа
1	O2	CO2	0,1	0,9	0,4	1	0,9	1500	4		0,2
2	СO2	H2	0,8	0,2	0,8	2	1,1	1200	3		0,4
3	O2	CO2	0,3	0,7	1,6	3	1,4	800	5	300
4	O2	H2O	0,9	0,1	2,2	4	1,8	900	6	350
5	N2	H2	0,9	0,1	3,6	5	1,6	300	0,4		2
6	N2	CO2	0,6	0,4	0,5	6	2,0	340	0,15	700
7	N2	H2O	0,8	0,2	0,9	7	1,3	460	0,1	900
8	H2	CO2	0,05	0,95	1,4	8	1,2	320	1,25		6
9	H2	H2O	0,1	0,9	1,8	9	0,8	1000	6		1,3
0	CO2	H2O	0,2	0,8	2,8	0	1,5	1100	4,3	400

Таблица 1.2 – Исходные данные к расчёту тепловой изоляции теплообменного аппарата

Предпоследняя цифра шифра				Последняя цифра шифра
№	tв , оС	tcт , оС	δп, сл., мм	№	dн , мм	Наименование типа изоляции	Коэффициент теплопроводности изоляции λ, Вт/(м К)
1	18	140	10	1	325	маты минераловатные	0,077
2	20	150	5	2	219	маты из стекловолокна	0,047
3	22	130	10	3	277	пухшнур из минеральной ваты	0,072
4	24	140	15	4	325	плиты полужесткие стекловатные	0,047
5	26	150	0	5	57	жгут стекловатный	0,044+ +0,00023tcр
6	28	180	10	6	426	маты полужесткие минераловатные на фенольной связке	0,0465+ +0,00021tcр
7	26	140	5	7	325	маты из стекловолокна	0,042+ +0,0002tcр
8	24	150	10	8	277	маты минераловатные	0,049+ +0,0002tср
9	22	180	15	9	219	плиты полужесткие стекловатные	0,0465+ +0,00035tср
0	20	120	10	0	159	цилиндры полые минераловатные на фенольной связке	0,051+ +0,0002tcр

Примечание: t_cр – средняя температура изоляционного слоя.

Таблица 1.3 – Исходные данные к проектному расчёту теплообменного аппарата

Пред- послед- няя цифра шифра	Геометрические размеры аппарата				Расходы теплоносителей		Пос- лед- няя цифра шифра	Температуры теплоносителей			Коэффициент тепло- проводности трубы , Вт/м K	Температуры стенки внутренней трубы
	d1, мм	δ, мм	d3, мм	L, м	G1, кг/с	G2, кг/с		t′Ж1, oC	t′Ж2, oC	t″Ж2, oC		tс1, oC	tс2, oC
1	20	2,0	49	2,0	1,5	4,5	1	130	5	35	70	66,8	57,9
2	40	3,0	61	4,0	5,2	15,5	2	120	25	45	50	60,9	48,3
3	22	2,0	52	3,5	1,7	4,5	3	115	20	40	380	58,8	53,5
4	38	3,0	58	4,5	6,4	19,0	4	150	15	45	80	77,9	66,0
5	32	2,0	56	5,0	3,8	8,0	5	145	30	50	395	70,3	62,1
6	36	3,0	61	3,0	6,8	18,5	6	110	25	45	40	57,8	49,5
7	28	2,0	53	3,5	3,2	9,5	7	150	15	45	390	78,0	52,0
8	34	3,0	58	5,0	3,8	8,0	8	155	10	45	85	79,8	67,7
9	30	2,0	57	4,5	3,4	10,0	9	100	15	35	375	53,6	46,0
0	32	3,0	58	3,5	3,6	10,5	0	170	5	45	370	82,5	66,6