Циклы холодильных установок

Задача 37.

В воздушной холодильной установке поступающий из холодильной камеры (рефрижератора) в компрессор воздух имеет температуру t ₃ °С при давлении р ₂ = 0,1 МПа. В компрессоре воздух адиабатно сжимается до давления
р ₁ МПа, а затем при постоянном давлении охлаждается в охладителе до температуры t ₁ °С. После охладителя воздух поступает в детандер, где адиабатно расширяется до давления р ₂, после чего снова направляется в холодильную камеру, где отбирает теплоту q ₂ от охлаждаемого вещества и нагревается до температуры t ₃. Определить температуру воздуха за компрессором t ₄; температуру воздуха, поступающего в холодильную камеру t ₂; теоретическую удельную работу, затраченную на осуществление цикла; теоретическую удельную холодопроизводительность; теоретический холодильный коэффициент цикла; холодильный коэффициент цикла Карно в том же интервале температур. Определить также расход холодильного агента и теоретическую мощность, необходимую для привода компрессора, если холодопроизводительность установки должна составлять Q = 200 кВт. Теплоемкость воздуха считать постоянной и равной с _р = 1,012 кДж/(кг∙К), k = 1,4.

Задача 38.

Компрессор холодильной установки всасывает пар фреона-12 при t ₃ °С и степени сухости х ₁ и изоэнтропийно сжимает его до давления, при котором степень сухости х ₂ = 1.

Из компрессора фреон-12 поступает в конденсатор, где охлаждается водой с температурой на входе t _1в °С, а на выходе t _2в = 20 °С.

В дроссельном вентиле жидкий фреон-12 дросселируется до состояния влажного насыщенного пара, после чего направляется в испаритель, из которого выходит со степенью сухости х ₁. Теплота, необходимая для испарения фреона-12, подводится из охлаждаемой камеры.

Определить теоретическую мощность двигателя холодильной установки, часовой расход фреона-12 и охлаждающей воды, если холодопроизводительность установки Q = 60 кВт.

Элементы химической термодинамики

Задача 39.

Определить стандартную теплоту образования одного киломоля метана (ΔН ) , если известны следующие стандартные теплоты:

а) сгорания метана (ΔН ) = – 890943 кДж/кмоль;

б) образования жидкой Н₂О

(ΔН ) = – 286030 кДж/кмоль;

в) образования газообразной углекислоты

(ΔН ) = – 393777 кДж/кмоль.

Уравнение реакции сгорания метана:

СН₄ + 2 О₂ СО₂ (г) + 2 Н₂О (ж) + (ΔН ) .

Задача 40.

Определить теплоту реакции сгорания этилена (ΔН ) , если заданы теплоты образования реагентов в кДж/кмоль:

(ΔН ) = 52327 кДж/кмоль;

(ΔН ) = – 393777 кДж/кмоль;

(ΔН ) = – 286030 кДж/кмоль.

Уравнение реакции горения этилена:

С₂Н₄ + 3 О₂ 2 СО₂ (г) + 2 Н₂О (ж) + (ΔН ) .

Задача 41.

Как различаются между собой тепловые эффекты реакций Q_v и Q_p для следующих реакций?

а) С + О₂ СО₂ + Q;

б) С₂Н₄ + 3 О₂ 2 СО₂ (г) + 2 Н₂О (ж) + Q;

в) 2 С + О₂ 2 СО + Q.

Задачи по теории тепломассообмена

Теплопроводность

Задача 1.

Плоскую поверхность с температурой t ₁ °С необходимо изолировать, чтобы потеря теплоты не превышала q Вт/м² при температуре внешней поверхности изоляции t ₂ = 50 °С. Определить толщину изоляционного слоя δ из совелита, коэффициент теплопроводности которого зависит от температуры и равен
λ = 0,09 + 0,000087 ∙ t Вт/(м∙K). Изменение температуры в слое изоляции показать на графике.

Задача 2.

Определить термическое сопротивление R обмуровки топочной камеры, состоящей из слоев шамотного и красного кирпича, между которыми имеется засыпка из диатомита. Толщина шамотного слоя δ ₁ мм, диатомитовой засыпки δ ₂ мм и красного кирпича δ ₃ мм. Коэффициенты теплопроводности материалов соответственно равны: λ ₁ = 0,93; λ ₂ = 0,13; λ ₃ = 0,7 Вт/(м∙K). Какой толщины следует сделать слой красного кирпича , если отказаться от применения засыпки из диатомита, чтобы тепловые потери через обмуровку остались неизменными?

Задача 3.

Паропровод диаметром d₂/d₁ = 170/160 мм покрыт двухслойной изоляцией. Толщина первого слоя δ ₂ мм и второго δ ₃ мм. Коэффициенты теплопроводности трубы и изоляции соответственно равны: λ ₁ = 50; λ ₂ = 0,15 и
λ ₃ = 0,1 Вт/(м∙K). Температура внутренней поверхности паропровода t ₁ °С и внешней поверхности изоляции t ₄ = 50 °С. Определить тепловые потери с 1 м длины паропровода и температуры t ₂ и t ₃ на стыке отдельных слоев. Температурное поле представить графически.

Задача 4.

Плоская стальная стенка толщиной δ ₂ = 20мм с одной стороны покрыта слоем сажи толщиной δ ₁ = 1 мм, а с другой стороны слоем накипи толщиной
δ ₃ = 3 мм. Коэффициенты теплопроводности равны: для сажи λ ₁ = 0,08 Вт/(м∙K); для стали λ ₂ = 50 Вт/(м∙K); для накипи λ ₃ = 2,3 Вт/(м∙K). Температура наружной поверхности сажи t ₁ °С, а температура наружной поверхности накипи t ₄ °С. Определить поверхностную плотность теплового потока через стенку и температуры t ₂ и t ₃ на поверхностях соприкосновения сажи и накипи с металлом. Определить во сколько раз увеличится поверхностная плотность теплового потока через стенку, если удалить сажу и накипь. Температурное поле в обоих случаях представить графически.

Конвективный теплообмен

Задача 5.

Определить среднее значение коэффициента теплоотдачи α и количество передаваемой теплоты Q при течении теплоносителя в горизонтальной трубе диаметром d мм и длиной l м, если средняя скорость течения м/с, средняя температура теплоносителя _ж °С, средняя температура стенки _с °С.

Задача 6.

Определить средний коэффициент теплоотдачи от воздуха для n -рядного пучка труб диаметром d мм. Средняя температура воздуха _ж °С, средняя скорость в самом узком сечении пучка м/с, угол атаки φ °.

Задача 7.

Определить потерю теплоты путем свободной конвекции от трубы диаметром d мм и длиной l м к воздуху, если средняя температура поверхности трубы _с °С, а средняя температура воздуха _ж °С.

Задача 8.

Определить эквивалентный коэффициент теплопроводности и потери теплоты при свободной конвекции в плоской воздушной или водяной прослойке (щели) с поперечным размером δ мм, расположенной между нагретой и холодной поверхностями с температурами _C1 °С и _C2 °С.

Задача 9.

Вычислить средний коэффициент теплоотдачи при кипении воды и количество пара, получаемое в испарителе за 1 час, если общая поверхность испарения составляет F м², средняя температура стенки испарителя _с °С, давление пара р MПа.

Задача 10.

Определить средний коэффициент теплоотдачи от пара к трубе (горизонтальной или вертикальной) конденсатора и количество конденсата, образующегося за 1 час, если труба имеет наружный диаметр d мм, длину (высоту) l м и среднюю температуру поверхности _с °С. На поверхности трубы конденсирует­ся сухой насыщенный пар при давлении p МПа.

Теплообмен излучением

Задача 11.

Обмуровка топочной камеры парового котла выполнена из шамотного кирпича, а внешняя облицовка из листовой стали. Расстояние между обшивкой и кирпичной кладкой мало по сравнению с размерами стенок топки. Вычислить потери теплоты в окружающую среду с единицы поверхности за счет лучистого теплообмена между поверхностями обмуровки и обшивки, если температура внешней поверхности обмуровки t ₁ °С, а температура стальной обшивки t ₂ °С. Степень черноты шамота ε ₁ = 0,8, а листовой стали ε ₂ = 0,6.

Задача 12.

Между двумя поверхностями с температурами T ₁ K и T ₂ K установлен экран. Материалы поверхностей и экрана одинаковы: c ₁ = c ₂ = c _э Вт/(м²∙K⁴). Определить лучистый поток между этими поверхностями через экран и температуру экрана. Как изменится лучистый поток, если экран убрать?

Задача 13.

Вычислить степень черноты продуктов сгорания при общем давлении в топке p = 0,1 MПа и температуре t °С, если парциальное давление водяных паров MПа, парциальное давление углекислоты MПа. Объем топки V м³, общая площадь поверхности ее стен F м².