Средние изобарные мольные теплоемкости некоторых газов,

С А М О С Т О Я Т Е Л Ь Н А Я Р А Б О Т А

По курсу «Теплотехника»

(задания для студентов очного обучения

технических специальностей)

 

Общие указания

К решению задач следует приступать только после изучения соответствующего раздела курса. Перед выполнением заданий рекомендуется ознакомиться с ходом решения аналогичных задач по рекомендуемой учебной литературе.

Задания составлены по 30-ти вариантной системе, в которой к каждой задаче исходные данные выбираются из соответствующих таблиц. Варианты каждому студенту выдаются преподавателем. Работы, выполнен ные не по своему варианту, не рассматриваются.

Выполняем работы на листочках А4.

СДАЕМ:

Задание 1 марта

Задание 28 марта

Задание 11 апреля

Задание 25 апреля

Задание 16 мая

Варианты по списку

1.Аргунов Максим

2.Змиевский Александр

3.Игнатьев Ариан

4.Лукин Алекс

5.Николаев Дмитрий

6.Николаев Прокопий

7.Ноговицын Леонид

8.Осипова Мичийээнэ

9.Отова Мария

10.Попов Семен

11.Романова Ульяна

12.Руфов Нестер

13.Севостьянов Иннокентий

14.Семенов Айал

15.Семенова Варвара

16.Слепцов Иван

17.Степанов Ким

18.Тарасова Лия

 

Задание N 1

(к разделу “Техническая термодинамика”)

Газовая смесь состоит из нескольких компонентов, объемный или массовый (колонка 2 табл.1) процентный состав которых даны в колонках 3-9 табл.1. При заданных параметрах газа (смеси): давлении - р_см, объеме - V_см, температуре - t_см необходимо определить:

1. Газовые постоянные компонентов и смеси

2.. Молекулярную массу смеси.

3. Состав смеси (объемный или массовый).

4. Массу смеси и компонентов.

5. Парциальные давления компонентов.

6. Мольную и массовые теплоемкости при р = const и v = const смеси для данной температуры.

7. Средние мольную и массовую теплоемкости при р=const для интервале температур (t₁ - t₂).

Примечание: Зависимость мольной теплоемкости газов от температуры дана в приложении 1.

Таблица 1.

№ вар.	Состав	Компоненты смеси и процентный состав, %	Параметры смеси	Интервал температур	Определить состав
СО2	Н2	СО	N2	H2O	S2O	O2	рсм, бар	Vсм , м3	tсм, oC	t1 – t2, oC
	Объемный		-	-			-		0,95			200 – 1000	Массовый
	= = =		-			-	-		1,0			300 – 100	= = =
	= = =	-					-	-	0,9			1000 – 300	= = =
	= = =		-	-			-		1,05			600 – 200	= = =
	= = =	-					-	-	1,05			1000 – 100	= = =
	Массовый		-			-		-	1,2			850 – 350	Объемный
	= = =	-		-			-		1,0			350 – 750	= = =
	= = =		-	-			-		0,90			900 – 600	= = =
	= = =	-				-		-	1,0			450 – 300	= = =
	= = =	-		-		-			1,05			300 – 150	= = =
	Объемный					-	-	-	0,85			900 – 200	Массовый
	= = =		-	-			-		0,7			700 – 500	= = =
	= = =	-				-	-	-	0,95			500 – 200	= = =
	= = =	-	-	-					1,0			800 - 300	= = =
	= = =		-	-			-		1,05			600 - 100	= = =

 

	Массовый		-	-			-		1,05			800 - 300	Объемный
	= = =	-				-	-		1,0			400 - 800	= = =
	= = =		-	-			-		0,95			800 - 300	= = =
	= = =					-	-	-	1,15			650 – 150	= = =
	= = =	-				-		-	0,85			150 – 1200	= = =
	Объемный		-		-		-		1,15			750 – 250	Массовый
	= = =		-	-			-		1,2			1000 – 500	= = =
	= = =					-	-	-	1,25			300 – 1300	= = =
	= = =		-	-			-		1,05			600 – 900	= = =
	= = =	-				-	-		0,85			1000 - 400	= = =
	Массовый					-	-	-	1,2			750 – 250	Объемный
	= = =	-		-			-		1,0			600 – 900	= = =
	= = =	-	-	-					0,90			900 - 600	= = =
	= = =	-					-	-	1,0			150 – 1200	= = =
	= = =		-	-			-		1,05			300 - 150	= = =

 

З а д а н и е №2

(к разделу “Техническая термодинамика”)

Считая теплоемкость идеального газа зависящей от температуры, определить: параметры газа в начальном и конечном состоянии; изменение внутренней энергии; теплоту, участвующую в процессе, и работу расширения. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 2.

Примечание: Зависимость мольной теплоемкости газов от температуры дана в приложении 1.

Таблица 2.

 

Вариант	Процесс	t1, °С	t2, °С	Вариант	Газ	p1, МПа	m, кг
1,2,3	Изохорный			1,4,7	O2
4,5,6	Изобарный			2,5,8	CO
7,8,9	Адиабатный			3,6,9	N2
10,11,12	Изохорный			10,13,16	H2
13,14,15	Изобарный			11,14,17	O2
16,17,18	Адиабатный			12,15,18	CO
19,20,21	Изохорный			19,22,25	N2
22,23,24	Изобарный			20,23,26	H2
25,26,27	Адиабатный			21,24,27	O2
28,29,30	Изобарный			28,29.30	CO

З а д а н и е №3

(К разделу “Теория теплообмена”)

 

Тепло горячей воды, движущейся внутри круглой горизонтальной трубы, передается воздуху, омывающему трубу по наружной поверхности свободным потоком.

Требуется определить:

Коэффициенты теплоотдачи водой внутренней поверхности трубы и наружной ее поверхностью воздуху;

Коэффициент теплопередачи от воды к воздуху, отнесенный к 1 м длины трубы и ее диаметрам.

Для расчета принять:

внутренний диаметр трубы - d₁

толщину стенки трубы - d

длину трубы - l

материал трубы и его коэффициент теплопроводности - l

среднюю скорость воды - w

среднюю температуру воды - t _{ж 1}

температуру окружающего трубу воздуха - t _{ж 2} = 20 ^oC.

 

Примечание: Физические параметры воды и воздуха даны в приложении 2 и 3.

 

Таблица 3.

Вариант	d1, мм	d, мм	l, м	Материал	l, Вт/(м∙К)	w, м/с	t ж 1, oC
		2,5	2,0	Сталь		0,2
		3,0	1,5	= = =		0,3
		2,5	2,2	= = =		0,4
		3,0	4,0	= = =		0,5
		4,0	5,0	= = =		0,6
		2,5	1,0	Латунь		0,6
		3,0	1,3	= = =		0,5
		2,5	1,1	= = =		0,4
		3,0	1,55	= = =		0,3
			3,6	= = =		0,2
		2,5	0,9	Сталь		1,0
		3,0	1,5	= = =		1,2
		2,5	3,0	= = =		1,4
		3,0	2,0	= = =		1,6
		4,0	4,0	= = =		1,8
		2,5	0,8	Медь		0,25
		3,0	1,4	= = =		0,35
		2,5	1,85	= = =		0,45
		3,0	2,5	= = =		0,55
		4,0	4,2	= = =		0,65
		2,5	1,0	Сталь		0,05
		3,0	1,2	= = =		0,04
		2,5	1,95	= = =		0,03
		3,0	2,8	= = =		0,02
		4,0	3,5	= = =		0,01
		2,5	1,25	Латунь		1,1
		3,0	2,0	= = =		1,2
		2,5	1,75	= = =		1,3
		3,0	2,2	= = =		1,4
		4,0	5,4	= = =		1,5

 

 

З а д а н и е №4

(К разделу “Теория теплообмена”)

 

Тепло дымовых газов передается через стенку котла кипящей воде. Принимая температуру газов - t_г, воды - t_в, коэффициент теплоотдачи газами стенке a₁ и от стенки воде a₂ требуется определить:

Общее термическое сопротивление;

Коэффициент теплопередачи;

Температуры слоев стенки;

Удельный тепловой поток через 1 м² стенки.

При расчете рассматривать следующие случаи:

1. Стенка стальная, совершенно чистая, толщиной d₂, l₂ = 50 Вт/(м ∙ К);

2. Стенка медная, совершенно чистая, толщиной d₃, l₂^/ = 350 Вт/(м ∙ К);

3. Стенка стальная, со стороны воды покрыта слоем накипи

толщиной d₃, l₃ = 2 Вт/(м ∙ К);

4. Случай “3”, но поверх накипи имеется слой масла

толщиной d₄ = 1 мм, l₄ = 0,1 Вт/(м ∙ К);

5. Случай “4”, но стороны газов стенка покрыта слоем сажи

толщиной d₁, l₁ = 0,2 Вт/(м ∙ К);

Данные к заданию приведены в таблице 4.

 

 

Таблица 4.

 

Вариант	tг, °С	tв, °С	a1, Вт/(м2∙К)	a2, Вт/(м2∙К)	d1, мм	d2, мм	d3, мм
					0,5
					0,5
					1,5

 

З а д а н и е № 5

(к разделам “Топливо” и “Котельные установки”)

Задано топливо и паропроизводительность котельного агрегата D.

Определить состав рабочей массы топлива и его способ сжигания, тип топки, значение коэффициента избытка воздуха в топке a_т.

Найти низшую теплоту сгорания, теоретическое количество воздуха, необходимое для сгорания 1 кг (1 м³) топлива, и объем продуктов сгорания при коэффициенте избытка воздуха a_т. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.4.

Примечание: Состав, а также рекомендации по выбору типа топки и коэффициента избытка воздуха a_т приведены в приложениях 4-7.

 

Таблица 4.

 

Вариант	Вид топлива	Вариант	D, т/ч
1,2,3	Подмосковный уголь Б2 (бурый)	1,4,7
4,5,6	Канско-Ачинский уголь Б2 (бурый)	2,5,8
7,8,9	Донецкий уголь Г (газовый)	3,6,9
10,11,12	Карагандинский уголь К (коксовый)	10,13,16
13,14,15	Экибастузский уголь СС (слабоспекающийся)	11,14,17
16,17,18	Печорский уголь Ж (жирный)	12,15,18
19,20,21	Мазут малосернистый	19,22,25
22,23,24	Газ и газопровода “Дашава-Киев”	20,23,26
25,26,27	Газ из газопровода “Ставрополь - Москва”	21,24,27
28,29,30	Газ из газопровода “Средняя Азия - Центр”	28,29.30

 

Приложения

Приложение 1

Средние изобарные мольные теплоемкости некоторых газов,

с _рm, кДж/(кмоль∙К)

 

t,°C	Воздух	Кислород O2	Азот N2	Водород H2	Водяной пар H2O	Окись углерода CO	Углекислый газ CO2
	29,073	29,274	29,115	28,617	33,499	29,123	35,860
	29,153	29,538	29,144	29,935	33,741	29,178	38,112
	29,299	29,931	29,228	29,073	34,188	29,303	40,059
	29,521	30,400	29,383	29,123	34,575	29,517	41,755
	29,789	30,878	29,601	29,186	35,090	29,789	43,250
	30,095	31,334	29,864	29,249	35,630	30,099	44,573
	30,405	31,761	30,149	29,316	36,195	30,426	45,758
	30,723	32,150	30,451	29,408	36,789	30,752	46,813
	31,028	32,502	30,748	29,517	37,392	31,070	47,763
	31,321	32,825	31,037	29,647	38,008	31,376	48,617
	31,598	33,118	31,313	29,789	38,619	31,665	49,392
	32,109	33,633	31,828	30,107	39,825	32,192	50,740
	32,565	34,076	32,293	30,467	40,976	32,653	51,858
	32,967	34,474	32,699	30,832	42,056	33,051	52,800
	33,319	34,834	33,055	31,192	43,070	33,402	53,604
	33,641	35,169	33,373	31,548	43,995	33,708	54,290
	33,296	35,483	33,658	31,891	44,853	33,980	54,881
	34,185	35,785	33,909	32,222	45,645	34,223	55,391

 

 

Приложение 2

Физические параметры воды на линии насыщения

 

t,°C	ср, кДж/(кг∙К)	l ∙10-2, Вт/(м ∙К)	а ∙10-8, м2/с	μ ∙10-6, (Н∙сек)/м2	n ∙10-6, м2/с	Pr
	4,212	0,551	13,1	178,8	1,789	13,67
	4,191	0,575	13,7	130,5	1,306	9,52
	4,183	0,599	14,3	100,4	1,006	7,02
	4,174	0,618	14,9	80,1	0,805	5,42
	4,174	0,634	15,3	65,3	0,659	4,31
	4,174	0,648	15,7	54,9	0,556	3,54
	4,178	0,659	16,0	47,0	0,478	2,98
	4,187	0,668	16,3	40,6	0,415	2,55
	4,195	0,675	16,6	35,5	0,365	2,21
	4,208	0,680	16,8	31,5	0,326	1,95
	4,220	0,683	16,9	28,2	0,295	1,75
	4,233	0,685	17,0	25,9	0,272	1,60
	4,250	0,686	17,1	23,7	0,252	1,47
	4,266	0,686	17,2	21,8	0,233	1,36
	4,287	0,685	17,2	20,1	0,217	1,26
	4,312	0,684	17,3	18,6	0,203	1,17
	4,346	0,683	17,3	17,4	0,191	1,17
	4,379	0,679	17,3	16,3	0,181	1,05
	4,417	0,675	17,2	15,3	0,173	1,00
	4,459	0,670	17,1	14,4	0,165	0,96
	4,505	0,663	17,0	13,6	0,158	0,93
	4,614	0,645	16,6	12,5	0,148	0,89
	4,756	0,628	16,2	11,5	0,141	0,87
	4,949	0,605	15,6	10,6	0,135	0,87
	5,229	0,575	15,1	9,8	0,131	0,90
	5,736	0,540	13,2	9,1	0,128	0,97
	6,473	0,506	11,5	8,5	0,128	1,11
	8,163	0,457	9,17	7,7	0,127	1,39
	13,984	0,395	5,36	6,7	0,126	2,35
	40,321	0,337	1,86	5,7	0,126	6,79

 

Приложение 3

Физические параметры сухого воздуха при давлении P = 101,3 кПа

 

t,°С	ρ, кг/м3	ср, кДж/(кг∙К)	l ∙10-2, Вт/(м ∙К)	а ∙10-6, м2/с	μ ∙10-6, (н ∙ сек)/м2	n ∙10-6, м2/с	Pr
-50	1,584	1,013	2,04	12,7	14,6	9,23	0,728
-40	1,515	1,013	2,12	13,8	15,2	10,04	0,728
-30	1,453	1,013	2,20	14,9	15,7	10,80	0,723
-20	1,395	1,009	2,28	16,2	16,2	12,79	0,716
-10	1,342	1,009	2,36	17,4	16,7	12,43	0,712
	1,293	1,005	2,44	18,8	17,2	13,28	0,707
	1,247	1,005	2,51	20,0	17,6	14,16	0,705
	1,205	1,005	2,59	21,4	18,1	15,06	0,703
	1,165	1,005	2,67	22,9	18,6	16,00	0,701
	1,128	1,005	2,76	24,3	19,1	16,96	0,699
	1,093	1,005	2,83	25,7	19,6	17,95	0,698
	1,060	1,005	2,90	27,2	20,1	18,97	0,696
	1,029	1,009	2,96	28,6	20,6	20,02	0,694
	1,000	1,009	3,05	30,2	21,1	21,09	0,692
	0,972	1,009	3,13	31,9	21,5	22,10	0,690
	0,946	1,009	3,21	33,6	21,9	23,13	0,688
	0,898	1,009	3,34	36,8	22,8	25,45	0,686
	0,854	1,013	3,49	40,3	23,7	27,80	0,684
	0,815	1,017	3,64	43,9	24,5	30,09	0,682
	0,779	1,022	3,78	47,5	25,3	32,49	0,681
	0,746	1,026	3,93	51,4	26,0	34,85	0,680
	0,674	1,038	4,27	61,0	27,4	40,61	0,677
	0,615	1,047	4,60	71,6	29,7	48,33	0,674
	0,566	1,059	4,91	81,9	31,4	55,46	0,676
	0,524	1,068	5,21	93,1	33,0	63,09	0,678
	0,456	1,093	5,74	115,3	36,2	79,38	0,687
	0,404	1,114	6,22	138,3	39,1	96,89	0,699
	0,362	1,135	6,71	163,4	41,8	115,4	0,706
	0,329	1,156	7,18	188,8	44,3	134,8	0,713
	0,301	1,172	7,63	216,2	46,7	155,1	0,717
	0,277	1,185	8,07	245,9	49,0	177,1	0,719
	0,257	1,197	8,50	276,2	51,2	199,3	0,722
	0,239	1,210	9,15	316,5	53,5	233,7	0,724

 

Приложение 4