Задачи по ТЕПЛОТЕХНИКЕ ПГАТУ им. ак. Д.Н. Прянишникова (Пермская ГСХА)

ЗАДАНИЕ № 1

4. Проанализируйте аналитическое выражение первого закона термодинамики. Приведите примеры применения закона.
9. Раскройте особенности газовых смесей и поясните, как можно вычислить молярную массу смеси газов.
11. Дайте определение теплоемкости и поясните особенности теплоемкости газов.
16. Поясните, как в pv – координатах можно представить работу расширения и работу техническую политропного процесса.
21. Поясните особенности распределения энергии в характерных группах термодинамических процессов.

Задача 1.16. К 1 кг рабочего тела в испарителе бытового холодильника с холодильным коэффициентом ε = 2,5 подведено от охлаждаемых продуктов q = 68 кДж/кг теплоты. Определить удельную работу компрессора и энтропию рабочего тела на выходе из испарителя, если на входе она равна s₁ = 6,41 кДж/(кг · К), а температура в испарителе t = – 15 °С. Исходные данные: ε = 2,5; q = 68 кДж/кг; s = 6,41 кДж/(кг · К); t = – 15 °С.

ЗАДАНИЕ № 2

5. Запишите и проанализируйте выражение закона теплопроводности.
9. Для плоской четырехслойной стенки запишите выражение для определения температуры между второй и третьей стенкой для стационарной теплопроводности.
12. Используя дифференциальное уравнение теплоотдачи, объясните влияние различных факторов на величину α.
19. Приведите зависимость излучательной способности от температуры для абсолютно черных и серых тел.
25. Приведите и поясните основные уравнения, используемые в расчетах рекуперативных теплообменников.

Задача 2.9. Атмосферный воздух с температурой – 10 °С по вентиляционному каналу сечением 200 x 50 мм и длиной 4 м поступает к калориферу. Скорость движения воздуха равна 1,6 м/с; температура внутренней стенки канала соответствует 15 °С. Вычислить часовую потерю теплоты через стенки вентиляционного канала. Исходные данные: t_ж = – 10 °С; ω = 1,6 м/с; t_с = 15 °С; а = 0,2 м; b = 0,05 м; L = 4 м.

ЗАДАНИЕ № 3

1. Что понимается под тепловым двигателем? Поясните известную Вам классификацию тепловых двигателей.
7. Проведите анализ цикла ДВС с изобарным подводом тепла.
14. Что такое вредное пространство в поршневом компрессоре, на какие показатели компрессора оно влияет?
18. Перечислите и поясните известные Вам способы охлаждения тел до температур ниже T окружающей среды.
22. Поясните, какую роль выполняет компрессор в ПКХМ.

Задача 3.18. На входе в компрессор воздушной холодильной машины рабочее тело имеет t₁ = – 10 °С и р₁ = 0,11 МПа. В результате адиабатного сжатия температура воздуха повысилась до t₂ = 95 °C, а при отводе тепла в теплообменнике – понизилась до t₃ = 30 °C. Дальнейшее снижение температуры осуществляется при адиабатном расширении воздуха в поршневом детандере до давления р₄ = 0,11 МПа. Определить температуру на выходе из детандера и холодильный коэффициент ВХМ. Изобразить цикл в T - s координатах.

ЗАДАНИЕ № 4

2. Объясните понятие «влажный воздух», какими параметрами он описывается?
10. Поясните принцип работы известного Вам преобразователя энергии топлив в тепловую энергию теплоносителей.
13. Поясните, как рассчитывается тепловой баланс помещений?
20. Поясните, каким образом осуществляется очистка воздуха в системах вентиляции и кондиционирования?
24. Каково назначение систем кондиционирования воздуха? Изобразите принципиальную схему и объясните работу кондиционера.

Задача 4.11. Используя id – диаграмму влажного воздуха, определить температуру воздуха в сооружении, температуру точки росы, парциальное давление водяного пара, если относительная влажность воздуха φ = 90% и влагосодержание d = 17 г/кг.

ЗАДАНИЕ № 1

1. Приведите пример закрытой термодинамической системы, объясните параметры, описывающие её состояние.
8. Запишите и поясните уравнение состояния идеального газа для произвольной массы.
15. Покажите, как определяется показатель политропы по известным термодинамическим параметрам процесса в двух точках.
17. Изобразите в Ts – координатах изобарный и изохорный процессы*.
24. Поясните, от чего зависит расход газа через сечение канала.

Задача 1.21. В калориметр, содержащий 1,5 литра воды при температуре 17 °С, опустили стальной образец массой 0,65 кг нагретый до 100 °С. Определить среднюю в диапазоне изменения температуры теплоемкость стали, если в калориметре установилась одинаковая температура для воды и образца и равная 21 °С. Исходные данные: m_cт = 0,65 кг; V = 1,5 ∙ 10³ м³; t_в1 = 17 ℃; t_ст1 = 100 ℃; t_в2 = t_ст2 = 21

ЗАДАНИЕ № 2

4. Объясните, каким образом происходит перенос теплоты теплопроводностью в твердых, жидких и газообразных веществах.
6. Раскройте физическую сущность коэффициентов теплопроводности и температуропроводности.

11. Объясните процесс теплоотдачи при естественной и вынужденной конвекции.
16. Что принимается за определяющий геометрический размер и определяющую температуру при теплоотдаче в каналах?
21. Изобразите и поясните характер изменения температуры от одного теплоносителя к другому через разделяющую их стенку.

Задача 2.14. Определить степень черноты смеси газов, состоящих из СО₂ и Н₂О, если температура смеси равна 2500 К; парциальные давления газов: p^CO₂ = 4 МПа и p^H₂O = 1,5 МПа. Диаметр цилиндрического объема, в котором находится смесь, равен d = 500 мм, высота цилиндра равна его диаметру. Исходные данные: р_Н2О = 1,5 МПа; p_СО2 = 4 МПа; Т = 2500 К; d = 500 мм; h = d = 0,5 м.

ЗАДАНИЕ № 3

3. Изобразите цикл Карно в рv и Ts – координатах и отметьте особенность процессов, составляющих цикл.
6. Покажите пути увеличения термического КПД ДВС с изохорным подводом тепла.
11. Объясните принцип работы объемных и динамических компрессоров. Назовите известные Вам типы объемных компрессоров.
16. Поясните необходимость охлаждения газа между ступенями компрессора.
21. Поясните, какую роль выполняет компрессор в ПКХМ.

Задача 3.23. В бытовом холодильнике в качестве хладагента используется фреон R–22. Сухой насыщенный пар фреона поступает в компрессор с давлением р₁ = 0,15 МПа, где в процессе адиабатного сжатия его температура повышаются и достигает 60 ⁰С. Используя диаграмму состояния фреона R–22 в координатах ln_p-i, определить холодильный коэффициент ПКХМ и построить цикл в T- s- координатах.

ЗАДАНИЕ № 4

3. Поясните назначение id – диаграммы влажного воздуха. Для произвольного значения t и φ определите параметры влажного воздуха.
6. Что понимается под коэффициентом избытка окислителя и как он определяется?
14. Назовите и схематично изобразите известные Вам системы отопления.
18. Объясните последовательность расчета систем вентиляции.
23. Что Вам известно о возобновляемых источниках энергии?

Задача 4.21. Определить тепловую мощность системы отопления свинарника на 300 голов, средней живой массой поросят 30 кг, если теплопотери через ограждения составляют 18,2 кВт, подача воздуха при общеобменной вентиляции V = 4000 м³/ч. Параметры наружного воздуха: t_н = 5 °С, φ = 85 %. Параметры внутреннего воздуха: t_вн = 15 °С, φ = 75 %. Плотность воздуха принять при 10 °С.

ЗАДАНИЕ № 1

4. Проанализируйте аналитическое выражение первого закона термодинамики. Приведите примеры применения закона.
10. Поясните, каким образом задают состав газовой смеси и как определяют ее газовую постоянную.
14. Получите уравнения для построения политропы в pv и Ts – координатах.
20. Выведите уравнение и соотношение между параметрами в адиабатном процессе.
25. Покажите, как изменяются давление и температура потока реального газа при дросселировании.

Задача 1.9. Определить, на сколько минут хватит аквалангисту воздуха, содержащегося в двух баллонах по 6 литров каждый при абсолютном давлении р₁ = 15 МПа, если аквалангист делает n = 20 вдохов в минуту и при каждом вдохе потребляет V = 2,5 литра воздуха

ЗАДАНИЕ № 2

3. Дайте определение температурного градиента и назовите его величину для плоской однослойной стенки толщиной 350 мм, если ее температура с одной стороны – 14 °С, а с другой +21 °С.
10. Что Вы понимаете под теплоотдачей? Запишите и поясните аналитическое выражение закона теплоотдачи.
13. Объясните, как вычисляется коэффициент теплоотдачи с использованием теории теплового подобия.
18. Поясните, что понимается под лучистым теплообменом.
24. Поясните особенности теплопередачи в прямоточном и противоточном рекуперативном теплообменном аппарате.

Задача 2.7. По трубе наружным диаметром 30 мм движется горячий воздух со скоростью 13 м/с. Труба выполнена из стали 1Х18Н9Т толщиной стенки 2 мм. Определить температуру на наружной поверхности трубы, если плотность теплового потока q = 5,2 кВт/м². Коэффициент кинематической вязкости и коэффициент теплопроводности принять при средней температуре воздуха по длине трубы равной 190 °С.

ЗАДАНИЕ № 3

2. В чем состоит необходимость и каков метод анализа циклов тепловых двигателей?
7. Проведите анализ цикла ДВС с изобарным подводом тепла.
12. Поясните работу поршневого компрессора, назовите его показатели.
18. Перечислите и поясните известные Вам способы охлаждения тел до температур ниже T окружающей среды.
23. Объясните, что понимается под холодильной мощностью и холодильным коэффициентом холодильных машин.

Задача 3.11. Определить минимально необходимую степень сжатия в ДВС, чтобы горючее, поданное в цилиндр в конце хода сжатия, воспламенилось. Температура воспламенения горючего 720 К; температура воздуха перед сжатием 300 К; сжатие принять адиабатным. Каково давление в конце сжатия, если начальное равно 0,1 МПа?

ЗАДАНИЕ № 4

5. Как вычисляется стехиометрическое соотношение компонентов топлива?
8. Что Вам известно про альтернативные горючие?
15. Поясните работу известных Вам систем горячего водоснабжения.
20. Поясните, каким образом осуществляется очистка воздуха в системах вентиляции и кондиционирования?
23. Что Вам известно о возобновляемых источниках энергии?

Задача 4.9. Влажный воздух при давлении p_ат = 745 мм рт. ст. имеет температуру 25 °С и давление водяных паров p_п = 2 кПа. Определить d, t_p , i, 𝜑. При решении использовать id диаграмму влажного воздуха.