Теплообменные процессы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство образования Республики Беларусь

Могилёвский государственный университет продовольствия

Кафедра «Теплохладотехники»

Контрольная работа

по дисциплине «Теплотехника и термодинамика»

2008



Задача 1

теплоёмкость энтропия изобарический

Определить давление, объём, температуру газа в начале процесса (р₁, V₁, T₁) и конце процесса (р₂, V₂, T₂), теплоту Q_1-2, работу расширения L_1-2, изменение внутренней энергии ?U_1-2, энтальпии ?Н_1-2 и энтропии ?S_1-2. Изобразить процесс в р, v и Т, s - диаграммах. Газ считать идеальным с постоянной теплоёмкостью.

Исходные данные

Условие процесса	Параметры в точках процесса	Газ	Масса газа m, кг
	t1, 0C	V1,м3	р2, МПа
V=const	40	2	0.3	N2	3

Решение

T=t+273,16=40+273,15=313,15 (K)

Из уравнения Клапейрона-Менделеева выразим давление р₁ для данного газа при температуре Т₁.

Где R_m = 8314 Дж/кмоль·К - универсальная (молярная) газовая постоянная.

М - молярная масса, численно равная относительной массе молекулы.

Так как V₁=V₂=const то:



Из выше приведённого соотношения выразим Т₂:

Найдём теплоту процесса:

Где с_v -удельная теплоёмкость вещества при постоянном объеме для С_v = 0,745 (кДж/(кг·К)) [2].

Так как V₁=V₂, то работа расширения L_1-2=0 и изменение внутренней энергии ?U_1-2=Q_1-2.

Найдём изменение энтропии ?S_1-2:

Размещено на http://www.allbest.ru/



Задача 2

Пользуясь h, s - диаграммой для водяного пара, определить термические параметры состояния (p, v, t), энтальпию h и энтропию s в начале и в конце заданного процесса, а так же качественное состояние H₂O (жидкость, насыщенная жидкость, влажный, сухой насыщенный или перегретый пар) в начале и конце процесса. Для влажного пара определить степень сухости х. Определить удельную теплоту q_1-2 и удельную работу расширения l_1-2, изобразить схематически процесс в T, s - и h, s - диаграммах.

Исходные данные

Условие процесса	t1, 0C	p1, МПа	P=const
	250	2	?t, 0C
P=const			150

Решение

По h, s - диаграмме определим параметры и состояние водяного пара. Для первоначального состояния:

- энтальпия h₁=2903,23 кДж/кг

- энтропия s₁=6,5474 кДж/(кг·К)

- удельный объём v₁=0,112 (м³/кг)

Качественное состояние воды: - перегретый пар т.к. t₁>t_н=212,38 ⁰С.

- энтальпия h₂=3248,2 кДж/кг

- энтропия s₂=7,1289 кДж/(кг·К)

- удельный объём v₂=0,1512 (м³/кг)

Качественное состояние воды: - перегретый пар т.к. t₂>t_н=212,38 ⁰С.

Удельная теплота при изобарическом процессе:

Удельная работа расширения при изобарическом процессе:

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/



Задача 3

Определить начальные конечные параметры состояния (p, v, t), теплоту q и работу расширения l для каждого процесса, из которых состоит цикл. Для цикла в целом определить подведённую q₁ и отведённую q₂ теплоту, работу цикла l_ц и термический КПД з_т, считая рабочим телом воздух в идеально-газовом состоянии с постоянной теплоёмкостью. Изобразить цикл в p, v - диаграмме.

Исходные данные

Процесс 1-2	p2/p1	Процесс 2-3	Процесс 3-1	p1	t1
T=const	0,15	V=const	q3-1=0	МПа	0С
				1	560

Решение

Определим параметры рабочего тела (воздуха) в каждой точке цикла:

Значение параметров в точке 1:

Из закона Клапейрона-Менделеева выразим удельный объём газа

Значение параметров в точке 2:



Из закона Бойля-Мариотта выразим удельный объем газа:

Значение параметров в точке 3:

Из уравнения Пуассона для адиабаты выразим p₃:

Из уравнения Пуассона для адиабаты выразим T₃:

Размещено на http://www.allbest.ru/



Определим теплоту и работу расширения в каждом процессе цикла:

Количество подведённого тепла:

Количество отведённого тепла:

Работа цикла:

Критерием для оценки теплового цикла служит КПД, представляющий собой отношение количества теплоты, преобразованной в полезную работу, к количеству подведённой теплоты.



Задача 4

Стена помещения выполнена из кирпича (толщина кладки l₁, коэффициент теплопроводности л₁) и покрыта снаружи слоем теплоизоляции толщиной l₂ с коэффициентом теплопроводности л₂. Температура воздуха внутри помещения t_ж1, коэффициент теплоотдачи к внутренней поверхности стенки б₁. Температура наружного воздуха t_ж2, коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности теплоизоляции б₂. Температура внутренней поверхности стены t_с1, наружной поверхности теплоизоляции t_с3, температура в плоскости соприкосновения кирпичной стены и теплоизоляции t_с2.

Исходные данные

l1	л1	б1	k	л2	б2	tж1	tж2
мм	Вт/(м·К)	Вт/(м2·К)	Вт/(м2·К)	Вт/(м·К)	Вт/(м2·К)	0С	0С
500	0,81	8,7	0,3	0,05	19	18	-25

Решение

Определим плотность теплового потока q выразив её из формулы:

Где Q - количество теплоты проходящей через поверхность F.

k - коэффициент теплопередачи.

Плотность теплового потока будет определяться:



Определим толщину теплоизоляционного слоя, выразив её и уравнения коэффициента теплопередачи для нашего случая:

Вычислим температуры поверхностей стенки:



Размещено на http://www.allbest.ru/

Задача 5

В паровом теплообменном аппарате, сухой насыщенный водяной пар конденсируется при давлении p_н до состояния кипящей жидкости, а охлаждающая вода нагревается от температуры t'₂ до t''₂. Определить расход пара G₁ и площадь теплообменника F, если известен коэффициент теплопередачи k. Изобразить график изменения температур теплоносителей.

Исходные данные

pн	k	t'2	t''2	G2
МПа	Вт/(м2·К)	0С	0С	кг/с
0,3	1300	14	60	2,5

Решение

По давлению насыщения определим температуру насыщения, она равна:

- t_н=133,53 ⁰С

Удельная теплота конденсации:

- r=2163,44 кДж/кг

Теплоёмкость воды:

- C_p=4,19 кДж/(кг·К)

Расчетной формулой для теплообменных аппаратов служит уравнение теплового баланса:

Где q - тепловой поток от горячего теплоносителя к холодному.

G - секундный расход теплоносителя.

Из уравнения теплового баланса для кипящей жидкости выразим секундный расход теплоносителя:

Определим средний температурный напор по всей длине нагрева:

Из уравнения теплопередачи для теплообменников, выразим площадь поверхности нагрева:



Размещено на http://www.allbest.ru/



Список использованной литературы

1. Г.А. Матвеев. «Теплотехника». Москва. «Высшая школа» 1981 г.

2. Х. Кухлинг. «Справочник по физике», Москва. «МИР». 1982.

3. А.А. Александров. «Термодинамические свойства воды и водяного пара». Москва. «Энергия». 1980.

4. Е.А. Краснощёков, А.С. Сукомел. «Задачник по теплопередаче». Москва. «Энергия» 1980.

5. Т.Н. Андрианова, Б.В. Дзампов, В.Н. Зубарев, С.А. Ремизов. «Сборник задач по технической термодинамике». Москва, Ленинград «Энергия». 1964 г.

Размещено на Allbest.ru