Методические указания к выполнению контрольной работы

При выполнении контрольной работы следует соблюдать следующие требования.

1. Обязательно полностью записывать условия задач и отдельно исходные данные в соответствии с шифром.

2. Решение задачи сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором указать, какая величина определяется и по какой формуле, какие значения подставляются в формулу и откуда они берутся (из ус­ловия задачи, справочника или определены были выше и т.д.). Ссылки на литературу давать по ГОСТ 7.1-81 в соответствии со списком литера­туры в конце контрольной работы.

3. При решении задач использовать международную систему единиц (СИ). Если какая-либо величина, выбранная из справочника, имеет размерность в другой системе единиц, то ее необходимо представить в системе СИ и продолжать решение задачи, используя международную систему.

4. Давать краткий анализ результатов, полученных при решении задач.

5. Отвечать на контрольные вопросы кратко и конкретно. Не следует списывать ответы из учебника.

6. В тетрадях с решением задач оставлять поля для замечаний рецензента.

Задача № 1

Определить холодильный коэффициент паровой аммиачной установки (с дросселем) по известной температуре влажного пара NH₃ на входе в компрессор t₁ и температуре сухого насыщенного пара NH₃ за компрессором t₂. По заданной холодопроизводительности Q₀ определить также массовый расход аммиака и теоретическую мощность привода компрессора. Изобразить схему установки и ее цикл в Ts- и is-диаграммах.

Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 1.

Т а б л и ц а 1

Последняя цифра шифра	t1, 0C	t2, 0C	Предпоследняя цифра шифра	Q0, кВт
0	-10	25	0	160
1	-15	30	1	190
2	-20	20	2	220
3	-25	15	3	240
4	-20	10	4	250
5	-25	10	5	280
6	-20	25	6	300
7	-15	20	7	120
8	-10	15	8	230
9	-15	30	9	270

П р и м е ч а н и е. Задачу решать при помощи таблицы параметров насыщенного пара аммиака NH₃, приведенной в приложении.

Ответить на вопросы.

1. Каков будет холодильный коэффициент установки, работающей по циклу Карно для Вашего варианта задачи?

2. Как влияет степень повышения давления в компрессоре на холодильный коэффициент установки?

3. Почему в паровых компрессорных холодильных установках целесообразно применять процесс дросселирования?

4. Какими свойствами должны обладать хладагенты?

Задача № 2

В теплообменнике типа «труба в трубе» греющая вода движется по внутренней трубе с диаметром d₂/d₁, мм. Температура греющей воды на входе в аппарат t^'₁= 90 ⁰C, на выходе t^"₁= 40 ⁰C. Нагреваемая вода движется в кольцевом зазоре, внутренний диаметр внешней трубы, D, мм; начальная температура нагреваемой воды t^'₂= 10 ⁰C, конечная температура ее- t^"₂, ⁰C. Расход нагреваемой воды М₂, кг/ч. Коэффициент теплопроводности стальной трубы λ= 45 Вт/(м·⁰C).

Требуется определить:

- расход греющей воды М₁, кг/ч;

- теплофизические характеристики греющей и нагреваемой воды при их средних температурах ρ, ν, λ, Pr;

- скорости движения теплоносителей ₁ и ₂, значение критериев Рейнольдса Re₁ и Re₂, Нуссельта Nu₁ и Nu₂, коэффициенты теплоотдачи ₁ и ₂, коэффициент теплопередачи К;

- значение среднего температурного напора ∆t_ср, плотность теплового потока q и площадь поверхности нагрева F.

Данные для расчета выбрать по табл. 2.

Т а б л и ц а 2

Предпоследняя цифра шифра	М210-3, кг/ч	t"2, 0C	Последняя цифра шифра	d2/d1, мм	D, мм	Схема движения теплоносителей
1	2	3	4	5	6	7
0	2,0	30	0	27/24	44	Прямоток
1	2,1	32	1	29/26	48	Прямоток
2	2,6	34	2	31/28	50	Прямоток
3	2,8	36	3	33/30	52	Прямоток
4	3,0	38	4	35/32	54	Прямоток
5	4,0	42	5	39/34	54	Противоток
6	4,8	44	6	45/38	56	Противоток
7	3,0	46	7	47/40	58	Противоток
8	3,2	48	8	49/42	60	Противоток
9	2,0	50	9	49/42	62	Противоток

Ответить на вопросы.

1. Каковы численные значения трех термических сопротивлений на пути теплового потока в соответствии с Вашим вариантом задачи? Укажите наиболее эффективный способ интенсификации теплопередачи, исходя из относительной величины этих сопротивлений.

2. Как влияет режим движения жидкости на интенсивность конвективной теплоотдачи?

3. Какой физический смысл определяющих критериев теплового подобия при вынужденном и свободном движении жидкости?

4. Каковы преимущества противоточной схемы движения теплоносителей?

Задача № 3

Наружный воздух с начальными параметрами t₁=20 ⁰C и ₁=70 % подогревается до температуры t₂, а затем в него из материала испаряется вода при адиабатных условиях. Температура воздуха при этом понижается до температуры t₃.

Определить, используя I-d диаграмму влажного воздуха (рис.): энтальпию i, влагосодержание d, парциальное давление Р_п, истинную температуру мокрого термометра и температуру точки росы наружного и подогретого воздуха, а также все параметры воздуха в конечном состоянии процесса.

Все процессы показать в I-d диаграмме. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 3.

Т а б л и ц а 3

Предпоследняя цифра шифра	t2	Последняя цифра шифра	t3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	60 65 70 75 80 60 65 70 75 80	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	35 37 39 41 43 45 47 49 50 52

Задача № 4

Определить мощность электродвигателя мешалки диаметром d для перемешивания суспензии слоем H, если плотность жидкой фазы ρ, а ее вязкость µ. Объемное содержание твердых частиц в суспензии x, плотность твердых частиц ρ_ч. Окружная скорость лопастей мешалки w.

Значения ρ, µ, и ρ_ч принять по последней цифре шифра:

Последняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
ρ, кг/м3	1000	1050	1100	1150	1200	1250	1080	1130	1180	1210
µ, Па·с	0,025	0,040	0,065	0,050	0,075	0,080	0,090	0,100	0,125	0,085
ρч, кг/м3	1400	1500	1600	1700	1650	1800	1700	1900	2000	1850

Значения d, H, w, x и тип мешалки принять по предпоследней цифре шифра:

Предпоследняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
d, м	1,00	0,60	0,80	0,70	0,30	0,60	0,95	0,40	0,25	0,50
Н, м	2,0	1,7	2,2	1,4	1,1	2,0	1,9	1,2	1,0	1,8
W, м/с	4,0	5,2	6,3	3,5	11,5	7,1	2,9	8,0	12,5	7,9
X, % об.	5	9	15	6	10	18	7	22	12	25
Тип мешалки	лопастная	пропеллерная	турбинная	лопастная	пропеллерная	турбинная	лопастная	турбинная	пропеллерная	турбинная

Задача № 5

Аммиачная компрессионная холодильная машина, используемая для охлаждения воздуха при производстве карамели, имеет холодопроизводительность Q, КПД компрессора η. Машина работает при температуре испарения t_исп, температуре конденсации t_конд и температуре переохлаждения t_охл. Компрессор имеет сухой ход. Определить давление в конденсаторе и испарителе, холодильный коэффициент, часовой объем сжимаемого газа, теоретическую и действительную потребляемую мощность компрессора, температуру аммиака на выходе из компрессора, расход воды на конденсатор при нагреве в нем воды на Δt градусов.

Изобразить схему машины и цикл компрессионной холодильной машины, работающей по сухому ходу.

Значения Q и η выбрать по предноследней цифре шифра:

Предпоследняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
Q, кВт	40	42	44	46	48	50	52	54	56	58
η	0,80	0,81	0,82	0,83	0,84	0,85	0,79	0,78	0,77	0,76

Значения t_исп, t_конд, t_охл и Δt выбрать по последней цифре шифра:

Последняя цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
tисп, 0С	-15	-20	-19	-18	-17	-16	-21	-22	-23	-24
tконд, 0С	20	15	16	17	18	19	21	22	23	24
tохл, 0С	15	10	11	12	13	14	16	17	18	19
Δt	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14

ПРИЛОЖЕНИЯ

Насыщенный пар аммиака (NH₃).

t, oC	P, бар	υ/	υ//		S/	S//	i/	i//		r
		м3/кг			кДж/(кг·0С)		кДж/кг
-30	1,195	0,001467		0,963	3,660	9,249	282,2	1640,8	1358,6
-25	1,516	0,001490		0,771	3,751	9,167	304,4	1648,3	1345,9
-20	1,903	0,001504		0,624	3,841	9,090	327,4	1655,9	1328,5
-15	2,364	0,001519		0,509	3,929	9,015	350,0	1662,6	1312,6
-10	2,909	0,001534		0,418	4,016	8,944	372,6	1669,3	1296,7
-5	3,549	0,001550		0,347	4,102	8,876	395,6	1676,1	1279,4
0	4,294	0,001566		0,290	4,187	8,809	418,7	1681,7	1262,3
5	5,157	0,001583		0,244	4,272	8,746	441,7	1686,4	1244,7
10	6,150	0,001601		0,206	4,353	8,684	465,2	1691,1	1225,9
15	7,283	0,001619		0,175	4,435	8,624	488,6	1695,7	1207,1
20	8,572	0,001639		0,149	4,516	8,566	512,5	1699,4	1186,9
25	18,027	0,001659		0,128	4,595	8,509	536,3	1703,2	1166,9
30	11,665	0,001680		0,111	4,675	8,454	560,2	1705,7	1145,5

Физические свойства воды на линии насыщения.

t, oC	P10-5, Па	, кг/м3	i, кДж/кг	s , кДж/(кг0С)	, Вт/(м0С)	a·106, м2/с	·106 Па·с	·106 м2/с	·10 4 , 1/К	104, Н/м	Pr
0	1,013	999,9	0	4,212	0,56	13,2	1788	1,789	-0,63	756,4	13,5
10	1,013	999,7	42,04	4,191	0,58	13,8	1306	1,306	+0,7	741,6	9,45
20	1,013	998,2	83,91	4,183	0,597	14,3	1004	1,006	1,82	726,9	7,03
30	1,013	995,7	125,7	4,174	0,612	14,7	801,5	0,895	3,21	712,2	5,45
40	1,013	992,2	167,5	4,174	0,627	15,1	653,3	0,659	3,87	696,5	4,36
50	1,013	988,1	209,3	4,174	0,640	15,5	549,4	0,556	4,49	676,9	3,59
60	1,013	983,1	251,1	4,179	0,650	15,8	469,9	0,478	5,11	662,2	3,03
70	1,013	977,8	293	4,187	0,662	16,1	406,1	0,415	5,7	643,5	2,58
80	1,013	971,8	335	4,195	0,669	16,3	355,1	0,365	6,32	625,9	2,23
90	1,013	965,3	377	4,208	0,676	16,5	314,9	0,326	6,95	607,2	1,97
100	1,013	958,4	419,1	4,220	0,684	16,8	282,5	0,295	7,52	588,6	1,75
110	1,43	951	461,4	4,233	0,685	17,0	259	0,272	8,08	569	1,6
120	1,98	943,1	503,7	4,250	0,686	17,1	237,4	0,252	8,64	548,4	1,47

0 10 20 30 40 50 60 70

I-d диаграмма влажного воздуха