Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Karnauh_V.V.,Danko__V.P.Teplotehnika.Met.vkaz..doc
Скачиваний:
9
Добавлен:
21.02.2016
Размер:
1.03 Mб
Скачать

Змістовий модуль 2. “Теорія теплообміну”

Задача 2.1.

Трубопровід діаметром d1 та довжиною L з коефіцієнтом теплопровідності λ1=45,4 Вт/(мК), в якому тече теплоносій з температурою t1, покритий двошаровою ізоляцією: шар скланої вати (2, λ2=0,038 Вт/(мК) та шар міпори (3, λ3 =0,041 Вт/(мК). З огляду на те, що α1 і α2 - коефіцієнти тепловіддачі, tсер.- температура навколишнього середовища, визначити лінійні коефіцієнти термічного опору, лінійні щільності теплового потоку з ізоляцією та без неї, температуру на межі стикання шарів ізоляції. Порівняти теплові потоки до і після нанесення ізоляції.

Дані, необхідні для розв’язання задачі, вибрати з таблиці 2.1.

Таблиця 2.1.

Передостання цифра шифру

Діа-метр, мм

Тов-щина труби, мм

Тов-щина скля-ної вати, мм

Тов-щина міпо-ри, мм

Температу-ра теплоносія, оС

Остання цифра шифру

Дов-жина труби, м

Температу-ра се-редо-вища, оС

Коефіцієнт тепловідда-чі, Вт/(м2 К)

Коефіцієнт тепловідда-чі, Вт/(м2 К)

d

1

2

3

t 1

L

t сер.

α 1

α2

0

40

5

14

12

22

0

2,5

-3

5

50

1

57

5

14

10

20

1

3,0

0

7

120

2

38

3

16

15

23

2

2,0

-5

8

100

3

60

5

15

14

25

3

1,0

-5

16

250

4

76

5

15

13

18

4

0,8

-10

9

157

5

85

5

16

15

16

5

4,0

-8

7

260

6

40

4

14

8

15

6

5,0

-7

10

240

7

66

4

14

12

14

7

1,8

-15

17

355

8

72

5

16

14

18

8

3,2

0

8

80

9

45

3

17

10

20

9

1,5

2

15

270

Основні розрахункові формули:

Зовнішній термічний опір: , .

Внутрішній термічний опір: , (м∙К)/Вт

, . ,(м∙К)/Вт

. ,Вт/м ; (м∙К)/Вт

, оС;

Задача 2.2.

Трубчастий повітронагрівач передбачається виконати з труб діаметром d, розташованих в коридорному порядку з поперечним і подовжнім кроками S1 = S2=2,5d Кількість труб в одному ряду упоперек потоку вибране т, кількість рядів n (див. рис. до задачі).

Температури повітря, що поступає в підігрівач,tпов.1 і на виході з підігрівача tпов2. Температура зовнішньої поверхні труб задана і дорівнює tc. Якої довжини повинні бути труби, щоб за швидкості повітря у вузькому перетині пучка ω м/с кількість теплоти, що передається повітрю, складала Q кВт.

Вказівка: При розв’язанні задачі параметри повітря для розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі прийняти з таблиці А.2.

Дані, необхідні для розв’язання задачі, вибрати з таблиці 2.2.

Таблиця 2.2.

Передостання цифра шифру

Діа-метр, мм

Кіль-кість труб

Кіль-кість рядів труб

Температура,

повітря,

Остання цифра шифру

Температу-ра труби, оС

Швидкість повіт-ря, м/с

Кіль-кість теплоти, кВт

d

m

n

t1

t2

t 3

ω

Q

0

35

5

4

17

60

0

130

6

200

1

40

6

4

20

80

1

150

10

125

2

50

8

6

15

60

2

120

8

100

3

60

5

5

25

85

3

130

6

200

4

45

7

5

23

75

4

140

9

150

5

55

8

6

18

70

5

155

7

160

6

65

6

4

20

85

6

135

10

140

7

35

5

4

17

60

7

110

7

155

8

40

9

6

30

90

8

115

8

180

9

50

7

7

25

70

9

125

5

170

Основні розрахункові формули:

Середня температура потоків: .

Число Рейнольдса:

Для труб третього ряду коридорного порядку за :

, де

Середній коефіцієнт тепловіддачікоридорного пучказа :

Щільність теплового потоку:

Площа теплообміну:

Потрібна довжина труб:

Задача 2.3.

Теплообмінник типу «труба в трубі» виготовлений з внутрішньої сталевої труби довжиною L, діаметром d2/d1 і зовнішньої труби діаметром D3. Гріючий теплоносій з температурою в кількостіG1 подається у внутрішню трубу, а теплоносій, що нагрівається, з температурою в кількостіG2 поступає в зовнішню трубу, де нагрівається на 40оС. Визначити вихідні температури обох теплоносіїв і кількість переданої теплоти за прямоточною і протиточною схемах руху. При розрахунку коефіцієнтів тепловіддачі з боку гріючого середовища та рідини, що нагрівається, за визначальні прийняти вхідні температури теплоносіїв.

Вказівка: При розв’язанні задачі параметри повітря, водяної пари, води та димових газів прийняти з таблиць А.2, А.3, А.4, А.5.

Дані, необхідні для розв’язання задачі, вибрати з таблиці 2.3.

Таблиця 2.3.

Пере-достання цифра

Гріючий теплоносій

G1 ,

кг/с

,

оС

L,

м

Остання

цифра

Середа, що нагрівається

G2,

кг/с

,

оС

d1 ,

мм

d2 ,

мм

D3 ,

мм

0

Вода

1,5

95

6,0

0

Вода

1,25

15

50

56

76

1

Вода

1,6

90

2,0

1

Повітря

1,55

30

80

86

100

2

Водяна пара

3,0

200

1,5

2

Повітря

1,5

35

60

64

85

Продовження таблиці 2.3.

Пере-достання цифра

Гріючий теплоносій

G1 ,

кг/с

,

оС

L,

м

Остання

цифра

Середа, що нагрівається

G2,

кг/с

,

оС

d1 ,

мм

d2 ,

мм

D3 ,

мм

3

Вода

1,55

135

1,0

3

Вода

0,75

20

50

64

80

4

Водяна пара

2,65

300

2,5

4

Повітря

0,8

30

95

100

130

5

Вода

2,75

98

3,0

5

Вода

0,9

25

70

82

120

6

Димо-ві гази

1,6

200

4,0

6

Повітря

1,2

35

45

51

70

7

Водяна пара

2,0

250

3,5

7

Вода

1,3

20

75

85

110

8

Димо-ві гази

2,25

300

2,25

8

Повітря

0,45

33

63

73

91

9

Вода

3,25

160

3,8

9

Повітря

1,3

10

75

87

95

Основні розрахункові формули:

Ф=m1Cp1(t/1-t//1)=m2Cp2(t//2- t/2) , Вт

, оС; ,оС; ,оС.

, м/с; ,м/с.

; ; за приймаємо

За ламінарного режиму руху рідини в трубах (Rе < 2,3103)

.

За турбулентного режиму (Re 104)

; , Вт/(м2К) ; , м

, .

.

Для прямоточних апаратів: ;.

Для протиточних апаратів: ;

.

Змістовий модуль 3. «Промислове теплоенергетичне устаткування»

Задача 3.1.

Задане паливо, котельний агрегат продуктивністю D, величина всмоктування повітря в газоходах котлоагрегата і температура виходячих газів tвих.

Визначити:

  • склад робочої маси палива і його нижчу теплоту згоряння, дати стислу характеристику палива;

  • спосіб спалювання палива, тип топки для його спалювання, дати стислу характеристику влаштування і роботи топки, навести її характеристики;

  • теоретичний Voп і дійсний Vп об’єм повітря, необхідний для згоряння 1 кг (1 м3) заданого палива ;

  • об’єм продуктів згоряння Vпз на виході з топки (при т) і з котлоагрегату (при вих) ;

  • корисне тепловиділення в топці Qкор ;

  • теоретичну температуру горіння t гор ;

  • ентальпію виходячих газів I пз вих при температурі t вих .

Вихідні дані, необхідні для розв’язання задачі вибрати з таблиці 3.1.

Таблиця 3.1.

Перед-остання

цифра

шифру

D10-3,

кг/год



Остання

цифра

шифру

t вих,

ОС

Вид палива

0

75

0,20

0

140

Донецьке кам'яне вугілля Д

(довгополум’яне)

1

90

0,17

1

150

Мазут сірчастий

2

120

0,15

2

160

Газ із газопроводу

Дашава - Київ

3

6,5

0,33

3

170

Кузнецьке кам'яне вугілля Г (газове)

4

16

0,28

4

180

Челябінське буре вугілля Б3

5

4

0,35

5

180

Газ із газопроводу

Шебелінка - Москва

6

10

0,22

6

170

Карагандинське кам'яне вугілля К

(коксове)

7

35

0,18

7

150

Газ із газопроводу

Середня Азія - Центр

8

25

0,25

8

160

Чульмаканське кам'яне вугілля Ж (жирне)

9

50

0,21

9

140

Райчихинське буре вугілля Б2

Вказівка: Склад і нижча теплота згоряння палива, а також розрахункові характеристики топки наведені в таблицях А.6 - А.10.

При визначенні корисного тепловиділення температуру повітря перед топкою приймати: при факельному спалюванні бурого вугілля 400 оС ; при спалюванні вугілля в шарі на колосниковій решітці, при спалюванні газу і мазуту 30 оС ; в інших випадках 200 оС .

Визначення температури горіння виконувати за допомогою I - t діаграми, для побудови якої попередньо обчислити ентальпії продуктів згоряння Iпз при т при температурах 1000, 1500 і 2000 оС.

Об'ємну теплоємність газів прийняти з таблиці А.11.

Основні розрахункові формули:

; ; ;

; ;

Для твердого і рідкого палива:

;

;

;

.

Для газового палива:

;

;

; ;

.

;

Iпз при t = 1000, 1500 и 2000 , ;

Iпз вих при , ; t гор при I гор = Q кор ;

; ;

; .

ДОДАТОК А

Таблиця А. 1

Мольна теплоємність газів, кДж/(кмольК)

Гази

к

Одноатомні

12,5

20,8

1,67

Двохатомні

20,8

29,1

1,40

Трьох - і багатоатомні

29,1

37,4

1,29

Таблиця А. 2

Фізичні властивості сухого повітря

п = 760 мм рт. ст.  1,013105 Па)

t,

ОС

,

кг/м3

ср,

кДж кгК

  102,

Вт

мК

а  106,

м2

  106,

Па с

  106,

м2

Pr

-30

1,453

1,013

2,20

14,9

15,7

10,80

0,723

-20

1,395

1,009

2,28

16,2

16,2

11,61

0,716

-10

1,342

1,009

2,36

17,4

16,7

12,43

0,712

0

1,293

1,005

2,44

18,8

17,2

13,28

0,707

10

1,247

1,005

2,51

20,0

17,6

14,16

0,705

20

1,205

1,005

2,59

21,4

18,1

15,06

0,703

30

1,165

1,005

2,67

22,9

18,6

16,00

0,701

40

1,128

1,005

2,76

24,3

19,1

16,96

0,699

50

1,093

1,005

2,83

25,7

19,6

17,95

0,698

60

1,060

1,005

2,90

27,2

20,1

18,97

0,696

70

1,029

1,009

2,96

28,6

20,6

20,02

0,694

80

1,000

1,009

3,05

30,2

21,1

21,09

0,692

90

0,972

1,009

3,13

31,9

21,5

22,10

0,690

100

0,946

1,009

3,21

33,6

21,9

23,13

0,688

Таблиця А.3

Фізичні властивості водяної пари на лінії насичення

t,

ОС

р  10-5,

Па

,

кг/м3

i",

кДж

Кг

r, кДж

Кг

ср,

кДж кгК

,

Вт

мК

а  106,

м2

  106,

Пас

  106,

м2

Pr

200

15,55

7,862

2793

1941

3,023

0,035

1,492

15,99

2,03

1,36

250

39,78

19,98

2801

1716

4,158

0,045

0,544

18,25

0,913

1,68

300

85,92

46,21

2749

1404

6,28

0,062

0,216

21,29

0,461

2,13

Таблиця А. 4

Фізичні властивості води на лінії насичення

t,

ОС

р  10-5,

Па

,

кг/м3

i,

кДж

Кг

ср,

кДж кгК

,

Вт

мК

а  108,

м2

  106,

Пас

  106,

м2

  104,

К-1

  104,

Н/м

Pr

0

1,013

999,9

0,0

4,212

0,551

13,1

1788

1,789

-0,63

756,4

13,67

10

1,013

999,7

42,04

4,191

0,571

13,7

1306

1,306

0,7

741,6

9,52

20

1,013

998,2

83,91

4,183

0,599

14,3

1004

1,003

1,82

726,9

7,02

30

1,013

995,7

125,7

4,174

0,618

14,9

801,5

0,805

3,21

712,2

5,42

40

1,013

992,2

167,5

4,174

0,635

15,3

653,3

0,659

3,87

696,5

4,31

50

1,013

988,1

209,3

4,174

0,649

15,7

549,4

0,556

4,49

676,9

3,54

60

1,013

983,2

251,1

4,179

0,659

16,0

469,9

0,478

5,11

662,2

2,98

70

1,013

977,8

293,0

4,187

0,668

16,3

406,1

0,415

5,7

643,5

2,55

80

1,013

971,8

335,0

4,195

0,674

16,6

355,1

0,365

6,32

625,9

2,21

90

1,013

965,3

377,0

4,208

0,680

16,8

314,9

0,326

6,95

607,2

1,95

100

1,013

958,4

419,1

4,220

0,684

16,9

282,5

0,295

7,52

588,6

1,75

110

1,43

951,0

461,4

4,233

0,685

17,0

259,0

0,272

8,08

569,0

1,60

120

1,98

943,1

503,7

4,250

0,686

17,1

237,4

0,252

8,64

548,4

1,47

130

2,70

934,8

546,4

4,266

0,686

17,2

217,8

0,233

9,19

528,8

1,35

140

3,61

926,1

589,1

4,287

0,685

17,2

201,1

0,217

9,72

507,2

1,26

150

4,76

917,0

632,2

4,313

0,684

17,3

186,4

0,203

10,3

486,6

1,117

160

6,118

907,4

675,4

4,346

0,681

17,3

173,6

0,191

10,7

466,0

1,10

170

7,92

897,3

719,3

4,380

0,676

17,2

162,8

0,181

11,3

443,4

1,05

180

10,30

886,9

763,3

4,417

0,672

17,2

153,0

0,173

11,9

422,8

1,03

190

12,55

876,0

807,8

4,459

0,664

17,2

144,2

0,165

12,6

400,2

0,965

Таблиця А.5

Фізичні властивості димових газів

п = 760 мм рт. ст.  1,013105 Па; r(СО2=0,13); r(Н2О=0,11); r(N2=0,76))

t,

ОС

,

кг/м3

ср,

кДж кгК

  102,

Вт

мК

а  106,

м2

  106,

Па с

  106,

м2

Pr

0

1,295

1,042

2,28

16,9

15,8

12,2

0,72

100

0,950

1,068

3,13

30,8

20,4

21,54

0,69

200

0,748

1,097

4,01

48,9

24,5

32,80

0,67

300

0,617

1,122

4,84

69,9

28,2

45,81

0,65

400

0,525

1,151

5,7

94,3

31,7

60,38

0,64

500

0,457

1,185

6,56

121,1

34,8

76,30

0,62

Таблиця А. 6

Розрахункові характеристики природних газів

Назва

Склад газу по об’єму, %

Нижча

теплота

газопроводу

CH4

C2H6

C3H8

C4H10

C5H12

N2

CO2

згоряння

МДж/м3

Дашава-Київ

98,9

0,3

0,11

0,1

-

0,4

0,2

35,9

Шебелінка-Москва

94,1

3,1

0,6

0,2

0,8

1,2

-

37,9

Середня Азія-Центр

93,8

3,6

0,7

0,2

0,4

0,7

0,6

37,6

Таблиця А. 7

Основні розрахункові характеристики шарових топок

Характеристики,

Топки із закидачем

і нерухомим шаром

Топки із закидачем

і ланцюговою решіткою

їхня позначка

Буре вугілля

Кам'я

Буре вугілля

Кам'я

і одиниці

вимірювання

малопо пілове

Ап  1,5

високо попілове

Ап  2,4

не вугілля

Ап  1,0

малопо пілове

Ап  1,5

високо попілове Ап  2,4

не вугілля

Ап  1,0

Коефіцієнт надлишку повітря в топці т

1,4

1,4

1,4

1,3

1,3

1,3

Втрати від хімічної неповноти згоряння q3, %

1,0

1,0

1,0

0,5

0,5

0,5

Втрати від механічної неповноти згоряння q4, %

7

9

6

6

7

5

Теплова напруга об’єму топки, кВт/м3

230-350

300-470

Теплова напруга дзеркала

930 -

800 -

930 -

930 -

930 -

930 -

горіння, кВт/м2

1150

1050

1150

1600

1300

1150

Частка уносу

попілу а ун

0,15

0,10

0,15

0,25

0,12

0,20

Таблиця А. 8

Розрахункові характеристики деякого твердого і рідкого палива

Басейн,

М

а

Склад робочої маси , %

Нижча

теплота

Вихід

летких

родовище

р

к

Wp

Ap

Sp к

Sp ор

Cp

Hp

Np

Op

згорян-ня,

речовин VГ ,

а

МДж/кг

%

Донецький

Д

14,0

25,8

2,5

1,4

44,8

3,4

1,0

7,1

18,0

43

Кузнецький

Г

17,0

9,5

0,5

59,5

4,0

1,5

11,0

22,8

41

Карагандинський

К

8,0

27,6

0,8

54,7

3,3

0,8

4,8

21,2

28

Челябінський

Б3

18,5

29,5

1,0

37,3

2,8

0,9

10,5

12,8

46

Райчихинський

Б2

37,5

9,4

0,3

37,7

2,3

0,6

12,2

12,7

43

Чульмаканський

Ж

7,5

23,1

0,3

59,0

4,1

1,0

5,0

23,2

38

Мазут

сірчастий

3,0

0,1

1,4

83,8

11,2

-

0,5

39,7

-

Таблиця А. 9

Основні розрахункові характеристики камерних топок

Коефіці-

Втрати теплоти , %

Теплова

Тип топки

Паливо

єнт над-лишку

повітря

від хімічної неповноти згоряння (q 3)

від механічної неповноти згоряння (q 4)

напруга об’єму топки,

кВт/м3

Частка

уносу

попілу,

в топці,

Котли паропродуктивністю (D), т/год

т

< 75

75

< 75

75

< 75

75

а ун

Пиловугільні

Кам'яне вугілля

1,2

0,5

0

3,0

1,0

210

175

0,9

Буре вугілля

1,2

0,5

0

1,5

0,5

240

185

0,9

Шахтно-млинові

Кам'яне вугілля

1,25

0,5

6,0

4,0

150

0,85

Буре вугілля

1,25

0,5

2,0

1,0

175

0,85

Камерні

Мазут

1,1

0,5

-

290

-

для спалювання

рідкого і

Газ (змішувальні

пальники)

1,1

0,5

-

350

-

газового палива

(безфакельні

пальники)

1,1

0,5

-

До 870

-

Таблиця А. 10

Типи топок, що рекомендуються для котельних агрегатів

Вид палива

Паропродуктив-ність , т/год

Топка

Кам'яне вугілля

10

Із закидачем і нерухомим шаром

15... 35

Із закидачем і ланцюговою решіткою

25

Шахтно-млинова - для вугілля з VГ > 30%

35

Пиловугільна

Буре вугілля

10

Із закидачем і нерухомим шаром

15... 35

Із закидачем і ланцюговою решіткою

35... 75

Шахтно-млинова

> 75

Пиловугільна

Газ і мазут

Всі значення

Камерна

Таблиця А. 11

Середня об'ємна теплоємність газів при постійному тиску, кДж/(м3К)

t, oC

N2

RO2

H2O

Повітря

0

1,2946

1,5998

1,4943

1,2971

100

1,2958

1,7003

1,5052

1,3004

200

1,2996

1,7873

1,5223

1,3071

300

1,30667

1,8627

1,5424

1,3172

400

1,3163

1,9297

1,5654

1,3289

500

1,3276

1,9887

1,5897

1,3427

600

1,3402

2,0411

1,6148

1,3565

700

1,3536

2,0884

1,6412

1,3708

800

1,3670

2,1311

1,6680

1,3842

900

1,3796

2,1692

1,6957

1,3976

1000

1,3917

2,2035

1,7229

1,4097

1500

1,4440

2,3354

1,8527

1,4620

2000

1,4825

2,4221

1,9628

1,5010

ДОДАТОК Б

Таблиця Б.1.

Розподіл балів, присвоюваних студентами*:

Кількість балів

Загальна кільк. балів по зміст. модулям

Підсум­ковий контроль

(екзамен)

Сума

Змістовий

модуль І

Технічна термодинаміка

Змістовий

модуль ІІ Теплопередача

Змістовий

модуль ІІІ

Теплоенерге-тичне устаткування

25

25

10

60

40

100

Примітка:

Виконано згідно наказу ДонНУЕТ № 402 оп від 18.06.07 р.

Таблиця Б.2.

Методи оцінювання. Система нарахування балів

Види робіт

Бали

Виконання та захист домашньої контрольної роботи (одна задача)

10

Самостійне рішення ситуаційної задачі в аудиторії

1

Усна відповідь по темі

1

Реферат

5

Написання тестових завдань

0 - 5

Шкала оцінювання:

90 -100 балів - відмінно (А);

75 - 89 балів - добре C);

60 - 74 балів - задовільно (DE);

35 - 59 балів - незадовільно з можливістю повторного складання (FX);

47

1 - 34 балів - незадовільно з обов'язковим повторним курсом (F).

ДОДАТОК В

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.