РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

СМОЛЕНСКИЙ ФИЛИАЛ МИИТ

Кафедра: «Теплоэнергетика и водоснабжение на ж.д. транспорте»

Факультет: «Транспортные сооружения и здания»

РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКАЯ РАБОТА

ПО ДИСЦИПЛИНЕ: «Теплотехника»

ТЕМА: «Основы гидравлики и теплотехники»

Выполнил: студент 2-го курса

Шифр: 1102936

Тимонин С. А.

Проверил: кандидат технических наук

доцент

Кабанова И. А.

Смоленск 2012 г.

Задание 1. РАСЧЕТ ГАЗОВОГО ЦИКЛА

Дано:

Цикл отнесен к 1 кг газа следующего состава :

- 10%

- 7%

- 70%

- 13%

Требуется :

1. Определить параметры всех основных точек цикла.

2. Для каждого процесса, входящего в состав цикла, определить изменение внутренней энергии, изменение энтальпии, изменение энтропии, удельную работу и удельную теплоту.

3. Построить цикл в масштабе в координатах При построении наносят основные точки цикла, кривые процессов стоятся по трем промежуточным точкам.

4. Определить работу цикла , термический КПД

Решение:

1.По справочным данным определим молекулярные массы компонентов и их массовые теплоёмкости при = C

= 44* кг/моль; =0,8148кДж/кг К =814,8Дж/кг К

= 28 * кг/моль; =1,0392кДж/кг К=1039,2Дж/кг К

= 18* кг/моль; =1,8594кДж/кг К=185,4 Дж/кг К

=32* кг/моль; =0,9148 кДж/кг К= 914,8Дж/кг К

1.Определим молекулярную массу смеси:

(1)

где -объёмные доли компонентов

2.Определим газовую постоянную смеси:

(2)

где =8,314 универсальная газовая постоянная

3. Определим массовые доли компонентов :

(3)

где – газовая постоянная i-го компонента смеси

Учитывая, что , где -молекулярная масса i-го компонента смеси,

выражение (3) примет вид

(3.1)

Вычислим для каждого газа по формуле (3.1) массовую долю:

4.Определим массовые теплоёмкости смеси при р=const

(4)

Вычислим

814,8+

Из уравнения Майера определим массовые теплоёмкости смеси при V=const:

(5)

отсюда

5.Определим показатель адиабаты для заданной смеси газов:

(6)

Вычислим

Показатель адиабаты для многоатомного газа равен

6.Определим абсолютную температуру смеси в точке 1, 2, 4:

(7)

7. из уравнения состояния: (8) Определим объем смеси в точке 1

(8.1)

вычислим

8. Определим объем смеси в точке 2 цикла

=3,5* Па

(9)

9. Определим параметры рабочего тела в точке 4 цикла

Определим в точке 3, выразим из уравнения (8) давление

(8.2)

10. Определим параметры рабочего тела в точке 3 цикла

(10)

(10.1)

(11)

Вычислим

11. Определим изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии в процессе 1-2 (процесс изобарный)

(12)

(13)

(14)

Вычислим

667,88*(573-483)=60109,2

=950,47* (573-483)=85542,3

12. Определим изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии в процессе 2-3 (процесс политропный)

(15)

(16)

- *ln( ) (17)

Вычислим

667,88*(56,97-573)=-344646,12

=950,47* (56,97-573)=-490471,03

13. Определим изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии в процессе 3-4 (процесс изобарный)

(18)

(19)

(20)

Вычислим

14. Определим изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии в процессе 4-1 (процесс изохорный)

(21)

(22)

(23)

Вычислим

=950,47* (323-483)=-152075,2

= 282,59*ln (2,3/3,5)=-118,65

15. Определим удельное количество подведённой и отведённой теплоты в процессах и в цикле

Учитывая, что теплоемкость политропного процесса определяется по формуле: , (24)

получим

Вычислим

(25)

(26)

Вычислим по формулам (25) и (26)

16. Определим удельную работу в каждом из процессов цикла

Вычислим

17. Определим полезную работу цикла

18. Определим термический КПД цикла

Вычислим КПД

19. Изобразим цикл в р-v координатах

Для постоянных кривых, определим координаты промежуточных точек для данных линий

Процесс 1-2

Точка a: принимаем , следовательно:

Процесс 2-3

Точка b: принимаем , следовательно:

Процесс 3-4

Точка c: принимаем , следовательно:

Процесс 4-1

Точка d: принимаем , следовательно:

Задание №2

От протекающей в трубе, изображенной на рис. 1, горячей воды с температурой t_вд, °С, через цилиндрическую стенку определенной толщины теплота передается окружающему воздуху с температурой t_вх, °С. Используя заданные значения коэффициентов теплоотдачи от воды к внутренней поверхности трубы α₁, Вт/(м²·К), и от внешней поверхности трубы к воздуху помещения α₂, Вт/(м²·К), требуется:

1. Подсчитать удельные тепловые потоки q₁ и q₂, Вт/м², для внутренней и наружной поверхностей трубы, а также тепловой поток q_ℓ, Вт, проходящий через 1 м длины трубы (по оси) для следующих случаев:

а) Гладкая совершенно чистая труба диаметром d₃ и толщиной δ₂, м, изготовленная из алюминиевого сплава АД 31 без накипи и тепловой изоляции;

б) Труба по пункту а, но со слоем накипи толщиной δ₁, м, со стороны воды;

в) Труба по пункту б, но со стороны воздуха покрытая слоем тепловой изоляции толщиной δ₃, м.

2. Определить аналитически (рассчитать) температуры внутренней и наружной поверхностей трубы (п. 1., случаи а, б, в) и температуры между отдельными слоями трубы (п. 1., случаи б, в).

3. Построить с соблюдением масштаба график изменения температуры в трехслойной цилиндрической стенке (п. 1., случай в). В пределах слоя тепловой изоляции линию изменения температуры строить по двум промежуточным точкам.

4. Повторить расчет теплового потока q_ℓ, Вт, для трубы по п. 1., случай в, но увеличив коэффициент теплопроводности изоляции λ₃, Вт/(м·К), в 10 раз. Результат сравнить со значением q_ℓ, Вт, полученным для чистой трубы (п.1., случай а). По результатам сравнения сделать вывод, используя понятие критического диаметра изоляции.

3. ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ

1. Наружный диаметр трубы d₃=80 мм (0,080 м).

2. Толщина стенки трубы δ₂=25 мм (0,025 м).

3. Температура воды t_вд=125 °С.

4. Температура воздуха t_вх=5 °С.

5. Коэффициент теплоотдачи от воды к внутренней поверхности трубы α₁=1650 Вт/(м²·К).

6. Коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности трубы к воздуху α₂=8 Вт/(м²·К).

7. Толщина слоя накипи δ₁=1,2 мм.

8. Толщина слоя теплоизоляции δ₃=35 мм.

9. Коэффициент теплопроводности накипи λ₁ = 2 Вт/(м·К).

10. Коэффициент теплопроводности металла трубы (алюминиевый сплав АД 31)

λ₂ = 110 Вт/(м·К).

11. Коэффициент теплопроводности теплоизоляции λ₃=0,065 Вт/(м·К).

12. Внутренний диаметр трубы;

d₂=d₃-2δ₂=80-25×2=30 мм (0,030 м)

13. Внутренний диаметр слоя накипи;

d₁=d₂-2δ₁=30-1,2×2=27,6 мм (0,0276 м)

14. Наружный диаметр теплоизоляции;

d₄=d₃+2δ₃=80+35×2=150 мм (0,150 м)

Решение:

Найдем :

Найдем тепловые потоки и :

Далее найдем температуры и :

Рассмотрим случай б, когда в трубе появляется слой накипи:

Найдем тепловые потоки и :

Далее найдем температуры , и :

Рассмотрим случай в, когда к трубе с накипью добавляется слой теплоизоляции:

Найдем тепловые потоки и :

Далее найдем температуры и , и :

где - температура стенки в трубе;

- температура стенки на теплоизоляции снаружи;

- температура между слоем накипи и трубой;

– температура между трубой и слоем теплоизоляции.

Промежуточные температуры в слое тепловой изоляции;

промежуточные диаметры:

Расчет теплового потока q_ℓ, Вт, для трубы по п. 1., случай в, но коэффициент теплопроводности изоляции λ₃, Вт/(м·К), увеличен в 10 раз, т.е. λ₄=0,65 Вт/(м·К)

Найдем тепловые потоки и :

Далее найдем температуры и , и :

ВЫВОД

Значение теплопередачи через оголенную чистую трубу (случай 1.а);

Значение теплопередачи через трубу со слоем накипи и покрытой слоем тепловой изоляции с коэффициентом теплопроводности λ₃=0,8 Вт/(м·К) (пункт 4.)

При сравнении значений q_l видно, что теплопередача от поверхности тепловой изоляции, имеющей коэффициент теплопроводности λ₃=0,65 Вт/(м·К),будет больше, чем от поверхности оголенной чистой трубы. Следовательно, теплопотери будут больше.

Теплоизоляционными считаются те материалы, коэффициент теплопроводности которых λ ≤ 0,2 Вт/(м·^оС).

Критический диаметр изоляции – величина, характеризующая эффективность применения тепловой изоляции, он зависит от коэффициента теплопроводности изоляции и наружного коэффициента теплоотдачи.

Критический диаметр изоляции d_кр определяется формулой .

Из этого уравнения следует, что d_кр не зависит от размеров трубопровода. Он будет тем меньше, чем меньше коэффициент теплопроводности изоляции и чем больше коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности изоляции к окружающей среде.

Значит, для эффективной работы изоляции необходимо, чтобы критический диаметр был меньше внешнего диаметра оголенного трубопровода, т.е., чтобы .Таким образом, для того чтобы изоляция вызвала уменьшение теплопотери цилиндрической стенки по сравнению с оголенным трубопроводом, при данном наружном диаметре трубы и заданном коэффициенте теплоотдачи α, необходимо, чтобы .

В нашем случае ( λ_из= 0,65 Вт/(м·К), d₄=0,15 м ) т.е. и т.е. и как следствие тепловые потери возрастают и будут больше теплопотери оголенного трубопровода.

Список литературы

1. Лекции по физике для техникумов / С. А. Мельников – К.-У.: Издательство «Каменско-Уральский радиотехнический техникум» , 2004.

2. Теплотехника: учебник для высш. учеб. заведений / А. П. Баскаков – М. : Издательство «Энергоатомиздат», 1991. – 143 с.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: