Основи теплотехнiки i тепломасопереносу

Размещено на http://www.allbest.ru/

Міністерство освіти і науки, молоді та спорту України

Хмельницький національний університет

Контрольна робота

з дисципліни: Основи теплотехнiки i тепломасопереносу

Виконала:

Серебріян Віра

2012

Задача 1

Маса газу М кг, з початковим тиском Р₁=0,1 МПа і початковою температурою t₁⁰С, стискується до зменшення в об'ємі в разів. Стискування відбувається по ізотермі, адіабаті, політропі з показником політропи n.

Визначити для кожного процесу початковий об'єм газу, тиск і температуру газу в кінці стиску, роботу стиску і кількість відведеної або підведеної теплоти в процесі, зміну внутрішньої енергії, ентальпії і ентропії газу. Вказати, який процес стиску найбільш вигідний (за затраченою роботою). Зобразити відносне розташування процесів в P-V i T-S- діаграмах. На графіках процесів вказати числові значення отриманих параметрів.

Дано: газ N₂ (азот двоатомний), t₁=7 ⁰С, М= 6 кг, показник політропи n=1,3, ступінь стиску ж=14, молекулярна маса м=28 кг/кмоль.

Розв'язок.

Початковий питомий об'єм визначаємо з рівняння Клапейрона:

,

де - питома газова постійна;

де - універсальна газова постійна; - молекулярна маса.

Знаходимо початковий питомий об'єм газу:

Кінцевий питомий об'єм:

Розрахуємо ізотермічний процес стиску:

а) тиск в кінці стиску:

б) визначаємо роботу в процесі:

Оскільки зміна внутрішньої енергії дорівнює 0, то кількість відведеної теплоти дорівнює роботі:

.

Визначаємо зміну ентропії в процесі:

Зміна ентальпії рівна 0.

Розрахуємо адіабатний процес стиску:

а) тиск в кінці стиску:

де k - показник адіабати;

б) кінцеву температуру знайдемо з рівняння Клапейрона:

або t₂=847,17 - 273= 574,17 ⁰C в) робота в процесі:

Кількість теплоти в адіабатному процесі рівна 0.

г) Визначаємо зміну ентальпії:

Зміна ентропії в адіабатному процесі рівна 0.

Розрахуємо політропний процес стиску.

а) Тиск в кінці стискування:

б) Кінцеву температуру знайдемо з рівняння Клапейрона:

або t₂ = 618 - 273 = 345 ⁰C

в) Робота в процесі:

г) Кількість теплоти в процесі:

де - теплоємність політропного процесу:

д) Зміну внутрішньої енергії знайдемо за формулою:

Визначаємо зміну ентальпії:

Визначаємо зміну ентропії:

Результати розрахунків заносимо в таблицю.

Зображуємо досліджувані процеси в P-V i T-S діаграмах.

Задача 2

Визначити питому витрату теплоти (кількість теплоти, що затрачена на виділення 1 кг вологи) при сушці в теоретичній сушарці за таких умов:

- температура зовнішнього повітря =10відносна вологість=25 %;

- температура повітря після калорифера =50

- в процесі сушки (адіабатного насичення повітря водяними парами при Н=const) температура вологого повітря зменшується на

- атмосферний тиск - 745 мм рт. ст.

Задачу розв'язати з допомогою h-d діаграми і привести схему розв'язку на ній.

Розв'язок:

Знаходимо початковий стан повітря в h-d діаграмі на перетині ізотерми =10i=25 % (точка а), для якої: ;

Стан повітря після підігріву визначається точкою в на перетині d₁=const і t₂ =50. З цієї точки проводимо лінію h_в =const до перетину з t_c =45 (), де визначаємо точку с, що характеризує стан повітря після сушарки. Для цієї точки: ;

Таким чином, на 1 кг сухого повітря випаровується вологи:

Для випаровування 1 кг вологи, очевидно необхідно:

1000:2,2=454,5 кгс.пов.

Витрати теплоти в калорифері на 1 кг сухого повітря:

Витрата теплоти на випаровування 1 кг вологи (на 416,6 кг сухого повітря):

Задача 3

Розрахувати термічний опір пакета зимового одягу і визначити втрату теплоти через 1 м² одягу, що складається з підкладки, шару ватину товщиною 12 мм, з коефіцієнтом теплопровідності 0,029 Вт/мЧ К, драпу товщиною 4 мм з коефіцієнтом теплопровідності 0,06 Вт/мЧ К, враховуючи, що між ними є повітряний шар товщиною 5 мм з коефіцієнтом теплопровідності 0,023 Вт/мЧ К. Температуру внутрішньої поверхні одягу прийняти 30 ⁰С. Зовнішня поверхня одягу оточена повітрям з температурою -15 ⁰С. Коефіцієнт тепловіддачі від одягу до повітря 17 Вт/м2Ч К. Термічним опором підкладки знехтувати. Розрахувати також температуру на межі шарів і побудувати в масштабі графік зміни її по товщині пакета одягу.

Розв'язок:

Зимовий одяг можна розглядати як багатошарову стінку, термічний опір кожного шару якої

де - товщина шару, м; - коефіцієнт теплопровідності, Вт/(мЧ К). Термічний ж опір тепловіддачі від поверхні одягу в навколишнє середовище Повний термічний опір пакета зимового одягу можна визначити за формулою:

Втрату теплоти через 1 м² зимового одягу визначаємо за формулою:

Температуру між першим і другим шарами знайдемо за формулою:

Температура між другим і третім шарами:

Температура між третім шаром і навколишнім середовищем:

Побудуємо в масштабі графік зміни температури по товщині пакета одягу.

Графік зміни температури по товщині пакета одягу

Сформулюйте фізичний зміст питомої газової постійної.

Дж/(кг К) - питома газова постійна кожного газу, фізичний зміст якої полягає в тому, що вона являє собою роботу, виконану 1 кг газу в ході процесу при постійному тиску і зміні температури на 1 градус.

Задача 4

Запишіть рівняння енергобалансу для основних процесів

Згідно першого закону термодинаміки рівняння

і

є виразом енергетичного балансу термодинамічних процесів.

Розрізняють три форми рівняння енергобалансу. Розглянемо ці рівняння для рівноважних термодинамічних процесів.

За вихідне співвідношення можна прийняти рівняння у диференціальній формі:

Перша форма рівняння енергобалансу

Враховуючи, що dl = Рdv, напишемо рівняння енергобалансу у першій диференціальній формі:

.

Інтегральна форма рівняння для кінцевого процесу має вигляд:

, або .

Друга форма рівняння енергобалансу

Враховуючи визначення поняття ентальпії як термодинамічної функції:

h = u+ Pv,

напишемо:

, або .

Звідси одержимо другу диференціальну формулу рівняння енергобалансу:

.

Інтегральна форма рівняння для кінцевого процесу має вигляд:

, або .

Враховуючи співвідношення:

,

з рівнянь запишемо термодинамічну тотожність:

.

Рівняння першого закону термодинаміки для відкритої системи з врахуванням зміни кінетичної енергії елементарного об'єму газу в потоці для нерухомого каналу без внутрішніх джерел роботи можна записати у вигляді:

.

Рівняння першого закону термодинаміки для потоку газу, коли він здійснює корисну технічну роботу має вигляд:

, або .

Задача 5

Що називають теплопередачею? Поясніть фізичний зміст коефіцієнта теплопередачі.

В фізиці теплопередача -- процес передачі теплової енергії від більш гарячого тіла до більш холодного або безпосередньо (при контакті), або через перегородку, яка розділяє тіла з будь-якого матеріалу. Коли фізичні тіла однієї системи знаходяться при різній температурі , то відбувається передача теплової енергії, або теплопередача від одного тіла до іншого до настання термодинамічної рівноваги. Самовільна передача тепла завжди відбувається от більш гарячого тіла до більш холодного, що є наслідком другого закону термодинаміки. Теплопередачу неможливо зупинити, можна тільки зробити її повільнішою. Коефіцієнт теплопередачі - кількість теплоти, яка передається через одиницю площі поверхні розділу в одиницю часу за різниці температур між теплоносіями 1 К; характеризує інтенсивність передавання теплоти.

Література

питомий втрата теплота термодинамічний

1. Алабовский А.Н., Константинов С.М., Недужий И.А. Теплотехника. - К.: Вища школа, 1986.-255с.

2. Архаров А.И., Исаев С.И., Кожинов И.А. и др. Теплотехника: Учебник для студентов вузов / Под общ. ред. В.И. Крутова. - М.: Машиностроение, 1986.-432с.

3. Нащокин В.В. Техническая термодинаміка и теплопередача: Учеб. пособие для неэнергетических спеціальностей вузов. - М.: Высшая школа, 1980.-496с.

4. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике.-М:Машиностроение, 1973.-344с.

5. Краснощёков Е.А., Сукомел А.С. Задачник по теплопередаче.-2-е изд. перераб. и доп. - М.:Энергия,1969.-264с.

6. Теоретичні основи теплотехніки. Частина 1. Технічна термодинаміка. Конспект лекцій для студентів інженерно-технічних спеціальностей. / В.П Свідерський., О.А. Пасічник, Р.В. Сорокатий. - Хмельницький: технологічний університет Поділля, 2002. - 118с.

7. Теоретичні основи теплотехніки. Частина 2. Основи тепломасообміну. Конспект лекцій для студентів інженерно-технічних спеціальностей. / В.П Свідерський., О.А. Пасічник. - Хмельницький: технологічний університет Поділля, 2003. - 111с.

Размещено на Allbest.ru