Рыжков А.В. : другие произведения.

Тгсв

Самиздат: [Регистрация] [Найти] [Рейтинги] [Обсуждения] [Новинки] [Обзоры] [Помощь|Техвопросы]
Ссылки:


 Ваша оценка:


Министерство общего и профессионального

образования Российской Федерации

  
  
  

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ"

  
  
  
  
  

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Тема: "Теплогазоснабжение и вентиляция"

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

Выполнил /

  
  
  

Проверил .

  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

Томск

Задача N1

   В баллоне объемом V находится сжатый газ, при давлении Р1 и температуре t1. В результате дополнительной закачки газа в баллон давление в нем стало Р2, а темпера­тура повысилась до t2. Определить массу газа в баллоне до закачки M1 и после закачки М2, плотность газа в первом и втором состоянии ?1 и ?2, а также производительность (массовая подача) компрессора G кг/с, если для увеличения массы газа от M1 до М2 было затрачено время, равное ?. При этом давле­ние определялось по манометру при атмосферном давлении 100 кПа.
  
   Дано: Решение:
   Газ - углекислый; При решении задачи используется уравнение
   Р1 = 0,25 МПа; состояния идеального газа:
   t1 = 15 0С;
   V =15 м3; рV= МRT, (1)
   Р2 = 25 Мпа; где р- абсолютное давление газа, Па;
   t2 =40 0С; V- объем газа, м3;
   ? =55 мин R- газовая постоянная, отнесенная к массе
   М1 - ? ?1 - ? газа, равной 1 кг, и имеющая для каждого
   М2 - ? ?2 - ? газа свое значение, Дж/(кг*К);
   G - ? М- масса газа, кг;
   Т- термодинамическая температура, К.
   Определим абсолютное давление газа в Па:
  

Р = Рм 106+В*103, (2)

   где Рм - давление, измеряемое манометром, МПа ;
   В - барометрическое давление, кПа.
  

Р1=0,25*106+100*103=0,35 МПа

Р2=25*106+100*103=25,1 МПа

   Термодинамическая температура, К:
  

Т = 273+t, (3)

   где t - температура, ®С.
  

Т1=273+15=288 К

Т2=273+40=313 К

   Газовая постоянная, отнесенная к 1 кг любою газа, бу­дет равна
  

R = 8314,9/ ?, (4)

   где ? - молекулярная масса газа, кг/кмоль.
  

?(СО2) =12+16*2=44 кг/кмоль

R = 8314,9/44= 188,98 Дж/(кг*К)

   Количество газа, содержащегося в баллоне, кг:
  

M = PV/RT. (5)

М1 = 0,35*0,25/188,98*288=1,61 кг

М2 = 25,1*0,25/188,98*313=106,08 кг

   Так как известно начальное количество газа M1и количество M2, то тогда массовая подача за время ? равна, кг/с:
  

G = (M2 - М1)/60*?, (6)

   где ? - время заполнения баллона в мин.
  

G = (106,08 - 1,61)/60*55=0,03 кг/с

   Плотность газа в начальном и конечном состояниях определяем по уравнению:
  

?=P/RT. (7)

?1 = 0,35/188,98*288=6,43

?2 = 25,1/188,98*313=424,34

  
  
  
  
  
  
  

Задача N 2

   Водяной пар с начальными параметрами Р1 и x1=0,95 нагревается при постоянном давлении в пароперегревателе, где его температура увеличивается до t2. Затем он изоэнтропно расширяется в турбине до давления Р3. Исполь­зуя диаграмму i-s для воды и водяного пара, определить: а) параметры пара Р, v, t и его состояние в трех точках процесса, а также степень сухости в точке 3; б) изменение термодина­мических функций u, i, s в процессах нагрева и расширения. Изоб­разить процессы в диаграмме i-s.
   Параметры точек 1, 2, 3 представить в таблице 4.
   Дополнительно вычислить количество теплоты и вели­чину работы в процессах 1-2 и 2-3.

   Дано: Решение:
   Р1 = 4,5 МПа; Решение задачи необходимо представить на
   t2 = 370 0С; i-s - диа­грамме водяного пара (приложение1).
   Р3 = 0,002 МПа. С помощью i-s - диаграммы можно определить
   по двум известным параметрам все основные
   термодинамиче­ские величины для любого состояния пара. Нам необходимо построить процесс изобарного на­грева, а затем процесс адиабатного расширения. Для решения за­дачи необходимо объединить эти процессы. Результат такого объединения представлен на
   рис. 1. Точки 1 и 3 расположены в области влажного пара. Для того, чтобы определить темпера­туру точки в области влажного насыщенного пара, завися­щую от давления, надо найти точку пересечения заданной изобары с верхней пограничной кривой. Изотерма, начи­нающаяся в точке пересечения, и будет искомой температурой насыщенного пара.
  
   0x08 graphic
i
   0x08 graphic
   0x08 graphic
0x08 graphic
i2
  
  
   0x08 graphic
i10x08 graphic
  
   0x08 graphic
  
   0x08 graphic
i3
  
   0x08 graphic
S1 S2=S3 S
  

Рис. 1 Изображение процесса нагрева 1-2 и адиабатического

расширения водяного пара в координатах i-s.

Таблица 4

N

   точки

t,

0С

Р,

МПа

i,

   кДж/кг

S,

   кДж/кг*К

х

V,

   м3/кг

U,

   кДж/кг

1

   250

4,5

2710

5,8

   0,95

0,05

2

   370

4,5

3150

6,6

0,025

3

   0,002

  
   Для изобарного процесса изменения внутренней энер­гии пара:
  

?U1,2 = U2 - U1=(i2 - P1v2) - (i1 - P1v1). (8)

?U1,2 =(3150 - 4,5*0,025) - (2710 - 4,5*0,05)=440,11

   Количество теплоты:

q1,2 = i2 - i1. (9)

q1,2 =3150 - 2710=440

   Количество paботы:
  

I1,2= q - ?U = p1*(v2 - v1). (10)

I1,2= 440 - 440,11=0,11

   Аналогично для адиабатного процесса имеем:
  

?U2,3 = (i3 - P3v3) - (i2 - P2v2);

q2,3 =0;

I2,3 = - ?U= U3 - U2.

?U2,3 =

I2,3 =

Задача N 3

   Воздух имеет температуру t1 и относи­тельную влажность ?1. Перед тем, как быть использо­ванным для вентиляции помещения, воздух нагревается в калорифере, а затем увлажняется путем впрыскивания в него распыленной воды. В результате нагревания и увлажнения достигается температура t3 и относительная влажность ?3.
  
   Дано:
   t1 = 5 ®C;
   ?1 = 80 %;
   t3 = 27 ®C;
   ?3 = 60 %.
  
   Требуется:
   а) определить с помощью I-d диаграммы влажного воз­духа, приведенной в приложении 2, положение точки 2;
   б) найти параметры влажного воздуха в точках 1, 2, 3 : температуру t, температуру мокрого термометра tмC), температуру точки росы tтp (®С), относительную влажность ?(%), влагосодержание d (г/кг с.в.), энтальпию I (кДж/кг с.в.), парциальное давление водяных паров (кПа);
   в) количество теплоты q (кДж/кг с.в.), подведенной в калорифере, и количество впрыснутой в воздух влаги ?d (г/кг с.в.).
   Параметры представить в таблице 6 и изобразить про­цесс 1-2-3 в
   I-d диаграмме (условно).

Таблица 6

  

N

   точки

t,

   оС
   tм,
   оС
   tтр,
   оС
   ?,
   %

P,

   кПа

I,

   КДж/кг

d,

   г/(кг с.в.)

1

5

4

2

   80
  
  

4,5

2

   21

2

  
  
  

4,5

3

   27
   21
   18
   60
  
  

14

  
   На рисунке 2 по значению температуры и относительной влажности нанесены точки 1 и 3. Для нахождения, поло­жения точки 2 необходимо из точки 1 по линии d=const под­няться до пересечения с линией энтальпии, проходящей через точку 3. Точка пересечения этих линий дает положение точки 2.
   На рис. 3 показано определение температуры точки росы и температуры "мокрого" термометра по параметрам точки 1.
   Для определения температуры точки росы необходимо из точки 1 провести вертикаль (линию d=const) до пересече­ния с линией
   ?=100 % . Изотерма, проходящая через точку пе­ресечения. 2, определят температуру точки росы tтp.
   Для определения температуры "мокрого" термометра по линии Ionst проходящей через точку 1, спускаемся до пересечения с кривой ? =100 %. Изотерма, проходящая через точку пересечения, определит искомую температуру "мокрого" термометра.
   Значение энтальпии влажного воздуха, найденное по приложению 2, необходимо выразить в кДж; (по условию 1 ккал/кг с.в.=4,186 кДж/кг с.в.).
   0x08 graphic
I
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
   0x08 graphic
d
  

Рис.2. Определение положение точки 2 на I - d диаграмме

влажного воздуха

   0x08 graphic
I
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
   0x08 graphic
d

Рис.3. Определение температуры точки росы

и температуры "мокрого" термометра

  
  

Задача N 4

   По стальной трубе, внутренний и внеш­ний диаметры которой d1 и d2 , а теплопроводность ма­териала, трубы ?=40 Вт/(м*К), течет газ со средней тем­пературой tг, коэффициент теплоотдачи от газа к стенке ?1. Снаружи труба охлаждается водой со средней темпе­ратурой tв, коэффициент теплоотдачи от стенки к воде ?2.
  
   Дано:
   d1 = 150 мм;
   d2 =162 мм;
   tг = 1200 оС;
   tв = 80 оС;
   ?1 = 60 Вт/(м2*К);
   ?2 = 4000 Вт/(м2*К).
  
   Определить коэффициент теплопередачи K1 oт газа к воде, тепловой поток на 1м длины трубы q1 и температуры поверхностей трубы. Определить также температуру внешней поверхности трубы и q1, ес­ли она покрылась слоем накипи толщиной ?=2мм, теп­лопроводность которой ?2=0,8 Вт/(м*К)
   (при ?2onst).
   Ответить на вопрос: при каких значениях d2/d1 (близких к единице или гораздо больших единицы) ци­линдрическую стенку для расчетов без большой погреш­ности можно заменить плоской стенкой?

Решение:

   Тепловой поток, отнесенный к единице длинны трубы, измеряется Вт/м и называется линейной плотностью теплового потока.
   Для однослойной цилиндрической стенки он равен :
  

q1=K1 ? (tг - tв). (11)

   Линейный коэффициент теплопередачи равен:
  

1

К1 = -------------------------- . (12)

(1/(?1d1)) +((1/2?)*ln d2/d1)+1/?2 d2

   и измеряется в Вт/(м*К), Эта величина характеризует интенсивность передачи тепла oт газа к воде через разделяющую их стенку.
  
  
   1

К1 = ------------------------------ = 8,772 Вт/(м*К)

   (1/(60*0,15))+((1/240)*ln 0,162/0,15)+1/4000*0,162
  

q1 = 8,772*3,14*(1200 - 80)= 30849,37 Вт/м

  
   Пусть температура стенки со стороны газа tс1, а со стороны воды tс2. Тогда
  

tс1 = tг - ((q1/?)*(1/?1d1)). (13)

tс1 = 1200 - ((30849,37/3,14)*(1/60*0,15))=108 оС

   а температура наружной поверхности стенки трубы равна
  

tс2 = tг - ((q1/?)*((1/?1d1) +(1/2?1)*(ln d2/d1))). (14)

tc2 = 1200 - ((30849,37/3,14)*((1/60*0,15)+(1/240)*(ln 0,162/0,15)))=100 оС

   Учтем влияние накипи на величины K1 и q1. Наружный диа­метр трубы с учетом слоя накипи толщиной 0,002 м равен
  

d3=d2 + 2* 0,002.

d3 =0,162+2*0,002=0,166 м

   В свою очередь
  
   1

К1 = ---------------------------------- . (15)

   1 + 1 * ln d2/d1 + 1 * ln d3/d2 + 1
   ?1d1 2?1 2?2 ?2d3
  
  
  

1

   К1 =------------------------------------------------ =1,353 Вт/(мК)
   1 + 1 * ln 0,162/0,15 + 1 * ln 0,166/0,162 + 1
   60*0,15 2*40 2*0,8 4000*0,166
  
  
  
  
  
  
  
   Зная K1 по формуле (11) находим линейную плотность теплового потока.
  

q1 = 1,353*3,14*(1200 - 80)=4758,23 Вт/м

  
   Температура внешней поверхности накипи tс3 равна
  

tс3 = tг - qе * 1 + 1 * ln d2/d1 + 1 * ln d3/d2 . (16)

   ? ?1d1 2?1 2?2

   tс3=1200 -4758,23 * 1 + 1 * ln 0,162/0,15 + 1 * ln0,166/0,162=
   3,14 60*0,15 2*40 2*0,8
  
   = 1006,03 оС
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  
  

Задача N 5

   Тепло дымовых газов передается через стенку котла кипящей воде. Принимая температуру газа tf1=800 ®С, воды tf2 =140 ®C, коэффициент теплоотдачи газами стенке ?1 =120 Вт/(м2*К) и от стенки к воде ?2 =1500 Вт/(м2*К). Решить задачу, считая стенку плоской.
   Требуется определить термические сопротивления R, коэффициенты теплопередачи К и количество тепло­ты q, передаваемое от газов к воде через 1м2 поверх­ности стенки в секунду для следующих случаев:
   а) стенка стальная, совершенно чистая, толщина ?2 =8 мм, теплопроводность материала стенки ?2=50 Вт/(м*К);
   б) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи толщиной ?3=2 мм, теплопроводность ?3=2,0 Вт/(м*К);
   в) случай "б", дополнительное условие: на по­верхности накипи имеется слой масла толщиной ?4=1мм, ?4=0,1 Вт/(м*К);
   г) случай "в", дополнительное условие: со сторо­ны газов стенка покрыта, слоем сажи толщиной ?1=1 мм, ?1=0,2 Вт/(м*К).
   Приняв количество теплоты, для случая "а" за 100 %, определить в процентах количество теплоты для всех остальных случаев.
   Определить температуры всех слоев стенки для случая "г".
  

Решение:

  
   Для расчета теплопередачи через плоскую многослой­ную стенку следует использовать формулу:
  

q = K?t = K*(tf1 - tf2),

   где К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м2*К)
  

1

К = ---------------- .

1 + ? ?i + 1

   ?1 ?i ?2
   Для случая "а".
   1

К = ------------------ = 5,917 Вт/(м2*К)

   1 + 8 + 1
   120 50 1500
  

q = 5,917*(800 - 140) = 3905,22

R =1/К = 1/5,917 = 0,169

   Для случая "б".
  
   1

К = ------------------ = 0,991 Вт/(м2*К)

   1 + 2 + 1
   120 2 1500

q = 0,991*(800 - 140) = 654,06

R = 1/0,991 = 1,009

   Для случая "в".
  
   1

К = ------------------ = 0,1 Вт/(м2*К)

   1 + 1 + 1
   120 0,1 1500

q = 0,1*(800 - 140) = 66

R = 1/0,1 = 10

   Для случая "г".
  
   1

К = ------------------ = 0,2 Вт/(м2*К)

   1 + 1 + 1
   120 0,2 1500

q = 0,2*660 = 132

R = 1/0,2 = 5

   Определим в процентах количество теплоты для случая "б"
  

3905,22 - 100 %

654,06 - Х %

Х = (654,06*100)/3905,22 = 16,75 %

   Для случая "в"

3905,22 - 100 %

66 - Х %

Х = (66*100)/3905,22 = 1,69 %

   Для случая "г"

3905,22 - 100 %

132 - Х %

Х = (132*100)/3905,22 = 3,38 %

   Температуры поверхностей слоев аналитически подсчиты­вают по равенствам для случая "в",
  

t1 = tf1 - q 1 ,

?1

t2 = tf1 - q 1 + ?1 ,

?1 ?1

  

t3 = tf1 - q 1 + ?1 + ?2 ,

?1 ?1 ?2

t4 = tf1 - q 1 + ?1 + ?2 + ?3 ,

?1 ?1 ?2 ?3

  

t5 = tf1 - q 1 + ?1 + ?2 + ?3 + ?4 ,

?1 ?1 ?2 ?3 ?4

  
  
  
  
  
  
  
  
  

  
  
  
  
  
  

Задача N 6

   Определить удельный лучистый поток q (в ваттах на квадратный метр) между двумя параллельно расположенными плоскими стенками, имеющими температуры t1 и t2 и степень черноты ?1 и ?2, если между ними расстояние ? мало.
  
   Дано: Решение:
   ?1 = 0,62; Удельный лучистый поток между двумя
   ?2 = 0,54; параллельны­ми стенками можно определить по формуле:
   t1 = 800 оС;
   t2 = 50 оС. q = ?1,20((Т1/100)4 - (Т2/100)4),
   q - ? ?1 - ?
   ?2 - ? где Т1 - абсолютная температура первой стенки, К;
   Т2- абсолютная температура второй стенки, К;

С0 - коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,67 Вт/м2К4;

?1,2 - приведенная степень черноты тела, опреде­ляемая из выражения:

?1,2 = 1 .

   (1/ ?1) +(1/ ?2) - 1
  

?1,2 = 1 = 0,406

   (1/0,62)+(1/0,54) - 1
  

q = 0,406*5,67((1073/100)4 - (323/100)4) = 30264,058

  
  
  
   14
  
  
  

 Ваша оценка:

Связаться с программистом сайта.

Новые книги авторов СИ, вышедшие из печати:
О.Болдырева "Крадуш. Чужие души" М.Николаев "Вторжение на Землю"

Как попасть в этoт список

Кожевенное мастерство | Сайт "Художники" | Доска об'явлений "Книги"