Контрольная по теплотехнике


КАЛИНИГРАДСКИЙ ФИЛИАЛ
ФЕДЕРАЛЬНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»
Шифр: 1486568
Контрольная работа
по дисциплине: «Теплотехника»
выполнил: студент
3-го курса
иженерно-технологического факультета
заочного отделения
Янченко И. А.
Проверил: Рожков А.С.
Полесск
2016
Задача №1
Задан газовый цикл в pv- координатах. Цикл отнесен к 1 кг воздуха. Принимаем: ср = 1,005 кДж/кг*К, сv =0,72 кДж/кг*К, R = 0,287 кДж/кг*К
Требуется:
1. Определить параметры Р, V, Т для основных точек цикла, полученные данные занести в таблицу.
2. На основании определенных параметров построить цикл в масштабе в pv- и Тs - диаграммах.
3. Найти изменения внутренней энергии (du ). энтальпии (di), энтропии (ds) в каждом процессе. Определить теплоту (q) и работу (l) в каждом процессе, результаты расчетов занести в таблицу.
8. Найти работу цикла и полезную теплоту.
9. Определить термический к.п.д. цикла.
Решение задачи №1
При заказе необходимо указать некоторые параметры характерных точек цикла и процесс, протекающие между этими точками.
Исходные данные:

Давление в таблице задано в атм (105Па), -объем в м3, -температура в оС (градусы по Цельсию)
точка 1 Участок 1-2 Точка 2 Участок 2-3 Точка 3 Участок 3-4 Точка 4 Участок 4-1
Процесс Политропный Давление 1 4,5 Объем Температура 308 523 Показатель политропы1,25
ср = 1,005*103Джкг*℃сV = 0,72*103Джкг*℃R = 0,287*103Джкг*℃Расчет. Производим расчет характерных точек цикла
Точка 1.Определим недостающие параметры
Т1 = Р1*V1R ≫ v1=T1*Rp1= 308*0,287*1031=88,396*103
Внутренняя энергия
U1 = CV*T1 = 0,72*103*308 = 221,76*103 ДжкгЭнтальпия
i1 = Cp*T1 = 1,005*103*308 = 309,54*103 ДжкгПроцесс 1-2
V2 =Р1*V1Р2=
Решение задачи №2
Расчет цикла Ренкина
Определить параметры (p,v,T,i, s) в характерных точках цикла Ренкина, количество подведенной и отведенной теплоты, термический КПД и работу при адиабатном расширении пара в турбине, если давление перегретого пара при входе в турбину р1 температура его t1, давление в конденсаторе р2
Изобразить цикл в pv - и Ts - диаграммах.
Задача решается с помощью термодинамической таблицы и is –диаграммы водяного пара.
Исходные данные для решения задачи №2
Р1 =3,5*104Па
t1 = 400℃P2 = 3*103 Па
Точка 1. (Перегретый пар перед турбиной)
Определяем энтальпию, энтропию и удельный объем по IS- диаграмме. Для более точного значения можно воспользоваться таблицами по перегретому пару
V1 = 0,07 м3кгi = 3,435*103 кДжкгЭнтальпия
S1 = 6,987 кДжкгЭнтропия
Точка 2. Соответствует состоянию влажного насыщенного пара после турбины, находиться на пересечении адиабаты S – const идущей из т.1 до изобаты с давлением Р2
P2 = 3*103 Па
Задача №3
Задан объемный состав газовой смеси: rСН4, rСО2, rСО. Определить
массовый и мольный составы смеси, кажущуюся молекулярную массу, газовую постоянную, удельный объём и плотность смеси при давлении смеси p и температуре смеси t. Определить также массовую,
объемную и мольную теплоемкость смеси. При этом считать теплоемкость не зависящей от температуры.
Исходные данные:
rCH4 = 0,45 rCО2 = 0,30 rCO = 0,25 P = 0,35 Мпа T = 70 ℃= 343,15K/
Решение
Находим молекулярную массу компонентов смеси:
μCH4= μC + 4μH = 12+4 =16 кгмольμСО2 = μС+2μО = 12+2*16= 44 кгмольμCО= μC+ μО=12+16=28 кгмольНаходим кажущуюся молекулярную массу смеси:
μ см = μCH4rCH4 + μСО2 rCО2 + μCО rCO = 16*0,45+44*0,30+28*0,25= 27,4 кгкмольОпределим массовые доли компонентов смеси:
mCH4= (μCH4rCH4)μсм = 16*0,4527,4= 0,262;
mСО2=μСО2 rCО2μ см=44*0,3027,4=0,481;
mCО = μCО rCOμ см 28*0,2527,4 = 0,255.
Проверка:
mCH4 + mСО2 + mCО = 0,262 + 0,481 + 0,255 = 1
Находим мольные доли компонентов смеси.
Так как мольный состав смеси совпадает с объемным, то мольные доли равны:
nCH4 =rCH4 = 0,45;
nСО2 = rCО2 = 0,30;
nCО = rCO = 0,25.
Газовая постоянная смеси
Rсм =R0μ см = 831427,4 = 303,4 Джкг*К ,
где R0 = 8314 Джкмоль*К – универсальная газовая постоянная.
Удельный объём смеси находим, используя уравнение состояния идеального газа:
рϑсм= RT = R(T + 273);
ϑсм= R(T + 273)р =303,4*(343,15+273)0,35*106= 0,499 м3кг.
Плотность смеси
ρсм=1ϑсм= 10,499 кгм3.
Мольная изобарная теплоемкость смеси
(μср)см= (μср)CH4rCH4 + (μср)СО2 rCО2+ (μср)μCО rCO=27,4 *0,45+27,4 *0,30+27,4 *0,25=27,4 кДжкмоль*К.
Массовая изобарная теплоемкость
Ср см = (μср)смμ см = 27,427,4=1 кДжкг*К.
Объемная изобарная теплоемкость
Ср см'= (μср)см22,4= 27,422,4= 1,22 кДжм3*К.
Мольная изохорная теплоемкость смеси
(μсv)см = (μср)см- R0= 27,4- 8,314=19,08 кДжкмоль*К.
Массовая изохорная теплоемкость смеси
Сv см= (μсv)см μ см= 19,0827,4= 0,696 кДжкг*К.
Объемная изохорная теплоемкость смеси
Сv см'= (μсv)см22,4= 19,0822,4= 0,851 кДжм3*К.
Ответ: mCH4=0,262; mСО2=0,481; mCО= 0,255; nCH4 = 0,45;nСО2=0,30; nCО=0,25; Rсм =303,4 Джкг*К ; ρсм=10,297кгм3; Ср см'= 1,22 кДжм3*К;
(μср)см=27,4 кДжкмоль*К; Ср см =1 кДжкг*К; Ср см'= 1,22 кДжм3*К; Сv см= 0,696 кДжкг*К; (μсv)см=19,08 кДжкмоль*К; Сv см'=0,851 кДжм3*К.
Задача №4
Для отопления гаража используют трубу, по которой протекает горячая вода. Рассчитать конвективный коэффициент теплоотдачи и конвективный тепловой поток от трубы к воздуху в гараже, если наружный диаметр и длина трубы соответственно равны dH и l. Температура поверхности трубы tв , при этом температура воздуха в гараже должна составлять tв.
Исходные данные:
dH=0,16; l=9 м; Tc=75℃ = 348,15К; Tв=18℃ = 291,15К.
Решение
Тепловой поток на наружной поверхности трубы σ(Вт), передаваемый к воздуху, определяется как σ=α(Tс-Tв)F, (2.1)
где α-коэффициент теплоотдачи при свободном движении воздуха около трубы, Втм2*К; F- площадь наружной поверхности трубы, м2.
Критериальная зависимость для вычисления среднего коэффициента теплоотдачи при свободном движении воздуха имеет вид Nu= C(Gr*Pr)n, (2.2)
где постоянные С и n зависят от режима свободного движения воздуха и условий обтекания поверхности. Они являются функциями Gr*Pr и для горизонтальной трубы определяются по табл.2.3.
Таблица 2.3
Gr*PrC n Режим движения
1*103…1*109≥6*10100,5
0,15 0,25
0,333 Ламинарный Турбулентный
Nu, Gr, Pr – критерии подобия Нуссельта, Грасгофа, Прандтля: Nu=α*dнλ; Gr= g*βTc-Tв*dн3v2; где λ-коэффициент теплопроводности воздуха, Втм*К;g- ускорение свободного падения, g= 9,81 м2с; β – коэффициент объемного расширения воздуха, β=1(tв+273),1K; v- коэффициент кинематической вязкости воздуха, м2с.
В формуле 2.2 все физические свойства, входящие в критерии подобия, выбираются по табл. 2.2 при определенной температуре воздуха tв вдали от поверхности теплообмена, а в качестве определяющего размера – наружный диаметр трубы dн.
В рассматриваемом случае определяющая температура tв=18℃.
При этой температуре для воздуха: λ=0,0259Втм*К; v=15,06*10-6м2c; Pr= 0,703; β= 1(Tв+273)= 1291,15+273=1,77*10-31K.
Вычисляем значение комплекса:
Gr*Pr=g*βtc-tв*d3v2*Pr=9,81*3,43*10-3*348,15-291,15*0,163(15,06*10-6)2*0,703= 2,761*107.
Из табл. 2.3 находим, что при вычисленном значении комплекса постоянные в расчетном уравнении (2.2) равны С=0,5 и n=0,25.
Тогда значение критерия Нуссельта составит
Nu= 0,5*(2,761*107)0,25=614,14.
Откуда
α= Nu*(λd)=614,14*0,02590,16=99,4 Втм2*К.
Площадь наружной поверхности трубы
F=πdHl=3,14*0,16*9=4,52 м2.
Тогда тепловой поток, отдаваемый от наружной поверхности трубы к воздуху по формуле (2.1), будет равен σ=99,4*(348,15-291,15)*3,14=17790,6 Втм2*К.
Ответ: σ=17790,6 Втм2*К.

Приложенные файлы

  • docx 764594
    Размер файла: 57 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий