Контрольная работа по дисциплине «Теплотехника»

Автор работы: Пользователь скрыл имя, 17 Февраля 2013 в 17:05, контрольная работа

Краткое описание

Задан объемный состав газовой смеси: rСН4, rСО2, rСО. Определить массовый и мольный составы смеси, кажущуюся молекулярную массу, газовую постоянную, удельный объём и плотность смеси при давлении смеси p и температуре смеси t. Определить также массовую, объемную и мольную теплоемкость смеси. При этом считать теплоемкость не зависящей от температуры, а мольные теплоемкости компонентов соответственно равны:

Скачать целиком (254.89 Кб) Сколько стоит заказать работу?
Содержимое работы - 1 файл

теплотехника.doc

— 531.00 Кб (Скачать файл)

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ  И НАУКИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ  БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ  «СИБИРСКАЯ ГОСУДАРСТВЕННАЯ АВТОМОБИЛЬНО-ДОРОЖНАЯ АКАДЕМИЯ (СИБАДИ)»

 

 

Заочный факультет

Кафедра "Тепловые двигатели и автотракторное электрооборудование"

КОНТРОЛЬНАЯ   РАБОТА

по дисциплине «Теплотехника»

 

 

 

Выполнил: студент 2 курса

  

 

                                                                                      Вариант20 

Проверил: ____________

 

 

Омск - 2013

 

Задача № 1

Задан объемный состав газовой смеси:  rСН4, rСО2, rСО. Определить массовый и мольный составы смеси, кажущуюся молекулярную массу, газовую постоянную, удельный объём и плотность смеси при давлении смеси  p и температуре смеси t. Определить также массовую, объемную и мольную теплоемкость смеси. При этом считать теплоемкость не зависящей от температуры, а мольные теплоемкости компонентов соответственно равны:

Массовая c и объёмная  теплоемкости связаны с мольной соответственно соотношениями:

;

Исходные данные:

Вариант

rСН4

rСО2

rСО

Р, МПа

t, ˚C

           
           

20

0,30

0,40

0,30

0,45

10


Решение

Находим молекулярную массу компонентов смеси:;

 

Находим кажущуюся  молекулярную массу смеси:

                                      16*0,30+44*0,4+28*0,30=30,8 кг/кмоль

                         Определим массовые доли компонентов смеси:

                        

                                   = 16 *0,30 / 30,8 = 0,156

                      

                     =  44*0,4 / 30,8 = 0,571

                     

                       = 28*0,30/30,8 = 0,273

Проверка: 

  0,156 + 0,571 + 0,273 =1 

 

Находим мольные  доли компонентов смеси.

Так как мольный  состав смеси совпадает с объёмным, то мольные доли равны:

 0,30

  0,40

0,30

Газовая постоянная смеси 8314/30,8= 269,9 Дж/кг*К,

          где  - универсальная газовая постоянная.

Удельный объем  смеси находим, используя уравнение  состояния идеального газа:

;

  269,9*(10+273)/ 0,45*106 = 0,17 м3/кг

Плотность смеси 1/0,17= кг/м3

Мольная изобарная теплоемкость смеси 

37,7*0,30+37,7*0,40+29,3*0,30=35,18 кДж/кМоль*К

Массовая изобарная  теплоемкость

   35,18/30,8=1,14 кДж/кг*К

Объемная изобарная  теплоемкость

 35,18/22,4 =1,57 кДж/ м3*К

Мольная изохорная  теплоемкость смеси

  35,18-8,314=26,87 кДж/кМоль*К

 

 

Массовая изохорная  теплоемкость смеси

 26,87/30,8 = 0,872 кДж/кг*К 

Объемная изохорная  теплоемкость смеси

 26,87 /22,4=1,2 кДж/ м3*К

Ответ:               

0,156; 0,571; 0,273; 0,30;

    0,40; 0,6;  269,9 Дж/кг*К; 1/0,17 м3/кг;

30,8 кг/кмоль ; 35,18 Дж/кМоль*К; 1,14 кДж/кг*К

1,57 кДж/ м3*К; 0,872 кДж/кг*К; 26,87 кДж/кМоль*К

1,2 кДж/ м3*К

 

 

 

 

 

Задача  № 2

Для отопления  гаража используют трубу, по которой  протекает горячая вода. Рассчитать конвективный коэффициент теплоотдачи и конвективный тепловой поток от трубы к воздуху в гараже, если наружный диаметр и длина трубы соответственно равны dн и l. Температура поверхности трубы tc, при этом температура воздуха в гараже должна составлять tв. Данные для расчета принять по табл. 2.1. Теплофизические свойства воздуха определить по табл. 2.2.

Исходные данные:

Вариант

dн, м

l, м

tc , ºС

tв, ºС

20

0,20

7

85

22


Таблица 2.2

Теплофизические свойства воздуха

t, ºС

ρ,

ср,

 

λ·102,

 

а·10-6,

μ·10-6,

Па·с

 

ν·10-6,

Pr

-50

1,584

1,013

2,04

17,7

14,6

9,23

0,728

-40

1,515

1,013

2,12

13,8

15,2

10,04

0,728

-30

1,453

1,013

2,2

14,9

15,7

10,80

0,723

-20

1,395

1,009

2,28

16,2

16,2

12,79

0,716

-10

1,342

1,009

2,36

17,4

16,7

12,43

0,712

0

1,293

1,005

2,44

18,8

17,2

13,28

0,707

10

1,247

1,005

2,51

20,0

17,6

14,16

0,705

20

1,205

1,005

2,59

21,4

18,1

15,06

0,703

30

1,165

1,005

2,67

22,9

18,6

16,00

0,701

40

1,128

1,005

2,76

24,3

19,1

16,96

0,699

50

1,093

1,005

2,83

25,7

19,6

17,95

0,698

60

1,060

1,005

2,90

26,2

20,1

18,97

0,696

70

1,029

1,009

2,96

28,6

20,6

20,02

0,694

80

1,000

1,009

3,05

30,2

20,1

21,09

0,692

90

0,972

1,009

3,13

31,9

21,5

22,10

0,690

100

0,946

1,009

3,21

33,6

21,9

23,13

0,688

120

0,898

1,009

3,34

36,8

22,8

25,45

0,686

140

0,854

1,013

3,49

40,3

23,7

27,80

0,684

160

0,815

1,017

3,64

43,9

24,5

30,09

0,682

180

0,779

1,022

3,78

47,5

25,3

32,49

0,681

200

0,746

1,026

3,93

51,4

26,0

34,85

0,680

250

0,674

1,038

4,27

61,0

27,4

40,61

0,677

300

0,615

1,047

4,60

71,6

29,7

48,33

0,674

350

0,566

1,059

4,91

81,9

31,4

55,46

0,676

400

0,524

1,068

5,21

93,1

33,0

63,09

0,678

500

0,456

1,093

5,74

115,3

36,2

79,38

0,687


 

 Задание: определить конвективный тепловой поток от трубы к воздуху  в гараже. 

Решение

Тепловой поток  на наружной поверхности трубы Q (Вт), передаваемый к воздуху, определяется как  , (2.1.) где  α – коэффициент теплоотдачи при свободном движении воздуха около трубы,  ;  F – площадь наружной поверхности трубы, м2.

Критериальная зависимость для вычисления среднего коэффициента теплоотдачи при свободном  движении воздуха имеет вид (2.2.), где постоянные С и n зависят от режима свободного движения воздуха и условий обтекания поверхности. Они являются функциями  Gr·Pr  и для горизонтальной трубы определяются по табл. 2.3 . 

Таблица 2.3

Значения  постоянных  С и n

Gr·Pr

С

n

Режим движения

1·103...1·109

≥ 6·1010

0,5

0,15

0,25

0,333

Ламинарный

Турбулентный


 

 

Nu, Gr, Pr – критерии подобия Нуссельта, Грасгофа, Прандтля:

, 

где  λ – коэффициент теплопроводности воздуха, , g – ускорение свободного падения, g=9,81 м2/с ; β – коэффициент объемного расширения воздуха, ; 

 ν – коэффициент  кинематической вязкости воздуха, м2/с.

В формуле (2.2) все  физические свойства, входящие в критерии подобия, выбираются из табл. 2.2 при  определяющей температуре воздуха tв вдали от поверхности теплообмена, а в качестве определяющего размера – наружный диаметр трубы dн.

В рассматриваемом случае  определяющая температура  

tв = 22 ºС.

При этой температуре для  воздуха:

  0,0261 Вт/м*К; Pr=0,7026;

ν = 15,2*10-6 м2/с.

         = 1/ 22+273= 1/295 = 3,39*10-3 1/К

Вычисляем значение комплекса:

          = 9,81*3,39*10-3 (85-22)*0,23    = 7,217*107

            (15,24 )2* (10-6)2 

 

Из табл. 2.3 находим, что при вычисленном значении комплекса постоянные в расчетном  уравнении (2.2) равны: С = 0,5 и  n = 0,25. Тогда значение критерия Нуссельта составит

.(7,217*107) 0,25* 0,5 = 46,08

Откуда 46,08* (0,0261/0,2)= 6,01 Вт/м2*К

Площадь наружной поверхности трубы

        7 = 4,396 м2

Тогда тепловой поток, отдаваемый от наружной поверхности  трубы к воздуху по формуле (2.1), будет равен

 6,01*63*4,396=1664,5

Ответ:  ɑ=6,01 Вт/м2*К        Q=1664,5

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задача  № 3

Задан состав твердого топлива на рабочую массу в %. Определить теоретически необходимое количество воздуха для горения, а также  по формуле Д.И. Менделеева - низшую и высшую теплоту сгорания топлива, объемы и состав продуктов сгорания при αв, а также энтальпию продуктов сгорания при температуре .

Данные для  расчета принять по табл. 3.1. 

Таблица 3.1

Вариант

Wp

Ap

Sp

Cp

Hp

Op

αв

, ºС

20

8,0

9,2

0,6

67,9

4,7

0,8

8,8

1,4

310


Таблица 3.2

Энтальпии газов, воздуха и золы

 

кДж / м3

кДж / кг

100

171,1

130,1

150,5

132,7

80,8

200

360,0

261,0

304,0

267,0

169,1

300

563

394

463

403

264

400

776

529

626

542

360

500

999

667

795

685

458

600

1231

808

969

830

560

700

1469

952

1149

979

662

800

1712

1098

1334

1129

767

900

1961

1247

1526

1283

857

1000

2210

1398

1723

1483

984

1100

2458

1551

1925

1595

1097

1200

2717

1705

2132

1754

1206

1300

2977

1853

2344

1914

1361

1400

3239

2009

2559

2076

1583

1500

3503

2166

2779

2239

1759

1600

3769

2324

3002

2403

1876

1700

4036

2484

3229

2567

2064

1800

4305

2644

3458

2732

2186

1900

4574

2804

3690

2899

2387

2000

4844

2965

3926

3066

2512

2100

5115

3127

4163

3234

-

2200

5386

3289

4402

3402

-

2300

5658

3452

4643

3571

-

2400

5930

3615

4888

3740

-

2500

6203

3778

5132

3910

-


Исходные данные:

= 8,0;  = 9,2;   = 0,6;  = 4,7;  =67,9;   = 0,8; 
    = 8,8;   αв = 1,4;   = 310 ºС. 

Решение

Теоретически  необходимое количество воздуха  для полного сгорания 1 кг топлива  вычисляется по формуле

 

               = 0,089*67,9+0,226*4,7+0,033*(0,6-8,8)= 6,8 м3/кг 

Действительное  необходимое количество воздуха

   1,4*6,8=9,52 м3/кг 

 

Низшая теплота  сгорания 1 кг топлива по формуле  Д.И. Менделеева 

= 338*67,9+1025*4,7-108,5(8,8-0,6)-25*8,0=26678 кДж/кг.

Высшая теплота  сгорания

  26678+225*4,7+25*8,0= 27935,5 кДж/кг.

Теоретические объемы продуктов полного сгорания твердых топлив при αв=1 определяются по формулам:  

-объем трехатомных  газов

                                    = 0,0187*(67,9+0,375*0,6)=1,27 м3/кг 

-объем азота 0,79*6,8+ 0,8*0,8/100 = 5,38 м3/кг  

-объем сухих  газов 1,27+6,8 = 8,06 м3/кг  

-объем водяных  паров

                                   = 0,111*4,7+0,0124*0,8+0,0161*6,8=0,73 м3/кг  

Полный объем  газообразных продуктов сгорания 1 кг топлива при  
αВ =1   8,07+0,73=8,8 м3/кг  

Объем продуктов  сгорания при αВ = 1,4 определяется по формулам:

-объем сухих  газов   8,07+(1,4-1)*6,8=10,79 м3/кг  

-объем водяных  паров

= 0,73 + 0,0161 * (1,4-1) * 6,8 = 0,77 м3/кг   

Полный объем  продуктов сгорания 10,79+0,77=11,56 м3/кг  

Энтальпия продуктов  сгорания, , при αВ=1 и температуре газов =310ºС  находится по формуле     (3.1)

 1,27 * 584,3+5,38 * 407,5 + 0,73 * 479,3 = 3284,3 ,

Энтальпия воздуха, где – энтальпия воздуха при =310 ºС

  = 6,8 * 416,9 = 2834,9

 Энтальпия продуктов сгорания при  αВ =1,4   и =310 ºС

 3284,3 + 0,4 * 2834,9 = 4418,3

Ответ: 6,8 м3/кг  ; 26678 ; 27935,5 ;

1,27 м3/кг ;  5,38 м3/кг ; 8,07 м3/кг ; = 0,73 м3/кг;  

10,79 м3/кг;   0,77 м3/кг;   3284,3 ; 2834,9 ;               

4418,3

 

 

 

 

Задача  № 4

Определить  литровую мощность и удельный индикаторный расход топлива четырехцилиндрового (i = 4) четырехтактного (τ = 4) двигателя, если среднее индикаторное давление равно Pi (Па). Диаметр цилиндра D = 0,12 м, ход поршня S = 0,1 м, угловая скорость вращения коленчатого вала ω, (рад/с), механический  ηм и удельный расход топлива  g = 0,008 кг/с.

Информация о работе Контрольная работа по дисциплине «Теплотехника»