Задания к практическим работам

1. Вычислить плотность теплового потока через плоскую однородную стенку, толщина которой значительно меньше ширины и высоты, если стенка выполнена:

а) из стали [=40 Bт/(MК)],

б) из бетона [=1,1 Bт/(MК}; в) из диатомитового кирпича [ = 0,11 Вт/(мК)].

Во всех трех случаях толщина стенки =50 мм Температуры на поверхностях стенки поддерживаются постоянными t_c1= 100° C и t_c2= 90° С.

Ответ

Для стальной стенки q = 8000 Вт/м², для бетонной стенки q = 220 Вт/м², для стенки из диатомитового кирпича q = 22 Вт/м².

2. Плотность теплового потока через плоскую стенку толщиной =50 мм q=70 Вт/м². Определить разность температур на поверхностях стенки и численные значения градиента температуры в стенке, если она выполнена: а) из латуни [=70 Bт/(м К)]; б) из красного кирпича [=0,7 Bт/(м К)]; в) из пробки [=0,07 Вт/(м К)].

Ответ

Для латунной стенки t= 0,05° С и gradt = l °С/м;

для кирпичной стенки t = 5° С gradt  = 100°С/м;

для пробковой стенки t = 50°C  gradt = 1000°C/м;

3. Определить потерю теплоты Q, Вт, через стенку из красного кирпича длиной l=5 м, высотой h=4 м и толщиной =0,250 м, если температуры на поверхностях стенки поддерживаются t_c1=110° С и t_c2=40°С Коэффициент теплопроводности красного кирпича  = 0,70 Вт/(м К).

Ответ

Потери теплоты Q = 3920 Вт

4. Определить коэффициент теплопроводности материала стенки, если при толщине ее =40 мм и разности температур на поверхностях t = 20° C плотность теплового потока q = 145 Вт/м².

Ответ

Коэффициент теплопроводности  = 0,29 Вт/(м К).

5. Плоскую поверхность необходимо изолировать так, чтобы потери теплоты с единицы поверхности в единицу времени не превышали 450 Вт/м² Температура поверхности под изоляцией t_c1=450° C, температура внешней поверхности изоляции t_c2 = 50 C Определить толщину изоляции для двух случаев:

a) изоляция выполнена из совелита, для которого

= 0,09 +0,0000874t;

б) изоляция выполнена из асботермита, для которого

= 0,109+0,000146t.

Ответ

а) = 100 мм;

б) =130мм.

6. Плоская стенка выполнена из шамотного кирпича толщиной =250 мм. Температура ее поверхностей: t_с1= 1350° С и t_с2= 50° С. Коэффициент теплопроводности шамотного кирпича является функцией от температуры = 0,838(1+0,0007t). Вычислить и изобразить в масштабе распределение температуры в стенке.

Ответ

х. мм...... 0 50 100 125 150 200 225 250

t, °С...... 1350 1145 920 800 670 390 230 50

Распределение температуры в стенке показано на рис. 1-1.

Решение

В случае линейной зависимости коэффициента теплопроводности oт температуры плотность теплового потока, Вт/м²,

q=_ср(t_c1-t_c2)/

где средний коэффициент теплопроводности, Bт/(м К),

_cр=₀(1+_(t_c1+t_c2)/2)

Рис. 1-1. К задаче 1-6.

В рассматриваемом случае

_ср=0,838(1+0,0007(1350+50)/2)=1,25 Вт/(м.К)

и

q =1,25/0,25(1350-50)= 6500 Вт/м²

Температура на любом расстоянии х от поверхности стенки определяется по формуле

t_x=

Подставив известное значение q и найденное значение q, получим:

t_x=

откуда

t_x = -1,43 10³,C

Подставив в полученное уравнение значения ж, выраженные в метрах, найдем соответствующие значения температуры стенки.

7. Температуры на поверхностях шамотной стенки, толщина которой =200 мм, равны: t_с1=1000° C и t_c2=200 С. Коэффициент теплопроводности шамота изменяется в зависимости от температуры по уравнению

= 0,813 +0,000582 t.

Показать, что плотность теплового потока q, Вт/м² в случае линейной зависимости коэффициента теплопроводности от темпера туры может быть вычислена по формуле для постоянного коэффициента теплопроводности, взятого при средней температуре стенки. Найти ошибку в определении температуры в точках х=57,5, 110 и 157,5 мм, если вычисления производятся по значению коэффициента теплопроводности, среднему для заданного интервала температур и построить график распределения температуры в стенке.

Ответ

q = 4650 Вт/м²

x, мм	tx ,C
	=ср=const	=0,813+5,8210-4
0 57,5 110 157,5 200	1000 770 560 370 200	1000 800 600 400 200

Распределение температуры в стенке показано на рис. 1-2.

8. Плоская стенка бака площадью F=5 м² покрыта двухслойной тепловой изоляцией. Стенка бака стальная, толщиной ₁= 8 мм, с коэффициентом теплопроводности ₁=46,5Вт/(мК). Первый слой изоляции выполнен из новоасбозурита толщиной ₂=50 мм, коэффициент теплопроводности которого определяется уравнением

₂= 0,144+0,00014t

Второй слой изоляции толщиной ₃=10 мм представляет собой штукатурку (известковую), коэффициент теплопроводности которой ₃=0,698Вт/(мК), Температуры внутренней поверхности стенки бака t_c1=250° C и внешней поверхности изоляции t_с4=50° C. Вычислить количество теплоты, передаваемой через стенку, температуры на границах слоев изоляции и построить график распределения температуры.

Ответ

Тепловой поток через стенку Q = 3170 Вт. Температуры на границах сдоев изоляции t_c2=249,9° С и t _c3=59° С.

9. Обмуровка печи состоит из слоев шамотного и красного кирпича, между которыми расположена засыпка из диатомита (рис. 1-3). Толщина шамотного слоя ₁=120 мм, диатомитовой засыпки ₂=50 мм и красного кирпича ₃=250 мм Коэффициенты теплопроводности материалов соответственно равны:

₁=0,93; ₂=0,13 и з=0,7 Вт/(м  К).

=f(t)

=const

Рис. 1-2. К задаче 1-7 Рис. 1-3. К задаче 1-9.

Какой толщины следует сделать слой из красного кирпича ₃, если отказаться от применения засыпки из диатомита, чтобы тепловой поток через обмуровку остался неизменным?

Ответ

Толщина слоя красного кирпича должна быть равна 500 мм,

1-10. Стенка неэкранированной топочной камеры парового котла выполнена из слоя пеношамота толщиной ₁= 125 мм и слоя красного кирпича толщиной ₂=500 мм. Слои плотно прилегают друг к другу. Температура на внутренней поверхности топочной камеры t_с1= 1100° С, а на наружной t_с3=50° С (рис. 1-4). Коэффициент теплопроводности пеношамота ₁=0,28+0,00023t, красного кирпича ₂=0,7 Вт/(мК).

Вычислить тепловые потери через 1 м² стенки топочной камеры и температуру в плоскости соприкосновения слоев.

Рис. 1-4. К задаче 1-10. Рис. 1-5. К задаче 1-11.

Ответ

Тепловые потери q=1090 Вт/м² Температура в плоскости соприкосновения слоев t_с2=828°С.

Тест

1. Коэффициент теплопроводности это…

а) Тепловой поток, проходящий через поверхность при единичном градиенте температуры

б) Плотность теплового потока, то есть количество тепла, проходящего в единицу времени через единицу площади, перпендикулярную к направлению переноса тепла, при градиенте температуры, равном единице

в) Количество тепла, проходящего через единичную площадку, перпендикулярную к направлению теплопереноса, при единичном градиенте температуры

г) Работа совершаемая телом при единичном градиенте температуры

2. Каков механизм передачи тепла в газе с точки зрения молекулярно-кинетических представлений

а) Обмен энергией и её перенос от молекул газа с большей средней энергий к молекулам газа с меньшей средней энергией

б) Перенос количества движения молекулами газа

в) Перенос массы молекулами газа

г) Перенос тепла за счет конвекции

д) Перенос тепла излучением

3. Найдите неверное утверждение

а)

б)

в)

г)

д)

4. Какой основной механизм передачи тепла в металлах?

а) Если происходит выравнивание температуры в теле и устанавливается термодинамическое равновесие

б) Если градиент температуры стремится к единице

в) Если в теле происходит постоянный перенос энергии от более нагретой части тела к менее нагретой за счет того, что в одной части тела действует источник энергии, а в другой существует сток энергии

г) Если тело, между частями которого существует разность температур, изолировано от источников тепла

5. Темп охлаждения характеризует…

а) Скорость изменения температуры тела

б) Относительную скорость изменения температуры тела

в) Скорость движения молекул тела

г) Скорость распространения звука в теле

6. Темп охлаждения зависит только…

а) От физических свойств тела

б) От условий теплообмена на границе тела

в) От физических свойств тела, условий теплообмена на его поверхности, геометрической формы и размеров тела

г) От физических свойств тела, условий охлаждения на его поверхности, размеров тела и скорости распространения тепла

д) От координат и от времени

7. Как зависит коэффициент теплопроводности газов от давления?

а) Не зависит от давления

б) Зависит прямо пропорционально давлению

в) Зависит обратно пропорционально давлению

г) Зависит приблизительно прямо пропорционально квадратному корню от давления

8. Как зависит коэффициент теплопроводности газов от температуры?

а) Не зависит от температуры

б) Прямо пропорционально температуре

в) Обратно пропорционально температуре

г) Приблизительно прямо пропорционально квадратному корню из температуры

д) Прямо пропорционально квадрату температуры

9. Найдите неверное утверждение

а) Теплопроводность газов изменяется в соответствии с массой их молекул

б) Легкие газы обладают большей теплопроводностью чем тяжелые

в) Теплопроводность газов изменяется пропорционально их средней скорости движения молекул

г) Теплопроводность кислорода больше, чем теплопроводность водорода

д) В данной работе для измерения теплопроводности газов используется нестационарный метод нагретой нити с применением RC-генератора для регистрации малых изменений температуры нити

10. При каких условиях реализуется регулярный режим нестационарной теплопроводности?

а) Когда изменение избыточной температуры как в пространстве, так и во времени не зависит от начального распределения температуры

б) Когда процесс полностью определяется начальным распределением температуры в теле

в) Если выполняется дифференциальное уравнение нестационарной теплопроводности

г) Когда процесс описывается законом теплопроводности Фурье

Вопросы к экзамену

1.	Получение обобщенных переменных из математической формулировки задачи.
2.	Получение обобщенных переменных на основе анализа размерностей.
3.	Использование обобщенных переменных в научных исследованиях.
4.	Моделирование технических устройств и процессов.
5.	Показатели точности результатов эксперимента.
6.	Оценка погрешности прямых измерений.
7.	Оценка погрешности определения величин функций.
8.	Обратная задача теории экспериментальных погрешностей.
9.	Определение наивыгоднейших условий эксперимента.
10.	Математическая обработка результатов эксперимента.
11	Графический анализ результатов эксперимента.
12.	Статистические гипотезы и их проверка.
13.	Дисперсионный и регрессионный анализы.
14.	Основные понятия и виды планов эксперимента.
15.	Рациональное планирование.
16.	Полный и дробный факторные эксперименты.
17.	Методика обработки данных многофакторного эксперимента.
18.	Планирование экстремальных экспериментов.
19.	Метрологические характеристики средств измерений.
20.	Основные способы и средства измерения давления.
21.	Основные способы измерения температуры.
22.	Методы измерения скорости потока.
23.	Способы измерения расхода жидкости и газа.
24.	Методы измерения тепловых потоков.
25.	Основные методы анализа газовых смесей.
26.	Назначение и состав систем автоматизации экспериментальных исследований.
27.	Измерительно-вычислительные комплексы.
28.	Методологическое, математическое и программное обеспечение систем автоматизации экспериментальных исследований.

Методика оценивания практических занятий

- 15 баллов выставляется студенту, если работа выполнена самостоятельно; представлен письменный отчет, грамотно и логично оформлены результаты расчетов, расчеты занесены в аналитические таблицы, сформулированы выводы и рекомендации по полученным данным;

- 10 баллов выставляется студенту, если работа выполнена, представлен письменный отчет, составлены расчеты, сделаны выводы по результатам работы;

- 5 баллов выставляется студенту, если студент не до конца справился с заданием, не совсем верно произвел расчет плановых показателей деятельности предприятия, однако оформил отчет по результатам работы.

- 0 баллов выставляется студенту, если студент не справился с заданием, неверно произвел расчет плановых показателей деятельности предприятия, не оформил отчет по результатам работы.

Методика оценивания теста: каждый верный ответ теста – 1 балл

Методика оценивания на экзамене.

Ответ на экзамене оценивается исходя из 40 баллов (максимум).

Полный ответ на билет оценивается максимум в 30 баллов, предполагает свободное изложение (не чтение) всего необходимого материала, ответы на уточняющие вопросы, если они есть.

Правильный ответ на дополнительные вопросы оценивается максимум в 10 баллов.

Дисциплина «Разработка методов расчета рекуперативных теплообменных аппаратов»

Тесты

1. Что называется рекуперативным теплообменным аппаратом?

а) теплообменный аппарат, в котором процесс теплообмена происходит через разделительные стенки и в каждой точке разделительной стенки тепловой поток сохраняет постоянное направление;

б) теплообменный аппарат, в котором два или более теплоносителей попеременно соприкасаются с одной и той же поверхностью нагрева, а направление теплового потока изменяется;

в) теплообменный аппарат, в котором происходит непосредственный контакт теплоносителей.

2. Уравнение теплового баланса для теплообменного аппарата с изменением агрегатного состояния одного из теплоносителей:

а) Q = G₁ C₁ (t₁^’- t₁^’’)  = G₂ C₂ (t₂^’’- t₂^’)

б) Q = D₁ (i₁ - i_k) = G₂ C₂ (t₂^’’- t₂^’)

в) Q = D₁ (i₁ - i_k) = D₂ (i₂ – i_лит)

3. Формула для определения коэффициента теплоотдачи при установившемся турбулентном режиме движения в трубах:

а)

б)

в)

4. Формула для определения коэффициента теплоотдачи при пленочной конденсации пара на вертикальной поверхности:

а)

б)

в)

5. Что такое скорость витания частицы?

а) скорость, при которой наступает равновесие силы тяжести капли и сопротивления газовой среды;

б) скорость при которой не наступает равновесие силы тяжести капли и сопротивления газовой среды;

в) скорость сопротивления газовой смеси.

6. Действительная скорость падения капли в скруббере при прямотоке:

а) W_д = W_вит – W_г

б) W_д = W_вит + W_ч

в) W_д = W_вит + W₀

7. Относительная скорость падения капли при прямотоке:

а) W₀ = W_вит – W_г

б) W₀ = W_вит + W_ч

в) W₀ = W_вит + W_д

8. Расчетная физико-химическая температурная депрессия определяется по формуле Тищенко И.А.:

а) Δ₁ = 0,01362 Δ₁^’

б) Δ₁ = 0,01322 Δ₁^’

в) Δ₁ = 0,01322 Δ₁^’

9. Как изменяются физико-химические константы раствора при увеличении его концентрации:

а) увеличиваются теплоемкость и теплопроводность и уменьшаются вязкость, плотность и физико-химическая температурная депрессия;

б) увеличиваются вязкость, плотность и физико-химическая температурная депрессия и уменьшаются теплоемкость и теплопроводность;

в) не изменяются.

10. Что такое коэффициент испарения?

а) коэффициент, характеризующий количество выпаренной влаги из 1 кг. раствора за счет понижения температуры раствора при перетекании из корпуса в корпус;

б) коэффициент, характеризующий количество выпаренной влаги за счет тепла 1 кг. греющего пара;

в) коэффициент, характеризующий количество влаги, удаленной из раствора по ступеням установки.

11. Что такое коэффициент самоиспарения?

а) коэффициент, характеризующий количество выпаренной влаги из 1 кг. раствора за счет понижения температуры раствора при перетекании из корпуса в корпус;

б) коэффициент, характеризующий количество выпаренной влаги за счет тепла 1 кг. греющего пара;

в) коэффициент, характеризующий количество влаги, удаленной из раствора по ступеням установки.

12. Какие выпарные установки имеют больший удельный расход пара на 1 кг. выпаренной воды?

а) периодического действия;

б) непрерывного действия;

в) многоступенчатые выпарные установки.

13. Для каких бинарных смесей применим закон Рауля?

а) смеси со взаимно растворимыми компонентами;

б) смеси со взаимно нерастворимыми компонентами;

в) жидкости, частично растворимые одна в другой.

14. Для каких бинарных смесей применим закон Дальтона?

а) смеси со взаимно растворимыми компонентами;

б) смеси со взаимно нерастворимыми компонентами;

в) жидкости, частично растворимые одна в другой.

15. Какой вид имеет уравнение переноса массы при сушке материала в низкотемпературных процессах?

а) J_m =

б) J_m =

в) J_m =

16. Определить расход нагреваемой воды и средний температурный напор в прямоточном пароводяном теплообменнике, если расход греющего пара Д₁ = 1 , давление пара р_п = 0,118 МПа, t_п = 104⁰С, температура нагреваемого теплоносителя t₂^/ = 10⁰С, t₂^//= 36⁰C. Потери в окружающую среду составляют 2 %.

а) G₂ = 20,2 ; Δt = 80⁰С;

б) G₂ = 30,6 ; Δt = 100⁰С;

в) G₂ = 41,3 ; Δt = 136⁰С.

17. В пароводяном рекуперативном теплообменнике нагреваемая вода с расходом

G₂ = 1,5 движется внутри стальных трубок с диаметром d₁/d₂ = 22/19 мм. Вода нагревается с t₂^/= 30⁰С до t₂^//= 100⁰С сухим насыщенным паром с ρ = 1,43 бар. Определить расход конденсирующего пара.

а) 780 кг/ч;

б) 710 кг/ч;

в) 830 кг/ч.

18. Определить расход нагреваемой воды и поверхность нагрева прямотчного водоводяного теплообменника, если расход греющей воды G₁ = 15 ; t₁^/ = 120⁰С; t₁^// = 80⁰С; t₂^/ = 10⁰С; t₂^// = 60⁰С; k = 1,9кВт/м²к. Потери в окружающую среду составляют 2 %.

а) F = 24,64 чм²; G = 11,88 м/с;

б) F = 26,8 чм²; G = 13,5 м/с;

в) F = 28,6 чм²; G = 16,8 м/с.

19. Определить площадь поверхности нагрева прямотчного водоводяного теплообменника, если расход греющей воды G₁ = 2 , расход нагреваемой воды G₂ = 2,28 ; температуры теплоносителей t₁^/ = 97⁰С; t₂^/ = 17⁰С; t₂^// = 47⁰С; k = 0,9кВт/м²к.

а) F = 8,8 м²;

б) F = 7,6 м²;

в) F = 10,3 м².