Контрольная работа по "Теплотехнике"

Задача № 1

Тепло дымовых газов передается через стенку котла кипящей воде. Принимая температуру газов t_f1, воды t_f2, коэффициент теплоотдачи газами стенке α₁ и от стенки воде α₂ и считая стенку плоской, требуется:

1. Подсчитать термические  сопротивления R, коэффициенты теплопроводности и количества передаваемого тепла от газов к воде через 1м² стенки за 1с для следующих случаев:

а) стенка стальная, совершенно чистая, толщиной δ₂, λ₂ = 50Вт/м·К;

б) стенка медная, совершенно чистая, толщиной δ₂, λ′₂ = 350Вт/м·К;

в) стенка стальная, со стороны  воды покрыта слоем накипи толщиной δ₃, λ₃ = 2Вт/м·К;

г) случай «в», но поверх накипи имеется слой масла толщиной δ₄ = 1мм, λ₄ = 0,1Вт/м·К;

д) случай «г», но со стороны  газов стенка покрыта слоем сажи толщиной δ₁, λ₁ = 0,2Вт/м·К.

2. Приняв количество тепла  для случая «а»за 100%, подсчитать в процентах тепло для всех остальных случаев.

3. Определить аналитически  температуры всех слоев стенки  случая «д».

4. Проверить подсчитанные  температуры графически.

5. Построить для случая  «д» линию падения температуры  в стенке.

 

tf1, 0С	tf2 , 0С	α1	α2	δ1	δ2	δ3
900	160	130	2000	2	10	3

 

 

 

 

 

 

 

Решение:

Определение термических  сопротивлений:

                             - от газов к стенке:

;

                             - от стенки к кипящей воде:

;

                              - стальной стенки котла:

;

                               - медной стенки котла:

;

                                - слоя накипи:

;

                                 - слоя масла:

;

                                 - слоя сажи

.

Определение коэффициентов  теплопередачи:

- чистой стальной стенки (случай «а»):

;

 

- чистой медной стенки (случай «б»):

;

- при наличии слоя накипи (случай «в»):

;

- при наличии слоя масла  (случай «г»):

- при наличии слоя сажи (случай «д»):

 

Определение эквивалентных  коэффициентов теплопроводности:

- для случая «в»:

;

- для случая «г»:

;

- для случая «д»:

.

 

Определение количества тепла:

- для случая «а»:

q = к(t_f1 - t_f2) = 119,18(900 – 160) = 88193,2Дж/м²·с или 100%;

- для случая «б»:

q = к(t_f1 - t_f2) = 121,8(900 – 160) = 90132Дж/м²·с или 102%;

- для случая «в»:

q = к(t_f1 - t_f2) = 101,11(900 – 160) = 74821,4Дж/м²·с или 84%;

- для случая «г»:

q = к(t_f1 - t_f2) = 50,27(900 – 160) = 37199,8Дж/м²·с или 42%;

- для случая «д»:

q = к(t_f1 - t_f2) = 33,45(900 – 160) = 24753Дж/м²·с или 28%.

Определение температур слоев  стенки для случая «д»:

t_w1 = t_f1 – qR₁ = 900 - 24753·0,00769 = 709,65°С;

t_w2 = t_f1 – q(R₁ + R₆) = 900 - 24753·(0,00769 + 0,010) = 462,12°С;

t_w3 = t_f1 – q(R₁ + R₆ + R₃) =

= 900 - 24753·(0,00769 + 0,010 + 0,0002) = 457,16°С;

t_w4 = t_f1 – q(R₁ + R₆ + R₃ + R₄) =

= 900 - 24753·(0,00769 + 0,010 + 0,0002 + 0,0015) = 420°С;

t_w5 = t_f1 – q(R₁ + R₆ + R₃ + R₄ + R₅) =

= 900 - 24753·(0,00769 + 0,010 + 0,0002 + 0,0015 + 0,010) = 172,5°С;

Можно определить температуры  слоев через температуру t_f2, например

t_w3 = t_f2 + q(R₂ + R₅ + R₄) =

= 160 +24753·(0,0005 + 0,010 + 0,0015) = 457,04°С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 1 – Определение  температур слоев графическим методом

 

Определение температур слоев  графическим методом приведено  на рисунке 1. На горизонтальной линии  АВ отложены в масштабе последовательно  сопротивления R₁, R₆, R₃, R₅ и R₂. Из точек А и В по вертикали отложены в масштабе температуры t_f1 и t_f2. Точки С и D соединены прямой линией, на которой находятся температуры отдельных слоев стенки.

На рисунке 2. изображена линия изменения температуры  в стенке.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Рисунок 2 – Линия изменения  температуры в стенке

Задача № 2

Рассчитать теплопотребление производственного корпуса на N грузовых автомобилей размером LхBхH м с 2^х этажным пристроем – административно-бытовым корпусом L₁хB₁хH₁ м с количеством рабочих, равным M человек.

Таблица  – Исходные данные к заданию 

N, шт	LхBхH, м	L1хB1хH1, м	М, чел
80	48х36х7,2	6х6х7,2	25

 

 

Решение:

Определяем максимальный расход теплоты, расходуемой на отопление  производственного здания:

Ф_от = q_от × V_н(t_в - t_н) × а, кВт,

где q_от = 0,6 Вт/м³ К – удельная отопительная характеристика здания;

V_н = 12441,6 м³ – объем здания по наружному обмеру;

t_в = 20⁰С – внутренняя расчетная температура;

t_н = -30⁰С – наружная температура воздуха (для условий Кировской области);

а = 0,54 + 22/(t_в - t_н) = 0,54 + 22 / [20-(-30)] = 0,98 – поправочный коэффициент, учитывающий влияние на удельную тепловую характеристику местных климатических условий.

Тогда

Ф_от = 0,6 × 12441,6[20-(-30)] × 0,98 = 365,78 кВт.

Находим максимальный расход теплоты на отопление общественного  помещения

Ф_от¹ = 0,6 × 259,2[20-(-30)] × 0,98 = 7,62 кВт.

 

 

 

Определяем максимальный поток теплоты на вентиляцию производственного  здания.

Ф_в = q_в × V_н(t_в - t_н.в), кВт,

где q_в = 0,2 Вт/(м³×К) – удельная вентиляционная характеристика здания.

Ф_в = 0,2 × 12441,6[20-(-30)] = 124,41 кВт.

Расход теплоты на горячее  водоснабжение на один автомобиль в  производственном помещении определится:

Ф_г.в.пр = 0,278×V_г.в.× С_в(t_г – t_х) , Вт,

где V_г.в = 250 л/сут = 10,4 кг/ч – часовой расход горячей воды.

С_в = 4,187 кДж/кг×К – теплоемкость воды при t = 55⁰С;

t_г = 55⁰С – расчетная температура горячей воды;

t_х = 5⁰С – расчетная температура холодной воды.

Тогда

Ф_г.в.пр = 0,278×10,4×4,187(55-5) = 0,605 кВт.

На 80 грузовых автомобилей Ф_г.в.пр = 0,605×80 = 48,4 кВт.

Максимальный расход теплоты  на горячее водоснабжение общественного  здания:

Ф_г.в.о = 2× Ф_г.в.ср = 2×8 = 16 кВт,

где Ф_г.в.ср = q_г.в.×n = 25×320 = 8000 Вт,

где n = 25 – количество рабочих;

q_г.в. = 320 Вт – укрупненный показатель.

В летний период

Ф_г.в.об = 0,65× Ф_г.в.о = 0,65×16 = 10,4 кВт,

Ф_г.в.пр = 0,82× Ф_г.в.пр = 0,82×48,4 = 39,7 кВт.

 

 

Определяем расход теплоты  на технологические нужды автопредприятия:

Ф_т = 0,278×y×G(i - к_в×i_вод), Вт,

где y_т - коэффициент спроса на теплоту, равный 0,6…0,7, принимаем y = 0,65;

G – расход теплоносителя, кг/ч;

i – энтальпия теплоносителя, кДж/кг. Принимаем i = 398 кДж/кг для воды при t = 95⁰С;

i_вод = 270 кДж/кг – энтальпия обратной воды;

к_в = 0,7 – коэффициент возврата обратной воды.

Расход теплоносителя (воды при t = 95⁰С) для получения смешанной воды с температурой t_см = 60⁰С равен:

, кг/ч,

где t_x = 5⁰C – температура холодной воды;

G_см =0,2×n×q/24, кг/ч – количество смешанной воды;

n – число автомобилей, подвергающихся мойке в течение суток. Принимаем n = 80 автомобилей.

Q = 250 кг/сут – среднесуточный расход воды на мойку одного автомобиля.

Тогда

 кг/ч,

 

кг/ч.

Следовательно

Ф_т = 0,278×0,65×101,81×(398-0,7×270) = 3845 Вт = 3,8 кВт.

 

 

Находим суммарный годовой  расход теплоты:

Q_год = ΣФ= Ф_от+ Ф_от¹+ Ф_в + Ф_г.в.пр + Ф_г.в.о + Ф_т=

=365,78 +7,62+124,41 +48,4 +16 +3,8=566,01 кВт.