3 Перечень лабораторных работ

1. Определение теплоемкости воздуха.

2. Определение показателя адиабаты воздуха.

3. Определение коэффициента теплоотдачи при свободной конвекции.

4. Определение коэффициента теплопередачи теплообменного аппарата.

5. Составление теплового баланса и определение расхода топлива котельного агрегата.

4 Контрольные задания

4.1 Общие методические указания

Учебным планом предусмотрено выполнение двух контрольных работ, каждая из которых состоит из нескольких задач. Задачи первой контрольной работы соответствуют первому разделу курса "Теоретические основы теплотехники", а задачи второй контрольной работы - второму разделу курса "Теплоэнергетические установки и теплоснабжение".

Выбор исходных данных осуществляется каждым студентом самостоятельно по последней и предпоследней цифрам шифра.

При выполнении контрольных работ необходимо: полностью записать условие каждой задачи; привести расчетные формулы с расшифровкой входящих в них условных обозначений и указанием их размерностей; решение задач сопровождать краткими пояснениями; на графиках и диаграммах приводить принятые масштабы координатных осей и строго руководствоваться ими при построениях; расчеты производить в международной системе единиц (СИ); по полученным результатам расчетов сделать краткие выводы; в каждой задаче указывать источник информации по выбираемым величинам.

4.2 Задание на контрольную работу

4.2.1 Задача № 1

М кг воздуха совершают термодинамический цикл в следующей последовательности: 1-2 - изотермное сжатие; 2-3 - изобарный подвод теплоты; 3-4 - адиабатное расширение; 4-1 - иэохорный отвод теплоты. При заданных величинах степени иэотермного сжатия  = v₁/v₂, степени предварительного расширения  = v₃/v₂, начального давления р₁ и начальной температуры Т₁ определить параметры состояния воздуха в точках I, 2, 3 и 4, изменения энтропии и внутренней энергии в процессах подвода и отвода теплоты, количество подведенной и отведенной теплоты, работу и термический КПД цикла, сравнив его с термическим КПД цикла Карно, осуществляемого в интервале минимальной и максимальной температур данного цикла.

Исходные данные взять из таблиц 4.1 и 4.2.

Таблица 4.1 - Исходные данные к задаче № 1, принимаемые по предпоследней цифре шифра

Цифра шифра	0	I	2	3	4	5	6	7	8	9
	8	8,5	9	9,5	10	10,5	II	11,5	12	12,5
	4	4,25	4,5	4,75	5	5,25	5,5	5,75	6	6,25

Таблица 4.2 - Исходные данные к задаче № 1, принимаемые по последней цифре шифра

Цифра шифра	0	1	2	3	4	5	6	7	8	9
М, кг	1	3	5	7	9	2	4	6	8	10
Т1, К	275	280	285	290	295	300	305	310	315	320
р1, МПа	0,125	0,120	0,115	0,110	0,105	0,100	0,095	0,090	0,085	0,080

Методические указания

Величину кажущейся молекулярной массы воздуха принять равной 28,96 кг/кмоль.

Для лучшего усвоения условия задачи и контроля ее решения изобразите в p, v - и T, s - диаграммах качественное изменение параметров воздуха в заданном цикле (в черновике), не забывая при этом, что в этих диаграммах соответственно работа и теплота интерпретируются площадями. По результатам расчета необходимо построить заданный цикл и цикл Карно в p, v -и T, s - диаграммах с учетом выбранного масштаба.

4.2.2 Задача № 2

Исследовать влияние начальных параметров пара ( р₁ и Т₁) и давления отработавшего пара в конденсаторе турбины ( р₂ ) на эффективность цикла Ренкина, определив величины термического КПД в пяти вариантах.

Исходные данные взять из таблиц 4.3 и 4.4.

Таблица 4.3 - Исходные данные к задаче № 2, принимаемые по предпоследней цифре шифра

Цифра шифра	0	I	2	3	4	5	6	7	8	9
,Мпа	11,75	11,50	11,25	11,00	10,75	10,50	10,25	10,00	9,75	9,50
, 0С	380	375	370	365	360	355	350	345	340	335
, kПа	3,5	4,0	4,5	5,0	5,5	6,0	6,5	7,0	7,5	8,0

Таблица 4.4 - Исходные данные к задаче № 2, принимаемые по последней цифре шифра

Цифра шифра	0	I	2	3	4	5	6	7	8	9
,МПа	23,5	23,0	22,5	22,0	21,5	21,0	20,5	20,0	19,5	19,0
, 0С	560	550	540	530	520	510	500	490	480	470
, kПа	7,0	8,0	9,0	10,0	11,0	12,0	13,0	14,0	15,0	16,0

Методические указания

Параметры пара имеют два значения: базовое (первое) обозначено индексом 0, второе – индексом  .

Варианты считать по схеме, приведенной в таблице 4.5

Таблица 4.5 – Схема выбора вариантов параметров пара к задаче № 2

Вариант	I	II	III	IV	V
,Мпа	0		0	0	
, 0С	0			0	
, Мпа	0	0	0		

Задачу решить, используя h, s - диаграмму.

4.2.3 Задача № 3

Определить поверхность F рекуперативного теплообменника типа "труба в трубе", в котором вода нагревается горячими газами. Расчет провести для прямоточной и противоточной схем движения сред. Привести график изменения температур движущихся сред для обеих схем. Определить также объемный расход газа V₂, если известны начальные и конечные температуры сред , , , , значение коэффициента теплопередачи k и массовый расход воды М_в. Исходные данные взять из таблиц 4.6 и 4.7.

Таблица 4.6 - Исходные данные к задаче № 3, принимаемые по предпоследней цифре шифра

Цифра шифра	0	I	2	3	4	5	6	7	8	9
Мв, кг/с	0,6	0,7	0,8	0,9	1,0	1,1	1,2	1,3	1,4	1,5 .
, 0С	410	420	430	440	450	460	470	480	490	500
, 0С	15	16	17	18	19	20	21	22	23	24

Таблица 4.7 - Исходные данные к задаче № 3, принимаемые по последней цифре шифра

Цифра шифра	0	I	2	3	4	5	6	7	8	9
k,	45	50	30	35	40	45	50	30	35	40
, 0С	205	210	215	220	225	230	235	240	245	250
, 0С	105	110	115	120	125	130	135	140	145	150

Методические указания

Теплоемкость воды принять равной 4,19 кДж/(кг·К), а среднюю объемную изобарную теплоемкость газов - 1,3 кДж/(кг·К).

4.2.4 Задача № 4

В системе кондиционирования без рециркуляции воздух с температурой t₁ и влагосодержанием d₁ подогревается в калориферах первого подогрева до температуры t₂, а затем увлажняется адиабатически в форсуночной камере до относительной влажности ₃ и подогревается в калориферах местного подогрева до температуры t₄. Определить параметры воздуха в точках 1, 2, 3 и 4 и количество теплоты, затраченной на обработку воздуха при массовой производительности вентилятора M, используя h, d - диаграмму влажного воздуха. Изобразить принципиальную схему системы кондиционирования воздуха и процессы обработки воздуха в h, d - диаграмме.

Исходные данные взять из таблиц 4.8 и 4.9.

Таблица 4.8 - Исходные данные к задаче № 4, принимаемые по предпоследней цифре шифра

Цифра шифра	0	I	2	3	4	5	6	7	8	9
t1, 0С	-10	-9	-8	-7	-6	-5	-4	-3	-2	-I
d1, г/кг с.в.	1,0	1,25	1,5	1,75	2,0	1,0	1,25	1,5	1,75	2,0
, 0С	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15

Таблица 4.9 - Исходные данные к задаче № 4, принимаемые по последней цифре шифра

Цифра шифра	0	I	2	3	4	5	6	7	8	9
3, %	82,5	85	87,5	90	92,5	95	97,5	100	85	95
t4, 0С	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23
М, кг/с	5	10	15	20	25	30	35	40	45	50

Методические указания

Решение задачи необходимо начинать с изучения принципиальной схемы системы кондиционирования воздуха и качественного изображения протекающих процессов в координатах «энтальпия – влагосодержание». Разобравшись в физической сущности процессов обработки воздуха в конкретном элементе схемы, изобразите их в h, d - координатах, а затем по своим исходным данным на h, d - диаграмме найдите соответствующие точки.

4.2.5 Задача № 5.

Построить годовой график продолжительности отопительной нагрузки. Расчетная нагрузка при температуре наружного воздуха t_н.о. и внутренней температуре t_в.р. составляет . Число часов за отопительный период со среднесуточной температурой наружного воздуха t_н равно n. Пользуясь построенным графиком, определить годовой расход теплоты на отопление, а также коэффициент использования максимума отопительной нагрузки за отопительный период.

Исходные данные взять из таблиц 4.10 и 4.11.

Таблица 4.10 - Исходные данные к задаче № 5, принимаемые по предпоследней цифре шифра

Цифра шифра	0	I	2	3	4	5	6	7	8	9
tн.о., 0С	-25	-24	-23	-22	-21	-20	-19	-18	-17	-16
tв.р., 0С	14	15	16	17	18	19	20	21	22	23

Таблица 4.11 - Исходные данные к задаче № 5, принимаемые по последней цифре шифра

Цифра шифра		0	I	2	3	4	5	6	7	8	9
, Мвт		14	13	12	11	10	9	8	7	6	5
n, часов при tн, 0С	+8	5000	4950	4900	4850	4800	4750	4700	4650	4600	4550
	0	3050	3075	3100	3125	3150	3175	3200	3025	3000	2975
	-5	1700	1650	1750	1725	1675	1625	1775	1800	1700	1725
	-10	900	910	925	935	950	960	970	980	990	1000
	-15	400	415	430	440	450	460	470	480	490	500
	-20	170	173	177	180	160	167	165	164	162	150
	-25	50	48	46	44	42	40	38	36	34	32
	ниже -30	20	19	18	17	16	15	14	12	10	8

Методические указания

При построении графика следует обратить внимание на линейность зависимости Q_o = f ( t_н ) (тепловой нагрузки отопления от произвольной температуры наружного воздуха). Используя зависимость n = f ( t_н ), строится график Q_o = f ( n ). Обратите внимание на выбор масштабов Q_o и n. Время лучше откладывать в кс (килосекундах).