Ответы на билеты по термодинамике и теплопередаче

Подождите немного. Документ загружается.

Вопрос № 39

Теплопередача – передача теплоты от одного носителя к другому через

разделяющую их твёрдую поверхность.

Стационарный процесс – процесс, при котором температуры сред не

меняются, то есть

idemt



Нестационарный процесс – процесс, при котором температуры сред

меняются, то есть

idemt



EMBED Equation.3

 























2222

1111

ttFQ

ст

тела

стст

стсттела

ст











Для криволинейных стенок коэффициент теплопередачи принято определять

по тому же уравнению, что и для плоской стенки















В этом

случае для криволинейных стенок расчетная поверхность теплопередачи

определяется из выражения

 

,11

FFF

imi





















 

ttKFQ 

Водяной эквивалент поверхности теплопередачи

2211

FFF

тела











Для цилиндрических стенок:

221









Линейный коэффициент теплопередачи:

211









1ст

2ст

Коэффициент теплопередачи для внутренней стенки:







Коэффициент теплопередачи для внешней стенки:







 

2111

ttLdKQ 



Вопрос №40-41

Классификация теплообменных аппаратов.

1. По типу действия:

a. Аппараты поверхностного типа – аппараты, в которых передача

теплоты идёт при наличии твёрдой поверхности.

i. Регенеративные аппараты – аппараты поверхностного типа,

в которых твёрдая поверхность попеременно омывается

горячим и холодным теплоносителями. Эти аппараты

используются в случаях, когда теплоносители обладают

высокими температурами, или когда теплоносители не

являются чистыми.

ii. Рекуперативные аппараты – аппараты поверхностного

типа, в которых твёрдая поверхность омывается

непрерывно горячим и тёплым теплоносителями через

разделяющиеся поверхности.

1. Кожухо-трубные теплообменные аппараты.

2. Аппараты типа «труба в трубе»:

a. Однопоточные аппараты типа «труба в трубе».

b. Многопоточные аппараты типа «труба в трубе».

b. Аппараты смесительного типа – аппараты, в которых идёт

непосредственное перемешивание горячих и холодных

теплоносителей.

Схема аппарата типа «труба в трубе»:

Аппараты такого типа имеют простую конструкцию и

высокие скорости потока, однако, для получения больших

мощностей аппарата требуется установка большого

количества элементов конструкции и сам аппарат будет

занимать много места.

Схема аппарата кожухо-трубчатого типа:

В таких аппаратах возможно создание прямоточных, противоточных,

перекрёстноточных, U-образных симметричных и других потоков.

Тепловой баланс теплообменного аппарата:





, где



- коэффициент

эффективности теплового аппарата,

19.0 



idemp 

(гидравлическое сопротивление мало), тогда

 

21111

ttCGHQ











 

12222

ttCGHQ









2211

tWtW 

, при

1



2. Конденсатор.

 

22211

tWxxrG 

3. Испаритель.

 

12211

xxrGtW 

Мощность теплового аппарата (уравнение Гросгофа) :

KFtWtWQ





2211

, где



- средняя разность температур.

Для прямотока:

211











212











Для противотока:

211











212











t t









Для прямотока Для противотока

- температура

насыщения





, где

- водяные эквиваленты поверхности теплообмена.

Для любой схемы



может быть определено в соответствие с двумя

методиками:

1. Классическая методика:

капроттивото

mLtm







, где

t



- коэффициент,

зависящий от типа и свойств теплого аппарата, определяется по

графикам функций

R 















2. Метод Белоконя. Индекс противоточности:

апротивотокпрямотока

апротивотокапротивоток

KFKF





Для прямотока

0P

Для противотока

1P

Для U-образной симметричной схемы

P

Для любой схемы средняя разность температур:

 

4 ttPttT 









Вопрос №42

Различают два типа расчётов тепловых аппаратов:

1. Расчёт первого рода (конструктивный). Известно:





. Задача: Выбор или конструирование теплообменного

аппарата (

a. Находим мощность:

2211

tWtWQ 

b. Находим среднюю разность температур



KFQ





, следовательно,





расч



, где















e. Находим проходные сечения по трубному и межтрубному пучку





, где

C 55.0 

для жидкости и

C 6020 

для

газа.

Вопрос №43

Расчёт второго рода. Известно:



. Найти:



Проверка расчётов второго рода.

Дано: геометрия,



(из расчётов первого рода).

Найти:



Решение:

В случае если

не дано, то его модно найти по формуле:















Из логических соображений зададимся температурами



, тогда

2211

tWtWQ 

, где

111

ttt 









222

ttt 









. Используя метод Белоконя,

получим следующее уравнение:

 

1111















WWW

, тогда

4111

WWW

















Вопрос №44

Паросиловые установки (циклы):

a. Объекты, производящие тепловую энергию.

b. Объекты, производящие работу.

Цикл Карно (рабочее тело – конденсирующий газ).

Паровые котлы бывают двух типов: прямоточного типа и барабанного

типа.





Удельная работа в турбине

Удельная работа в компрессоре

Полезная удельная работа

кт

hh 

Эффективный коэффициент полезного действия системы:

кт







1x

0x

Паровой

котёл

Паровая

турбина

Полезная

нагрузка

КонденсаторПаровой

компрессор

CT 300

CT 25

от

ite





, где

от



- относительный индикаторный коэффициент полезного

действия,

от





- индикаторный внутренний коэффициент полезного

действия,



- механический коэффициент полезного действия.

Цикл Ренкина – идеальный цикл для паросильных установок.

Вместо компрессора устанавливают насос и пароперегреватель.

hhl



 

PPVl







, где



- объём жидкости.

Пренебрегая работой насоса, получим:

hhq 

кp

нт

tCh





















, где

температура конденсации.

Для увеличения эффективности надо

одновременно увеличивать давление и температуры

перегрева.





, где

- эффективная мощность турбины,

- расход топлива,

теплотворная способность.

Вопрос №45

Холодильные установки.

Холодильные установки предназначены для охлаждения тел до температуры

ниже температуры окружающей среды. Чтобы осуществить такой процесс,

необходимо от тела отвести теплоту и передать ее в окружающую среду за

счет работы, подводимой извне.

Цикл Карно:

- работа цикла.

112

qSS 

;

цикла



;

Холодильные машины бывают следующих видов:

1. Парокомпрессионные холодильные машины,

в которых рабочим телом является пар, а рабочий процесс протекает в

компрессоре.

2. Воздушные холодильные машины, в которых рабочим телом является

воздух.

0x

1x

3. Абсорбционные холодильные машины, в которых идёт поглощение

паров водными растворами.

4. Пароструйные холодильные машины, имеющие инжекторы в качестве

исполнительного механизма.

Рабочий процесс парокомпрессионной холодильной установки:

1-2 – адиабатическое сжатие; 4-5

– процесс дросселирования.

Схема парокомпрессионной холодильной установки:

цикла





;

Такие установки работают в следующем интервале температур:

CC  2025

цикла





; Так как воздух можно считать идеальным газом, то

constC



 

   

4132











TTCTTC

TTC

;



Вопрос №46

Тепловой аппарат

(холодильник)

0x

1x

0x

1x

Холодильные установки предназначены для охлаждения тел до температуры

ниже температуры окружающей среды. Чтобы осуществить такой процесс,

необходимо от тела отвести теплоту и передать ее в окружающую среду за

счет работы, подводимой извне.

Цикл Карно:

- работа цикла.

112

qSS 

;

цикла



;

Холодильные машины бывают следующих видов:

5. Парокомпрессионные холодильные машины,

в которых рабочим телом является пар, а рабочий процесс протекает в

компрессоре.

6. Воздушные холодильные машины, в которых рабочим телом является

воздух.

7. Абсорбционные холодильные машины, в которых идёт поглощение

паров водными растворами.

8. Пароструйные холодильные машины, имеющие инжекторы в качестве

исполнительного механизма.

Воздушная холодильная установка

Для более глубокого охлаждения тел (получения более глубокого холода)

используется воздушная холодильная установка (рис. 41).

Принцип действия воздушной холодильной установки основан на

расширении предварительно сжатого и охлажденного воздуха. Воздух из

холодильной камеры (4) под давлением p

поступает в компрессор (1), где

адиабатно сжимается (1–2) до давления p

и температуре T

Сжатый воздух

подается в теплообменник (2), где охлаждается проточной водой до

температуры T

(2–3), и подается в турбодетандер (3), где адиабатно

расширяется (3–4) до давления p

, при этом температура рабочего тела

понижается до значения T

. Охлажденный воздух поступает в холодильную

камеру, где нагревается до температуры T

(4–1).

0x

1x

Рис. 41. Схема, p-v и T-s диаграммы воздушной

холодильной установки

Удельное количество теплоты, переданное охлаждающей воде, может быть

определено по соотношению

 

32pm1

TTcq 

удельное количество теплоты, отведенное от воздуха в холодильной камере,

по формуле

 

41pm2

TTcq 

, (1)

а удельная работа цикла при условии постоянства теплоемкости рабочего

тела (

idemc



) может быть рассчитана из выражения

 

4132pm214,32,1ц

TTTTcqqlll 

или, поскольку для адиабатных процессов (1–2) и (3–4) справедливы

следующие соотношения температур:

3421

TTTT 

;

3241

TTTT 

определена по формуле

)

1()TT(cl

12pmц



. (2)

При использовании соотношений (1), (2) холодильный коэффициент

воздушной холодильной может быть определен из формулы

1241ц2t

)]

1()TT/[()TT(lq





Вопрос №47

Холодильные установки предназначены для охлаждения тел до температуры

ниже температуры окружающей среды. Чтобы осуществить такой процесс,

необходимо от тела отвести теплоту и передать ее в окружающую среду за

счет работы, подводимой извне.

Цикл Карно:

- работа цикла.

112

qSS 

;

цикла



;

0x

1x

Холодильные машины бывают следующих видов:

9. Парокомпрессионные холодильные машины, в которых рабочим

телом является пар, а рабочий процесс протекает в компрессоре.

10. Воздушные холодильные машины, в которых рабочим телом

является воздух.

11. Абсорбционные холодильные машины, в которых идёт поглощение

паров водными растворами.

12. Пароструйные холодильные машины, имеющие инжекторы в

качестве исполнительного механизма.

Аборбционная холодильная установка

Иногда для осуществления цикла холодильной машины целесообразнее

расходовать не механическую работу, как это было в рассмотренных типах

холодильных машин, а теплоту, отбираемую, к примеру, от уходящих

продуктов сгорания газотурбинных установок. Холодильные машины, в

которых для понижения температуры тел до температуры ниже температуры

окружающей среды используется теплота отработавших продуктов сгорания,

называются абсорбционными холодильными установками (рис. 42).

Абсорбционные холодильные установки используют в качестве рабочего тела

хладоагенты и их растворы. В качестве хладагента в абсорбционных

холодильных установках может быть использован аммиак, а в качестве

растворителя (абсорбента) – вода.

Рис. 42. Схема и идеализированная T-s диаграмма абсорбционной

холодильной установки

Схема абсорбционной установки показана на рис. 42. В генераторе (1) к

водоаммиачному раствору подводится теплота от внешнего источника

(отработавшие продукты сгорания) при давлении

. Подводимая теплота q

идет на испарение рабочего тела: в этом процессе образуется пар с высокой

концентрацией аммиака и с температурой

. Пар из генератора (1) поступает