Роговой М.И., Кондакова М.Н., Сагановский М.Н. Расчеты и задачи по теплотехническому оборудованию предприятий промышленности строительных материалов
Подождите немного. Документ загружается.
20.
Определить
теплоемкость
газовой
смеси,
состоя
щей
(%):
из
С0
2
-12,
02-6,
Н
2
О-8,
N
2
-74
по
объему,
при
температуре
2000
С.
Ответ:
C~=1,385
кДж/(м
3
,
О
С),
21.
Определить
количество
теплоты,
приобретаемое
воздухом
в
насадке
регенератора,
через
которую
прохо
дит
в
секунду
2,2
м
3
воздуха.
Воздух
нагревается
от
100
до
11000
С
при
постоянном
давлении.
Зависимость
теп
лоемкости
от
температуры
принята
нелинейной.
Ответ:
ф=3153
кВт.
22.
В
сосуде
вместимостью
300
л
находится
азот
при
давлении
2
бара
(200
кПа)
и
температуре
200
С.
Какое
КОличество
теплоты
надо
подвести
для
нагревания
азота
до
2000
С?
Какое
давление
установится
в
сосуде?
При
нять
теплоемкость
не
зависящей
от
температуры.
Ответ:
Q=92,4
кДж;
Р2=322
кПа.
23.
Определить
изменение
внутренней
энергии
1
кг
воздуха
при
нагревании
его
от
100
дО
600
0
С.
Теплоем
кость
считать
постоянной.
Ответ:
~
и=362
кДж.
24.
На
сжатие
5
кг
метана
(СН
4
)
затрачена
работа,
равная
900
кДж,
при
этом
внутренняя
энергия
газа
уве
личилась
на
590
кДж.
Определить
количество
тешIOТЫ
и
изменение
температуры
при
постоянном
объеме
газа.
Принять
теплоемкость
не
зависящей
ОТ
температуры.
Ответ:
Q
-310
кДж;
М=-33,8
0
С.
25.
К
газу
в
круговом
процессе
подведено
80
ккал
(335,2
кДж)
теплоты.
Термический
к.
п.
д.
данного
цикла
равен
0,44.
Определить
работу,
полученную
за
цикл.
Ответ:
[0=
147,5
кДж.
§
3.
ГАЗОВЫЕ
ПРОЦЕССЫ
26.
До
какого
значения
нужно
изменить
давление
га
за,
составляющее
3
ат
(0,3
МПа),
чтобы
его
температу
ра
повысил
ась
вдвое,
а
объем
остался
тот
же.
Решение
P
1
=~.
P
1
Т
2
Р
2
Т
2
'
Р2=~=(о,з+0,1)2=о,8МПа,
так как
Рdбс
=
Ризб
+
Рбар,
а
барометрическое
давление
принимаем
равное
1
ат
(0,1
МПа).
27.
Для
сушки
керамических
изделий
используют
воз
дух,
подогреваемый
в
зоне
охлаждения
обжиговой
печи
от
начальной
температуры
170
до
800
С.
Какое
количество
теплоты
надо
затратить
в
1
ч
для
сушки
изделий,
если
за
это
время
расходуется
8
тыс.
м
3
воздуха
при
постоянном
давлении
750
мм
рт.
ст.
(100
кПа).
Принять
теплоемкость
постоянной.
Реш
е
н
и
е.
Определяем
массу
воздуха
из
уравнения
PV=MRT;
PV
100·103·8000
М
=
-=
=9620
кгjч;
RT
8:~4
(273
+
17)
Количество
теплоты
в
1
ч
составит
29
3
Q =
9620
2~
(80 -
17)
=
613
мДж,
ftC
p
так
как
С
р
=-,
а
I1C
p
=29,3
кДж(кмоль.ОС)
по
данным
справоч-
11
ных
таблиц
для
двухатомных
газов.
28.
Воздух
объемом
8
м
3
при давлении
0,9
бара
(90
кПа)
и
температуре
200
С
сжимается
изотермически
до
8,1
бара
(810
кПа).
Определить
конечный
объем,
за
траченную
работу
и
количество
отводимого
тепла.
V
1
Р
2
Реш
е
н и
е.
В
изотермическом
процессе
~
=
-р;
,
откуда
V
=V
1
P
l·
v
=8.0,9=089м
3
•
2
Р
2
'
2 8,1 '
Затраченную
работу
определяем
по
формуле
Р
1
V
1
90·103·8
М=--=
=86кг
RT
8314
•.
-
(273+20)
29
Подставляем
числовые
значения
0,89
L = 8,6·287·293·2,3
Igg
=
16620oo1g0,IJlj
Ig
О,lll
= 1,0453 = - 0,9547;
L =
1662000(-0,95)
=-1,58
мДж.
Для
изотермического
процесса
Q = L,
следовательно,
Q =
=-1,58
мДж
(теплота
отводится)
29.
Воздух при
давлении
4
бара
(400
кПа)
расширя
ется
адиабатно
до
2
бар
(200
кПа)
и
охлаждается
до
-150
С.
Определить
начальную
температуру
воздуха
и
работу,
совершаемую
1
кг
газа.
Реш
е
н
и
е.
Для
адиабатного
процесса
k-l
Т
2
=
(Р2)Т
ТВ
,
откуда
Т!
=
--"'-k---l
•
Ti
Рl
(;:
)k
Воздух
-
газ
двухатомный,
поэто.му
согласно
справочным
дан
ным
k=P.C
p
= 29,3 = 1 4'
p.C
v
20,9 "
тогда
Т
1
=
258
258
1,4-1
=
0,50,29
•
(2)
1,4
\ 4
Расчет
производим
с
помощью
логарифмирования:
IgT
1
=
Ig
258
- O,291g
0,5
=
2,4116-
0,29.1,699 = 2,4989;
Т;(
=
3150
I<
=
420
С;
R
287
1 = k
-1
(Т
1
-
Т
2
)
=
0,4
(315
-
258)
= 40,9
кДж.
ЗО.
ДО
какой
температуры
нужно
нагреть
газ
при
по-
-
стоян
нам
объеме,
если
начальное
давление
его
2
бара
(200
кПа)
и
температура
200
С,
а
конечное
давление
5
бар
(500
кПа)?
Ответ:
е
2
=459,5
0
С.
Зl.
В
закрытом
сосуде
вместимостью
0,5
м
З
содержит
ся
газ
СО
2
при
давлении
6
бар
(600
кПа)
и
температуре
12
5270
С.
Как
измените$!.
давление
газа,
еслИ
от него
отнять
100
ккал
(419
кдж)
теплоты?
Ответ:
Р2=364
кПа.
32.
Воздух
объемом
3
м
3
расширяется
изобарно
при
давлении
2
бара
(200
кПа)
за
счет
подведенной
теплоты,
равной
250
кДж.
Начальиая
температура
воздуха
1270
С.
Определить
конечную
температуру,
считая
теплоемкость
постоянной.
Ответ:
t
2
=
1740
С.
33.
При
сжатии
газа,
находящегося при
избыточном
давлении
3
бара
(300
кПа),
затрачено
600
кДж
работы.
Начальный
объем
газа
2,8
м
3
,
определить
конечный
объем.
Ответ:
V
2
=
1,3
м
З
•
34.
Воздух
массой
10
кг
с
давлением
1,2
бара
(120
кПа)
и
температурой
300
С
сжимается
изотермически,
причем
объем
его
уменьшается
в
2,5
раза.
Определить
конечные
объем
и
давление
воздуха.
Ответ:
Р2=0,3
кПа;
V
2
=2,9
м
3
•
35.
Воздух
массой
2
кг
при
температуре
470
С
и
дав
лении
1
бар
(100
кПа)
сжимается
изотермически
до
дав
ления
12
бар
(1200
кПа).
Определить
начальнЫй
и
ко
нечный
объемы
воздуха,
затраченную
на
его
сжатие
ра
боту
и
количество
выделившейся
теплоты.
Ответ:
Vl=
1,84
м
З
;
V
2
=0,153
м
З
;
L=-45,5
кДж;
Q=-45,5
кДж.
36.
Воздух
массой
f
кг
с
температурой
200
С
и
давле
нием
1
бар
(100
кПа)
адиабатно
сжимается
до
давления
6
бар
(600
кПа).
определить
затраченную
работу,
конеч
ные
температуру
и
объем
воздуха.
Ответ:
Т
2
=490
0
К;
1=54,5
кДж;
V
2
=0,23
м
З
•
§
4.
ВОДЯНОR
ПАР
37.
Определить
ПЛОТность
воды,
если
она.
находится
в
состоянии
кипения
при
температуре
250
0
С.
Реш
е
н
и
е.
Температура
кипения
-
это
температура
насыще·
ния
водяного
пара.
Используем
приложение
1.
Температуре
250
ос
соответствует
удельный
объем
пара
v"
=0,05
м
3
{кг.
Следовательно,
1 1
р":=-
=-
=
20
KrjM
3
,
v"
0,05
38.
Водяной
пар
имеет
давление
10
бар
(1000
кПа)
и
температуру
2200
С.
Определить
состояние
пара,
еГО
удельный
объем
и
энтальпию.
13
Реш
е н
и
е
По
приложению
2
давлению
10
бар
(1000
кПа)
со
ответствует
температура
кипения
179,88
ОС,
а
у
нас
220
ОС;
следова
тельно,
пар
перегрет
Параметры
перегретого
пара
находим
по
при
ложен
ию
3.
При
р=
10
бар
(1000
кПа)
t=220°
С,
v=0,217
ма/кг;
i=2875
кдж/кг.
39.
Дано
состояние
пара
Р=8
бар
(800
кПа),
степень
сухости
его
0,94.
Определить
удельный
объем
этого
па
ра,
температуру
насыщения
и
энтальпию
его.
Реш
е
н и
е.
По
таблицам
приложения
2
давлению
8
бар
(800
кПа)
соответствует
температура
кипения
170,4
ОС;
удельный
объем
пара
v"
=0,240
м
3
/кг;
теплота
парообразования
Г=
=2048
кДж/кг;
t'
=720,9
кДж/кг.
Так
как
пар
влажный,
то
V
x
=v
"х,
=
0,240·0,94
= 0,226
м
3
/кг;
i
x
i'
+гх
720,9+2048·0,94=2645,1
кДж
кг.
40.
Определить
с
помощью
i-s-диаграммы
(прило
жение
4)
состояние
и
параметры
водяного
пара
при
тем
пературе
900
С
и
давлении
0,3
бара
(30
кПа).
Реш
е
н и
е.
Находим
точку
пересечения
изобары
0,3
бара
(30
кПа)
и
изотермы
90
Ос.
Эта
точка
лежит
выше
пограничной:
кри
вой;
следовательно,
пар
перегретыЙ.
Находим
параметры
этой
точ
ки:
энтальпия
(на
вертикальной
оси)
i=2680
кДж/кг;
энтропия
(на
горизонтальной
оси)
Б=7,89
кджf(кг.ОС)
41.
Водяной
пар массой
1
кг
при
давлении
10
бар
(1
МПа)
и
температуре
2000
С
нагревается
при
посто
янном
давлении
до
температуры
3000
С.
Определить
ко
личество
затраченной
теплоты
и
работу
расширения
пара.
Реш
е
н и
е.
По
i-s-диаграмме
(приложение
4)
находим
точ
ку
1
пересечения
изобары
10
бар
(1
МПа)
и
изотермы
2000
С
(см.
ри
сунок).
Определяем
параметры
этой
точки:
1=2828
кдж/кг;
V=
=0,206
м
3
/кг.
Процесс
изобарного
нагрева
пойдет
по
данной
изо-
t~
200'
Схема
определения
ра-
S
боты
расширения
пара
'-
__________
-:а_
(к
задаче
41)
14
баре
до
пересечения
ее
с
изотермой
300
ос.
Находим
параметры
точ
ки
2:
i
2
=3051
кдж/кг,
v2=O,258
м
3
/кг.
В
изобарном
процессе
количество
затраченной
теплоты
и
рабо
та
расширения
для
1
кг
пара:
q = i
2
- i
1
=
3051
- 2828 =
223
кДж/кг;
1 =
р
(v
2
-
Vl)
=
106
(0,258 - 0,206) = 106·0,052 = 52
кДж
кг.
При
м
е ч а
н и
е.
В
некоторых
i-s-диаграммах
не
даны
изохо
ры,
в
этом
случае
задачу
можно
решить
с
использованием
данных
приложения
3.
42.
Определить
состояние
водяного
пара,
если
его
температура
1400
С,
а
удельный
объем
V"
=0,4
м
3
/кг.
Ответ:
пар
влажный
насыщенный
со
степенью
сухо
сти
Х=
0,785.
43.
Определить
по
таблицам
приложений
1-3
состо
яние
водяного
пара,
его
удельный
объем,
энтальпию
и
плотность,
если
давление
его
15
бар
(1500
кПа)
и
темпе
ратура
2000
С.
Ответ:
пар
перегретый;
v=0,1324
м
3
/кг;
р=7,55
кг/м
3
;
i=2796
кДж/кг.
44.
Определить
по
данным
приложения
3
степень
пе·
регрева
пара
с
давлением
Р=5
бар
(500
кПа)
и темпе
ратурой
t=
1800
С.
Ответ:
М=28,2
0
С.
45.
С
помощью
i-s-диаграммы
определить
парамет
ры
сухого
насыщенного
пара
при
температуре
1500
С.
Ответ:
Р=0,476
-МПа
(или
0,5
МПа);
ё"
=
= 2750
кДж/кг;
s = 6,8
кДж/
(кг.
ОС)
.
46.
Как
изменятся
параметры
пара
при
изобарном
нагреве
до
3500
С
от
начального
состояния
4
бар
(400
кПа)
и
температуры
2500
С?
Решить
с
помощью
i-s-
диаграммы.
Ответ:
Ы=200
кДж/кг;
~s=O,4
кДжj(кг,ОС),
47.
Определить
степень
сухости
и
температуру
водя
ного
пара
после
адиабатного
расширения
от
состояния
сухого
насыщенного
пара
при
температуре
1500
С
до
давления
2
бар
(200
кПа).
Решать
с
помощью
i-s-ди
аграммы.
Ответ:
t
2
=
1200
С;
х=0,946.
Глава
11
ЗАДАЧИ
ПО
ТЕПЛОПЕРЕДАЧЕ
1.
Определить
тепловой
поток
через
стенку,
если
тем"
пература
стенок,
воспринимающих
и
отдающих
теплоту,
соответственно
равна:
{
1
=
1000
С,
(
2
=З0
0
С.
Толщина
стенки
6=200
мм,
а
площадь
поверхности
р=
180
м
2
•
Теплопроводность
кирпича
л=0,55
Вт/(м,ОС).
Реш
е
н
и
е
По
уравнению
Фурье,
тепловой
пОток
через
плос
кую
однослойную
стенку
равен
t
1
-
t
2
100-
30
Ф=лF
--
= 0,55.180 = 34,65
кВт.
II
0,2
2.
Кирпичная
стенка
из
шамотного
легковеса
имеет
толщину
б=200
мм.
Температуры
поверХностей
стенки
равны:
t
l
=6800
С,
{
2
=25
0
С.
Теплопроводность
шамотно
го
легковеса
л=0,465
Вт/
(м·
о
С).
Определить
поверхно
стную
плотность
теплового
потока
q.
Реш
е
н и
е
В
рассматриваемом
случае
л
0,465
q =
--;-
(t
1
-t
2
)
=
-2-
(680
-
25)
:;:
1523
Вт/мЗ.
u
о,
О
3
Через
стенку
площадью
6Х4
м
2
передается
в
тече
ние
1:'=
1
ч
количество
теплоты
Q = 80
МДж.
Определить
поверхностную
плотность
теплового
потока
q.
Решение
Q 80.10'
q =
Рт
= (4.6) 3600 = 927
Вт/ы
З
,
4.
Стенка
печи
состоит
из
трех
слоев:
I-й
внутренний
слой
-
шамотный
кирпич
толщиной
61
=
120
мм;
2-й
слой
-
изоляционный
кирпич
толщиной
б
2
=65
мм;
3-й
слой-стальной
корпус
толщиной
6з=20
мм.
Теплопроводность
материалов
отдельных
слоев
сле
дующая:
Л1=0,81;
Л2=0,23
и
лз=45
Вт/(м,ОС),
Темпе
ратура
в
печи
t
1
=-1
0000
С, а
наружной
поверхности
{
4
==
=800
С.
Определить
тепловой
поток,
передаваемый
через
трехслойную
стенку
16
Реш
е
н
и
е
Удельный
тепловой
поток
определяют
по
формуле
t
1
-t
4
1000-80
q = = =
2148
Вт/мв.
~
+
~
+
~
_0,_12
+
_0,_065_
+
0_,0_1
А1
А2 Аз
0,81
0,23.
45
5.
Плоская
стальная
стенка
толщиной
61
= 1
О
мм
[/1.1=46
вт!(м,ОС)]
покрыта
асбестовой
изоляцией
тол
щиной
80
мм
[Л'2=0,15
Вт/(м,ОС)].
Температура
внут
ренней
поверхности
стенки
'
1
=500°
С,
а
наружной
по
верхности
изоляции
12=45°
С.
Определить
температуру
наружной
поверхности
стальной
стенки
'
н
.
Реш
е
н
и
е
Определяем
плотность
теплового
потока
по
фор
муле
Тогда
б
1
0,01
о
t
п
= t
1
-
qR
CT
= t
1
-
q
.-
=
500
-
853
- =
500
С.
"'!
46
6.
Неизолированный
трубопровод
с
наружным
и
внут
ренним
диаметром
соответственно
d
п
/d
в
=80/70
ММ
для
горячей
воды
с
температурой
t
1
=100°C
расположен
в
проходном
канале,
температура
воздуха
в
котором
~=
=30°
С.
Длина
трубы
1=
100
м.
Определить
количество
теплоты,
теряемое
через
трубу
в
1
ч.
Трубопровод
выпол
нен
из
углеродистой
стали
1.=45
вт/(м,ОС).
Реш
е
н и
е
Количество
теплоты,
проходящей
через
однослой
ную,
цнлнндрическую
стенку
трубы,
определим
по
формуле
2~ATl
2·3,14·45·3600·100
Q=
d (t
1
-
12)
=
80
(100-
30)
=800
МДж.
2,31g
d:
2,3Ig
70
7.
Стальной
паропровод
[Л'1
=45
ВТ!
(м.
ОС)]
диамет
ром
dнld
B
=
133/125
мм
покрыт
изоляцией
из
шлаковой
ваты
[1.2=0,076
вт/(м,ОС)]
слоем
толщиной
70
мм.
Внутренняя
поверхность
стенки
трубы
имеет
температу
ру
t
1
=4200
С,
а
наружная
поверхность
изоляции
- t
2
=
=400
С.
Определить
плотность
теплового
потока,
теряе
мого
1
м
паропровода.
Реш
е
н
и
е.
Плотность
теплового
потока
определяем
по
урав
нению
теплопроводности
для
многослойнОй
цилиндрической
стенки
t
1
- (
2
dt=
----------~~~------~
I
d
и
I
d
из
--
2,31g
--
+
--
2,31g--
2ЛЛ1
d
B
2ЛЛ
2
d
и
420-
40
---------------------------------
= 236
BTjM.
1
133
1 273
2.з,14.45
2
,31
g
125+
2.3,14.0,076
2,31g
133
8.
ПаропровоД
d
и
/d
в
=159/147
мм
[Л,1=45
Вт/(м,ОС)]
покрыт
двумя
слоями
изоляции.
l-й
слой
имеет
толщину
61=55
мм
и
11,2=0,186
Вт/(м.ОС);
2-й
слой-б
2
=60
мм
и
11,з=0,093
Вт/
(м·
О
С).
Температура
внутренней
поверх
ности
стенки
t
l
=3200
С,
а
наружной
поверхности
изоля
ции
t
4
=40°
С.
Определить:
1)
плотность
теплового
потока
через
стенку
1
м
паро
провода
ql;
2)
температуры
на
поверхности
раздела
слоев
изоля
ции
t
2
И
t
з
.
Реш
е
н
и
е
Определяем
диаметр
l-го
слоя
изоляции
d
И31
=
d
и
+
2(\
=
159
+ 2·55 =
269
мм;
внешний
диаметр
изолированной
трубы
d
из
•
=
d
и
"
+
21'12
= 269 + 2·60 =
389
мм.
Плотность
теплового
потока,
теряемого
I
м
паропровода,
опре
делим
по
формуле
q/ =
(1
d
и
1
d
И31
1
d
из
•
)
2,3
-lg-+-1g--+-1g--
1,1 d
B
1,2
d
и
А1
d
И31
2·3,14
(320
- 40) = 260
Вт
м.
(
1
159
1
269
1 389) /
2,3
4"5
lg
147
+ 0,186
Ig
159
+
0,09з
Ig
269
Температуры
на
границах
слоев
определим
по
формуле
2 3
ql
1 d
2,3·260
1
159
{
2
= {
1
-
-'--
• -
Ig---.!!.
= 320 -
-----
.
--
Ig-
~
3200
С;
2л
А1
d
B
2·3,14
45
147
2,3ql
1
d
из
•
2,3·260 1
389
о
f
з
= t
4
+
--
•
--
Ig-
=
40
+
--
.
--
Ig-
~
200
С.
2л
Аз
d
И31
2·3,14
0,093 269
18
9.
Определить
поверхносгную
плотность
теплового
по
тока,
передаваемого
от
ДЫМОВЫХ
газов
к
кипящей
воде
через
стальную
стенку
[Л1
= 58
Вт/
(м·
о
С)
]
толщиной
б1
=5
мм,
покрытую
со
стороны
воды
слоем
накипи
[Л2=
=2,3Вт/(м.ОС)]
толщиной
10мм.
Температура:
дымовых
газов
t
r
=800°
С
и
кипящей
воды
t
B
=200°
С;
коэффици
ент
теплоотдачи
от
газов
к стенке
a1=186
Вт/(м
2
.ОС)
и
от
стенки
к
воде
<Х2
= 4070
Вт
/
(м
2
.
С)
.
Реш
е
н и
е
Определяем
коэффициент
теплопередачи
К
для
многослойной
стенки:
к
=
----=-----
1 0,005 0,010 1
186
+
58
+
23
+
4070
1 =
100
75
В
/(м2.ОС
0,0054 + 0,000085 + 0,0042 + 0,00024 '
т
).
Следовательно,
q=К(tг-t.)
= 100,75(800-200)
=60,5
кВт/м
2
•
10.
Стенка
печи
состоит
из
ДВУХ
слоев
кирпича
шамот
НОГ0:
б
1
=0,23
м
и
диатомитового
б
2
=0,115
м.
Темпера
тура:
внутренней
поверхности
стенки
t
1
= 1300"'C
и
окру
жающего
воздуха
t
5
=25°
С.
Коэффициент
теплоотдачи
от
ДымЬвых
газов к стенке
<Х1
=34,89
Вт/(м
2
.ОС)
и
От
стенки
к
воздуху
а2=
16,3
Вт/
/
(м
2
.
ОС).
Теплопроводность
кирпича:
шамотного
Л1
=
=1,155
Вт/(м,ОС)
и
диатомитового
Л2=0,208
Вт/(м,ОС),
Определить:
1)
плотность теплового
потока
через
1
м
2
стенки;
2)
температуру
t
з
на
границе
между
слоями
диатоми
ТОБОГО
и
шамотного
кирпича.
Схема
процесса
теплопередачи
через
стенку
печи
изображена
на
рис.
11.1.
Реш
е
н
и
е.
1)
Определяем
коэффициент
теплопередачи.
_1_
+
0,23
+
0,1l5
+
_1_
34,89 . 1,155 0,208 16,3
=
1,28Вт/(м
2
.
О
С).
Плотность
теплового
потока,
теряемого
стенкой
в
1
ч:
q=K(tl-t
S
)
= 1,28(1300-25) =
1632
Вт/м
2
19