Теплофизика ТТ.136.1

Помощь он-лайн только по предварительной записи

ТТ.136.1

Часть задач есть решенные, контакты

 1.1. Баллон с кислородом емкостью 20 л находится под давлением 100 бар при температуре 15 °С. После расходования части кислорода давление понизилось до 76 бар, а температура упала до 10 °С. Определить массу израсходованного кислорода.

Стоимость: 60 руб

1.2. Газ при давлении 1,4 МПа и температуре 55 °С имеет объем 4 л. Чему равен объем этой массы газа при нормальных условиях?

1.3. В баллоне находится газ при температуре 20 °С. Во сколько раз уменьшится давление газа, если 25% его выйдет из баллона, а температура при этом понизится на 10 °С?

1.4. При уменьшении объема газа в 5 раз давление увеличилось на 200 КПа, а абсолютная температура увеличилась на 10%. Каким было первоначальное давление?

1.5. В баллоне емкостью V = 6,2 л находится азот при нормальных условиях (НУ). После того, как в баллон было дополнительно введено некоторое количество азота, давление в баллоне возросло до Р2 = 1,8 атм, а температура не изменилась. Определить массу азота, введенного в баллон.

1.6. В баллоне объемом 5 л находится азот под давлением 1,3 МПа и при температуре 27 °С. После того как из баллона было взято 10 г азота, температура в баллоне понизилась до 12 °С. Определить новое значение давления в баллоне.

1.7. При какой температуре находился газ в закрытом сосуде, если при нагревании его на 120 К давление возросло в 2,5 раза?

1.8. Какая масса воздуха m выйдет из комнаты объемом V = 30 м3 при повышении температуры от Т1 = 290 К до Т2 = 320 К при давлении равном 1 атм?

1.9. В баллоне емкостью 40 л находится кислород при давлении 112 ат по манометру; температура его 37 °С, атмосферное давление равно 736 мм рт. ст. Определить массу кислорода?

1.10. Масса пустого баллона для кислорода емкостью 50 л равна 80 кг. Определить массу баллона после заполнения его кислородом при температуре 20 °С до давления 100 бар.

1.11. Определить плотность окиси углерода (СО) при Р = 1 бар и температуре 15 °С.

1.12. В цилиндре с подвижным поршнем находится 0,8 м3 воздуха при давлении 0,5 МПа. Как должен измениться объем, чтобы при повышении давления до 0,8 МПа температура воздуха не изменилась.

1.13. Давление газа в баллоне при температуре 42 °С равно 6,1 МПа. Предельное давление, которое может выдержать баллон, составляет 40 МПа. При какой температуре возможен разрыв стенок баллона?

1.14. Во сколько раз объем определенной массы газа при –20 °С меньше, чем при 20 °С, если давление в обоих случаях одинаковое?

2.1. В 1 м3 сухого воздуха содержится примерно 0,21 м3 кислорода и 0,79 м3 азота. Определить массовый состав воздуха и его газовую постоянную.

2.2. Смесь газов состоит из водорода (Н2) и окиси углерода (СО). Массовая доля водорода равна 6,67%. Определить газовую постоянную смеси и ее удельный объем при нормальных условиях.

2.3. Объемный состав сухих продуктов сгорания топлива (не содержащих водяных паров) следующий: СО2 = 12,3%; О2 = 7,2%; N2 = 80,5%. Найти кажущуюся молекулярную массу и газовую постоянную, а также плотность и удельный объем продуктов сгорания при Р = 760 мм рт. ст. и t = 800 °С.

2.4. Массовый состав смеси следующий: СО2 = 18%; О2 = 12% и N2 = 70%. До какого давления нужно сжать эту смесь, находящуюся при нормальных условиях, чтобы при t=180°С 8 кг ее занимали объем, равный 4 м3.

2.5. Определить массовый состав газовой смеси, состоящей из углекислого газа и азота, если известно, что парциальное давление углекислого газа (СО2) равно 1,2 бар, давление смеси Рсм= 3 бар.

2.6. Газовая смесь имеет следующий массовый состав: СО2 = 12%; О2 = 8% и N2 = 80%. До какого давления нужно сжать эту смесь, чтобы плотность ее составляла 1,6 ?

2.7. Определить массовый и объемный составы смеси водорода с азотом, если газовая постоянная ее равна R = 922 . Давление смеси равно 720 мм рт. ст.

2.8. Определить парциальные давления компонентов смеси водорода с азотом, если известно, что давление смеси равно 0,96 105 Па, а ее газовая постоянная равна R = 922 .

2.9. При давлении 820 мм рт. ст. и температуре 27 °С плотность смеси кислорода О2 и углекислого газа СО2 равна 1,7 . Определить массовый и объемный составы смеси.

2.10. В смеси окиси углерода (СО) и углекислого газа (СО2) находится 12 кг окиси углерода: молярная масса смеси равна 41 . Определить массу смеси.

2.11. Плотность смеси азота N2 и углекислого газа СО2 при давлении 1,4 бар и температуре 45°С равна 2.1 . Определить массовый и объемный составы смеси.

2.12. В резервуаре емкостью 10 м3 под давлением 1,6 бар находится газовая смесь, состоящая из 8 кг азота N2, 6 кг кислорода О2 и некоторого количества углекислого газа СО2. Температура смеси 27 °С. Определить массу углекислого газа и парциальные давления компонентов.

3.1. Как и насколько изменяется температура 0,5 кг кислорода, совершающего при адиабатном расширении работу L = 1,5 кДж? Определить изменение внутренней энергии кислорода при данных условиях.

3.2. При изобарном расширении азота была совершена работа 52 кДж. Определить количество теплоты, которое было сообщено газу, а также изменение внутренней энергии азота?

3.3. Вычислить конечную температуру двухатомного газа, находящегося в баллоне емкостью V = 1 м3 при давлении Р1 = 0,21 МПа и температуре Т1 = 300 К, если этому газу сообщено количество теплоты Qv= 960 Дж.

3.4. Определить увеличение внутренней энергии трехатомного газа, находящегося под давлением Р = 2,0 бар, если его объем изобарно увеличивается на 1,8 л. Вычислить также количество теплоты, получаемое газом при этом процессе.

3.5. Какое количество теплоты сообщено 2 кг кислорода, а также определить конечный объем, если при температуре 30 °С  и давлении Р1 = 0,7 МПа газ расширяется изотермически до давления Р2 = 0,12 МПа?

3.6. 1,5 м3 гелия при 37 °С и давлении 0,25 МПа сжимается изотермически до давления 1,25 МПа. Определить конечный объем и выполненную работу в процессе.

3.7. Каково изменение внутренней энергии 1,1 кг гелия при изобарном повышении его температуры на 55 К? Вычислить работу, совершенную газом, и сообщенное ему количество теплоты.

3.8. Давление гелия, находящегося в сосуде объемом V = 3 л, после нагревания возросло на 4,2×105 Па. Определить количество теплоты, сообщенное газу.

3.9. Определить изменение внутренней энергии 0,5 кг NH3, охлаждающегося при V = const, если его начальная температура равна 413 К, а давление в результате охлаждения уменьшилось от 8 МПа до 2,02 МПа.

3.10. Определить количество теплоты, сообщенное 7 кг гелия при повышении его температуры на 11 К при V = const. Каковы совершенная газом работа L и изменение его внутренней энергии?

3.11. 2,4 кг водорода при температуре 10 °С и давлении 0,4 МПа изотермически расширяется до давления 0,28 МПа. Определить конечный объем и работу расширения в процессе.

3.12. Работа, затрачиваемая на адиабатное сжатие 3 кг азота, составляет 470 кДж. В начальном состоянии давление и температура азота соответственно равны 1 бар и 15 °С. Определить конечную температуру и изменение внутренней энергии.

4.1. Определить скорость истечения воздуха из воздуховода с избыточным давлением 2,3 кПа в помещение с нормальными условиями.

4.2. Определить скорость истечения СО из трубопровода с давлением 4,5 МПа в помещение с давлением 770 мм рт. ст. и температурой 15 °С.

4.3. Определить скорость истечения ацетилена С2Н2 из трубопровода с избыточным давлением 4,7 кПа в помещение с давлением 1,1 Ат и температурой 280 К.

4.4. Определить скорость истечения этилена С2Н4 из трубопровода с давлением 4,1 МПа в помещение с нормальными условиями.

4.5. Определить скорость истечения гелия Не из трубопровода с избыточным давлением 5,2 кПа в помещение с комфортными условиями.

4.6. Определить скорость истечения аргона Ar из трубопровода с давлением 3,3 МПа в помещение со стандартными условиями.

4.7. Определить величину расхода воздуха, вытекающего с температурой 75°С через отверстие диаметром 8 мм из воздуховода с давлением 150 кПа в помещение с давлением 730 мм рт. ст. и температурой 310 К.

4.8. Определить величину расхода окиси углерода СО, вытекающего с температурой 400 °С через отверстие диаметром 6 мм из трубопровода с давлением 2,4 МПа в помещение с давлением 0,9 Ат и температурой 5 °С.

4.9. Определить величину расхода гелия, вытекающего с температурой 300 °С через отверстие диаметром 7 мм из трубопровода с давлением 290 кПа в помещение со стандартными условиями.

4.10. Определить величину расхода аргона Ar, вытекающего с температурой 450°С через отверстие диаметром 2 мм из трубопровода с избыточным давлением 20 кПа в помещение с комфортными условиями.

4.11. Определить расход ацетилена С2Н2 из трубопровода с избыточным давлением 2,9 кПа через отверстие диаметром 4 мм в помещение с нормальными условиями.

4.12. Определить величину расхода углекислого газа СО2, вытекающего с температурой 95°С через отверстие диаметром 3 мм из воздуховода с давлением 435 кПа в помещение с давлением 0,85 ат и температурой 20 °С.

5.1. Манометр, установленный на магистральном трубопроводе стационарной установки парового пожаротушения показывает давление сухого насыщенного пара 0,07 МПа. С какими параметрами (удельный объем, энтальпия, энтропия, внутренняя энергия) будет поступать пар в распределительный трубопровод, если барометрическое давление равно 750 мм рт. ст.?

5.2. Температура насыщенного пара в магистральном трубопроводе установки парового пожаротушения равна 150 °С. Определить величину давления пара.

5.3. Для тушения пожара в сушильную камеру объемом 120 м3 подано 10 кг пара с давлением 0,1 МПа и степенью сухости 0,97. Определить концентрацию пара в сушильной камере и необходимое количество пара, чтобы его концентрация увеличилась до 35% по объему.

5.4. В установку парового пожаротушения водяной пар поступает при давлении 0,14 МПа и температуре 150 °С. При выходе в помещение пар расширяется по адиабатному процессу до давления 0,099 МПа. Определить объем пара в конце расширения, если через установку подано 30 кг пара.

5.5. Для тушения пожара в окрасочной камере предусмотрена установка парового пожаротушения с расходом 10 кг/мин водяного пара с давлением 0,13 МПа и температуре 140 °С. При входе в камеру пар расширяется по адиабатному процессу до давления 0,1 МПа. Определить конечную температуру, его энтальпию и количество пара в 1 м3, поступающего в камеру в течение 3 мин.

5.6. Для аварийного слива жидкости применили водяной пар с давлением 0,2 МПа и температурой 150 °С. При входе в резервуар, пар расширяется по адиабатному закону до давления 0,12 МПа. Определить объем пара в конце расширения, если трубопровод подано 45 м3 при начальных параметрах.

5.7. Ниже какой температуры углекислый газ можно перевести в жидкое состояние?

5.8. Может ли быть переведен в жидкое состояние аммиак при комфортной температуре?

5.9. Сколько тепла необходимо отвести от 1 кг углекислого газа, чтобы при давлении 4,506 МПа его превратить в жидкость? Начальная температура соответствует комфортным условиям.

5.10. Каково давление насыщенного пара углекислоты при температуре -10 °С?

5.11. Давление насыщенного пара в углекислотном огнетушителе при температуре 20 °С равно 5,733 МПа. В результате выпуска пара при тушении пожара давление в огнетушителе понизилось до 0,555 МПа.

Какая в этот момент установится температура жидкой и паровой фаз?

5.12. Сколько тепла необходимо отвести от 1 кг сухого насыщенного пара углекислоты при температуре +20 °С и температуре 20 °С, чтобы превратить его в жидкость.

6.1. В конденсационной турбине начальное давление пара 3,5 МПа и начальная температура пара 435 °С. Давление пара в конденсаторе 4 кПа, а количество конденсирующего пара 12 кг/с. Определить количество тепла, отдаваемое паром в конденсаторе турбины, если относительный внутренний коэффициент полезного действия турбины 0,76.

6.2. Паротурбинная установка мощностью 6 МВт работает при начальном давлении пара 3,43 МПа и температуре 435 °С. Давление пара в конденсаторе 3,92 кПа. Определить часовой расход и массу трехсуточного запаса топлива с теплотой горения 39,74 МДж/кг, коэффициент полезного действия котельной установки 0,8.

6.3. Определить величину термических коэффициентов полезного действия двух паротурбинных установок мощностью по 25 МВт каждая. Одна работает при начальном давлении пара 3,43 МПа и температуре 435 °С, вторая при начальном давлении 8,82 МПа и температуре 500 °С. Давление отработавшего пара в обеих турбинах одинаково и равно 5 кПа.

6.4. Газотурбинная установка переносной мотопомпы с подводом тепла при постоянном давлении и полной регенерации. Определить, на сколько процентов экономичнее цикл газотурбинной установки с регенерацией, чем без регенерации, при начальной температуре 20 °С, конечной температуре 450 °С, степень повышения давлений 6. Рабочее тело —воздух.

6.5. Газовая турбина, работающая по циклу с подводом теплоты при постоянном давлении, используется в качестве двигателя на мотопомпе. Определить термический коэффициент полезного действия турбины, количество подводимой и отводимой теплоты и работу цикла. Известно, что начальное давление равно 0,1 МПа, начальная температура 40 °С, степень повышения давления равно 9, степень предварительного расширения 1,5. Рабочее тело — 1 кг воздуха сжимается и расширяется по адиабате с показателем 1,4.

7.1. Определить мощность двигателя для привода машины, расход воздуха, холодильный коэффициент и количество тепла, передаваемое окружающей среде, если температура в охлаждаемом помещении 10 °С, а температура окружающей среды 20 °С. Холодопроизводительность воздушной холодильной машины 1000 МДж/час. Давление воздуха на выходе из компрессора 0,5 МПа, а в холодильной камере 0,1 МПа.

7.2. Какой мощности двигатель необходимо поставить на холодильную машину, если температура в холодильной камере равна 5 °С, окружающей среды 20 °С, холодопроизводительность 500 МДж/час. Максимальное давление воздуха в установке 0,55 МПа, минимальное давление 0,11 МПа.

7.3. Холодопроизводительность воздушной холодильной установки равна 100 МДж / час. Максимальное давление 0,55 МПа, минимальное давление 0,11 МПа, температура воздуха в начале сжатия 3 °С, а при выходе из охладителя 17 °С. Сжатие и расширение воздуха происходит по политропе с показателем 1,25. Определить  холодильный коэффициент установки и потребную теоретическую мощность двигателя.

7.4. Компрессор аммиачной холодильной установки имеет мощность 50 кВт. Из компрессора сухой насыщенный пар аммиака при температуре 27 °С направляется в конденсатор, после которого жидкость расширяется в дроссельном вентиле с энтальпией 1557 кДж/кг. Температура испарения аммиака в охлаждаемой среде –13 °С. Определить холопроизводительность установки.

7.5. Паровая компрессорная холодильная установка работает на аммиаке с температурой испарения –15 °С. Из испарителя выходит сухой насыщенный пар. Температура конденсации пара равна 20 °С, энтальпия 1542 кДж/ кг. Сконденсированный аммиак охлаждается дросселирова-нием. Определить холодильный коэффициент установки.

7.6. Для отопления здания может быть использован тепловой насос, в результате работы которого тепло передается источнику с более высокой температурой, чем окружающая среда. Сколько тепла может передавать тепловой насос, если окружающая среда имеет температуру –10 °С, температура отопительной поверхностей 25 °С? Мощность двигателя компрессора 20 кВт, холодильный реагент — аммиак.

8.1. Газовый анализ продуктов сгорания антрацитового штыба обнаружил 1% СО. Оценить приблизительно химический недожег (имейте ввиду, что все газоанализаторы дают содержание компонентов в сухом газе).

8.2. При испытании котла или печи, работающей на твердом топливе, раздельно определяют содержание горючих (в процентах массы) и шлака, а также доли золы, проваливающейся сквозь отверстия решетки (в слоевых топках) сбрасываемой с решетки в виде шлака и уносимой газами.

8.3. Какое количество воздуха должен инжектировать 1 м3 природного газа, чтобы горение протекало при коэффициенте избытка воздуха равным 1,2?

8.4. На какой способ сжигания бурого угля лучше всего ориентировать топку котла мощностью 150 МВт?

8.5. На электрической станции для привода турбины мощностью 1200 МВт предусмотрен котел. Определить примерный объем его топки, если коэффициент полезного действия равен 40%.

8.6. В вентиляционном воздухе, выходящем из угольной шахты, содержится 5% (объемных) метана. Рассчитать, нужно ли подмешивать
к этой смеси дополнительный воздух для сжигания метана с коэффициентом избытка равным 1,2, и если нужно, то сколько. Как изменилась бы ситуация, если бы вместо метана был бы сжиженный газ?

9.1. Вычислить плотность теплового потока через плоскую однородную стенку, толщина которой значительно меньше ширины и высоты, если стенка выполнена из дитомитого кирпича (λ = 0,11 Вт/(м×К).

9.2. Плотность теплового потока через плоскую стенку толщиной 50 мм составляет 70 Вт/м2. Определить разность температур на поверхностях стенки и градиент температуры в стенке, если она выполнена из красного кирпича.

9.3. Определить потерю тепла через стенку из красного кирпича длиной 5 м и высотой 4 м и толщиной 250 мм, если температуры на поверхностях стенки поддерживаются 110 °С и 40 °С.

9.4. Обмуровка печи состоит из слоев шамотного и красного кирпичей, между которыми расположена засыпка из диатомита. Толщина шамотного слоя 120 мм, диатомитовой засыпки 50 мм и красного кирпича 250 мм. Какой толщины следует сделать слой из красного кирпича, если отказаться от применения засыпки из диатомита, чтобы тепловой поток через обмуровку оставался неизменным?

9.5. Стенка неэкранированной топочной камеры парового котла выполнена из слоя пеношамота толщиной 125 мм и слоя красного кирпича толщиной 500 мм. Слои плотно прилегают друг к другу. Вычислить тепловые потери через 1 м2 стенки топочной камеры и температуру в плоскости соприкосновения слоев.

9.6. Стены сушильной камеры выполнены из слоя красного кирпича толщиной 250 мм и слоя строительного войлока. Температуры на внешней поверхности кирпичного слоя 110 °С и на внешней поверхности войлока 25 °С. Вычислить температуру в плоскости соприкосновения слоев и найти толщину войлочного слоя при условии, чтобы тепловые потери через 1 м2 стенки камеры не превышали 110 Вт/м2.

10.1. Во сколько раз уменьшаются теплопотери через стенку здания, если между двумя слоями кирпичей толщиной по 250 мм установить прокладку пенопласта толщиной 50 мм, λк = 0,5 Вт/(м×К); λп = 0,05 Вт/(м×К).

10.2. Определить допустимую толщину слоя накипи богатой известью, отложившейся на поверхности стенки барабана котла, с тем, чтобы температура на поверхности стенки не превышала 700 °С. Толщина листовой углеродистой стали 20 мм. Температура слоя накипи со стороны пара равна 250 °С. Плотность теплового потока равна 35 кВт/м2. Плотность накипи равна 1000 кг/м3.

10.3. Определить температуру на наружной поверхности  стального  трубопровода, внутренний диаметр которого равен 35 мм, наружный 38 мм. Температура на внутренней поверхности паропровода равна 170 °С.  Плотность теплового потока на 1 погонный метр паропровода равна 300 Вт/м.

10.4. Паропровод, внешний диаметр которого равен 150 мм, покрыт двухслойной изоляцией. Внутренний слой толщиной 50 мм — стеклянная выта, наружный — цементный раствор, коэффициент теплопроводности которого 0,8 Вт/(м×К) и толщина 10 мм. Температура стенки паропровода 170 °С, тепловой поток через 1 погонный метр паропровода 130 Вт/м. Определить температуру на границе соприкосновения слоев и температуру на внешней поверхности теплоизоляции.

10.5. Через противопожарную преграду проходит стальной стержень, боковая поверхность которого тщательно теплоизолирована, т. е. стержень представляет полуограниченное тело. Торец стержня нагревается до температуры 1000 °С, которая затем остается постоянной. Начальная температура стержня равна 20 °С. Определить температуру стержня на выходе из стены толщиной 25 см в смежное помещение через 45 минут после начала нагрева.

10.6. Плита перекрытия толщиной 200 мм изготовлена из бетона на гранитном щебне. Плита нагревается с одной стороны в условиях «стандартного» пожара. Начальная температура равна 20 °С. Определить температуру в плите на глубине 3 см через 90 минут после начала теплового воздействия.

10.7. Определить температуру на поверхности дощатой перегородки толщиной 7 см  в противопожарной отступке через 3 часа теплового воздействия, если температура поверхности стенки в отступке равна 200 °С. Пусть размеры поверхностей теплообмена велики по сравнению с расстоянием между ними.

10.8. Железобетонная плита перекрытия толщиной 20 см изготовлена из песчаного бетона. В плите на глубине 2,5 см от поверхности заложена стальная арматура. Начальная температура равна 20 °С. В условиях пожара с одной стороны плиты температура продуктов горения внезапно повышается до температуры 800 °С и далее остается постоянной. Определить время, по истечению которого температура на арматуре достигнет 450 °С.

10.9. Биметаллическая пластина извещателя изготовлена из сплава латунь-инвар. Линейные размеры пластины значительно больше ее толщины. Начальная температура 20 °С. Внезапно температура окружающей среды повышается до 100 °С, которая в дальнейшем остается постоянной. Определить время, по истечении которого температура в середине пластины повысится до 60 °С.

10.10. Длинная стальная балка прямоугольного сечения с размерами поперечного сечения 400´320 мм в начальный момент времени имела температуру 1000 °С, а затем была помещена для охлаждения в среду с температурой 20 °С. Коэффициент теплоотдачи с поверхности балки в процессе охлаждения оставался постоянным и равным 170 Вт/(м2×К). Рассчитать температуру по оси балки через 2 часа после начала охлаждения.

10.11. Определить время, необходимое для нагрева листа стали толщиной 24 мм, который имел начальную температуру 25°С, а затем помещен в печь с температурой 600 °С. Нагрев считать законченным, когда температура на оси листа достигнет величины 450 °С.

10.12. Стальной цилиндр диаметром 500 мм охлаждается в среде, имеющей постоянную температуру 15 °С. В начальный момент времени температура цилиндра была всюду одинакова: 450 °С. Коэффициент теплоотдачи во всех точках поверхности цилиндра в процессе охлаждения оставался постоянным и равным 160 Вт/(м2×К). Определить количество тепла, которое будет отдано 1 погонным метром цилиндра окружающей среде в течение 3 часов после начала охлаждения.

11.1. Тонкая пластина длиной 2 м и шириной 1,5 м обтекается продольным потоком воздуха. Скорость набегающего потока равна 3 м/с, а температура 20 °С. Температура поверхности пластины 90 °С.

11.2. Тонкая константановая лента сечением 0,1´5 мм нагревается электрическим током силой 20 А. Электрическое сопротивление 1 погонного метра ленты равно 1 Ом/м. Лента обтекается продольным потоком воды. Скорость набегающего потока равна 0,5 м/с, температура воды 10 °С. Определить температуру лены на расстоянии 200 мм от передней кромки.

11.3. Вычислить средний коэффициент теплоотдачи при течении трансформаторного масла в трубе диаметром 8 мм и длиной 1 м, если средняя по длине трубы температура масла 80 °C, средняя температура стенки трубки 20 °С и скорость масла 0,6 м/с.

11.4. По трубке диаметром 6 мм движется вода со скоростью 0,4 м/с. Температура стенки трубки равна 50 °С. Какую длину должна иметь трубка, чтобы при температуре воды на входе 10 °С температура на выходе была 20 °С.

11.5. По трубке диаметром 6 мм и длиной 1600 мм течет вода с расходом 15 кг/час. Трубка обогревается так, что плотность теплового потока на ее внутренней поверхности можно принять постоянной. Температура воды на входе в трубку равна 20 °С. До какого значения можно поднять тепловую нагрузку, если температура на внутренней поверхности трубки не должна превышать 100 °С?

11.6. Цилиндрическая трубка диаметром 20 мм охлаждается поперечным потоком воды. Скорость потока равна 1 м/с. Средняя температура воды 10 °С и температура поверхности трубки 50 °С. Определить коэффициент теплоотдачи от поверхности трубки к охлаждающей воде.

11.7. Труба с внешним диаметром 25 мм охлаждается поперечным потоком трансформаторного масла. Скорость движения равна 1 м/с, а средняя температура масла равна 20 °С. Определить, какую температуру поверхности трубы необходимо поддерживать, чтобы плотность теплового потока составляла 45 кВт/м2.

11.8. Вычислить потери тепла за единицу времени с 1 м2  поверхности горизонтального теплообменника, корпус которого имеет цилиндрическую форму и охлаждается свободным потоком воздуха. Наружный диаметр корпуса теплообменника 400 мм; температура поверхности 200 °С, температура воздуха в помещении 30 °С.

11.9. В котельной проложено два паропровода диаметрами 50 мм и 150 мм. Оба паропровода имеют одинаковую температуру поверхности 450 °С. Температура окружающего воздуха 50 °С. Паропроводы проложены один от другого на расстоянии, исключающем взаимное тепловое влияние. Найти отношение удельных тепловых потерь.

11.10. На наружной поверхности горизонтальной трубы диаметром 20 мм и длиной 2 м конденсируется сухой насыщенный водяной пар при давлении 1 бар. Температура на поверхности трубы 94,5 °С. Определить количество пара, которое конденсируется на поверхности трубы за 1 час.

11.11. На горизонтальной трубе диаметром 16 мм и длиной 1,2 м происходит пленочная конденсация водяного пара при давлении 30 бар. Температура поверхности трубы равна 227 °С. Как изменится средний коэффициент теплоотдачи от пара к трубе, если трубу расположить вертикально, а все другие условия оставить без изменений?

11.12. Определить коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубки испарителя к кипящей воде, если тепловая нагрузка поверхности нагрева 200 кВт/м2, режим кипения пузырьковый и вода находится под давлением 2 бар.

12.1. Поверхность стального изделия имеет температуру 727 ºС и степень черноты 0,7. Излучающую поверхность можно считать серой. Вычислить плотность собственного излучения поверхности изделия и длину волны, которой будет соответствовать максимальное значение спектральной интенсивности излучения.

12.2. Температура поверхности выходного коллектора пароперегревателя высокого давления 500 °С. Вычислить тепловые потери с 1 погонного метра неизолированного коллектора путем лучистого теплообмена, если наружный диаметр коллектора 275 мм, коэффициент поглощения 0,8, а температура ограждений 30 °С.

12.3. Обмуровка топочной камеры парового котла выполнена из шамотного кирпича, а внешняя обшивка — из листовой стали. Расстояние между обшивкой и кирпичной кладкой равно 30 мм, и можно считать его малым по сравнению с размерами стен топки. Вычислить потери тепла в окружающую среду с единицы поверхности в единицу времени в условиях стационарного режима за счет лучистого теплообмена между поверхностями обмуровки и обшивки. Температура внешней поверхности обмуровки 127 ºС, а температура стальной обшивки 50 ºС. Степени черноты шамота 0,8 и листовой стали 0,6.

12.4. Как изменятся тепловые потери в окружающую среду, если между обмуровкой и обшивкой топочной камеры, рассмотренной в задаче 12.3, установить стальной экран, имеющий степень черноты 0,6.

12.5. Цилиндрический сосуд для хранения жидкого кислорода выполнен с двойными стенками, покрытыми слоем серебра, коэффициент поглощения которого равен 0,02. На наружной поверхности внутренней стенки температура равна 20 ºС. Расстояние между стенками мало, и площадь внутренней поверхности теплоизлучающей стенки равна площади наружной поверхности теплопоглощающей стенки. Вычислить тепловой поток, проникающий в сосуд через стенки путем лучистого теплообмена, если теплоотдающая поверхность равна 0,157 м².

12.6. Нагревательную печь с целью уменьшения тепловых потерь окружили стальным экраном. Размеры печи велики по сравнению с расстоянием между ее наружной поверхностью и экраном. В результате измерений было получено, что температура наружной поверхности кладки печи равна 107 ºС, а температура стального экрана 57 ºС. Найти плотность результирующего лучистого потока от поверхности кладки к экрану, приняв степени черноты кладки и экрана равными соответственно 0,85 и 0,75.

12.7. Какова должна быть степень черноты защитного экрана коллектора пароперегревателя, чтобы тепловые потери с поверхности этого коллектора за счет излучения не превышали 580 Вт/м² и температура на поверхности экрана не превосходила 70 ºС? Диаметр защитного экрана равен 325 мм, коэффициент теплоотдачи за счет конвекции с внешней поверхности экрана равен 11,5 Вт/(м²×К) и температура окружающей среды и ограждений равна 30 ºС.

12.8. Вычислить величину лучистого потока между двумя черными дисками, расположенными друг против друга в параллельных плоскостях. Температуры первого диска 500 °С и второго 200 °С. Диски одинаковых размеров, их диаметр 200 мм и расстояние между ними 400 мм.

12.9. Вычислить тепловой поток при лучистом теплообмене между двумя параллельными полосами, расстояние между которыми 3 м. Ширина полос одинакова и равна 2 м, а длина велика по сравнению с шириной. Степень  черноты полос равна 0,8, а температуры их поверхности 500 °С и 200 °С соответственно.

12.10. В нагревательной печи температура газов по всему постоянна и равна 1200 °С. Объем печи 12 м3, полная поверхность ограждения 28 м3. Общее давление продуктов сгорания 98,1 кПа, а парциальное давление водяных паров 8 кПа и углекислоты 12 кПа. Вычислить собственное излучение продуктов сгорания.

12.11. Вычислить степень черноты и собственное излучение газовой смеси, если средняя температура газа снизилась до 1000 °С, а все другие условия остались те же, что и в задаче 12.10.

12.12. Вычислить плотность теплового потока, обусловленного лучеиспускакнием от дымовых газов к поверхности цилиндрического газохода диаметром 500 мм. Газы содержат 10% углекислоты и 5% водяных паров (общее давление газов 98,1 кПа). Температуры газов на входе в газоход 800 °С и на выходе из него 600 °С; средняя температура поверхности газохода 400 °С и степень черноты поверхности 0,85.

13.1. Определить плотность теплового потока через бетонную (бетон на гранитном щебне) стенку толщиной 20 см. Температура в помещении 20 °С, температура наружного воздуха –10 °С, а коэффициент конвективного теплообмена между охлаждающим воздухом и тепловыделяющей поверхности равен 15 Вт/(м2×К). Коэффициент теплообмена между воздухом в помещении и теплопоглощающей поверхностью 8,7 Вт/(м2×К).

13.2. При продолжительном пожаре в подвальном помещении установилась температура среды 300 °С. Температура в помещении со стороны первого этажа 20 °С. Определить температуру на поверхности перекрытия со стороны первого этажа, если оно выполнено из песчаного бетона толщиной 16 см.

13.3. Бетонное перекрытие в условиях задачи 13.2. со стороны первого этажа покрыто деревянным настилом толщиной 4 см. Определить температуры на внешне и внутренней поверхности деревянного настила.

13.4. В подсобном помещении здания проложен паропровод диаметром 50/53 мм. Температура пара равна 100 °С, а коэффициент теплообмена между наружной поверхностью трубопровода и охлаждающим воздухом 14,6 Вт/(м2×К). Коэффициент теплообмена между паром и внутренней поверхностью трубопровода равен 5000 Вт/(м2×К). Определить температуру на внешней поверхности трубопровода и потери тепла с 1 погонного метра.

13.5. Подобрать эффективную теплоизоляцию паропровода, внешний диаметр которого равен 53 мм. Коэффициент теплообмена между внешней поверхностью теплоизолированного паропровода и окружающей средой не должен превышать 13,3 Вт/(м2×К).

13.6. Рассчитать толщину слоя тепловой изоляции паропровода диаметром 50/53 мм с тем, чтобы температура на внешней поверхности теплоизоляции не превышала 60 °С. Температура на внутренней поверхности теплоизоляции можно принять равной температуре пара 150 °С. Коэффициент теплообмена между паром и внутренней поверхностью паропровода 5000 Вт/(м2×К), а между внешней поверхностью паропровода и охлаждающим воздухом 13,3 Вт/(м2×К). Температуру окружающего воздуха принять 10 °С. Теплоизоляционный материал — стекловата.

14.1. Пожарный водоем имеет открытое зеркало испарения площадью 100 м2. Средняя температура воздуха самого жаркого месяца 35 °С; относительная влажность воздуха 22%; скорость ветра 2,5 м/с; температура воды 22 °С; концентрация пара у поверхности воды 19,8 г/м³; в воздухе вдали от поверхности воды 15 г/м³. Определить количество воды, испаряющейся с поверхности водоема.

14.2. В производственном помещении с открытой поверхности площадью 1 м² испаряется бензин. Температура воздуха в помещении и бензина равна 30 °С. Барометрическое давление 102 кПа. Определить количество испаряющегося бензина за 1 час в условиях естественной конвекции воздуха.

14.3. Ванна для промывки деталей бензином имеет длину 1 м. Поверхность испарения омывается потоком воздуха со скоростью 5 м/c. Температура потока воздуха 20 °С, температура поверхности испарения 15 °С. Определить количество испаряющегося бензина с единицы поверхности за 1 час.

14.4. В горящее помещение для тушения пожара подается распыленная вода. Средний диаметр капель равен 1 мм. Средняя скорость движения капель 15 м/с. Длина струи 15 м. Расход воды 3,4 л/с. Температура воздуха в помещении 300 °С. Барометрическое давление в помещении 1 бар. Определить количество воды, испарившееся за время полета струи.

14.5. В сушильной камере происходит испарение этилового спирта из раствора фенолформальдегидной смолы. Эквивалентный диаметр сушильной камеры равен 0,3 м. Сушка осуществляется сухим воздухом, температура которого на входе 200 °С, а скорость движения 2 м/с. Определить количество паров спирта, испаряющихся с единицы поверхности за час.

16.1. Минеральное масло поступает в маслоохладитель с температурой 70 °С и охлаждается до температуры 30 °С. Температура охлаждающей воды на входе 20 °С. Определить температуру воды на выходе из маслоохладителя, если расход масла составляет 10000 кг/час, а воды 20400 кг/час. Потерями тепла в окружающую среду можно пренебречь.

16.2. В воздухоподогревателе воздух нагревается от температуры 20 °С до температуры 210 °С, а горячие газы охлаждаются от температуры 410 °С до температуры 250 °С. Определить среднелогарифмический температурный напор для случаев движения их по прямоточной и противоточной схемам.

16.3. В трубчатом пароводяном теплообменнике сухой насыщенный водяной пар с давлением 3,5 бар конденсируется на внешней поверхности труб. Вода, движущаяся по трубам, нагревается от температуры 20 °С до температуры 90 °С. Определить расход пара в пароводяном теплообменнике, если расход воды составляет 8000 кг/час. Считать, что переохлаждение конденсата отсутствует.

16.4. Определить поверхность нагрева водяного экономайзера, в котором теплоносители движутся по противоточной схеме, если известны следующие величины: температура газов на входе 420 °С, расход газов 220 т/час; температура воды на входе 105 °С; расход воды 120 т/час; количество передаваемого тепла 13,5 МВт.

16.5. Определить поверхность нагрева и число секций водо-водяного теплообменника типа «труба в трубе». Греющая вода движется по внутренней стальной трубе диаметром 35/32 мм и имеет температуру на входе 95 °С. Расход греющей воды 2,13 т/час. Нагреваемая вода движется противотоком по кольцевому каналу между трубами и нагревается от температуры 15 °С до 45 °С. Внутренний диаметр внешней трубы 48 мм. Расход нагреваемой воды 3,2 т/час. Длина одной секции теплообменника 1750 мм. Потерями тепла через внешнюю поверхность теплообменника пренебречь.

16.6. В секционном теплообменнике типа «труба в трубе» горячее трансформаторное масло охлаждается водой. Масло движется по внутренней латунной трубе диаметром 14/12 мм со скоростью 4 м/c. Температура масла на входе в теплообменник равна 100 °С. Вода движется по кольцевому зазору противотоком по отношению к маслу со скоростью 2,5 м/с; ее температура на входе 20 °С. Внутренний диаметр внешней трубы 22 мм. Определить общую длину теплообменной поверхности, при которой температура масла на выходе будет 60 °С. Потерями тепла через внешнюю поверхность теплообменника пренебречь.

Часть задач есть решенные, контакты


Запись опубликована в рубрике Задачи, Теплофизика с метками , , , , , , , . Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>