КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

Студенты выполняют контрольные работы по 2 разделам «Техническая термодинамика» и «Теория теплообмена». По последней четной цифре личного шифра студента выполняются задачи № 1, 2.  Задачи № 3,4 выполняются студентами, имеющими нечетную последнюю цифру личного шифра. Исходные данные к каждой задаче выбираются из соответствующих таблиц по последней и предпоследней цифре шифра.

При решении контрольных задач необходимо соблюдать следующие условия: а) выписывать условие задачи и исходные данные; б) решение задач сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором указывать, какая величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в формулу и откуда они берутся (из условия задачи, из справочника или были определены выше и т.д.); в) вычисления проводить в единицах СИ, показывать ход решения. После решения задачи нужно дать краткий анализ полученных результатов и сделать выводы. Всегда, если это возможно, нужно осуществлять контроль своих действий и оценивать достоверность полученных числовых данных.

1. Техническая термодинамика

Задача 1. Считая теплоемкость идеального газа зависящей от температуры, определить: параметры газа в начальном и конечном состояниях, изменение внутренней энергии, теплоту, участвующую в процессе, и работу расширения. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.1., зависимость величины теплоемкости от температуры приведена в приложении 1.

Таблица 1

Задача 2. Для теоретического цикла ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении определить параметры рабочего тела (воздуха) в характерных точках цикла, подведенную и отведенную теплоту, работу и термический к.п.д. цикла, если начальное давление р₁ = 0,1 МПа, начальная температура t₁ = 27,°C, степень повышения давления в компрессоре p, температура газа перед турбиной t₃.

Таблица 2

Определить теоретическую мощность ГТУ при заданном расходе воздуха G. Дать схему и цикл установки в pv- и Ts-диаграммах. Данные для решения задачи выбрать из табл. 2. Теплоемкость воздуха принять не зависящей от температуры.

Задача 3. Провести термодинамический расчет поршневого двигателя, работающего по циклу Дизеля, если начальный удельный объем газа v₁; степень сжатия e =v₁/v₂ ; начальная температура сжатия t₁; количество тепла, подводимое в цикле q₁. Определить параметры состояния в крайних точках цикла. Энтальпию (h), внутреннюю энергию (U) определить относительно состояния газа при Т₀ = 0 К, энтропию (S) — относительно состояния при условиях Т₀ = 273 К, Р = 0,1 МПа. Построить цикл в pv- и Ts-координатах. Для каждого процесса определить работу, количество подведенного и отведенного тепла, изменение внутренней энергии, энтальпию и энтропию. Определить работу цикла, термический к.п.д. цикла. Рабочее тело - воздух, масса 1 кг. R = 0,287кДж/кг×К; С_р = 1кДж/кг×К. Данные к задаче выбрать из табл. 3.

Таблица 3

Задача 4. Определить конечное состояние газа, расширяющегося политропно от начального состояния с параметрами Р₁, t₁, изменение внутренней энергии, количество подведенной теплоты, полученную работу, если задан показатель политропы (n), конечное давление Р₂. Показать процесс в pv- и Ts-координатах. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 4.

Таблица 4

2. Теория теплообмена

Задача 1. Плоская стальная стенка толщиной d₁ (l₁ = 40 Вт/м×К) с одной стороны омывается газами; при этом коэффициент теплоотдачи равен α₁. С другой стороны стенка изолирована от окружающего воздуха плотно прилегающей к ней пластиной толщиной d₂ (l₂ = 0,40 Вт/м×К). Коэффициент теплоотдачи от пластины к воздуху равен α₂. Определить тепловой поток q₁ Вт/м² и температуры t₁, t₂ и t₃ поверхностей стенок, если температура продуктов сгорания t_r, а воздуха - t_в. Данные для решения задачи выбрать из табл. 5.

Таблица5

Задача 2. Воздух течет внутри трубы, имея среднюю температуру t_в, давление р₁ = 1 МПа и скорость ω. Определить коэффициент теплоотдачи от трубы к воздуху (α₁), а также удельный тепловой поток, отнесенный к 1м длины трубы, если внутренний диаметр трубы d₁, толщина ее δ и теплопроводность l₁ = 20 Вт/(м·К). Снаружи труба омывается горячими газами. Температура и коэффициент теплоотдачи горячих газов, омывающих трубу, соответственно равны t_r, α₂. Данные, необходимые для решения задачи выбрать из табл. 6. Физические параметры сухого воздуха для определения α₁ взять из приложения 2.

Таблица 6

Задача 3. Стальной трубопровод диаметром d₁/d₂ =100 мм / 110 мм с коэффициентом теплопроводности l₁ покрыт изоляцией в 2 слоя одинаковой толщины δ₂ = δ₃ = 50 мм., причем первый слой имеет коэффициент теплопроводности l₂, второй l₃.

Таблица 7

Определить потери теплоты через изоляцию с 1 м. трубы, если температура внутренней поверхности t₁, а наружной поверхности изоляции t₄. Определить температуру на границе соприкосновения слоев t₃. Как изменится величина тепловых потерь с 1 м. трубопровода, если слой изоляции поменять местами, т.е. слой с большим коэффициентом l наложить непосредственно на поверхность трубы? Данные выбрать из табл. 7.

Задача 4. Определить потери теплоты в единицу времени с 1 м. длины горизонтально расположенной цилиндрической трубы, охлаждаемой свободным потоком воздуха, если температура стенки трубы t_c, температура воздуха в помещении t_в, а диаметр трубы d. Степень черноты трубы E_c = 0,9. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.8.

Таблица 8