Расчетно-графическая работа №2

 

В данной работе необходимо рассчитать теплообмен от нагретых газов к воде через многослойную стенку, состоящую из слоёв сажи, накипи, металла и масла с заданными геометрическими размерами, а также коэффициентами теплопроводности и теплоотдачи со стороны газа и со стороны воды. Для выполнения задания (см. Приложение) следует проработать соответствующие разделы рекомендуемых учебников и наметить путь его решения.

 

Пример решения задания.

 

Дано:

t₁= температура газов = м, толщина слоя сажи

t₂= температура воды = м, толщина стенки из металла

= м, толщина слоя накипи

= м, толщина сдоя масла

Коэффициенты теплоотдачи:

= 110 Вт/(м²*К); = 2200 Вт/(м²*К);

 

Коэффициенты теплопроводности:

= 0,2 Вт/м*К-для сажи;

= 50 Вт/м*К- для стенки;

= 2 Вт/м*К для накипи;

= 0,1 Вт/м*К- для масла.

 

1) Решение данной задачи начинают с подсчёта - коэффициента теплопередачи для многослойной плоской стенки, разделяющей жидкости с различными температурами:

Для данного коэффициента справедливо выражение:

которое для данного вида теплообмена запишется:

тогда можно рассчитать коэффициент теплопередачи:

 

2) Следующим шагом определим интенсивность теплового потока, которая для всех слоев одинакова:

Подставив в данное выражение значение температур и коэффициента теплопередачи, получим:

 

3) Далее выразим баланс тепла для перехода от газов к 1-му слою:

Тогда температура на поверхности первого слоя со стороны теплоотдающей среды будет вычисляться по формуле:

Подставляя численные значения, получим:

Аналогично эти зависимости на границе между первым и вторым слоем выразятся:

Что позволяет получить:

Температура на границе второго и третьего слоя, будет вычисляться по формулам:

Запишем баланс тепла на границе третьего и четвертого слоя:

Таким образом

Для поверхности последнего слоя баланс тепла выразится:

Что позволяет найти температуру на поверхности последнего слоя, соприкасающегося с тепловоспринимающей средой:

Для проверки запишем баланс тепла на поверхности последнего слоя:

Что позволяет получить:

 

Для нашего задания составим эпюру изменения температуры (см. рис.3).

 

 

 

 

Приложение

Контрольное задание № 1

по технической термодинамике

Выполнить анализ термодинамического цикла, который состоит из 4-х

последовательно осуществляемых процессов. Данные процессов приведены в таблице. В качестве рабочего тела принять 1 кг сухого воздуха, который имеет газовую постоянную R=0,287 кДж/(кг*К), постоянную величину теплоёмкости принять С_р=1,025 кДж/(кг*К).

Требуется:

1. Для каждой точки термодинамического цикла определить параметры:

p, v, I. T, U, S.

2. Для каждого процесса определить работу l, теплоту q, изменение внутренней энергии Δu.

3. На мм-бумаге построить цикл в координатах P-V и S-T.

4. Подсчитать количество подведённой в цикле теплоты q₁, отведённой – q₂, работу цикла l и оценить эффективность цикла.

5. Проверить эффективность цикла. по соответствующим площадям на диаграмме S-T.Определить ср..индикаторное давление Р_i.

Таблица

Варианты заданий по технической термодинамике

 

№ варианта	Параметры точек	Тип процесса
1-2	2-3	3-4	4-1
1.	P1=0.8	V1=0.12	P2=2.0	P3=1.2	S	T	S	V
2.	P1=0.8	V1=0.12	P3=1.2	P4=2,0	V	S	T	S
3.	P1=1.3	T1=573	P2=0.5	T3=290	T	S	T	S
4.	P1=1.3	T1=593	T3=290	P4=0,5	S	T	S	T
5.	P1=0.2	V1=0.45	P2=1.2	T3=573	S	V	S	P
6.	P1=0.2	V1=0.35	T3=573	P4=1,2	P	S	V	S
7.	P1=3.5	T1=483	T2=583	P3=25	P	T	P	S
8.	P1=3.5	T1=473	P3=2.5	T4=573	V	P	T	P
9.	P1=2.0	T1=473	T2=632	V3=0.12	P	S	V	T
10.	P1=2.0	T1=483	V3=0.12	T4=632	T	P	S	V
11.	P1=0.2	T1=323	P2=2.0	T3=473	T	P	T	P
12.	P1=0.2	T1=333	Т3=473	P4=2,0	P	T	P	T
13.	P1=0.4	T1=373	P2=1.6	P3=0,6	S	T	S	P
14.	P1=0.4	T1=383	P3=0.6	P4=1,6	P	S	T	S
15.	P1=0.3	T1=300	P2=0.8	T3=573	T	V	T	V
16.	P1=0.3	T1=310	T3=473	P4=0,8	V	T	V	T
17.	P1=1.2	T1=373	P2=0.3	T3=573	T	P	T	P
18.	P1=1.2	T1=383	T3=473	P4=0,3	P	T	P	T
19.	P1=5.0	T1=573	P2=1.8	V3=0.2	T	S	V	S
20.	P1=5.0	T1=583	V3=0.2	P4=1,8	S	V	S	T

 

Продолжение таблицы

 

№ варианта	Параметры точек	Тип процесса
1-2	2-3	3-4	4-1
21.	P1=5.0	T1=583	V3=0.2	P4=1,8	S	V	S	T
22.	P1=0.7	V1=0.12	P2=2.0	T3=483	S	P	S	T
23.	P1=0.7	V1=0.12	T3=473	P4=2,0	T	S	P	S
24.	P1=0.3	T1=303	P2=0.6	T3=523	S	V	S	T
25.	P1=0.3	T1=313	T3=523	P4=0,6	T	S	V	S
26.	P1=0.12	V1=0.7	V2=0.2	T3=433	T	P	T	P
27.	P1=0.12	V1=0.1	T3=423	V4=0.2	P	T	P	T
28.	P1=0.4	V1=0.3	P2=1.0	T3=593	T	P	S	P
29.	P1=0.4	T1=313	T3=573	P4=1,0	P	S	P	T
30.	P1=0.7	T1=473	T2=673	V3=0.4	P	T	V	S
31.	P1=0.3	T1=289	P2=1.0	T3=573	S	P	T	P
32.	P1=0.3	T1=299	T3=573	P4=1,0	P	T	P	S
33.	P1=0.3	V1=0.3	P2=1.0	T3=483	S	V	T	P
34.	P1=0.3	V1=0.3	T3=473	P4=1,0	P	T	V	S
35.	P1=1.0	T1=523	T2=673	P3=0,6	P	S	P	V
36.	P1=1.0	T1=543	P3=0.6	T4=573	V	P	S	P
37.	P1=1.2	V1=0.08	P2=1.4	T3=433	V	P	V	P
38.	P1=1.2	V1=0.08	T3=423	P4=1,4	P	V	P	V
39.	V1=0.12	T1=323	P2=2,5	T3=573	S	P	T	P
40.	V1=0.12	T1=313	T3=573	P4=2,5	P	T	P	S
41.	P1=0.12	T1=288	P2=0,8	T3=573	S	P	S	P
42.	P1=0.12	T1=278	T3=673	P4=0,8	P	S	P	S
43.	P1=0.18	T1=293	V2=0,4	T3=573	T	V	S	V
44.	P1=0.18	T1=283	T3=573	V3=0.4	V	S	V	T
45.	P1=1.2	T1=313	P2=6,0	T3=593	S	P	S	V
46.	P1=1.2	T1=323	T3=593	P4=6,0	V	S	P	S
47.	P1=0.3	T1=229	P2=1,8	T3=603	S	V	S	V
48.	P1=0.3	T1=239	T3=603	P4=1,8	V	S	V	S

 

.

 

 

Контрольное задание № 2

по теплопередаче

 

Теплота от газов передаётся через многослойную стенку воде. Условия теплообмена приведены в таблице. Обозначения в таблице следующие:

t₁ – температура газов, ⁰С;

t₂ – температура воды, ⁰С;

α₁ – коэффициент теплоотдачи от газов к стенке, Вт/(м²*К);

α₂ – коэффициент теплоотдачи от стенки к воде, Вт/(м²*К);

δ₁ – толщина сажи, мм, (λ=0,2 Вт/м*К);

δ₂ – толщина стальной стенки, мм, (λ=50 Вт/м*К);

δ₃ – толщина накипи со стороны воды, мм, (λ=2 Вт/м*К);

δ₄ – толщина слоя масла на поверхности со стороны воды, мм, (λ=0,1 Вт/м*К);

Требуется:

1. Определить коэффициент теплопередачи К.

2. Определить количество теплоты q, передаваемое через 1 м² поверхности стенки в 1 секунду.

3. Представить в масштабе на мм-бумаге схему стенки с эпюрой изменения температуры от горячего теплоносителя к холодному через многослойную стенку.

 

Таблица

Варианты заданий по теплопередаче

 

№ варианта	t1	t2	α1	α1	δ1	δ2	δ3	δ4
1.
2.
3.								0.5
4.								0.2
5.					0.5			0.3
6.					0.6			0.6
7.								0.8
8.								0.9
9.								1.0
10.								1.1
11.					1.5			0.6
12.					0.5			0.3
13.					0.7			0.5
14.								0.4
15.					0.8			0.3

 

Продолжение таблицы

№ варианта	t1	t2	α1	α2	δ1	δ2	δ3	δ4
16.					1,0
17.					1,5			0,5
18.					1,0			0,6
19.					1,2			0,5
20.					1,1			0,7
21.					1,0			0,4
22.					1,4			0,5
23.					1,5			0,8
24.					2,0			1,0
25.					2,1			1,2
26.					2,3			1,2
27.					2,4			1,3
28.					2,0			1,2
29.					1,5			1,0
30.					1,0			0,9
31.					0,5			0,8
32.					0,4			0,7
33.					0,5			0,6
34.					0,6			0,5
35.					0,8			0,4
36.					1,0			0,6
37.					2,0			0,4
38.					2,5			0,3
39.					2,4			0,5
40.					1,9			0,6
41.					1,2			0,7
42.					1,0			0,5
43.					2,3			0,5
44.					2,1			0,4
45.					2,0			0,3
46.					1,5			0,8
47.					1,4			0,9
48.					1,2			1,0