Задачи для самост ій ного розв'язування

 

Задача 1

Передача теплоти у котлі від димових газів до води відбувається через сталеву стінку, покриту шаром сажі Товщина стінки δст=20 мм, λ_ст=50 Вт/(м*К), шару сажі-δ_с=2мм, λ_с=0,08 Вт/(м*К). Температура димових газів t₁=900°С, води t₂=170⁰С, коефіцієнт теплопередачі від газів до стінки α₁= 50 Вт/(м^2*К), від стінки до води α₂= 5000 Вт/(м²*К). Визначити коефіцієнт теплопередачі, питомий тепловий потік, температура на всіх поверхнях. Зобразити схематично характер змінення температури у теплоносіях, на поверхнях стінки та сажі.

 

Задача 2

По сталевій трубі що має внутрішні та зовнішні діаметри d₁= 100мм та d₂=110 мм, коефіцієнт теплопровідності λ₁=40 Вт/(м*К), тече газ із середньою температурою t_г=750°С. Коефіцієнт тепловідачі від газу до стінки α₁=50 Вт/(м2*К). Ззовні труба охолоджується водою з середньою температурою t_в=80°С. Коефіцєнт тепловіддачі від стінки до води α₂=3500 Вт/(м2*К). Визначити коефіцієнт теплопередачі від газу до води, тепловий потік на 1 м довжини труби, та температури на поверхнях труби; температуру зовшшньої поверхні труби, якщо вона покрита шаром сажі товщиною δ = 2 мм, з коефіцієнтом теплопровідності λ₂=0,08 Вт/(м*К).

 

Задача 3

По горизонтально розташованій сталевій трубі (λ=40 Вт/(м*К)) зі швидкістю w=3,8 м/с тече вода, яка має температуру t_в=150°С. Ззовні труба охолоджується оточуючим повітрям (t₁=18°С, Р=0,1 МПа). Визначити коефіцієнти тепловіддачі α₁ та α₂, відповідно, від води до стінки труби та від стінки до повітря, коефіцієнт теплопередачі k та тепловий потік q, віднесений до 1 м довжини труби, якщо внутрішній діаметр труби d₁=150 мм, а зовнішній d₂=170 мм. При визначенні α₂ прийняти температуру зовнішньої поверхні труби t₂ = t_в=150°С.

 

Задача 4

Повітря з середньою температурою t_в=140°С та тиском Р_в=0, 1 МПа рухаеться зішвидюстю w=10 м/с по трубіяка маєдааметр d=200 мм. Температура внутршнъоіповерхт стінкитруби t_сті=100°С. Визначити добову втрату теплота за рахунок конвективноітепловщдачітрубою довжиною 5 м.

 

Задача 5       

Визначити сумарну втрату теплоти за одну годину за рахунок конвективної тепловіддачі та випромінювання з 1 погонного метра горизонтально розташованого паропроводу діаметром d=160 мм, якщо температура зовшшньої поверхні труби t₁=180°С, температура повітря у приміщенні t₂=20⁰С, коефіцієнт чорноти поверхні паропроводу ε=0,8. Вважати, що площа поверхні приміщення в багато разів більша, ніж площа поверхні паропроводу.

 

Задача 6

Обчислити коефіцієнт тепловіддачі від пари, що конденсується на поверхні вертикальної трубки, та кількість конденсату за таких умов: температура стінки t_c = 50°С, тиск пари р= 0,2 МПа, висота трубки h=2 м, зовнішній діаметр d=20 мм. Як зміниться середній коефійієнт тепловіддачі α, якщо за тих же умов трубку розмістити горизонтально?

 

Задача 7

Визначити температуру екрана, поставленого між двох, великих розмірів плоскопаралельних пластин, які мають ступінь чорноти ε₁=ε₂=0.9, температури t₁=300°С та t₂=20°С, якщо ступінь чорноти екрану ε_е = 0.1. Знайти зменшення теплового потоку між пластинами при наявності екрану.

 

Задача 8.

Який ступінь чорноти повинен мати екран, щоб при установці його між паралелъними пластинами з коефіцієнтом чорноти ε₁=ε₂=0.9 тепловий потік випромінювання зменшився у 33 рази? Чому за цього випадку дорівнює температура екрана, якщо температура пластин t₁ = 300° С та t₂ = 20° С?

 

Додатки

 

Таблиця 1 Характеристики газі в

 

Газ	Хімічна формула	µ, кг/кмоль	ρ, кг/м3	Vµ, м3/кмоль	R, Дж/(кг К)
Водень	Н2	2.016	0.090	22.43	4124.0
Гелій	Не	4.003	0.179	22.42	2078.0
Метан	СН4	16.032	0.717	22.39	518.8
Аміак	NН3	17.032	0.771	22.08	488.3
Водяна пара	Н2О	18.016	0.804	22.40	461.0
Азот	N2	28.026	1.251	22.40	296.8
Окис вуглецю	СО	28.01	1.250	22.40	296.8
Повітря	-	28.96	1.293	22.40	287.0
Кисень	О2	32.00	1.429	22.40	259.8
Двуокис вуглецю	СО2	44.91	1.977	22.26	188.9
Сірчаний газ	SО2	64.06	2.926	21.89	129.8

Таблиця .2 Теплофізичні властивості води

 

t, °С	p, бар	ρ, кг/м3	С, кДж/(кг К)	λ, Вт/(м К)	ν106, м2/с	β104, K-1	Рr
При атмосферному тиску
0	1.013	999.9	4.218	0.567	1.797	0.68	13.33
10	1.013	999.7	4.192	0.583	1.308	. 0.88	9.41
20	1.013	988.2	4.182	0.598	1.005	2.07	7.01
30	1.013	995.7	4.178	0.613	0.801	3.03	5.44
40	1.013	992.2	4.177	0.627	0.658	3.85	4.35
50	.013	988.1	4.181	0.640	0.554	4.57	3.57
60	.013	983.2	4.184	0.651	0.475	5.23	3.00
70	.013	977.8	4.190	0.661	0.414	5.84	2.57
80	.013	971.8	4.197	0.669	0.365	6.41	2.23
90	.013	965.5	4.205	0.675	0.326	6.96	1.96
На лінії насичення
100	.013	958.4	4.216	0.680	0.295	7.50	.75
ПО	.433	951.0	4.233	0.683	0.268	8.04	.60
120	.958	943.7	4.250	0.685	0.252	8.64	.47
130	2.701	934.8	4.266	0.686	0.233	9.19	.35
140	3.614	926,1	4.287	0.685	0.217	9.72	.26
150	4.760	917.0	4.313	0.684	0.203	10.3	.17
160	6.108	907.4	4.346	0.681	0.191	10.7	.10
170	7.920	897.2	4.380	0.676	0.181	11.3	.05
180	10.03	886.3	4.417	0.672	0.173	11.9	1.03
190	12.55	876.0	4.459	0.664	0.165	12.6	0.97
200	15.55	863.0	4.505	0.568	0.158	13.3	0.93

 

 

Таблиця 3 Те п лоф із ичні властнвості сухого пов іт р я

 

t, °С	ρ, кг/м3	С, кДж/(кгК)	λ*102, Вт/(мК)	µ*105, м2/с	ν*106, м2/с	Рr
0	1,293	1,005	2,442	1,72	13,28	0,707
10	1,247	1,005	2,512	1,77	14,16	0,705
20	1,205	1,005	2,593	1,81	15,06	0,703
30	1,165	1,005	2,675	1,86	16,00	0,701
40	1,128	1,005	2,756	1,91	16,96	0,699
50	1,093	1,005	2,826	1,96	17,96	0,698
60	1,060	1,005	2,896	2,01	18,97	0,696
70	1,029	1,009	2,966	2,06	20,02	0,694
80	1,000	1,009	3,047	2,11	21,09	0,692
90	0,972	1,009	3,128	2,15	22,10	0,690
100	0,946	1,009	3,210	2,19	23,13	0,688

Таблиця 4 Термодинам і ч ні влас т ивосгі води та водяно ї пари на л інії насичення

 

p, бар	tн, °С	ρ”, кг/м3	i’, кДж/кг	i”, кДж/кг	r, кДж/кг
1.0	99.6	0.590	417.4	2675	2258
1.1	102.3	0.645	428.9	2678	2250
1.2	104.8	01670	439.4	2683	2244
1.3	107.1	0.755	448.2	2687	2238
1.4	109.3	0.809	458.5	2690	2232
1.5	111. 4	0.863	467.2	2692	2226
1.6	113.3	0.916	475.4	2696	2221
1.7	115.2	0.970	483.2	2699	2216
1.8	116.9	1.023	490.7	2702	2211
1.9	118.6.	1.076	497.9	2704	2206
2.0	120.2	1.129	504.8	2707	2202
2.1	121.8	1.182	511.4	2709	2198
2.2	123.3	Г235	517.8	2711	2193
2.3	124.7	1.287	524.0	2713	2189
2.4	126.1	1.340	529.8	2715	2185
2.5	127.4	1.392	535.4	2717	2182

 

Таблиця 5 Фізичні характеристики рідин

 

 

Рідина	Коефіцієнт поверхнево­го натягу при 20°С σ*10-3,Н/м	Коефіцієнт внутрішнього тертя при 20°С Η*10-3, Па*с	Коефіцієнт об'ємного розширен­ня при 20°С Β*106,К-1	Точка кипіння при p0 =1,01*105 Па tk,°c
Бензол	ЗО	0,673	124	80,2
Вода	72,6	1,005	21	100,0
Гліцерин	66	1,480	50	290,0
Олія рицинова	36,4	970	-	-
Ртуть	500.0	1,590	18	356,7
Спирт етиловий	22,0	1,2	110	78,3

 

Рідина	Питома теплота пароутворення r*105 Дж/кг	Коефіцієнт теплопровідності при 20°С Æ*102,Вт/(м*К)	Питома теплоємність С*103, Дж/(кг*К)
Бензол	3,94	-	1J1
Вода	22,6	60	4,18
Гліцерин	-	29	2,43
Олія рицинова	-	-	2,1
Ртуть	2,85	908	0,125
Спирт етиловий	8,57	17	2,43

 

Таблиця 6 Теплофізичні характеристики твердих тіл

 

 

Матеріал	Температурний коефіці­єнт лінійного розширення Λ*106, К-1	Питома теплоєм­ність при 18°С С*10-2, Дж/(кг*к)	Коефіцієнт тепло­провідності при 18°С æ,Вт/(м*К)	Температура плавлення tпл, °С	Питома теплота плавлен­ня" λ*10-5,Дж!кг
Алюміній	23.8	9,2	200,6	660	3,8
Залізо	12,1	4,6	58,5	1539	2,7
Лід	51.0	20,9	2,5	0	3,35
Мідь	16,7	3,8	384,0	1083	1.8
Парафін	107-407	32,0	0,21	38-56	1,5
Свинець	29,3	1,2	34,7	327	0,25
Срібло	19.7	2,5	422,2	960,8	0,88
Ебоніт	84,0	-	0.17	-	-

Таблиця 7 Питома теплота згоряння палива • 10 ⁷ Дж/кг

 

Бензин	4,61	Гас	4,61
Деревина	1,26	Нафта	4,61
Кам'яне вугілля	2,93	Спирт	2,93

 

Таблиця 8. Множники і префікси для утворення кратних і часткових одиниць

 

Найменування	Позначен­ня	Множник	Наймену­вання	Позна­чення	Множ­ник
екса	Е	1018	деци	д	10-1
пета	П	1015	санти	с	10-2
тера	Т	1012	мілі	м	10-3
гіга	Г	109	мікро	мк	10-6
мега	М	106	нано	н	10-9
кіло	к	103	піко	П	10-12
гекто	г	102	фемто	Ф	10-15
дека	да	101	атто	а	10-18

Таблиця 9  Грецький алфавіт

А, α - альфа	N, ν - ню
В, β - бета	Ξ, ξ - ксі
Γ, γ-гамма	0, о - омікрон
Δ, δ - дельта	П, π - пі
Е, ε - епсилон	Р,ρ - ро
Z, ζ - дзета	Σ,σ  - сигма
Н, η - ета	Т, τ - may
Θ, θ - тета	Υ, υ - іпсилон
І, ι - йота	Ф, φ - фі
К, k - каппа	X, χ - xi
Λ,λ - ламбда	Ψ, ψ - псі
M, μ - мю	Ω, ω - омега

 

Таблиця 10 Латинський алфавіт

А, а - а	N, n - єн
В,b - бе	О, о - о
С, с - це	Р, р - пе
D, d - де	Q, q - ку
Е, e - є	R, r - ер
F, f - еф	S, s - еc
G, g - ге	T, t - те
H, h - аш	U, u - у
I, i - і	V, v - ве
J, j - йот	W, w - дубльве
K, k - ка	X, х - ікс
L, 1 - ель	Y, у - ігрек
M, m - ем	Z, z - зет

Зіст

Передмова…………..…………………………………………………2

1 Програма з навчальної дисципліни „ Теплотехніка”……….…….3

2 Рівняння стану ідеального газу……………………………….…..10

3 Основні процеси ідеальних газів…………………………..……..13

4 Основні закони суміші ідеальних газів…………………………..25

5 Водяна пара…………………………………………………………30

6 Цикли теплових та холодильних машин…………….……….…..36

7 Теплопередача……………………………………………………...44

Додатки………………………………….…………………..………...66