Архипова Л.М. Методический комплекс по теплотехнике

Подождите немного. Документ загружается.

- температура молока на входе в подогреватель t

;

- температура молока на выходе из подогревателя - t

;

- температуры греющей воды на входе и выходе -

соответственно t

′

и t

″

- производительность аппарата по молоку – m;

- коэффициенты теплоотдачи: со стороны молока α

со стороны

воды α

. - коэффициент полезного использования тепла h

Толщина стальной стенки теплообменника 3,5 мм. Стенка

покрыта слоем накипи толщиной 1,0 мм.

Теплоёмкость воды: с

= 4,19 кДж/(кг·К);

теплоемкость молока: с

= 3,6 кДж/(кг К).

Коэффициенты теплопроводности:

нержавеющей стали - λ

СТ

= 18 Вт/(м·К), накипи - λ

= 1,75 Вт/(м·К).

Таблица к задаче Б – 5.

Последняя

цифра шифра

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

t

С 98 100 95 94 93 99 100 95 98 96

t

С 70 65 64 67 68 71 72 69 65 60

m, кг/с 1,4 1,1 0,8 1,7 2 0,6 1,4 1,1 0,8 0,6

Предпоследняя

цифра

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

t

С 5 7 6 8 9 4 10 8 7 6

t

С 50 55 53 60 54 55 60 52 51 50

, кВт/(м

·К) 2,5 2,6 2,8 2,7 2,0 2,4 3,1 3,0 3,5 2,4

, кВт/(м

·К) 2,0 2,1 1,4 1,5 1,3 1,6 1,8 1,3 1,8 1,6

0,78 0,76 0,79 0,8 0,85 0,84 0,82 0,83 0,8 0,81

Задача А-6

Воздух из сушильной установки направляется в противоточный

воздухоподогреватель системы воздушного отопления.

Определить поверхность нагрева воздухоподогревателя, если:

производительность установки по испаренной влаге m;

температура холодного воздуха перед сушилкой t

относительная влажность j

;

температура воздуха после калорифера t

;

температура отработавшего воздуха после сушилки t

;

температура отработавшего воздуха после

воздухоподогревателя t

;

температура нагреваемого воздуха:

перед воздухоподогревателем t = t

;

после воздухоподогревателя t;

коэффициент теплопередачи воздухоподогревателя k;

коэффициент полезного использования тепла в

воздухоподогревателе h

Определить также годовое количество сэкономленного тепла и

стоимость утилизированного тепла отработавшего воздуха.

Стоимость тепла S

принять равной 200 руб/ГДж, а число часов

работы сушилки за год =5000. Изобразить процесс в h,d –

диаграмме.

Таблица к задаче А – 6

Последняя

цифра шифра

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

С 5 8 10 3 10 2 3 8 4 5

70 75 75 75 60 80 80 82 75 85

С 100 105 95 90 75 85 72 83 90 80

С 50 62 55 58 48 55 57 51 53 52

Предпоследняя

цифра

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

С 190 185 180 175 160 195 165 173 168 162

t,

С 40 48 43 50 40 50 46 45 46 42

m, кг/ч

1600 1400 1200 1000 1100 1300 1500 1250 1050 900

k, кВт/(м

·К) 1,9 1,7 1,5 1,4 1,6 1,7 1,8 1,6 1,5 1,3

0,86 0,85 0,84 0,82 0,83 0,84 0,85 0,86 0,80 0,78

Задача Б-6

Тепло отработанного воздуха после сушильной установки

утилизируется и направляется в противоточный рекуперативный

теплообменник для подогрева воды на нужды водяного отопления

производственных цехов. Определить годовое количество

сэкономленного тепла (ГДж/год) и его стоимость. Найти также

поверхность нагрева теплообменника, если:

производительность установки по испаренной влаге m;

температура холодного воздуха перед сушилкой t

А,

относительная влажность j

;

температура воздуха после калорифера t

;

температура отработавшего воздуха после сушилки (на входе в

теплообменник) t

;

температура отработавшего воздуха после теплообменника t

;

температура воды: на входе в теплообменник t,

на выходе из теплообменника t;

коэффициент теплопередачи теплообменника k;

коэффициент использования тепла в теплообменнике h

Стоимость тепла S

принять равной 200 руб/ГДж, а число часов

работы сушилки за год =4500. Изобразить процесс в h – d

диаграмме.

Таблица к задаче Б – 6

Последняя

цифра шифра

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

С 10 5 4 3 3 8 5 10 9 12

75 80 75 85 80 65 80 75 85 65

С 105 103 90 95 85 80 90 90 93 85

С 40 48 43 50 42 52 46 45 47 44

Предпоследняя

цифра

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

С 185 180 190 195 175 170 190 180 170 175

t,

С 50 40 43 50 45 47 53 55 52 48

m, кг/ч

900 1050 1250 1500 1300 1100 1000 1200 1400 1600

k, кВт/(м

·К) 2,0 1,7 1,6 1,5 1,8 1,5 1,3 1,5 1,7 1,9

0,9 0,95 0,91 0,89 0,92 0,93 0,94 0,96 0,9 0,91

Методические указания к задачам А-6 и Б-6: для определения

энтальпии и влагосодержания влажного воздуха использовать h,d –

диаграмму влажного воздуха.

Количество теплоты, отводимой с отработавшим воздухом:

)d(d3,6

)h(hm

ВC

АC

×



, кВт,

в этой формуле производительность m подставляется в кг/час, а

влагосодержание d в г/кг.

Поверхность нагрева воздухоподогревателя:

СР

Δtk

ηQ



, м

5. ВОПРОСЫ К ЭКЗАМЕНУ

А). Термодинамика.

1. Термодинамические системы и их классификация. Рабочее

тело. Теплота и работа как формы передачи энергии. Параметры

состояния. Уравнение состояния. Уравнение состояния идеального

газа. Термодинамический процесс. Равновесные и неравновесные,

обратимые и необратимые процессы.

2. Газовые смеси. Способы задания состава смеси.

Соотношение между массовыми и объемными долями. Кажущаяся

молекулярная масса. Газовая постоянная смеси. Парциальное

давление компонента смеси.

3. Теплоемкость. Массовая, объемная теплоемкость. Средняя

и истинная теплоемкость. Теплоемкость при постоянном объеме.

Теплоемкость при постоянном давлении. Уравнение Майера.

Зависимость теплоемкости от температуры.

4. Первый закон термодинамики. Теплота и работа.

Внутренняя энергия. Выражение теплоты и работы через

термодинамические параметры состояния. Энтальпия.

5. Анализ изохорного и изобарного процессов. Изображение

процессов на p,v и T, s -диаграммах.

6. Анализ изотермического и адиабатного процессов.

Изображение процессов на p,v и T, s -диаграммах.

7. Анализ политропного процесса. Уравнение политропы.

Изображение процесса на p,v и T, s -диаграммах.

8. Второй закон термодинамики. Основные формулировки.

Циклы. Прямые и обратные циклы. Термический КПД и

холодильный коэффициент. Аналитическое выражение второго

закона термодинамики.

9. Цикл Карно. Термический КПД и холодильный

коэффициент цикла Карно.

10. Циклы двигателей внутреннего сгорания. Цикл Отто

(подвод теплоты при v=const). Анализ цикла. Изображение цикла в p,

v и T, s – диаграммах. Индикаторная диаграмма.

11. Циклы двигателей внутреннего сгорания. Цикл Дизеля

(подвод теплоты при р=const). Анализ цикла. Изображение цикла в p,

v и T, s – диаграммах. Индикаторная диаграмма.

12. Водяной пар. Основные определения. Фазовые переходы.

Фазовые диаграммы. Тройная и критическая точки водяного пара.

13. Термодинамические таблицы воды и водяного пара. Расчет

процессов водяного пара с помощью таблиц.

14. p,v; и T,s - диаграммы воды и водяного пара.

15. h,s - диаграммы воды и водяного пара. Расчет процессов

водяного пара с помощью h,s –диаграммы.

16. Дросселирование газов и паров.

17. Паросиловая установка. Принципиальная схема. Цикл

Ренкина. Изображение цикла в p –v, T - s и h – s диаграммах. КПД

цикла. Методы повышения КПД.

18. Влажный воздух. Основные определения. h,d -диаграмма

влажного воздуха. Процессы влажного воздуха.

19. Холодильные установки. Схема и цикл

парокомпрессионной холодильной установки. Изображение цикла в

T-s диаграмме. Холодильный коэффициент и

холодопроизводительность установки. Холодильные агенты и их

свойства.

В). Теплообмен.

20. Теплообмен. Виды переноса теплоты. Основные понятия и

определения.

21. Теплопроводность. Закон Фурье. Коэффициент

теплопроводности. Градиент температуры. Дифференциальное

уравнение теплопроводности. Условия однозначности.

22. Теплопроводность однослойной и многослойной плоской

стенках при граничных условиях 1 рода.

23. Теплопроводность однослойной и многослойной

цилиндрической стенках при граничных условиях 1 рода.

24. Теплопередача через однослойную и многослойную

цилиндрические стенки (граничные условия 3 рода). Коэффициент

теплопередачи.

25. Конвективный теплообмен. Особенности движения

жидкостей и газов. Свободная и вынужденная конвекции. Уравнение

Ньютона – Рихмана. Коэффициент теплоотдачи.

26. Основы теории подобия. Критериальные уравнения.

Физический смысл основных критериев подобия.

27. Теплоотдача при вынужденном движении жидкости в

трубах.

28. Теплоотдача при поперечном омывании одиночной

круглой трубы.

29. Теплоотдача при свободном движении жидкости. Расчет

коэффициента теплоотдачи.

30. Теплообмен излучением. Общие понятия и определения.

Основные законы теплового излучения.

31. Теплообмен излучением между телами, разделенными

прозрачной средой.

32. Теплообменные аппараты. Основные схемы движения

теплоносителей в теплообменниках. Уравнения теплового баланса и

теплопередачи. Средний температурный напор. Основы теплового

расчета теплообменных аппаратов.

С). Применение теплоты в отрасли.

33. Характеристики потребителей тепловой энергии на

предприятиях отрасли. Факторы, влияющие на теплопотребление.

Повышение эффективности использования теплоты на предприятиях

отрасли.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Таблица 1

Теплофизические свойства некоторых газов

Газ

Химическая

формула

Молекуля

рная масса

Газовая

постоянная

Дж/(кг×К)

Плотность

кг/м

Воздух - 28,96 286,4 1,293

Кислород О

32,00 259,8 1,429

Азот N

28,02 296,7 1,251

Водород Н

2,016 4124,0 0,0899

Окись углерода СО 28,00 297,0 1,250

Двуокись углерода СО

44,00 189,0 1,977

Метан СН

16,04 518,3 0,717

Аммиак NH

17,03 488,16 0,771

Водяной пар Н

О 18,02 (461,5) (0,598)

Таблица 2

Мольная теплоёмкость газов, кДж/(кмоль·К)и показатель адиабаты

Газ

v m

Одноатомный 12,6 20,9 1,67

Двухатомный

(в том числе воздух)

20,9 29,3 1,4

Трёх -и многоатомный 29,3 37,7 1,29

Таблица 3

Физические свойства сухого воздуха (при давлении 1,013∙10

Па)

°C

кг/м

кДж/(кг К)

l×10

Вт/(м ×К)

m×10

Па× с

n×10

, м

/с

Рr

-30

-20

-10

1,453

1,395

1,342

1,293

1,247

1,205

1,165

1,128

1,093

1,060

1,029

1,013

1,009

1,005

1,009

2,20

2,28

2,36

2,44

2,51

2,59

2,67

2,76

2,83

2,90

2,96

15,7

16,2

16,7

17,2

17,6

18,1

18,6

19,1

19,6

20,1

20,6

10,80

11,79

12,43

13,28

14,16

15,06

16,00

16,96

17,95

18,97

20,02

0,723

0,716

0,712

0,707

0,705

0,703

0,701

0,699

0,698

0,696

0,694

Таблица 4

Физические свойства воды на линии насыщения

°C

кг/м

l×10

Вт/(м ×К)

n×10

/с

β×10

-1

Рr

100

110

120

130

140

999,9

999,7

998,2

995,7

992,2

988,1

983,2

977,8

971,8

965,3

958,4

951,0

993,1

934,8

926,1

55,1

57,4

59,9

61,8

63,5

64,8

65,9

66,8

67,4

68,0

68,3

68,5

68,6

68,5

1,789

1,306

1,006

0,805

0,659

0,556

0,478

0,415

0,365

0,326

0,295

0,272

0,252

0,233

0,217

-0,63

0,70

1,82

3,21

3,87

4,49

5,11

5,70

6,32

6,95

7,52

8,08

8,64

9,19

9,72

13,67

9,52

7,02

5,42

4,31

3,54

2,98

2,55

2,21

1,95

1,75

1,60

1,47

1,36

1,26

Таблица 5

Термодинамические свойства хладона R-12

в состоянии насыщения [4]

h,

кДж/кг

h,

кДж/кг

s,

кДж/(кг×К)

s,

кДж/(кг×К)

-20 381,38 542,96 161,58 3,930 4,568

-15 385,98 545,26 159,28 3,948 4,565

-10 390,63 547,55 156,92 3,965 4,563

-5 395,30 549,82 154,52 3,983 4,559

0 400,00 552,06 152,06 4,000 4,557

5 404,75 554,28 149,53 4,017 4,555

10 409,54 556,45 146,92 4,034 4,553

15 414,36 558,59 144,23 4,051 4,551

20 419,22 560,69 141,46 4,067 4,550

25 424,13 562,73 138,81 4,084 4,549

30 429,08 564,72 135,64 4,099 4,547

Таблица 6

Термодинамические свойства аммиака в состоянии насыщения [4]

h,

кДж/кг

h,

кДж/кг

s,

кДж/(кг×К)

s,

кДж/(кг×К)

-20 327,4 1655,9 1328,97 3,8410 9,0895

-15 350,0 1662,6 1312,06 3,9293 9,0150

-10 372,6 1669,3 1294,48 4,0164 8,9438

-5 395,6 1675,1 1276,25 4,1022 8,8756

0 418,7 1681,0 1257,38 4,1868 8,8096

5 441,7 1686,4 1237,89 4,2705 8,7458

10 465,2 1691,0 1217,80 4,3530 8,6838

15 488,6 1695,6 1197,12 4,4346 8,6240

20 512,5 1699,4 1186,9 4,5155 8,5658

25 536,3 1703,2 1154,10 4,5954 8,5092

30 581,1 1705,7 1131,78 4,6746 8,4563

Таблица 7

Термодинамические свойства воды и водяного пара в состоянии насыщения (по давлениям)

р, t

нас

v' v" h' h" г s′ s"

МПа °С м

/кг м

/кг кДж/кг кДж/кг кДж/кг

кДж/

(кг·К)

кДж/(кг·К)

0,001 6,98 0,00100 129, 21 29,33 2513,8 2484,5 0,1060 8,9756

0,0015 13,03 0,00100 87,982 54,71 2525,0 2470,3 0,1956 8,8278

0,002 17,51 0,00100 67,006 73,45 2533,2 2459,8 0,2606 8,7236

0,0025 21,09 0,00100 54,256 88,44 2539,7 2451,3 0,3119 8,6431

0,003 24,10 0,00100 45,668 101,00 2545,2 2444,2 0,3543 8,5776

0,0035 26,69 0,00100 39,480 111,84 2549,9 2438,1 0,3907 8,5224

0,004 28,98 0,00100 34,803 121,41 2554,1 2432,7 0,4224 8,4747

0,0045 31,03 0,00101 31,142 129,98 2557,8 2427,8 0,4507 8,4327

0,005 32,90 0,00101 28,196 137,77 2561,2 2423,4 0,4762 8,3952

0,006 36,18 0,00101 23,742 151,50 2567,1 2415,6 0,5209 8,3305

0,007 39,02 0,00101 20,532 163,38 2572,5 2408,8 0,5591 8,2760

0,008 41,53 0,00101 18,106 173,87 2576,7 2402,8 0,5926 8,2289

0,009 43,79 0,00101 16,206 183,28 2580,8 2397,5 0,6224 8,1875

0,01 45,83 0,00101 14,676 191,84 2584,4 2392,6 0,6493 8,1505

0,015 54,00 0,00101 10, 025 225,98 2598,9 2372,9 0,7549 8,0089

0,02 60,09 0,00102 7,6515 251,46 2609,6 2358,1 0,8321 7,9092

0,025 64,99 0,00102 6,2060 271,99 2618,1 2346,1 0,8932 7,8321

0,03 69,12 0,00102 5,2308 289,31 2625,3 2336,0 0,9441 7,7695

0,04 75,89 0,00103 3,9949 317,65 2636,8 2319,2 1,0261 7,6711