# Тгсв

А.В. Рыжков

Рыжков А.В.ТгсвOrigin: http://samlib.ru/r/ryzhkow_aw/tgsw.shtmlСоздан: 27/02/2012, изменен: 27/02/2012, 71kСтатья: Нет============================================================

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 = Рм 106+В*103, (2)

где Рм - 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.

i

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:

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

?U1,2 =(3150 - 4,5*0,025) - (2710 - 4,5*0,05)=440,11

Количество теплоты:

q1,2 = i2 - i1. (9)

q1,2 =3150 - 2710=440

Количество paботы:

I1,2= q - ?U = p1*(v2 - v1). (10)

I1,2= 440 - 440,11=0,11

Аналогично для адиабатного процесса имеем:

?U2,3 = (i3 - P3v3) - (i2 - P2v2);

q2,3 =0;

I2,3 = - ?U= U3 - U2.

?U2,3 =

I2,3 =

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 tм(°C), температуру точки росы tтp (°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 | tм, оС | tтр, 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 tтp.

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.).

I

d

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

влажного воздуха

I

d

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 tг, коэффициент теплоотдачи от газа к стенке ?1. Снаружи труба охлаждается водой со средней температурой tв, коэффициент теплоотдачи от стенки к воде ?2.

Дано:

d1 = 150 мм;

d2 =162 мм;

tг = 1200 оС;

tв = 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 ? (tг - tв). (11)

Линейный коэффициент теплопередачи равен:

1

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

(1/(?1d1)) +((1/2?)*ln d2/d1)+1/?2 d2

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

1

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 tс1, а со стороны воды tс2. Тогда

tс1 = tг - ((q1/?)*(1/?1d1)). (13)

tс1 = 1200 - ((30849,37/3,14)*(1/60*0,15))=108 оС

а температура наружной поверхности стенки трубы равна

tс2 = tг - ((q1/?)*((1/?1d1) +(1/2?1)*(ln d2/d1))). (14)

tc2 = 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 1

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

1 + 1 * ln d2/d1 + 1 * ln d3/d2 + 1

?1d1 2?1 2?2 ?2d3

1

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 tс3 равна

tс3 = tг - qе * 1 + 1 * ln d2/d1 + 1 * ln d3/d2 . (16)

? ?1d1 2?1 2?2

tс3=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 tf1=800 °С, воды tf2 =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*(tf1 - tf2),

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

1

К = ---------------- .

1 + ? ?i + 1

?1 ?i ?2

Для случая "а".

1

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". 1

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". 1

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". 1

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 = tf1 - q 1 ,

?1

t2 = tf1 - q 1 + ?1 ,

?1 ?1

t3 = tf1 - q 1 + ?1 + ?2 ,

?1 ?1 ?2

t4 = tf1 - q 1 + ?1 + ?2 + ?3 ,

?1 ?1 ?2 ?3

t5 = tf1 - 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

14