2020-07-01
1404.1. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ
4.1.1. Задание на контрольную работу
При выполнении контрольной работы рекомендуется придерживаться следующих требований:
1. Переписать полностью условие задачи своего варианта; параметры выбира-ются из таблиц по последней и предпоследней цифрам шифра.
2. При решении задачи пояснить словами вычисляемую величину, привести соответствующую формулу, найти неизвестную величину в буквенном и числовом выражениях.
3. Для каждой найденной величины надо указывать единицы измерения (невыполнение этого требования равносильно ошибке).
4. Вычисления производить при помощи микрокалькулятора с точностью до третьей значащей цифры. Графики должны быть построены в масштабе, желательно на миллиметровой бумаге.
5. В ответах следует придерживаться терминов и обозначений, принятых в учебнике. Результаты решения должны быть представлены в единицах СИ.
6. Если при решении задачи какая-либо величина берется из таблицы, то надо назвать источник с указанием автора.
|
|
|
7. Текст следует писать разборчиво, оставлять поля для замечаний рецензента, страницы нумеровать.
8. На титульном листе, кроме фамилии, инициалов и шифра, указать факультет (институт) и специальность.
Номера задач задания на контрольную работу студент выбирает в соответ-ствии со своей специальностью:
| Специальность | Номера задач задания на контрольную работу |
| 190601.65(150200) | Автомобили 1, 2, 3, 4, 5, 6 |
| 190205.65(170900) | Подъемно-транспортн. механизмы 1, 2, 3, 4, 7 |
| 150501.65(120800) | Материаловедение 8, 9, 10, 11, 12 |
| 150104.65(110400) | Доменные печи 13, 14, 15, 16 |
Задача 1. В резервуар объемом V компрессором нагнетается воздух. Началь-ное избыточное давление воздуха 
, начальная температура 
. Конечное избы-точное давление и температура воздуха соответственно равны 
и 
. Опре-делить массу воздуха, поступившего в резервуар, если давление внешней среды равно 
. Параметры выбрать из табл. 1.
Таблица 1
| Варианты и исходные данные | ||||||||||
| Параметры | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 |
| Последняя цифра шифра | ||||||||||
| V, м3 | 10 | 9 | 8 | 7 | 6 | 5 | 4 | 3 | 2 | 1 |
 , МПа
| 0,1 | 0,2 | 0,3 | 0,4 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 | 0,9 | 1,0 |
 , оС
| 7 | 17 | 27 | 37 | 47 | 57 | 17 | 27 | 37 | 47 |
| Предпоследняя цифра шифра | ||||||||||
| , МПа
| 3 | 4 | 10 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 2 | 6 |
| , оС
| 27 | 47 | 57 | 67 | 87 | 77 | 47 | 67 | 57 | 67 |
 , мм рт. ст.
| 700 | 710 | 720 | 730 | 740 | 750 | 760 | 770 | 780 | 710 |
Задача 2. Рассчитать смешанный цикл двигателя внутреннего сгорания, т.е. найти параметры P, v и t для характерных точек цикла, изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии, а также работу в отдельных процессах и цикле. Определить также степень предварительного расширения, степень повышения давления и термический КПД цикла. Параметры выбрать из табл. 2.
|
|
|
Дополнительные данные для расчета: начальный объем - 
м3; количество теплоты, подводимой в изобарном процессе - 
кДж; количество теплоты, подводимой в изохорном процессе - 
кДж; средние теплоемкости - 
кДж/(кг·К), 
кДж/(кг·К); показатель адиабаты k равен 1,4; газовая постоянная 
Дж/(кг·К). Степень сжатия e. Изобразить цикл в р-v и T-s диаграммах.
Таблица 2
| Варианты и исходные данные | ||||||||||
| Параметры | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 |
| Последняя цифра шифра | ||||||||||
 , МПа
| 0,08 | 0,085 | 0,09 | 0,1 | 0,11 | 0,12 | 0,095 | 0,085 | 0,08 | 0,9 |
 , оС
| 57 | 47 | 77 | 87 | 97 | 67 | 87 | 77 | 67 | 57 |
| Предпоследняя цифра шифра | ||||||||||
| e | 16 | 14 | 15 | 17 | 18 | 14.5 | 15.5 | 16.5 | 17.5 | 16 |
Задача 3. Определить индикаторную 
и эффективную 
мощности (кВт) и производительность 
м3/с одноцилиндрового поршневого компрессора по сле-дующим данным: диаметр цилиндра D, ход поршня S, частота вращения вала ком-прессора n, среднее индикаторное давление 
, механический КПД компрессора 
, коэффициент подачи 
. Параметры выбрать из табл. 3.
Таблица 3
| Варианты и исходные данные | ||||||||||
| Параметры | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 |
| Последняя цифра шифра | ||||||||||
| D, мм | 270 | 200 | 600 | 300 | 520 | 400 | 600 | 240 | 125 | 200 |
| S, мм | 160 | 150 | 550 | 125 | 500 | 200 | 300 | 240 | 100 | 120 |
n, мин 
| 700 | 720 | 180 | 720 | 180 | 320 | 190 | 500 | 700 | 680 |
| Предпоследняя цифра шифра | ||||||||||
 , МПа
| 0,2 | 0,21 | 0,22 | 0,23 | 0,24 | 0.,25 | 0,26 | 0,26 | 0,27 | 0,28 |
Задача 4. Определить термический КПД цикла двигателя внутреннего сгора-ния с изобарным подводом теплоты, если начальное давление 
МПа, коли-чество подведенной теплоты составляет 
, температура рабочего тела (воздуха) в конце сжатия 
, степень сжатия e. Сжатие и расширение происходит по адиа-батам.
Как изменится термический КПД цикла, если при том же общем количестве подведенной теплоты, часть 
(в %) подвести по изохоре? Цикл изобразить в P-v и T-s диаграммах. Данные для решения задачи выбрать из табл. 4.
Таблица 4
| Варианты и исходные данные | ||||||||||
| Параметры | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 |
| Последняя цифра шифра | ||||||||||
| , МДж/кг
| 1,12 | 1,2 | 1,24 | 1,4 | 1,6 | 1,44 | 1,64 | 1,36 | 1,16 | 1,68 |
 , оС
| 450 | 500 | 910 | 1000 | 850 | 1050 | 900 | 920 | 1000 | 600 |
| Предпоследняя цифра шифра | ||||||||||
| e | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 | 14 | 12 | 16 | 15 | 11 |
| , %
| 25 | 20 | 30 | 25 | 20 | 27 | 24 | 28 | 30 | 29 |
Задача 5. Поверхность нагрева состоит из плоской стальной стенки толщиной d. По одну сторону стенки движется горячая вода, средняя температура которой 
, по другую – вода со средней температурой 
или воздух, средняя
температура которого 
. Определить для обоих случаев удельный тепловой поток 
Вт/м2 и коэффициент теплопередачи, а также значения температур на обеих поверхностях стенки. Найти изменение удельного теплового потока 
для первого случая, если с каждой стороны стальной стенки появится накипь толщиной в 1 мм. Коэффициенты теплопроводности стали 
Вт/(м·К), а накипи 
Вт/(м·К). Коэффициенты теплоотдачи для горячей воды к стенке для обоих случаев 
, от стенки к воде 
, а от стенки к воздуху 
. Параметры выбрать из табл. 5.
Таблица 5
| Варианты и исходные данные | ||||||||||
| Параметры | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 |
| Последняя цифра шифра | ||||||||||
| d, мм | 5 | 8 | 7 | 4 | 6 | 5 | 4 | 7 | 8 | 6 |
| 110 | 120 | 130 | 105 | 125 | 115 | 135 | 110 | 120 | 125 |
| 60 | 50 | 65 | 45 | 55 | 40 | 60 | 50 | 55 | 55 |
| 25 | 30 | 35 | 20 | 30 | 25 | 30 | 25 | 30 | 55 |
| Предпоследняя цифра шифра | ||||||||||
 , 
| 2000 | 1900 | 1800 | 2100 | 2200 | 2050 | 2150 | 1850 | 1950 | 2250 |
| ,
| 1250 | 1150 | 1200 | 1050 | 1100 | 1000 | 1150 | 1100 | 1100 | 1250 |
, 
| 18 | 20 | 25 | 22 | 25 | 18 | 20 | 24 | 25 | 20 |
Задача 6. Отработавшее масло дизеля охлаждается в противоточном водяном теплообменнике. Расход масла G, его температура на входе 
, на выходе 
, теплоемкость 
кДж/(кг·К). Температура воды на входе 
, на выходе 
. Коэффициент теплопередачи 
Вт/(м2·К). Определить площадь поверхности теплообмена. Параметры выбрать из табл. 6.
Таблица 6
| Варианты и исходные данные | ||||||||||||
| Параметры | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 | ||
| Последняя цифра шифра | ||||||||||||
| G, кг/с | 0.5 | 0.7 | 0.9 | 1.1 | 1.3 | 1.5 | 1.7 | 1.9 | 2.1 | 2.3 | ||
 
| 110 | 105 | 100 | 95 | 115 | 110 | 105 | 100 | 95 | 90 | ||
| 75 | 70 | 80 | 75 | 70 | 80 | 75 | 70 | 80 | 65 | ||
| Предпоследняя цифра шифра
| ||||||||||||
| 10 | 5 | 0 | 25 | 20 | 15 | 10 | 5 | 0 | 15 | ||
 
| 25 | 15 | 15 | 35 | 30 | 30 | 20 | 25 | 20 | 30 | ||
Задача 7. Определить поверхность нагрева рекуперативного водовоздушного теплообменника при прямоточной и противоточной схемах движения тепло-носителей, если объемный расход воздуха при нормальных условиях 
, средний коэффициент теплопередачи от воздуха к воде K, начальный и конечные температуры воздуха и воды равны соответственно 
, 
, 
, 
. Определить также расход воды G через теплообменник. Изобразить график изменения температур теплоносителей для обеих схем движения теплоносителей по повер-хности аппарата. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 7.
Таблица 7
| Варианты и исходные данные | ||||||||||
| Параметры | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 0 |
| Последняя цифра шифра | ||||||||||
 , м3/ч
| 20 | 25 | 50 | 45 | 40 | 35 | 30 | 55 | 10 | 15 |
| К, Вт/(м2·К) | 19 | 20 | 21 | 22 | 23 | 24 | 25 | 26 | 27 | 18 |
| Предпоследняя цифра шифра | ||||||||||
| 480 | 460 | 440 | 420 | 400 | 380 | 360 | 340 | 320 | 500 |
|
| 240 | 230 | 210 | 200 | 180 | 160 | 130 | 140 | 120 | 250 |
| 15 | 20 | 25 | 30 | 35 | 40 | 45 | 50 | 15 | 10 |
|
| 95 | 100 | 105 | 110 | 115 | 120 | 120 | 130 | 100 | 90 |
Задача 8. По известному массовому составу продуктов сгорания на выходе из нагревательной печи определить: мольную массу, газовую постоянную, плотность и удельный объём при нормальных условиях; средние массовые и объёмные теплоёмкости при постоянном давлении в пределах температур от 0 до t1 °C и от 0 до t2 °С; количество теплоты, отдаваемое 1 кг газов при изобарном охлаждении от t1 до t2 °C. Состав газовой смеси и другие данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 8 по двум последним цифрам шифра. Таблицы тепло-ёмкостей содержатся в ПЗ.
Таблица 8
| Посл,. цифра шифра | Массовый состав смеси, % | Предпоследняя цифра шифра | t 1,°C | t 2,°С | ||||||||
| CO2 | H2O | N2 | O2 | СО | ||||||||
| 9 | 20.0 | 8.0 | 72.0 | - | - | 9 | 1400 | 500 | ||||
| 8 | 15.5 | 8.9 | 71.4 | - | 4,2 | 8 | 1350 | 480 | ||||
| 7 | 9.9 | 10.0 | 70.7 | - | 9,4 | 7 | 1300 | 460 | ||||
| 6 | 2.9 | 11.3 | 69.9 | - | 15,9 | 6 | 1250 | 440 | ||||
| 5 | 18.0 | 7.2 | 72.8 | 2 | - | 5 | 1200 | 420 | ||||
| 4 | 16.0 | 6.9 | 73.6 | 4 | - | 4 | 1150 | 400 | ||||
| 3 | 14.0 | 5.6 | 74.7 | 6 | - | 3 | 1100 | 380 | ||||
| 2 | 12.0 | 4.8 | 77.2 | 8 | - | 2 | 1050 | 360 | ||||
| 1 | 14.5 | 15.0 | 66.6 | - | 3,9 | 1 | 1000 | 340 | ||||
| 0 | 18.8
| 13.6 | 67.6 | - | - | 0 | 950 | 320 | ||||
Задача 9. Сжатый воздух, имеющий давление р 1 и температуру t 1, подается в печное пространство с абсолютным давлением ро = 0,11 МПа через сужающееся сопло с диаметром Dо. Определить скорость и параметры воздуха на срезе сопла и массовый расход. Необходимые данные выбрать из табл. 9.
Таблица 9
| Поcл. цифра шифра | p1, МПа | t1,°C | Предпосл. цифра шифра | D0, мм |
| 9 | 0.7 | 160 | 9 | 15 |
| 8 | 0.65 | 140 | 8 | 20 |
| 7 | 0.6 | 120 | 7 | 25 |
| 6 | 0.55 | 100 | 6 | 30 |
| 5 | 0.5 | 80 | 5 | 35 |
| 4 | 0.45 | 60 | 4 | 40 |
| 3 | 0.4 | 40 | 3 | 45 |
| 2 | 0.35 | 20 | 2 | 50 |
| 1 | 0.3 | 0 | 1 | 55 |
| 0 | 0.25 | -20 | 0 | 60 |
Задача 10. Температура внутренней поверхности кладки нагревательной печи t 1, наружной поверхности t 2. Определить потери теплоты через 1м2 кладки. Материал кладки, коэффициент теплопроводности l и толщина стенки d заданы в табл. 10.
Таблица 10
| Последняя цифра шифра | t 1,°C | t 2,°C | Предпосл. цифра шифра | Материал | l, Вт/(м*К) | d, мм |
| 9 | 1500 | 130 | 9 | Шамот | 1.22 | 120 |
| 8 | 1450 | 125 | 8 | Шамот | 1.22 | 250 |
| 7 | 1400 | 120 | 7 | Магнезит | 1.43 | 120 |
| 6 | 1350 | 115 | 6 | Магнезит | 1.43 | 250 |
| 5 | 1300 | 110 | 5 | Динас | 1.75 | 120 |
| 4 | 1250 | 105 | 4 | Динас | 1.75 | 250 |
| 3 | 1700 | 190 | 3 | Циркон | 2.26 | 120 |
| 2 | 1650 | 180 | 2 | Циркон | 2.26 | 250 |
| 1 | 1600 | 170 | 1 | Периклаз | 7.13 | 120 |
| 0 | 1550 | 160 | 0 | Периклаз | 7.13 | 250 |
Задача 11. Определить количество теплоты, передаваемой излучением, от нагретой стальной плиты с температурой t1 к параллельно расположенной другой такой же плите с температурой t2. Степень черноты e1 = e2 = 0,85. Данные принять из табл. 11.
Таблица 11
| Последняя цифра шифра | t1,°C | Предпоследняя цифра шифра | t2,°C |
| 9 | 950 | 9 | 200 |
| 8 | 925 | 8 | 180 |
| 7 | 900 | 7 | 160 |
| 6 | 875 | 6 | 140 |
| 5 | 850 | 5 | 120 |
| 4 | 825 | 4 | 100 |
| 3 | 800 | 3 | 80 |
| 2 | 775 | 2 | 60 |
| 1 | 750 | 1 | 40 |
| 0 | 725 | 0 | 20 |
Задача 12. Определить поверхность нагрева F трубчатого теплообменного аппарата, обогреваемого продуктами сгорания от нагревательной печи, при прямоточном и противоточном движении воздуха и дымовых газов. Воздух поступает в теплообменник при температуре tВ1 = 20°C, объёмный расход подаваемого воздуха V, коэффициент теплопередачи К. Температуру воздуха на выходе из теплообменника tB2, а также температуры дымовых газов на входе в теплообменника tГ1 и на выходе из него tГ2 определить из табл. 12.
Таблица 12
| Последняя. цифра шифра | V, м3/с | К, Вт/(м2*К) | Предп. ц. шифра | t В2,°C | t Г1,°C | t Г2,°C |
| 9 | 0.4 | 16 | 9 | 190 | 550 | 220 |
| 8 | 0.5 | 17 | 8 | 200 | 600 | 240 |
| 7 | 0.6 | 18 | 7 | 200 | 500 | 260 |
| 6 | 0.7 | 19 | 6 | 250 | 550 | 300 |
| 5 | 0.8 | 20 | 5 | 180 | 450 | 220 |
| 4 | 0.9 | 21 | 4 | 200 | 500 | 280 |
| 3 | 1.0 | 22 | 3 | 180 | 480 | 240 |
| 2 | 1 1 | 23 | 2 | 200 | 550 | 250 |
| 1 | 1.2 | 24 | 1 | 200 | 650 | 280 |
| 0 | 1.3 | 25 | 0 | 190 | 600 | 270 |
Задача 13. По заданному объемному составу продуктов сгорания (смесь идеальных газов) определить: мольную (молярную) массу смеси, массовый состав смеси, газовую постоянную RCM, плотность и удельный объем смеси при нормальных условиях (Рсм=101 кПа, tCM= 0°C). Далее нужно определить: массовую объемную, мольную (молярную) изобарные теплоемкости продуктов сгорания в интервалах температур от t1 до t2, а также количество теплоты, отданное 1кг продуктов сгорания при их изобарном охлаждении в дымоходе от температуры t1 до t2.
Средние теплоемкости газов от 0°С до 1500°С приведены в табл. ПЗ приложения. Состав продуктов сгорания и другие данные выбрать из табл. 13.
Таблица 13
| Последн. цифра шифра | Объемный состав продуктов сгорания, % | Предпосл. ц. шифра | t1, °С | t2,°С | ||||
|
| ||||||||
| 9 | 20,0 | 8,0 | 72,0 | - | - | 9 | 300 | 180 |
| 8 | 15,5 | 8,9 | 71,4 | - | 4,2 | 8 | 350 | 160 |
| 7 | 9,9 | 10,0 | 70,7 | - | 9,4 | 7 | 400 | 170 |
| 6 | 2,9 | 11,3 | 69,9 | - | 15,9 | 6 | 250 | 150 |
| 5 | 18,0 | 7,2 | 72,8 | 2 | - | 5 | 200 | 100 |
| 4 | 16,0 | 6,4 | 73,6 | 4 | - | 4 | 300 | 140 |
| 3 | 14,0 | 5,6 | 74,7 | 6 | - | 3 | 350 | 120 |
| 2 | 12,0 | 4,8 | 77,2 | 8 | - | 2 | 400 | 165 |
| 1 | 14,5 | 15,0 | 66,6 | 3,9 | 1 | 450 | 160 | |
| 0 | 18,8 | 13,6 | 67,6 | - | - | 0 | 250 | 130 |
Задача 14, Через сужающееся сопло мартеновской фурмы диаметром d (диаметр выходного сечения сопла) проходит кислород, имеющий давление Р1 и температуру t1 на входе в сопло. Давление (абсолютное) среды, в которую происходит истечение кислорода, Р0=101 кПа. Определить скорость потока на выходе из сопла, массовый расход кислорода через сопло, а также температуру, давление и плотность кислорода на выходе из сопла. Необходимые данные выбрать из табл.14.
Таблица 14
| Последняя цифра шифра | Р1,МПа | t1, °С | Предпоследняя цифра шифра | d, мм |
| 9 | 0,70 | 40 | 9 | 15 |
| 8 | 0,65 | 35 | 8 | 20 |
| 7 | 0,60 | 30 | 7 | 25 |
| 6 | 0,55 | 25 | 6 | 30 |
| 5 | 0,50 | 20 | 5 | 35 |
| 4 | 0,45 | 15 | 4 | 40 |
| 3 | 0,40 | 10 | 3 | 45 |
| 2 | 0,35 | 40 | 2 | 50 |
| 1 | 0,30 | 30 | 1 | 55 |
| 0 | 0,25 | 20 | 0 | 60 |
Задача 15. Температура наружной поверхности стены нагревательной печи – t1, a окружающего воздуха t2. Высота стены - а, ширина -b. Определить тепловой поток, передаваемый конвекцией от поверхности стены к воздуху. Использовать теплофизические параметры сухого воздуха из П.1 приложения. За определяющий геометрический размер взять высоту стены. Необходимые данные для расчета выбрать из табл.15.
Таблица 15
| Последняя цифра шифра | t1, °С | t2,°С | Предпоследняя цифра шифра | а, м | b, м |
| 9 | 130 | 25 | 9 | 2,5 | 4,0 |
| 8 | 125 | 20 | 8 | 2,0 | 3,5 |
| 7 | 120 | 15 | 7 | 1,5 | 3,0 |
| 6 | 110 | 10 | 6 | 2,5 | 4,0 |
| 5 | 105 | 10 | 5 | 2,0 | 3,5 |
| 4 | 100 | 10 | 4 | 1,5 | 3,0 |
| 3 | 130 | 25 | 3 | 2,0 | 4,0 |
| 2 | 120 | 20 | 2 | 2,5 | 3,5 |
| 1 | 110 | 15 | 1 | 2,0 | 3,0 |
| 0 | 100 | 10 | 0 | 1,5 | 4,0 |
Задача 16. Задан объемный состав смешанного газа (доменного и коксового): 9,7% СО2, 20,4% СО, 8% СН4, 16,1% Н2, 42% N2, 3,8% Н2О. Теплота сгорания смешанного газа (топлива) Q 
= 7500 кДж/м3. Определить теоретический и дейст-виительный расходы воздуха, необходимого для сжигания газа; объем н процен-тный состав продуктов сгорания; калориметрическую и действительную температуры горения топлива.
Дутьевой воздух нагревается до температуры tВОЗД., а смешанный газ - до tr. Численные значения этих температур, а также коэффициента избытка воздуха 
и пирометрического коэффициента 
выбрать из табл.16; изобарную объемную теплоемкость воздуха принять постоянной и равной С'р = 1,30 кДж/(м3-К), изобарную объемную теплоемкость смешанного газа принять С'р газ = 2,1кДж/(м К), а
С1р дым.газ=О,б8к Дж/(м3.К).
Таблица 16
| Последняя цифра ш. | tВОЗД, °С |
| Предпоследняя цифра шифра | tr, °С |  , °С
|
| 9 | 100 | 1,1 | 9 | 200 | 0,65 |
| 8 | 200 | 1,15 | 8 | 300 | 0,7 |
| 7 | 300 | 1,2 | 7 | 400 | 0,75 |
| 6 | 400 | 1,25 | 6 | 500 | 0,8 |
| 5 | 500 | 1,3 | 5 | 600 | 0,65 |
| 4 | 100 | 1,1 | 4 | 200 | 0,7 |
| 3 | 200 | 1,15 | 3 | 300 | 0,75 |
| 2 | 300 | 1,2 | 2 | 400 | 0,8 |
| 1 | 400 | 1,25 | 1 | 500 | 0,7 |
| 0 | 500 | 1,3 | 0 | 600 | 0,75 |
4.1.2. Методические указания к выполнению контрольной работы
Тема 1.1. Уравнение состояния газа. Первый закон термодинамики
Решение к задаче 1.
1. Определить абсолютное давление воздуха в начальный и конечный моменты:
, МПа.
2. Из уравнения состояния найти массу воздуха, находившегося (
) и нагнетаемого (
) компрессором в резервуар, принимая объем резервуара 
:
.
3. Определить массу воздуха, поступившего в резервуар:
.
Решение к задачам 8, 13 из МУ, специальность 1208, стр. 9-10 до Задачи 2.
Тема 1.4. Циклы компрессоров и тепловых двигателей. Циклы холодильных машин (Зад 2,3,4)
Решение к задаче 2. Предварительно следует изобразить схематично смешанный цикл ДВС в координатах PV, нанести характерные точки цикла, обозначить газовые процессы, подвод и отвод теплоты в указанных процессах.
1. Для адиабатного процесса 1-2 определить параметры состояния в точках 1 и 2:
Точка 1. 
- из условия задачи, 
;
Точка 2. 
.
2. Для изохорного процесса 2-3 определить параметры состояния в точках 2 и 3, принимая 
и 
- подвод теплоты из условия задачи:
Точка 3. Из уравнения 
определяем
; 
,
- степень повышения давления.
3. Для изобарного процесса 3-4 определить параметры состояния в точках 3 и 4, принимая 
и 
- подвод теплоты из условия задачи:
Точка 4. Из уравнения 
определяем
; 
,
где r - степень предварительного расширения.
4. Для адиабатного процесса 4-5 определить параметры состояния в точках 4 и 5, принимая 
и 
- процесс протекает без теплообмена с окружающей средой: 
.
5. Для изохорного процесса 5-1, принимая 
, определить количество отводимой теплоты: 
.
6. В соответствии с первым законом термодинамики, определить для каждого процесса изменение внутренней энергии (du), энтропии (ds), энтальпии (dh), работу (L) и термодинамический КПД цикла:
; 
;
;
;
Работа сжатия:
в процессе 1-2 - 
;
в процессе 2-3 - 
, т.к. dv = 0;
в процессе 3-4 - 
;
в процессе 4-5 - 
;
в процессе 5-1 - 
.
Термический КПД цикла:
или 
.
Решение к задаче 3.
Предварительно следует изобразить схематично индикаторную диаграмму компрессора в координатах 
, на которой обозначить процессы всасывания, сжатия и выталкивания, а также параметры состояния воздуха.
1. Определить теоретический объем цилиндра компрессора:
м3.
2. Определить объем всасывания, с учетом коэффициента подачи:
м3.
3. Рассчитать индикаторную и эффективную мощность компрессора:
кВт; 
кВт,
где n – частота вращения вала компрессора, с 
.
4. Производительность компрессора составит: 
м3/с.
Решение к задаче 4.
Предварительно изобразить схематично цикл ДВС с подводом теплоты при 
в координатах P-V и T-S, на которой обозначить характерные точки и процессы подвода и отвода теплоты.
1. Термический КПД цикла с подводом теплоты при 
определяется по формуле: 
,
где 
- степень предварительного расширения, неизвестна.
2. Определить температуру в точке 3 из соотношения 
,
где 
Дж/(кг·К) - изобарная теплоемкость воздуха.
3. Степень предварительного расширения составит: 
.
4. Принимая для воздуха к = 1,4, по известным значениям степени сжатия e и r, находим 
при подводе теплоты 
при .
5. Если часть теплоты 
подвести при 
, то получим цикл со смешанным подводом теплоты. Необходимо изобразить этот цикл в координатах P-V и T-S. Термический КПД цикла со смешанным подводом теплоты определяется по формуле:
,
где 
- степень повышения давления;
- степень предварительного расширения, неизвестны.
6. Определяем долю теплоты, подведенной при и 
:
при 
и 
при 
.
7. Определяем параметры точек 2 и 3 по формулам: 
,
где 
Дж/(кг·К) - изохорная теплоемкость воздуха [из П1].
, тогда 
.
Из соотношения параметров 
, находим 
.
Также из соотношения 
, находим l и 
.
Подставляя значения r, l и e в формулу 
найдем значения КПД и на сколько изменится и .
Тема 2.2 Теплопроводность через стенки
Решение к задаче 10.
Предварительно следует схематично изобразить процесс передачи теплоты теплопроводностью через плоскую стенку.
1. Определить количество теплоты, переданное через стенку нагревательной печи: 
Тема 2.3. Теплообмен при конвекции и фазовых превращениях
Решение к задачам 5, 15.
Предварительно следует схематично изобразить плоскую стенку и обозначить на ней подвод и отвод теплоты, температурные поля и размеры пластины.
1. Определить коэффициент теплопередачи при обтекании плоской пластины с двух сторон водой с температурой 
и 
: 
(м2·К)/Вт.
2. Определить коэффициент теплопередачи при обтекании плоской пластины с одной стороны водой и с другой стороны воздухом с температурой 
и 
: 
(м2·К)/Вт.
3. Определить для обоих случаев удельный тепловой поток:
Вт/м2 и 
Вт/м2.
4. Значения температур на поверхности стенки определяется из соотношения:
а) 
К; 
К - при обтекании пластины водой;
б) 
К; 
К - при обтекании пластины «вода-воздух».
5. Определить коэффициент теплопередачи плоской стенки покрытой накипью с двух сторон и при обтекании ее водой:
(м2·К)/Вт.
6. Удельный тепловой поток для плоской стенки покрытой накипью и температура стенок определяется по формулам:
Вт/м2; 
К; 
К.
7. Перепад температур по толщине плоской стенки определится из соотно-шения:
а) 
; б) 
; в) 
.
Тема 2.4. Теплообмен излучением. Расчеты теплообменных аппаратов
Решение к задачам 6, 7, 12.
Предварительно следует схематично изобразить противоточный (ПТ) и прямоточный (ПМ) теплообменники, а график в координатах T-F изменения температур воды, масла и воздуха при движении их по теплообменнику.
1. Определить температурный напор на входе и выходе в противоточном водомасляном теплообменнике:
Если отношение 
> 2, тогда
;
;
Если отношение 
2, тогда 
2. Тепловой поток, вносимый горячим воздухом (маслом или водой) в теплообменник, определится по формуле:
или 
,
где 
=1300 
1400,Дж/(м3К) – Объемная теплоемкость воздуха (из П1), а масла и воды из условия задачи.
3. Определить площадь поверхности теплообменника для прямотока и протии-вотока: из уравнения теплового баланса Q1=Q2, где 
- количество теплоты, отданное от «горячего» к «холодному» теплоносителю, откуда площадь теплообменника:
м2; 
м2,
где 
- среднелогарифмический или средний.
4. Расход воды через теплообменник для обеих схем движения теплоно-сителей определится по формуле:
кг/с,
где 
Дж/(кг·К) - массовая теплоемкость воды при 60 
90 
; 
- соответственно площадь поверхности теплообмена для противотока и прямотока.
Решение к задаче 11.
Предварительно следует схематично изобразить процесс передачи теплоты излучением между стальными плитами.
1. Определить значение приведенной степени черноты:
.
2. Определить тепловой поток излучения между плитами:
.
Тема 3.2. Режимы течения газовых потоков
Решение к задачам 9, 14
1. Определить режим течения сжатого воздуха через суживающееся сопло:
сравнить с 
; если 
> 
кр – режим докритический, если 
< кр – сверхкритический, если
