Кафедра физики. Теплотехника. Контрольная работа

Колебания
Свободные незатухающие
колебания
Затухание свободных
колебаний
Вынужденные колебания
Сложение колебаний
Электpостатика
Электpический заpяд
Закон Кулона
Потенциал
Пpоводники в
электpостатическом поле
Диэлектpики в электpическом
поле
Поток вектоpа напpяженности
Теоpема Гаусса
Электpическая емкость
Основные законы постоянного
тока
Энеpгия электpического поля
Машиностроительное черчение
Физика атомного ядра
Электротехнические материалы
Электромагнетизм
Электромагнитное
взаимодействие
Квантооптические явления
Оптика
Волновая оптика
Электромагнитные волн
Принцип суперпозиции волн
Принцип Гюгенса
Интерференция света
Дифракция света
Опыт Майкельсона.
Теория аберрации Стокса
Интерференция
поляризованных лучей.
Физические основы механики
Молекулярная физика
и термодинамика
Молекулярно-кинетическая
теория
Математика Задачи
Комплексные числа
Дифференциальное и
интегральное исчисление
Интегралы
Основные задачи на прямую
и плоскость
Векторная алгебра
Исследование функции
и построение графика
Производная функции
Свойства комплексных чисел
Локальная сеть

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ТЕПЛОТЕХНИКИ

Пример. В баллоне емкостью  заключен азот под избыточным давлением  и температурой . Определите удельный объем азота  и его массу, если барометрическое давление .

Термодинамический процесс. Последовательное изменение состояния рабочего тела системы в результате энергетического взаимодействия с внешней средой называется термодинамическим процессом. В термодинамическом процессе обязательно изменяется хотя бы один параметр состояния.

Формы обмена энергии. В термодинамических процессах передача энергии между системой и внешней средой возможна только в двух формах – в форме тепла   или в форме работы.

Термодинамические процессы Политропные процессы. Задачей анализа любого термодинамического процесса является установление закономерностей изменения термических и калорических параметров состояния рабочего тела и выявления особенностей превращения энергии в форме тепла и работы.

Основные уравнения стационарного поточного процесса. В машинах и аппаратах технических устройств, например, в турбинах, компрессорах, насосах, теплообменниках, трубопроводах и др., как правило, осуществляется стационарное течение одного или нескольких потоков газа или жидкости. При термодинамическом исследовании подобных систем их заключают в контрольное пространство (рис. 3) и применяют для описания процессов основные уравнения термодинамики и механики одномерного течения.

Пример. Вода в трубах теплообменного аппарата в количестве 25 кг/с при начальном давлении 1 бар подогревается от 20 до 27 . Определите тепловой поток, подводимый к воде, если давление на выходе из труб снижается на 5%.

Пример. Компрессор всасывает воздух при давлении   бар, температуре  и сжимает его до давления  бар. Производительность  м3/час при нормальных физических условиях. Определите мощность компрессора, если он неохлаждаемый, относительный внутренний к.п.д. , а также – параметры газа в конце сжатия.

Определить параметры в проточной камере при смешивании двух потоков азота. Параметры первого потока: t1=20 оC, Р1=6 бар, w1=10 м/с. Параметры второго потока: t2=200 оC, Р2=10 бар, w2=15 м/с. Давление в камере снизилось до Р=5 бар. Расходы исходных потоков следующие: кг/с, кг/с.

Пример. Определить состояние и калорические параметры водяного пара при  и .

Термодинамический анализ энергетических установок Применение законов термодинамики к преобразованию энергии в технических системах.

Пример. В парогенератор поступает вода при давлении   бар и температуре , где нагревается, испаряется и перегревается (снижения давления воды в трубах можно не учитывать) до . Массовый расход воды составляет  т/час. Топливо – мазут; теплота сгорания  МДж/кг. Определить расход топлива  и степень эффективности парогенератора, если температура окружающей среды .

Пример. В системах теплоснабжения применяются водогрейные котлы. Определить степень эффективности  водогрейного котла, обеспечивающего подогрев циркуляционной воды в системе теплоснабжения от  до , если потери тепла в трубопроводах подачи составляют 30%. Топливо- природный газ; теплота сгорания  МДж/кг. Температура окружающей среды . За счет установки эффективных газовых горелок удалось довести значение энергетического к.п.д. котла   до 95%.

Определите удельную работу турбины  и насоса , внутренний к.п.д. цикла , эффективную мощность паротурбинной установки Ne, потери эксэргии в основных элементах и степень эффективности  ПТУ. К.п.д. турбины , ; к.п.д. насоса , давление в конденсаторе Р3=0,04 бар, к.п.д. электрогенератора .

Принцип термотрансформации. Основная задача холодильной техники решается с помощью термотрансформатора. Он работает на перепаде между температурой холодильной камеры Тх и температурой окружающей среды Тос>Тх. Такой термотрансформатор называется холодильной машиной (установкой). Рабочее тело холодильной машины (хладагент) используется в обратном («левонаправленном») круговом процессе (цикле).

Аммиачная холодильная установка производительностью Qx=116,3 кВт работает при температуре испарения t1=-150С; пар на выходе испарителя сухой насыщенный. Температура конденсации t3=300С. Изоэнтропный к.п.д. адиабатного компрессора . В холодильной камере поддерживается температура tx=-100С, а температура окружающей среды tос=200С. Определить мощность компрессора Nк, холодильный коэффициент и степень эффективности  установки.

Основы теории тепломассообмена Обмен внутренней энергией между телами (или частями одного тела), имеющими различную температуру, называется теплообменом.

Описание теплопроводности. Решение задач теплопроводности связано с определением поля температур и тепловых потоков

Пример. Определить потерю тепла с 1 м трубопровода диаметром , покрытого слоем изоляции толщиной  

Конвективный теплообмен Основные понятия конвективного теплообмена. Передача теплоты конвенцией осуществляется перемещением неравномерно нагретых макрообъемов жидкости или газа друг относительно друга под действием сил различной природы. В общем случае конвективным переносом называют перенос количества движения, теплоты и вещества в среде с неравномерным распределением скорости, температуры и концентрации вещества.

Теплоотдача в жидкостях и газах Теплоотдача при вынужденном течении в каналах. Интенсивность теплообмена в прямых гладких трубах зависит от режима течения потока, определяемого величиной . Если , то течение ламинарное. Для труб . Развитый турбулентный режим течения устанавливается при значениях ; значение  соответствует переходному режиму.

Теплоотдача при фазовых переходах Особенности теплоотдачи при кипении. Кипением называют процесс парообразования в жидкости, перегретой выше температуры насыщения, при котором паровые пузырьки образуются в отдельных точках твердой поверхности нагрева – центрах парообразования. Этими центрами являются микровпадины шероховатостей стенки и мельчайшие твердые частицы.

Определить коэффициент теплоотдачи при кипении воды, текущей в трубе диаметром мм со скоростью  м/с; плотность теплового потока  Вт/м2; температура насыщения , чему соответствует давление  бар.

На наружной поверхности вертикальной трубы диаметром  мм и высотой  м конденсируется сухой насыщенный водяной пар при давлении  бар. Температура поверхности трубы . Определить средний по высоте коэффициент теплоотдачи от пара к трубе и расход пара, конденсирующийся на поверхности трубы.

Тепловое излучение Тепловое излучение (радиационный или лучистый теплообмен)- это распространение через газовый слой внутренней энергии излучающего тела путем электромагнитных волн. Возбудителями этих волн являются электрически заряженные частицы, входящие в состав тела.

Пример. Определить потери тепла излучением с 1 м паропровода, если его наружный диаметр  м, степень черноты поверхности , температура стенки , температура окружающих тел .

Определить радиационно–конвективный коэффициент теплоотдачи от панельного комнатного радиатора высотой Н = 0,4 м, обогреваемого водой температурой 90 0С. Температура воздуха и стен в помещении tж = 18 0С. Степень черноты поверхности радиатора .

Теплообменные аппараты Классификация и расчетная модель. Теплообменными аппаратами называют технические устройства, предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. Теплообменными аппаратами являются: парогенераторы и конденсаторы паротурбинных установок, испарители и конденсаторы холодильных машин, промежуточные охладители компрессорных установок и многие другие устройства. Участвующие в теплообмене вещества (теплоносители) могут находиться в жидком или газообразном состоянии, либо в виде двухфазного потока.

ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ № 1

 Кинематика поступательного движения

 Статика изучает законы равновесия материальной точки (тела) под действием приложенных сил. Под равновесием понимают состояние покоя или равномерного и прямолинейного движения или вращения.

Задача. Зависимость пройденного пути от времени задается уравнением   (). Определить через сколько времени после начала движения ускорение  тела станет равным 2,8.

Поезд массой 1200т движется со скоростью , и при торможении останавливается, пройдя путь . Найти силу торможения.

Платформа в виде диска радиусом  вращается по инерции с частотой . На краю платформы стоит человек, масса которого . С какой частотой  будет вращаться платформа, если  человек перейдет в ее центр? Момент инерции платформы . Момент инерции человека рассчитывать как для материальной точки.

Задача.  Верхний конец стержня закреплён, а к нижнему подвешен груз . Длина стержня 6м, поперечное сечение . Определить напряжение материала стержня, его абсолютное и относительное удлинение, если модуль Юнга .

Задача 9. В сосуд заливается вода со скоростью 0,5л/с. Пренебрегая вязкостью воды, определить диаметр отверстия в сосуде, при котором вода поддерживалась бы на постоянном уровне h = 20см.

Электростатика

Два заряда взаимодействуют в вакууме на расстоянии м с такой же силой, как и в трансформаторном масле на расстоянии 0,48см. Определить диэлектрическую проницаемость трансформаторного масла.

Плоский воздушный конденсатор, расстояние между пластинами которого 5 см, заряжен до 200В и отключен от источника напряжения. Каким будет напряжение на конденсаторе, если его пластины раздвинуть до 10 см?

В однородном магнитном поле с индукцией мТл висит алюминиевый проводник диаметром d=0,2 мм. Определить силу тока в проводнике. Плотность алюминия .

Решение задач по физике, электротехнике, математике