Тепломеханика №1322

21

ізотермічному, адіабатному і політропному процесах?

24.Зобразити на рυ-, Тs-діаграмах процес пароутворювання, вказати площі, відповідні теплоті рідини, теплоті пароутворювання і теплоті перегріву пари.

25.Навести означення і вказати області розташування на рυ-, Тs- діаграмах вологої, сухої і перегрітої пари.

26.Зобразити процеси ізотермічного і адіабатного розширення і (умовно) адіабатного дроселювання пари на hs-діаграмі.

27.Зобразити цикл Ренкіна в координатах рυ- і Тs і вказати шляхи підвищення його.

28.Зобразитисхемуіциклпаровоїкомпресорноїхолодильноїустановки.

29.Зобразити принципіальну схему і цикл теплового насоса.

30.Що таке вологе повітря? Що таке відносна вологість і як вона вимірюється? Написати вираз для визначення густини вологого повітря.

31.Зобразити схему і цикл газової турбінної установки (ГТУ) в рυ-, Тs- координатах з підведенням теплоти в процесі за умов сталого тиску.

32.Написати формулу термічного коефіцієнта корисної дії (ККД) цього циклу. Які існують методи підвищення термічного ККД циклу ГТУ.

33.Зобразити цикли двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ) в рυ-, Тs- координатах з підведенням теплоти в процесах при сталому об’ємі, при сталому тиску і в процесах сумісного підведення теплоти при сталих об’ємі і тиску. Написати формули ККД циклів ДВЗ. Які існують методи підвищення термічного ККД циклів ДВЗ?

34.Який процес називається дроселюванням і де він спостерігається? Чим характеризується процес дроселювання?

35.Змішування газів при наповненні. Написати формулу для визначення тиску і температури при цьому.

36.Змішування газів в потоці. Написати формулу для визначення температури і об’єму при цьому.

37.Змішування газів в об’ємі. Написати формулу для визначення температури і тиску при змішуванні в об’ємі.

38.Зобразити схемиіциклиреактивних двигунів врυ-, Тs- координатах.

39.Зобразити цикл Карно в рυ -, Тs - діаграмах. Написати вираз для термічного ККД цикла Карно.

40.Написати формули для визначення швидкості і витрат при витіканні газу і пари в докритичному і закритичному режимах. Що таке сопло Лаваля?

22

41.Способи перенесення теплоти, способи теплообміну. Пояснити фізичну суть цих явищ.

42.Що таке температурне поле? Стаціонарне і нестаціонарне, одно- і багатовимірне температрне поле.

43.Закон Фур’є. Що називається коефіцієнтом теплопровідності? Розмірність величин, що входять до математичного виразу закону Фур’є.

44.Закон Ньютона – Ріхмана. Що таке коефіцієнт тепловіддачі конвекцією? Які параметри і яким чином впливають на коефіцієнт тепловіддачі конвекцією?

45.Що називається коефіцієнтом температуропровідності і яка його фізична суть?

46.Написати вираз теплового потоку при теплопровідності крізь плоскі одно- і багатошарову стінки, розмірність величин, що входять до цього виразу.

47.Як визначається температура між шарами в багатошаровій плоскій стінці?

48.Теплопровідністьбагатошарової плоскоїстінки; виведення рівняння.

49.Графічний спосіб визначення температур поверхонь проміжних

шарів багатошарової плоскої стінки за допомогою графіка t=ƒ (R) (де R

– тепловий опір), якщо температури зовнішніх поверхонь відомі.

50.Як за виглядом епюри температур у багатошаровій стінці визначити, в яких шарах коефіцієнт теплопровідності більший, а в яких менший.

51.Вивести рівняння температурного поля для циліндричної стінки.

52.Теплопровідність крізь одношарову циліндричну стінку; виведення рівняння.

53.Закон змінювання температури в циліндричній стінці.

54.Вивести рівняння теплопровідності крізь багатошарову циліндричну стінку. Зобразити графік зміни температури у багатошаровій циліндричній стінці.

55.Як визначити температури між шарами в багатошаровій циліндричній стінці?

56.В чому сутність теорії подібності? Чому її називають теорією експерименту?

57.Що таке критеріальне рівняння, визначальні і визначувальні критерії подібності? Навести вираз критеріїв Nu, Рr, Gr, Rе, Ra, Ре, розкрити їх фізичну суть, вказати види критеріальних рівнянь для вимушеного і вільного конвективного теплообміну.

23

58.Види і режими руху середовища. Чому при турбулентному режимі тепловіддача конвекцією більш інтенсивна, ніж при ламінарному?

59.В чому міститься сутність явища теплопередачі? Дати визначення коефіцієнта теплопередачі. Яка його розмірність?

60.Теплопередача крізь плоскі одно- і багатошарову стінки; вираз коефіцієнта теплопередачі для цього випадку.

61.Теплопередача крізь плоскі одно- і багатошарову циліндричну стінки; вираз лінійного коефіцієнта теплопередачі.

62.Якщо а∑ 1 > а∑ 2, то який із коефіцієнтів теплообміну (тепловіддачі) необхідно збільшити для одержання більшого значення коефіцієнта теплопередачі k?

63.Що таке критична товщина ізоляції труби? Що таке критичний діаметр теплової ізоляції і як він визначається?

64.В яких випадках і за рахунок чого можна інтенсифікувати теплопередачу? Яке існує загальне правило інтенсифікації теплопередачі?

65.Загальна схема розрахунку теплообмінних апаратів. Яку позитивну якість має протитокова схема теплообмінника порівняно з прямотоковою?

66.Три теореми теорії подібності.

67.Крайові умови процесів теплообміну. Початкові умови і граничні умови I, II, III, IVго роду.

68.Від яких величин залежить коефіцієнт тепловіддачі конвекцією?

69.Вивести рівняння середньологарифмічного температурного напору.

70.Від яких факторів залежить величина зведеного коефіцієнта випромінювання і коефіцієнта тепловіддачі випромінюванням?

71.Чому в реальному поршневому компресорі надходження повітря в циліндр відбувається не на всьому русі поршня?

72.Як впливає на показник політропи стиснення інтенсивність охолодження стінок циліндра компресора?

73.Від яких причин залежить найбільший допустимий тиск у кінці стиснення в компресорі?

74.Який процес стиснення газу є найбільш економічний?

75.Навіщо використовується багатосхідчастий стиск?

76.Чим відрізняються термодинамічні процеси у поршневих і відцентрових компресорах?

24

3.2 Контрольні задачі

ЗАДАЧА № 1

В газовій суміші відбувається термодинамічний процес за умов сталого тиску від початкової температури t1 до кінцевої - t2.

Склад суміші ідеальних газів вибрати за останньою цифрою шифру залікової книжки з таблиці 3.1.

Таблиця 3.1 – Вихідні дані

Вимоги до розв’язання задачі

Визначити: а) середню (умовну) молекулярну масу суміші, її газову сталу, густину і питомий об’єм за нормальних фізичних умов;

б) питому об’ємну середню теплоємність суміші за умов сталого тиску в межах температур 0 − t1 і 0 − t2 (величини теплоємності компонентів представлені в додатку А);

25

в) кількість теплоти, яка віддається 1 кг газової суміші при ізобарному її охолодженні від температури t1 до температури t2.

Відповісти письмово на контрольні запитання № 5, 6, 7, 8, 11, 12, 13, 14

ЗАДАЧА №2

Одноциліндровий (односхідчастий) поршневій компресор стискує повітря при температурі t1 = 27 °С. При цьому тиск змінюється від р1 = 1 105 до p2 = 7 105 Па. Діаметр циліндра D = 0,3 м; хід поршня S = 0.3м; частота обертання валу w = 12 об/с; відносний об’єм мертвого (шкідливого) простору а = 0,05; коефіцієнт, що враховує зменшення тиску повітря під час заповнення циліндра ηкр = 0,94; ефективний адіабатний ККД компресора ηc.aд = 0,75; показник політропи розширення газу, який залишається у шкідливому об’ємові т = 1.3.

Показник адіабати k і політропи n у робочому об’ємі циліндра визначити згідно з останньою цифрою шифру з таблиці 3.3.

Таблиця 3.3 – Вихідні дані

Вимоги до розв’язання задачі

Визначити: температуру повітря у кінці стиснення; ступінь підвищення тиску; об’ємний ККД компресора; теоретичну та дійсну подачу компресора при стисненні за ізотермою та політропою; теоретичну та ефективну потужність привода (рушія) компресора.

Скласти зведену таблицю результатів розрахунку. Провести порівняльний аналіз одержаних результатів.

Зобразити графічно індикаторну діаграму поршневого компресора при ізотермічному, адіабатному та політропному процесах стиснення.

Встановити енергетично найбільш вигідний термодинамічний процес стиснення у компресорі.

Відповісти письмово на контрольні запитання № 40, 72,73, 74, 75,76,77.

26

ЗАДАЧА №3

Газ масою m з початковим тиском р1 = 2 бар = 0,2 МПа при температурі t1 = 17 °С стискується до п’ятикратного зменшення об’єму в ізотермічному, адіабатному та політропному процесах.

Вид газу та його масу m визначити згідно з останньою цифрою шифру залікової книжки з таблиці 3.4.

Таблиця 3.4

Показник політропи n визначити згідно з передостанньою цифрою шифру з таблиці 3.2.5 Таблиця 3.2.5 – Вихідні дані

Вимоги до розв’язання задачі

Визначити: параметри стану газу (початковий та кінцевий об’єми газу; кінцевий тиск і температуру) та енергетичні характеристики процесу (роботу газу; кількість відведеної або підведеної теплоти і зміну внутрішньої теплової енергії газу, зміну ентропії та ентальпії).

Скласти зведену таблицю результатів розрахунку. Провести порівняльний аналіз одержаних результатів. Показати для кожного процесу схему енергобалансу.

Зобразити розраховані процеси в рυ- , Тsкоординатах і показати стрілками їх перебіг.

Встановити енергетично найбільш вигідний термодинамічний процес з усіх досліджень у задачі.

Відповісти письмово на контрольні запитання № 9, 10, 20 ,21, 22, 24.

27

ЗАДАЧА №4

Водяна пара з початковими параметрами р1 = 5,0 МПа та Х1 = 0,95 нагрівається при сталому тиску до температури t2 , а потім дроселюється до тиску ρ3 , при якому поступає у сопло Лаваля з мінімальною площею перерізу fmin, де розширується до тиску р4 = 5 кПа.

Значення параметра t2 визначити згідно з останньою цифрою шифру з таблиці 3.5.

Таблиця 3.5 – Вихідні дані

Значення параметрів р3 та fmin визначити згідно з передостанньою цифрою шифру з таблиці 3.6

Таблиця 3.6 – Вихідні дані

Вимоги до розв’язання задачі

Визначити: користуючись h - s діаграмою і таблицями водяної пари: кількість теплоти, яка підводиться до пари у процесі 1-2; зміну внутрішньої енергії та ентропії, а також кінцеву температуру t3 у процесі дроселювання 2-3; кінцеві параметри та швидкість на виході з сопла Лаваля; параметри пари та швидкість у мінімальному перерізі, а також витрати пари у процесі адіабатного витікання 3-4.

Скласти зведену таблицю результатів розрахунку. Провести порівняльний аналіз одержаних результатів. Зобразити графічно усі процеси в h – s діаграмі.

Відповісти письмово на контрольні запитання № 25,26,27,28,40.

ЗАДАЧА №5

Для ідеального циклу поршневого ДВЗ із змішаним підведенням теплоти задані початкові параметри робочого тіла р1 та t1. Задано також ступінь тиску ε , ступінь підвищення тиску λ, ступінь попере-

28

днього розширення ρ. Робочим тілом є повітря, яке вважається за ідеальний газ.

Значення абсолютного тиску р1 і температури t1 робочого тіла на початку стиску визначити за останньою цифрою шифру з таблиці 3.7

Таблиця 3.7 – Вихідні дані

Значення параметрів ε, λ, ρ, визначити згідно з передостанньою цифрою шифру з таблиці 3.8.

Таблиця 3.8 – Вихідні дані

Вимоги до розв’язання задачі

Визначити: параметри робочого тіла у характерних точках циклу, кількість підведеної теплоти, корисну роботу, термічний ККД дослідженого циклу Карно для того ж інтервалу температур.

Скласти зведену таблицю результатів розрахунку. Провести порівняльний аналіз одержаних результатів. Зобразити цикл у υр та Ts діаграмах.

Відповісти письмово на контрольні запитання № 32,33,38,39,40.

ЗАДАЧА №6

Плоска стальна стінка товщиною δст обтікає з одного боку гарячими газами (теплоносієм) температурою tн , а з другого – водою (тепловбирачем) з температурою tв, °С.

Коефіцієнти тепловіддачі від газу до стінки аΣ1 та від стінки до води аΣ 2 ; коефіцієнт теплопровідності стінки λ = 50 Вт / (м К).

У процесі експлуатації стінка покривається шаром накипу тов-

30

Таблиця 3.11 – Вихідні дані

Вимоги до розв’язання задачі

Визначити поверхню нагріву газоповітряного теплообмінника при прямотоковій та протитоковій схемах руху теплоносіїв.

Зобразити графічно зміну температур теплоносіїв для обох випадків.

Визначити перевагу протитокової схеми.

Відповісти письмово на контрольні запитання № 64,65,70.

4 КОНТРОЛЬНІ ЗАВДАННЯ

(для спеціальності 7.091101)

4.1Контрольні запитання

1.Які існують способи перенесення теплоти і теплообміну?

2.Поняття теплоти, кількість теплоти, теплового потоку, поверхневої, лінійної, об’ємної густини теплового потоку.

3.Що називається температурним полем?

4.Що таке температурний градієнт і які існують формули його

запису?

5.Як формулюється основний закон теплопровідності Фур’є?

6.Чим пояснюється наявність знака “мінус” у виразі закону

Фур’є?