Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
Российский Государственный Аграрный Заочный Университет
Факультет энергетики и охраны водных ресурсов
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По дисциплине «Теплотехника»
Теплотехника и применение теплоты
Выполнил: Пермяков А. Г.
Глазов 2010 г.
Задача №1
В процессе изменения состояния 1 кг газа внутренняя энергия его увеличивается на Δu. При этом над газом совершается работа, равная l. Начальная температура газа -t1, конечное давление p2.
Определить для заданного газа показатель политропы n, начальные и конечные параметры, изменение энтропии Δh. Представить процесс в p-v и T-s - диаграммах. Изобразить также (без расчёта) изобарный, изохорный, изотермический и адиабатный процессы, проходящие через ту же начальную точку, и дать их сравнительный анализ.
Дано:= 1 кг
Δu =160 кДж/к=-230 кДж/кг=22˚С=295 К=2,4 Мпа=? показатель политропы
Решение:
Для углекислого газа СО2 молярная теплоёмкость:
в изохорном процессе μcv ≈ 29,3 кДж/(моль·К)
в изобарном процессе μcp ≈ 37,6 кДж/(моль·К)
Массовая теплоёмкость ,
газ СО2 где μ - молекулярная масса газа, для СО2 (μ = 44)
Найти:
По уравнению газового состояния:
pv=mRt
Предварительно определим газовую постоянную R для СО2:
По первому закону термодинамики:
=Δu+l
=160 - 230= - 70 кДж/кг
Удельная массовая теплоёмкость СО2:
Теплота процесса:
=mcp(t2 - t1)
Преобразуем выражение:
По уравнению газового состояния:
=mRt
v2=mRt2
Из формулы работы политропного процесса:
Получаем:
Определим показатель политропы:
= 0,933 (n < 1) - политропа пройдёт выше изотермы, а это значит, что теплоты системе сообщается больше, чем при изотермическом, но меньше, чем при изобарном.
Из формулы соотношения параметров при политропном процессе определяем недостающие данные.
Определим изменение энтропии по формуле:
где
Определим изменение энтальпии для реального газа:
где срм1 , срм2 - соответственно теплоёмкости газа в температурных интервалах от 273 К до t1 и от 273 К до t2.
Определим данные по справочным таблицам для газа:
срм1=0,846 кДж/кг·К
срм2=0,749 кДж/кг·К
Δh=0,749(213-273) - 0,849(295-273)= - 44,94 - 25,91= - 70,85 кДж/кг
Отразим процесс в pv и ts - координатах - координаты= 0,062 МПа ; v1 = 2,16 м3 = 2,4 МПа ; v2 = 0,0167 м3 - координаты=295 К=213 К
Δs = - 1123,7
Контрольный вопрос.
Какова формулировка математическое выражение первого закона термодинамики?
Вся теплота, проводимая к системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и совершение внешней работы.
Q = U2 - U1 + L
= ΔU + L
Задача №2
Определить параметры рабочего тела в характерных точках идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с изохорно-изобарным подводом теплоты (смешанный цикл), если известны давление р1 и температура t1 рабочего тела в начале сжатия. Степень сжатия ε, степень повышения давления λ, степень предварительного расширения ρ заданы.
Определить работу, получаемую от цикла, его термический КПД и изменение энтропии отдельных процессов цикла. За рабочее тело принять воздух, считая теплоёмкость его в расчётном интервале температур постоянной.
Построить на «миллиметровке» в масштабе этот цикл в координатах p - v и T - s.
Дано:
р1 = 0,1 Мпа= 20˚C = 293 K
ε = 15
λ = 1,9
ρ = 1,4
Решение:
Определим показатель адиабаты k :
для идеальных двигателей величина постоянная, зависит от числа атомов в молекуле газа.
Примем в качестве рабочего тела трёхатомный газ, тогда показатель плитропы будет k = 1,29.
По параметрам состояния рабочего тела в узловых точках цикла определяются:
По уравнению состояния идеального газа для точки 1.
=Rt
где R - идеальная газовая постоянная
(для воздуха принимаем μ=28,97)
Тогда
В точке 3:
(v2=v3)
В точке 4:
= p3 = 6,25 Мпа
В точке 5:
v5 = v1 = 0,841 м3
Термический КПД цикла:
Работа, получаемая от цикла, определяется следующим способом.
Определим количество теплоты, изохорно подводимое к рабочему телу в т.3:
= mcv(t3 - t2)
Определим m: pv = mRt
= 0,998·1,012·103·(1220,9 - 642,6) = 584069,12 Дж=584,06 кДж
Работа процесса определяется по формуле:
= 584,06 · 0,531 = 310,13 кДж
Определим изменение энтропии отдельных процессов цикла.
Изменение энтропии определим по формуле:
на участке 1 - 2:
на участке 2 - 3:
на участке 3 - 4:
на участке 4 - 5:
на участке 5 - 1:
Построим в масштабе цикл в pv и ts - координатах:- координаты = 0,1 МПа v1 = 0,841 м3= 3,29 МПа v2 = 0,056 м3 = 6,25 МПа v3 = 0,056 м3
p4 = 6,25 МПа v4 = 0,0785 м3= 0,293 МПа v5 = 0,841 м3 - координаты= 293 K 1-2 Δs = 17,22= 642,6 K 2-3 Δs = 649,52= 1220,9 K 3-4 Δs = 437,43= 1709,3 K 4-5 Δs = - 15,47= 859,2 K 5-1 Δs = - 1088,7
Контрольный вопрос.
В чём смысл второго закона термодинамики?
Второй закон термодинамики исключает возможность создания вечного двигателя второго рода. Имеется несколько различных, но в тоже время эквивалентных формулировок этого закона. 1 - Постулат Клаузиуса. Процесс, при котором не происходит других изменений, кроме передачи теплоты от горячего тела к холодному, является необратимым, то есть теплота не может перейти от холодного тела к горячему без каких либо других изменений в системе. Это явление называют рассеиванием или дисперсией энергии. 2 - Постулат Кельвина. Процесс, при котором работа переходит в теплоту без каких либо других изменений в системе, является необратимым, то есть невозможно превратить в работу всю теплоту, взятую от источника с однородной температурой, не проводя других изменений в системе. политропа газ рабочий тело
Задача №3
Определить потери теплоты за 1 час с 1 м. длины горизонтально расположенной цилиндрической трубы, охлаждаемой свободным потоком воздуха, если известны наружный диаметр d трубы, температура стенки трубы tст и температура воздуха tв в помещении.
Дано:= 120 ммст = 42˚Св = -5˚C
Решение:
Определим значение критерия Грасгофа по формуле:
где g - ускорение свободного падения;
β - термический коэффициент объёмного расширения газов:
Δt - температурный капор между средой и стенкой теплоносителя.
Δt = 42 + 5 = 47˚С- определяющий геометрический размер для трубы.= D = 120 мм = 0,120 м.
γж = 15,06·10-6 - кинематическая вязкость
Определим критерий Прандтля:
где аж - температуропроводность теплоносителя.
λж = 24,4 ·10-3 - коэффициент теплопроводности.
Подставляя значения в формулу, получим:
Определим произведение коэффициентов:
Условие соответствует ламинарному движению по горизонтальной трубе.
По табличным данным определяем коэффициенты к уравнению:
А = 0,5; m = 0,25
По уравнению (критерий Нуссельта):
Или
Определяем:
По уравнению Нуссельта:
где α - коэффициент теплоотдачи
(λж=0,02543)
Количество теплоты:
Переведём Вт в Дж (по соотношению величин теплового потока) 1 Вт=1 Дж/с.
За 1 час потери теплоты составят:= 11,61·3600 = 41,796 кДж/ч.
Контрольный вопрос.
Конвективная теплоотдача определяется критериями Нуссельта (Nu), Прандтля (Pr), Грасгофа (Gr).
Из них число Нуссельта (Nu) определяет теплоотдачу на границе жидкость -твёрдое тело.
Задача №4
Определить площадь поверхности нагрева газоводяного рекуперативного теплообменника, работающего по противоточной схеме. Греющий теплоноситель - дымовые газы с начальной температурой tг΄ и конечной tг˝. Расход воды через теплообменник - Gв , начальная температура воды - tв΄, конечная - tв˝. Коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы - αг и от стенки трубы к воде αв. Теплообменник выполнен из стальных труб с внутренним диаметром d =50 мм и толщиной стенки δ = 1мм. Коэффициент теплопроводности стали λ = 62 Вт/(м·К). Стенку считать чистой с обеих сторон.
Определить также поверхности теплообмена при выполнении теплообменника по прямоточной схеме и при сохранении остальных параметров неизменными.
Для обеих схем движения теплоносителя (противоточной и прямоточной) показать без расчёта графики изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. Указать преимущества противоточной схемы.
Дано:
α1 = 40 Вт/(м2·К)
α2 = 660 Вт/(м2·К)в = 1750 кг/чв΄ = 13˚Св˝ = 113˚Сг΄ = 670˚Сг˝ = 470˚С= 50 мм
δ = 1 мм
λст = 62 Вт/(м·К)
Решение:
Изобразим графики изменения температур теплоносителя по обоим схемам.
Решение:
Δtδ = tг΄- tв΄
Δ΄tм = tг˝- tв˝
Δtδ = 670 - 13 = 657
Δtм = 470 - 113 = 357
Решение:
Δtм = tг΄- tв˝
Δtδ = tг˝- tв
Δtм = Δtδ = 470 - 13 = 457670 - 113 = 557
Можно использовать среднелогарифмический температурный напор:
Прямоток: Противоток:
Определим коэффициент теплопередачи:
Теплота, полученная водой в рекуператоре:
Переведём в секунды:
: 3600 = 203,29 кДж/с
Определим площади поверхности нагрева по схемам:
Прямоток: Противоток:
Преимущество схемы с противотоком в том, что площадь поверхности нагрева требуется меньше, что более экономично по конструктивным соображениям, так как требуется меньше металла.
Задача №5
Определить количество влаги W, потребное количество воздуха L и расход теплоты на сушку Q для конвективной зерносушилки производительностью G1, если начальное значение относительной влажности зерна w1 и конечное w2, влагосодержание d1 и температура воздуха t1 на входе в сушилку, влагосодержание d2 и температура воздуха t2 на выходе из сушилки, температура наружного воздуха t0 = 15˚С.
Изобразить процесс сушки в H - d диаграмме влажного воздуха.
Дано:
G1 = 350 кг/ч
d1 = 0,025 кг/кг.с.в.
d2 = 0,036 кг/кг.с.в.
t1 = 130˚С = 403 К
t2 = 65˚C = 338 К
w1 = 30%
w2 = 22%
t0 = 15˚С = 288 К
Решение:
Количество материала на выходе из сушилки:
Количество испарившейся влаги:
Расход воздуха на сушку:
Расход тепла:
где h1 и h0 - энтальпия воздуха до теплогенератора и после него, кДж/кг.и h0 - определяем по диаграмме h - d влажного воздуха.= 288 К= 403 К= 338 К= 25 г/кг= 36 г/кг= 74 ; h1 = 210
Изобразим на графике:
Контрольный вопрос.
Как определяется тепловой режим сушки различных сельскозяйственных продуктов?
Основными параметрами, определяющими режим сушки, является температура предельно допустимого нагрева материала и продолжительность сушки.
Параметры сушки могут оказать различное влияние на качество высушаемого его материала.
Так, при чрезмерном повышении температуры при сушке зерна тормозятся биологическая активность, уменьшается энергия прорастания и всхожесть, ухудшаются хлебофуражные свойства, ухудшается качество клейковины и т.д.
Список использованной литературы
1. Драганов Б.Х., Кузнецов А.В., Рудобашта С.П. Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве. Учебник для вузов по инженерным специальностям сельского хозяйства. М.: Агропромиздат, 1990 г., - 463 с.
. Теплотехника. Учебник для вузов. / Под редакцией Баскакова А.П. 2-е издание, переработанное. М.: Энергоатомиздат., 1991 г., - 224 с.
. 3ахаров А.А. Практикум по применению теплоты в сельском хозяйстве. М.: Колос, 1985 г., -175 с.
. Рудобашта С.П. и др. Тепло- и водоснабжение сельского хозяйства. Под ред. С.П. Рудобашты. М.: Колос. 1997. - 508 с.