Решение задач по предмету Теплотехника на тему: 4 задачи по теплофизике

Газовые смеси
Дано: Смесь, состоящая из m1 килограммов азота и m2 килограммов кислорода, имея начальные параметры – давление P1 и температуру t1, расширяется при постоянном давлении до объема V2 =  V1; затем смесь расширяется в процессе pVn = const до объема V3 = δ V2 .
Здесь  – коэффициент расширения V2 / V1, δ – коэффициент расширения V3 / V2, n – показатель политропы.
Определить: • газовую постоянную смеси (R)
• начальный объем V1
• параметры смеси: давление, температуру и объем в состояниях 2 и 3
• найти изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии, теплоту и работу расширения в процессах 1-2 и 2-3
• построить процессы в рабочей (P-v) и тепловой (T-S) диаграммах.
Конвективный теплообмен
Дано: Горизонтально (или вертикально) расположенная цилиндрическая труба диаметром d и длиной L испускает тепловой поток в окружающую среду. Температура стенки трубы tс, температура воздуха tв.
Определить: • потери теплоты в единицу времени
Комментарии к задаче: Для определения коэффициента теплоотдачи иcпользовать критериальные уравнения теплоотдачи при поперечном обтекании.
Теплофизические параметры воздуха рассчитывать с использованием линейной интерполяции по температуре.
Лучистым теплообменом пренебречь.

При решении использовать критериальные уравнения следующего вида:
При свободной конвекции для горизонтальных труб:
Nu = 0.5 (Gr Pr)0.25, при (Gr Pr) от 500 до 2•107
При свободной конвекции для вертикальных труб:
Nu = 0.76 (Gr Pr)0.25 , при (Gr Pr) от 1000 до 109
Nu = 0.15 (Gr Pr)0.33, в противном случае

При вынужденной конвекции при поперечном обтекании:
Nu = 0.5 Re0.5 Pr0.38, при Re < 1000
Nu = 0.25 Re0.6 Pr0.38, при Re от 1000 до 2•105
Nu = 0.023 Re0.8 Pr0.37, при Re от 2•105 до 2•106
Термодинамические циклы. Многоступенчатый компрессор
Дано: Произвести термодинамический расчет многоступенчатого поршневого компрессора, производящего G кг в секунду сжатого до давления Рк воздуха, если предельно допустимое повышение температуры газа в каждой ступени t, а сжатие происходит с показателем политропы n. Воздух на входе в компрессор имеет давление P1 и температуру t1. В промежуточных теплообменниках сжатый воздух охлаждается изобарно до первоначальной температуры t1.
Определить: • количество ступеней компрессора;
• температуру воздуха после сжатия в каждой ступени;
• количество теплоты, отводимое в систему охлаждения цилиндров компрессора и в промежуточных теплообменниках;
• объемную производительность компрессора по входу и выходу;
• построить цикл в рабочей (P-v) и тепловой (T-S) диаграммах.
Комментарии к задаче: Компрессор считать идеальным, трением и вредным пространством пренебречь.
Степень повышения давления в каждой ступени компрессора считать одинаковыми.
Процесс в промежуточном холодильнике считать изобарным охлаждением до начальной температуры t1.
Охлаждение трубопровода
Дано: По стальной трубе, внутренний и внешний диаметр которой соответственно d1 и d2 , а коэффициент теплопроводности λ, течет газ со средней температурой tг; коэффициент теплоотдачи от газа к стенке α1. Снаружи труба охлаждается водой со средней температурой tв; коэффициент теплоотдачи от стенки к воде α2.
Определить: • коэффициент теплопередачи от газа к воде;
• тепловой поток на один метр длины трубы;
• температуры поверхностей трубы.
• температуру внешней поверхности трубы, если она покрылась слоем накипи толщиной Δ, коэффициент теплопроводности которой равен λн. Комментарии к задаче: Тепловой режим считать стационарным.
Лучистым теплообменом пренебречь.