Термодинамика

Задача. Определить коэффициент теплоотдачи и количество переданной теплоты при течении воды со скоростью w = 0,08 м/с в горизонтальной трубе диаметром d = 0,008 ми длиной l = 3 м, если температура воды tж = 90 ^оС, а температура внутренней поверхности трубы tст = 30 ^оС.

Задача. Охлаждение жидкости  осуществляется в горизонтально расположенных трубах диаметром d=20,0 мм. Температура жидкости вдали от каждой трубы t_ж = 100 ^оС, температура на поверхности трубы t_с= 20 ^оС. Определить коэффициент теплоотдачи и общую длину трубы, если необходимо отводить Q =  8,0  кВт тепла. Теплоноситель – вода.

Задача. Определить критерий подобия Нуссельта для естественной конвенции вертикально расположенного цилиндра наружным диаметром d_н =0,25 м и длиной l= 1,5 м, если коэффициент теплоотдачи a= 50 Вт/м²·к, а коэффициент теплопроводности пограничного слоя жидкости l=2,9 10^-2  Вт/м ² ·К.

Задача. Определить поверхностную плотность потока излучения стенки с коэффициентом излучения с₁= 4,53 Вт/м²∙К⁴ и между поверхностями с коэффициентами излучения с₁ = с₂, если температуры излучающих стенок t₁ =  1027 ^оС  и t₂=  427 ^оС, а площади их поверхностей F₁ = =F₂ = F= 1,0 м². Найти степень черноты стенок и длину волны, соответствующую максимальному излучению. Как изменится поверхностная плотность потока при установке между поверхностями n = 1 шт. экранов при условии с₁ = с₂ = с3.

Задача.  Определить теплообмен излучением между двумя большими параллельно расположенными поверхностями с температурами Т1 = 800 К и  Т2 = 400 К. Коэффициент излучения первой поверхности c1 = 5,1 Вт/(м²·К⁴), второй - c2 = 4,2 Вт/(м²·К⁴). Потерю теплоты боковыми поверхностями не учитывать. Как изменится теплообмен, если при тех же условиях коэффициент излучения второй поверхности равен с2 = 0,4 Вт/(м²·К⁴)?

Задача. Определить площадь поверхности теплообмена рекуперативного водовоздушного теплообменника при прямоточной схеме движения теплоносителей, если массовый  расход воздуха при нормальных условиях m_возд = 20 кг/с, средний коэффициент теплопередачи от воздуха к воде k = 25 Вт/(м²·К), начальные и конечные температуры воздуха и воды равны соответственно t1=450°С, t1=200°С,  t2 = 20°С,  t2 = 100°С. Определить также расход воды mводы  через теплообменник. Изобразить график изменения температур теплоносителей. Массовые изобарные теплоемкости теплоносителей принять: c_возд = 1,01кДж/(кг·К); с_воды = 4,19 кДж/(кг·К).

Задача. Теплообменный аппарат, состоящий из овальных оребренных трубок,  сечением 13,5х2,4 мм, должен рассеивать 35 кДж теплоты в секунду. Определить количество водяных трубок при их длине l = 0,45 м, если коэффициент оребрения φ = 2,18. Материал стенки – медь (λ = 390 Вт/(м·К), коэффициенты теплоотдачи: от воды к стенке 2500 Вт/(м²·К); от стенки к воздуху  Вт/(м²·К). Толщина стенки  δ = 3·10^{-4 м.;} средняя температура воды 87,5 ^оС, средняя температура воздуха  37,5 ^оС.

Задание. Сухой воздух массой 1кг совершает прямой термодинамический цикл, состоящий из четырех последовательных процессов.

Требуется:

1) рассчитать давление р, удельный объем v, температуру Т воздуха для основных точек цикла;

2) для каждого из процессов определить значения показателей политропы n, теплоемкости С, вычислить изменение внутренней энергии ∆u,энтальпии ∆i, энтропии ∆s, теплоту процесса q, работу процесса l, располагаемую работу l_о;

3) определить суммарные количества теплоты подведенной q´ и отведенной q", работу цикла l_ц, располагаемую работу цикла l_0ц, термический к.п.д. цикла η_t, среднее индикаторной давление P_i;

4) построить цикл в координатах: а) lg v – lg p;  б)  v–p, используя предыдущее построение для нахождения координат трех-четырех промежуточных точек на каждом из процессов; в) s-T, нанеся основные точки цикла и составляющие его процессы;

5) используя vp- и sT-диаграммы, графически определить величины, указанные в п.2 и 3, и сопоставить результаты графического и аналитического расчетов;

6) для одного из процессов цикла привести схему его графического расчета по sT-диаграмме, изобразив на схеме линию процесса, вспомогательные линии изохорного и изобарного процессов, значения температур  в начале и в конце процесса, отрезки, соответствующие изменению энтропии в основном и вспомогательных процессах, площадки, соответствующие теплоте процесса, изменению внутренней энергии и энтальпии, и указать числовые значения величин, взяв их с sT-диаграммы.

Принять газовую постоянную равной 0,287 кДж/(кг·К), теплоемкость при постоянном давлении равной 1,025кДж/(кг·К).

Исходные данные:

Задание параметра в основных точках:

p₁=1,2 МПа;

v₁=0,08 м³/кг;

p₂=1,4 МПа;

T₃=423 К.

Тип процесса:

1-2  - изохорный;

2-3  - изобарный;

3-4  - изохорный;

4-1  - изобарный.

 Задача. Газ – воздух с начальной температурой  t₁ = 27 ºC сжимается в одноступенчатом  поршневом компрессоре от давления Р₁ = 0,1 мПа до давления Р₂ = 0,9 мПа. Сжатие может происходить по изотерме, по адиабате и по политропе с показателем политропы n = 1,24. Определить для каждого из трех процессов сжатия конечную температуру газа Т₂ , отведенную от газа теплоту q и теоретическую мощность компрессора, если его производительность G = 0,3 ∙ 10³ кг/ч. Дать сводную таблицу и изображение процесса сжатия в P-V и T-S диаграммах.

Задача. Водяной пар с начальным давлением Р₁ = 3 МПа и степенью сухости Х₁ = 0,95 поступает в пароперегреватель, где его температура повышается на ∆t = 210 ºС после перегревателя пар изоэнтропно расширяется в турбине до давления Р₂ = 3 кПа. Определить (по h-S диаграмме) количество теплоты (на 1 кг пара), подведенной к нему в пароперегревателе, работу цикла Ренкина и степень сухости пара Х₂ в конце расширения. Определить также термический кпд цикла. Определить работу цикла и конечную степень сухости , если после пароперегревателя пар дросселируется до давления = 0,5 МПа.