Рыжков А.В.. Тгсв

Министерство общего и профессионального

образования Российской Федерации

ТОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

АРХИТЕКТУРНО-СТРОИТЕЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра "ТЕПЛОГАЗОСНАБЖЕНИЯ И ВЕНТИЛЯЦИИ"

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Тема: "Теплогазоснабжение и вентиляция"

Выполнил /

Проверил .

Томск

Задача N1

В баллоне объемом V находится сжатый газ, при давлении Р₁ и температуре t₁. В результате дополнительной закачки газа в баллон давление в нем стало Р₂, а температура повысилась до t₂. Определить массу газа в баллоне до закачки M₁ и после закачки М₂, плотность газа в первом и втором состоянии ?₁ и ?₂, а также производительность (массовая подача) компрессора G кг/с, если для увеличения массы газа от M₁ до М₂ было затрачено время, равное ?. При этом давление определялось по манометру при атмосферном давлении 100 кПа.

Дано: Решение:

Газ - углекислый; При решении задачи используется уравнение

Р₁ = 0,25 МПа; состояния идеального газа:

t₁ = 15 ⁰С;

V =15 м³; рV= МRT, (1)

Р₂ = 25 Мпа; где р- абсолютное давление газа, Па;

t₂ =40 ⁰С; V- объем газа, м³;

? =55 мин R- газовая постоянная, отнесенная к массе

М₁ - ? ?₁ - ? газа, равной 1 кг, и имеющая для каждого

М₂ - ? ?₂ - ? газа свое значение, Дж/(кг*К);

G - ? М- масса газа, кг;

Т- термодинамическая температура, К.

Определим абсолютное давление газа в Па:

Р = Р_м 10⁶+В*10³, (2)

где Р_м - давление, измеряемое манометром, МПа ;

В - барометрическое давление, кПа.

Р₁=0,25*10⁶+100*10³=0,35 МПа

Р₂=25*10⁶+100*10³=25,1 МПа

Термодинамическая температура, К:

Т = 273+t, (3)

где t - температура, ®С.

Т₁=273+15=288 К

Т₂=273+40=313 К

Газовая постоянная, отнесенная к 1 кг любою газа, будет равна

R = 8314,9/ ?, (4)

где ? - молекулярная масса газа, кг/кмоль.

?(СО₂) =12+16*2=44 кг/кмоль

R = 8314,9/44= 188,98 Дж/(кг*К)

Количество газа, содержащегося в баллоне, кг:

M = PV/RT. (5)

М₁ = 0,35*0,25/188,98*288=1,61 кг

М₂ = 25,1*0,25/188,98*313=106,08 кг

Так как известно начальное количество газа M₁и количество M₂, то тогда массовая подача за время ? равна, кг/с:

G = (M₂ - М₁)/60*?, (6)

где ? - время заполнения баллона в мин.

G = (106,08 - 1,61)/60*55=0,03 кг/с

Плотность газа в начальном и конечном состояниях определяем по уравнению:

?=P/RT. (7)

?₁ = 0,35/188,98*288=6,43

?₂ = 25,1/188,98*313=424,34

Задача N 2

Водяной пар с начальными параметрами Р₁ и x₁=0,95 нагревается при постоянном давлении в пароперегревателе, где его температура увеличивается до t₂. Затем он изоэнтропно расширяется в турбине до давления Р₃. Используя диаграмму i-s для воды и водяного пара, определить: а) параметры пара Р, v, t и его состояние в трех точках процесса, а также степень сухости в точке 3; б) изменение термодинамических функций u, i, s в процессах нагрева и расширения. Изобразить процессы в диаграмме i-s.

Параметры точек 1, 2, 3 представить в таблице 4.

Дополнительно вычислить количество теплоты и величину работы в процессах 1-2 и 2-3.

Дано: Решение:

Р₁ = 4,5 МПа; Решение задачи необходимо представить на

t₂ = 370 ⁰С; i-s - диаграмме водяного пара (приложение1).

Р₃ = 0,002 МПа. С помощью i-s - диаграммы можно определить

по двум известным параметрам все основные

термодинамические величины для любого состояния пара. Нам необходимо построить процесс изобарного нагрева, а затем процесс адиабатного расширения. Для решения задачи необходимо объединить эти процессы. Результат такого объединения представлен на

рис. 1. Точки 1 и 3 расположены в области влажного пара. Для того, чтобы определить температуру точки в области влажного насыщенного пара, зависящую от давления, надо найти точку пересечения заданной изобары с верхней пограничной кривой. Изотерма, начинающаяся в точке пересечения, и будет искомой температурой насыщенного пара.

i₂

i₁

i₃

S₁ S₂=S₃ S

Рис. 1 Изображение процесса нагрева 1-2 и адиабатического

расширения водяного пара в координатах i-s.

Таблица 4

N точки	t, ⁰С	Р, МПа	i, кДж/кг	S, кДж/кг*К	х	V, м³/кг	U, кДж/кг
1	250	4,5	2710	5,8	0,95	0,05
2	370	4,5	3150	6,6		0,025
3		0,002

Для изобарного процесса изменения внутренней энергии пара:

?U_1,2 = U₂ - U₁=(i₂ - P₁v₂) - (i₁ - P₁v₁). (8)

?U_1,2 =(3150 - 4,5*0,025) - (2710 - 4,5*0,05)=440,11

Количество теплоты:

q_1,2 = i₂ - i₁. (9)

q_1,2 =3150 - 2710=440

Количество paботы:

I_1,2= q - ?U = p₁*(v₂ - v₁). (10)

I_1,2= 440 - 440,11=0,11

Аналогично для адиабатного процесса имеем:

?U_2,3 = (i₃ - P₃v₃) - (i₂ - P₂v₂);

q_2,3 =0;

I_2,3 = - ?U= U₃ - U₂.

?U_2,3 =

I_2,3 =

Задача N 3

Воздух имеет температуру t₁ и относительную влажность ?₁. Перед тем, как быть использованным для вентиляции помещения, воздух нагревается в калорифере, а затем увлажняется путем впрыскивания в него распыленной воды. В результате нагревания и увлажнения достигается температура t₃ и относительная влажность ?₃.

Дано:

t₁ = 5 ®C;

?₁ = 80 %;

t₃ = 27 ®C;

?₃ = 60 %.

Требуется:

а) определить с помощью I-d диаграммы влажного воздуха, приведенной в приложении 2, положение точки 2;

б) найти параметры влажного воздуха в точках 1, 2, 3 : температуру t, температуру мокрого термометра t_м(®C), температуру точки росы t_т_p (®С), относительную влажность ?(%), влагосодержание d (г/кг с.в.), энтальпию I (кДж/кг с.в.), парциальное давление водяных паров (кПа);

в) количество теплоты q (кДж/кг с.в.), подведенной в калорифере, и количество впрыснутой в воздух влаги ?d (г/кг с.в.).

Параметры представить в таблице 6 и изобразить процесс 1-2-3 в

I-d диаграмме (условно).

Таблица 6

N точки	t, ^оС	t_м, ^оС	t_тр, ^оС	?, %	P, кПа	I, КДж/кг	d, г/(кг с.в.)
1	5	4	2	80			4,5
2		21	2				4,5
3	27	21	18	60			14

На рисунке 2 по значению температуры и относительной влажности нанесены точки 1 и 3. Для нахождения, положения точки 2 необходимо из точки 1 по линии d=const подняться до пересечения с линией энтальпии, проходящей через точку 3. Точка пересечения этих линий дает положение точки 2.

На рис. 3 показано определение температуры точки росы и температуры "мокрого" термометра по параметрам точки 1.

Для определения температуры точки росы необходимо из точки 1 провести вертикаль (линию d=const) до пересечения с линией

?=100 % . Изотерма, проходящая через точку пересечения. 2, определят температуру точки росы t_т_p.

Для определения температуры "мокрого" термометра по линии I=сonst проходящей через точку 1, спускаемся до пересечения с кривой ? =100 %. Изотерма, проходящая через точку пересечения, определит искомую температуру "мокрого" термометра.

Значение энтальпии влажного воздуха, найденное по приложению 2, необходимо выразить в кДж; (по условию 1 ккал/кг с.в.=4,186 кДж/кг с.в.).

Рис.2. Определение положение точки 2 на I - d диаграмме

влажного воздуха

Рис.3. Определение температуры точки росы

и температуры "мокрого" термометра

Задача N 4

По стальной трубе, внутренний и внешний диаметры которой d₁ и d₂ , а теплопроводность материала, трубы ?=40 Вт/(м*К), течет газ со средней температурой t_г, коэффициент теплоотдачи от газа к стенке ?₁. Снаружи труба охлаждается водой со средней температурой t_в, коэффициент теплоотдачи от стенки к воде ?₂.

Дано:

d₁ = 150 мм;

d₂ =162 мм;

t_г = 1200 ^оС;

t_в = 80 ^оС;

?₁ = 60 Вт/(м²*К);

?₂ = 4000 Вт/(м²*К).

Определить коэффициент теплопередачи K₁ oт газа к воде, тепловой поток на 1м длины трубы q₁ и температуры поверхностей трубы. Определить также температуру внешней поверхности трубы и q₁, если она покрылась слоем накипи толщиной ?=2мм, теплопроводность которой ?₂=0,8 Вт/(м*К)

(при ?₂=сonst).

Ответить на вопрос: при каких значениях d₂/d₁ (близких к единице или гораздо больших единицы) цилиндрическую стенку для расчетов без большой погрешности можно заменить плоской стенкой?

Решение:

Тепловой поток, отнесенный к единице длинны трубы, измеряется Вт/м и называется линейной плотностью теплового потока.

Для однослойной цилиндрической стенки он равен :

q₁=K₁ ? (t_г - t_в). (11)

Линейный коэффициент теплопередачи равен:

К₁ = -------------------------- . (12)

(1/(?₁d₁)) +((1/2?)*ln d₂/d₁)+1/?₂d₂

и измеряется в Вт/(м*К), Эта величина характеризует интенсивность передачи тепла oт газа к воде через разделяющую их стенку.

К₁ = ------------------------------ = 8,772 Вт/(м*К)

(1/(60*0,15))+((1/240)*ln 0,162/0,15)+1/4000*0,162

q₁ = 8,772*3,14*(1200 - 80)= 30849,37 Вт/м

Пусть температура стенки со стороны газа t_с1, а со стороны воды t_с2. Тогда

t_с1 = t_г - ((q₁/?)*(1/?₁d₁)). (13)

t_с1 = 1200 - ((30849,37/3,14)*(1/60*0,15))=108 ^оС

а температура наружной поверхности стенки трубы равна

t_с2= t_г - ((q₁/?)*((1/?₁d₁) +(1/2?₁)*(ln d₂/d₁))). (14)

t_c2 = 1200 - ((30849,37/3,14)*((1/60*0,15)+(1/240)*(ln 0,162/0,15)))=100 ^оС

Учтем влияние накипи на величины K₁ и q₁. Наружный диаметр трубы с учетом слоя накипи толщиной 0,002 м равен

d₃=d₂ + 2* 0,002.

d₃ =0,162+2*0,002=0,166 м

В свою очередь

К₁ = ---------------------------------- . (15)

1 + 1 * ln d₂/d₁ + 1 * ln d₃/d₂ + 1

?₁d₁ 2?₁ 2?₂ ?₂d₃

К₁ =------------------------------------------------ =1,353 Вт/(мК)

1 + 1 * ln 0,162/0,15 + 1 * ln 0,166/0,162 + 1

60*0,15 2*40 2*0,8 4000*0,166

Зная K₁ по формуле (11) находим линейную плотность теплового потока.

q₁ = 1,353*3,14*(1200 - 80)=4758,23 Вт/м

Температура внешней поверхности накипи t_с3 равна

t_с₃= t_г - q_е * 1 + 1 * ln d₂/d₁ + 1 * ln d₃/d₂ . (16)

? ?₁d₁ 2?₁ 2?₂

t_с₃=1200 -4758,23 * 1 + 1 * ln 0,162/0,15 + 1 * ln0,166/0,162=

3,14 60*0,15 2*40 2*0,8

= 1006,03 ^оС

Задача N 5

Тепло дымовых газов передается через стенку котла кипящей воде. Принимая температуру газа t_f₁=800 ®С, воды t_f₂ =140 ®C, коэффициент теплоотдачи газами стенке ?₁ =120 Вт/(м2*К) и от стенки к воде ?₂ =1500 Вт/(м2*К). Решить задачу, считая стенку плоской.

Требуется определить термические сопротивления R, коэффициенты теплопередачи К и количество теплоты q, передаваемое от газов к воде через 1м² поверхности стенки в секунду для следующих случаев:

а) стенка стальная, совершенно чистая, толщина ?₂ =8 мм, теплопроводность материала стенки ?₂=50 Вт/(м*К);

б) стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи толщиной ?₃=2 мм, теплопроводность ?₃=2,0 Вт/(м*К);

в) случай "б", дополнительное условие: на поверхности накипи имеется слой масла толщиной ?₄=1мм, ?₄=0,1 Вт/(м*К);

г) случай "в", дополнительное условие: со стороны газов стенка покрыта, слоем сажи толщиной ?₁=1 мм, ?₁=0,2 Вт/(м*К).

Приняв количество теплоты, для случая "а" за 100 %, определить в процентах количество теплоты для всех остальных случаев.

Определить температуры всех слоев стенки для случая "г".

Решение:

Для расчета теплопередачи через плоскую многослойную стенку следует использовать формулу:

q = K?t = K*(t_f1 - t_f2),

где К - коэффициент теплопередачи, Вт/(м²*К)

К = ---------------- .

1 + ? ?_i + 1

?₁ ?_i ?₂

Для случая "а".

К = ------------------ = 5,917 Вт/(м²*К)

1 + 8 + 1

120 50 1500

q = 5,917*(800 - 140) = 3905,22

R =1/К = 1/5,917 = 0,169

Для случая "б".

К = ------------------ = 0,991 Вт/(м²*К)

1 + 2 + 1

120 2 1500

q = 0,991*(800 - 140) = 654,06

R = 1/0,991 = 1,009

Для случая "в".

К = ------------------ = 0,1 Вт/(м²*К)

1 + 1 + 1

120 0,1 1500

q = 0,1*(800 - 140) = 66

R = 1/0,1 = 10

Для случая "г".

К = ------------------ = 0,2 Вт/(м²*К)

1 + 1 + 1

120 0,2 1500

q = 0,2*660 = 132

R = 1/0,2 = 5

Определим в процентах количество теплоты для случая "б"

3905,22 - 100 %

654,06 - Х %

Х = (654,06*100)/3905,22 = 16,75 %

Для случая "в"

3905,22 - 100 %

66 - Х %

Х = (66*100)/3905,22 = 1,69 %

Для случая "г"

3905,22 - 100 %

132 - Х %

Х = (132*100)/3905,22 = 3,38 %

Температуры поверхностей слоев аналитически подсчитывают по равенствам для случая "в",

t₁ = t_f1 - q 1 ,

?₁

t₂= t_f1- q 1 + ?₁ ,

?₁ ?₁

t₃ = t_f1- q 1 + ?₁ + ?₂ ,

?₁ ?₁ ?₂

t₄ = t_f₁- q 1 + ?₁ + ?₂ + ?₃ ,

?₁ ?₁ ?₂ ?₃

t₅ = t_f₁- q 1 + ?₁ + ?₂ + ?₃ + ?₄ ,

?₁ ?₁ ?₂ ?₃ ?₄

Задача N 6

Определить удельный лучистый поток q (в ваттах на квадратный метр) между двумя параллельно расположенными плоскими стенками, имеющими температуры t₁ и t₂ и степень черноты ?₁ и ?₂, если между ними расстояние ? мало.

Дано: Решение:

?₁ = 0,62; Удельный лучистый поток между двумя

?₂ = 0,54; параллельными стенками можно определить по формуле:

t₁ = 800 ^оС;

t₂ = 50 ^оС. q = ?_1,2 *С₀((Т₁/100)⁴ - (Т₂/100)⁴),

q - ? ?₁ - ?

?₂ - ? где Т₁ - абсолютная температура первой стенки, К;

Т₂- абсолютная температура второй стенки, К;

С₀ - коэффициент излучения абсолютно черного тела, равный 5,67 Вт/м²К⁴;

?_1,2 - приведенная степень черноты тела, определяемая из выражения:

?_1,2 = 1 .

(1/ ?₁) +(1/ ?₂) - 1

?₁_,2 = 1 = 0,406

(1/0,62)+(1/0,54) - 1

q = 0,406*5,67((1073/100)⁴ - (323/100)⁴) = 30264,058

Оставить комментарий © Copyright Рыжков А.В. (sania.r.76@mail.ru) Размещен: 27/02/2012, изменен: 27/02/2012. 71k. Статистика. Статья:		Ваша оценка:

Рыжков А.В. : другие произведения.

Тгсв