Задачи составлены по вариантной системе, в которой исходные данные выбираются из соответствующих таблиц по последней и предпоследней цифрам шифра (личного номера) студента-заочника. Вариант работы должен соответствовать номеру группы и шифру студента.

Контрольная работа №1

(к разделу "Техническая термодинамика")

Задача 1. Произвести расчет термодинамических параметров газовой смеси, совершающей изобарное расширение до объема V₂, если известны начальная температура t₁, начальное  давление P₁ и масса смеси m.

Определить: газовую постоянную и кажущуюся молекулярную массу, начальный объем V₁, основные параметры в конечном состоянии, изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии, теплоту и работу расширения в процессе 1-2.    Исходные данные для решения задачи приведены в таблицах 1, 2.

При определении молярной массы и газовой постоянной обратить внимание на способ задания смеси.

Теплоемкости компонентов смеси рассчитать с использованием закона Майера.

Для расчета параметров состояния использовать уравнение состояния идеального газа.

Правильность вычисления энергетических параметров контролировать по выполнению первого закона термодинамики.

Таблица 1.

Средняя характеристика природного газа из магистральных газопроводов

Таблица 2.

Задача 2.  Для технологических целей необходимо иметь G килограммов в секунду воздуха при давлении P_k. Рассчитать идеальный многоступенчатый поршневой компрессор. Определить:

- количество ступеней компрессора и степень повышения давления в каждой ступени;

- количество теплоты отведенной от воздуха в цилиндрах компрессора и в промежуточном холодильнике;

- конечную температуру и объемную производительность компрессора.

- изобразить цикл на рабочей диаграмме.

Давление воздуха на входе в первую ступень компрессора  P₁  = 0,1 МПа и температура  t₁  = 27 °С. Допустимое повышение температуры воздуха в каждой ступени  Dt , показатель политропы сжатия n, конечное давление  P_k и массовый расход воздуха G выбрать из таблицы 3.

При решении задачи трение и вредное пространство не учитывать.

Степень повышения давления в каждой ступени компрессора считать одинаковыми и привести в соответствие с допустимым повышением температуры Dt.

Процесс в промежуточном холодильнике считать изобарным охлаждением до начальной температуры t₁.

Таблица 3.

Задача 3. Рассчитать теоретический цикл двигателя внутреннего сгорания для привода компрессора из задачи 2, если известны степень сжатия e (степень повышения давления в компрессоре p ), максимальная температура цикла t₃ и механический КПД привода h_м. Определить:

- параметры рабочего тела в характерных точках цикла;

- подведенную и отведенную теплоту, работу и термический КПД цикла;

- мощность двигателя и массовый расход рабочего тела;

- построить цикл на рабочей диаграмме.

Тип двигателя и данные для расчета приведены в таблице 4.

При решении задачи в качестве рабочего тела взять воздух. Начальное состояние соответствует нормальным условиям. Теплоемкость воздуха принять не зависящей от температуры.

Расчет цикла произвести на 1 кг рабочего тела. Процессы сжатия 1-2 и расширения 3-4 считать адиабатными.

Мощность привода определить с учетом механического КПД.

Таблица 4.

Задача 4. Произвести расчет горения твердого топлива при коэффициенте избытка воздуха a = 1,25.

Определить низшую и высшую теплоту сгорания, теоретический и действительный расходы воздуха, температуру горения и массовый состав продуктов сгорания.

Исходные данные для решения задачи приведены в таблице 5.

При решении задачи начальное состояние воздуха и топлива принять нормальным.

Процесс горения считать изобарным. Теплоту сгорания считать по формуле Менделеева.

Определение температуры горения производить при помощи It-диаграммы, для построения которой предварительно вычислить энтальпии продуктов сгорания при температурах порядка 1500 и 2000°С (без использования готовых таблиц энтальпий).

Таблица 5.

Элементарный состав рабочей массы некоторых твердых топлив

Контрольная работа №2

(к разделу "Основы тепло- и массообмена")

Задача 1. По трубопроводу с внешним диаметром d_н  и толщиной стенки d течет газ со средней температурой t_Г . Коэффициент теплоотдачи от газа к стенке a₁. Снаружи трубопровод охлаждается водой со средней температурой  t_В . Коэффициент теплоотдачи от стенки к воде a₂.

Определить коэффициент теплопередачи от газа к воде, погонный тепловой поток и температуры внутренней и наружной поверхностей трубы. Данные для решения задачи выбрать из таблицы 6.

Тепловой режим считать стационарным. Решение задачи базируется на теме «Теплопередача через цилиндрическую стенку».

Лучистым теплообменом пренебречь.

Таблица 6.

Задача 2. Определить потери теплоты в единицу времени с одного погонного метра горизонтально расположенной цилиндрической трубы диаметром d в окружающую среду, если температура стенки трубы t_с , а температура воздуха t_в. Данные для решения приведены в таблице 7.

Коэффициент теплоотдачи определять из критериальных уравнений теплоотдачи при поперечном обтекании. Особое внимание обратить на вид конвекции, режим течения и определяющую температуру. Теплофизические параметры воздуха рассчитывать с использованием линейной интерполяции по температуре.

Лучистым теплообменом пренебречь.

Таблица 7.

Задача 3.  Подогретый до температуры t₁ мазут перевозится в цистернах диаметром d и длиной 10 метров со средней скоростью w при температуре наружного воздуха t_в.

Рассчитать допустимое время транспортировки, за которое на стенке цистерны намерзает слой мазута толщиной 10 см. Определить количество теплоты, необходимое для разогрева замерзшего слоя до начальной температуры t₁.

Исходные данные для решения задачи приведены в таблице 8.

Предполагается на цистерну набегает невозмущенный поток воздуха, а интенсивность охлаждения равномерно распределена по ее наружной поверхности. Коэффициент теплоотдачи рассчитывать по критериальному уравнению для пластины.

Конвективным теплообменом внутри цистерны пренебречь и считать, что теплота передается только путем теплопроводности.

Время промерзания определять из решения нестационарной задачи теплопроводности. Разогрев мазута рассчитывать по средней температуре замерзшего слоя.

Плотность мазута 911 кг/м³; теплопроводность 0,151 Вт/м/К; теплоемкость 1,645 кДж/кг/К. Температуру застывания мазута принять равной 15°С. Теплоту фазового перехода принять равной нулю.

Таблица 8.

Задача 4. Определить плотность лучистого теплового потока между двумя параллельно расположенными плоскими стенками, имеющими температуру t₁ и t₂ и степени черноты e₁ и  e₂. Как изменится интенсивность теплообмена при установке экрана со степенью черноты e_э.

Условия теплообмена считать стационарными. Теплопроводностью и конвективным теплообменом в зазоре между пластинами пренебречь.

В качестве экрана взять тонкий металлический лист.

Таблица 9.