Теплотехника

Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет им. С. М. Кирова

Министерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное агентство по образованию
Санкт-Петербургская государственная лесотехническая академия
кандидат технических наук, доцент И.В. Иванова
старший преподаватель И.Н. Дюкова
кандидат технических наук, доцент А.Ф. Смоляков
ТЕПЛОТЕХНИКА
Учебное пособие для студентов заочной формы обучения
Санкт-Петербург
2006

Стоимость выполнения заданий уточняйте при заказе

Контрольные задачи:
Задача 1
Сухой технический газ имеет объемный состав и находится при заданной температуре и давлении. Определить массовый состав, массы и объемы компонентов смеси, среднюю молярную массу, газовую постоянную смеси; удельный объем, плотность смеси при нормальных и заданных условиях; парциальные давления компонентов газовой смеси.

Задача 2
По известному массовому составу продуктов сгорания определить: объемный состав смеси, среднюю молярную массу, газовую постоянную, удельный объем продуктов сгорания и плотность при нормальных условиях; средние массовые и мольные теплоемкости при постоянном давлении и объеме в пределах температур от t1 до t2 и теплоту, отданную 1 кг и 1 молем газов в изобарном процессе от t1 до t2. Состав газовой смеси и другие данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. Зависимость средних теплоемкостей от температуры нелинейная.

Задача 3
Считать теплоемкость идеального газа зависящей от температуры:
а) c = f(t) нелинейно
б) c = f(t) линейно
в) c = const
Определить: параметры газа в начальном и конечном состояниях, изменение внутренней энергии, теплоту и работу процесса. Дать сводную таблицу результатов и анализ ее. Показать процесс на р - v диаграмме.

Задача 4
V1 м3 газа при абсолютном давлении р1 и температуре t1 расширяется до увеличения объема в m раз. Определить параметры конечного состояния газа, теплоту, работу, а также изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии в процессах: а) изотермическом; б) адиабатном при k = 1,4; в) политропном при показателе политропы n = 1,47.
Принять Cv = 0,7 кДж/(кг∙К) и К = 290 Дж/(кг∙К). Процессы изобразить совместно в р - v и T - S диаграммах и составить таблицу результатов расчета.

Задача 5
Определить параметры состояния в характерных точках, отведенную теплоту, полезную работу на 1 кг рабочего тела и термический КПД цикла для двигателя внутреннего сгорания, работающего по циклу с подводом теплоты при v - const (цикл Отто), если параметры рабочего тела на входе в цилиндр Р1 = 0,097 МПа и t1 = 50 C, а степень сжатия е. В процессе рабочему телу подводится теплота q1.
Цикл изобразить в р - v диаграмме. Рабочее тело обладает свойствами воздуха. Теплоемкость считать не зависящей от температуры.

Задача 6
Для теоретического цикла ДВС со смешанным подводом теплоты при v = const и р = const определить: параметры рабочего тела в характерных точках цикла; подведенную и отведенную теплоту; работу, полученную в цикле; термический КПД цикла. Сравнить КПД рассматриваемого цикла с КПД цикла Карно, производимого в том же интервале предельных температур.
Давление р1, температуру t1, степень сжатия, степень повышения давления, степень предварительного расширения выбрать из табл. Построить цикл в координатах р - v.
Рабочее тело – воздух. Масса рабочего тела 1 кг. Считать теплоемкость воздуха в расчетном интервале температур постоянной.

Задача 7
Водяной пар находится при давлении. Определить, пользуясь i - s диаграммой водяного пара, его параметры (температуру, удельный объем, плотность, энтальпию, энтропию, внутреннюю энергию) в трех его состояниях:
а) в состоянии влажного насыщенного пара при заданной степени сухости х
б) в состоянии сухого насыщенного пара
в) в состоянии перегретого пара при заданной температуре t.

Задача 8
В изобарном процессе расширения к 1 кг водяного пара с начальным давлением и степенью сухости подводится теплота. Определить, пользуясь диаграммой водяного пара, параметры начального и конечного состояния пара, работу расширения, изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии пара.

Задача 9
V1, м3, водяного пара при начальном давлении и начальной температуре расширяются адиабатно до конечного давления.
Определить параметры конечного состояния по диаграмме i - s, рассчитать по таблицам состояние пара в начале и конце адиабатного процесса; изобразить процесс в координатах i - s и заполнить сводную табл.; найти работу расширения пара.

Задача 10
Водяной пар с начальным давлением 3 МПа и степенью сухости 0,95 поступает в пароперегреватель, где его температура повышается; после перегревателя пар адиабатно расширяется в турбине до давления. Определить теплоту (на 1 кг пара), подведенную к нему в пароперегревателе; работу и термический КПД цикла Ренкина, степень сухости пара в конце расширения; работу цикла и конечную степень сухости, если после пароперегревателя пар дросселируется до давление.

Задача 11
Определить плотность теплового потока через стенку здания. Стенка выполнена из красного кирпича. Внутренняя поверхность стенки покрыта слоем штукатурки. Определить также температуру в плоскости контакта слоев и построить график распределения температур по толщине стенки. Какова будет плотность теплового потока при толщине стенки, если последняя будет выполнена из:
а) соснового бруса
б) шлакобетона

Задача 12
В варочном котле для варки целлюлозы поддерживается температура. Стенки котла покрыты изнутри обмуровкой, выполненной из бетона с облицовкой керамическими плитками. Стальная стенка котла имеет толщину. Коэффициент теплоотдачи от кислоты к обмуровке составляет 1165 Вт/(м*К), а стали 39 Вт/(м*К). Коэффициент теплоотдачи от стенки котла в окружающую среду можно принять равным 11,65 Вт/(м2*К). Рассматривать стенку котла как плоскую, определить коэффициент теплопередачи, плотность теплового потока через стенку, общее и частные термические сопротивления, температуры поверхностей всех слоев и построить график распределения температур по толщине стенки.

Задача 13
Стена сушилки для сушки пиломатериалов, выполненная из слоя кирпича и слоя изоляции, с двух сторон покрыта слоем штукатурки толщиной 20 мм.
Температура внутреннего воздуха t1, наружного t2. Коэффициент теплоотдачи от наружного воздуха к поверхности стены, от внутренней поверхности стены к воздуху в сушилке.
Определить общее и частные термические сопротивления, коэффициент теплопередачи, плотность теплового потока и теплоту, проходящую через стенку высотой 4 м и длиной 8 м в течение суток. Определить также температуры поверхностей всех слоев и построить график распределения температур по толщине стенки.

Задача 14
По горизонтально расположенной стальной трубе со скоростью течет вода с температурой. Снаружи труба охлаждается окружающим воздухом. Определить: коэффициенты теплоотдачи а1 и а2 соответственно от воды к стенке трубы и от стенки трубы к воздуху; коэффициент теплопередачи и тепловой поток, отнесенный к 1 м длины трубы, если внутренний диаметр трубы равен d1, а внешний - d2.

Задача 15
Определить плотность теплового потока излучением между двумя параллельно расположенными плоскими стенками, имеющими температуры t1 и t2 и степень черноты е1 и е2. Определить плотность теплового потока, если между поверхностями поместить экран со степенью черноты е.

Задача 16
Батарея водяного отопления высотой h, длиной l нагревает воздух в помещении. Определить тепловой поток от поверхности батареи к воздуху (лучистый и конвективный) при стационарном режиме, если температура воздуха в помещении tж, температура наружной поверхности батареи tст. Поверхность батареи, покрытую белой эмалью (е = 0,90), считать плоской.

Задача 17
Определить поверхность нагрева воздухоподогревателя парового котла при прямоточной и противоточной схемах движения теплоносителей, если объемный расход нагреваемого воздуха при нормальных условиях, коэффициент теплопередачи от продуктов сгорания к воздуху. Изобразить графики изменения температур теплоносителей для обоих случаев.

Задача 18
Определить поверхность нагрева рекуперативного теплообменника, в котором вода нагревается горячими газами, если массовый расход нагреваемой воды Gв, коэффициент теплопередачи от горячих газов к воде К. Расчет произвести для прямоточной и противоточной схемы и построить графики изменения температур для обеих схем движения.

Задача 19
На складе котельной леспромхоза имеется 1500 т топлива. Определить состав рабочей, сухой или горючей массы топлива, низшую и высшую теплоту сгорания рабочей массы топлива, запас топлива на складе в тоннах условного топлива, действительный объем воздуха, подаваемого в топку, объем дымовых газов на выходе из котельного агрегата, энтальпию уходящих газов, если доля золы топлива, уносимая продуктами сгорания при сжигании твердого топлива, составляет 0,85.
Рассчитать коэффициент избытка воздуха в дымовых газах за газоходом, если содержание трехатомных газов в них равно, а величина присосов составляет 0,11. Состав сжигаемого топлива и данные для расчета выбрать из табл.

Задача 20
Определить низшую теплоту сгорания природного газа, сжигаемого в топках котла лесопредприятия, и коэффициент избытка воздуха за газоходом при сгорании газа, если продукты сгорания содержат RO2 и J2, величину присосов воздуха по газовому тракту принять 0,11.
Найти действительный объем воздуха, подаваемого в топку, объем дымовых газов на выходе из топки, если температура продуктов сгорания на выходе из топки.

Задача 21
Заданы: вид топлива, паропроизводительность котельного агрегата. Составить тепловой баланс котельного агрегата и определить его КПД (брутто и нетто), если известны: температура топлива на входе в топку 20 С, натуральный расход топлива, давление перегретого пара, температура перегретого пара, температура питательной воды, величина непрерывной продувки 4%, расход пара на собственные нужды 0,01 кг/с, давление пара, расходуемого на собственные нужды, 0,5 Мпа, температура уходящих газов на выходе из последнего газохода, средняя объемная теплоемкость газов при постоянном давлении 1,415 кДж/(м3*К), температура воздуха в котельной 30 С, средняя объемная теплоемкость воздуха при постоянном давлении 1,297 кДж/(м3*К), содержание в уходящих газах оксида углерода и трехатомных газов и потери теплоты от механической неполноты сгорания топлива 4%. Потери теплоты с физической теплотой шлака пренебречь. Теплоту, вносимую в топку воздухом, не учитывать.

Задача 22
В целях повышения экономичности котлоагрегата осуществляется его реконструкция, выраженная в установке водяного экономайзера, в результате чего температура уходящих газов снижается на 35%. Для заданных паропроизводительности котла, его параметров перегретого пара, температуры питательной воды требуется определить расход топлива на котлоагрегат до реконструкции; значение КПД (брутто и нетто) котла при том же расходе пара на собственные нужды и давление пара, расходуемого на собственные нужды и расход топлива после реконструкции. Найти экономию топлива.