Page 1

Міністерство аграрної політики та продовольства України Стрийський коледж Львівського національного аграрного університету

«ОСНОВИ ТЕПЛОТЕХНІКИ І ГІДРАВЛІКИ» методичні вказівки і контрольні завдання для студентів заочної форми навчання спеціальності 5.10010201 «Експлуатація та ремонт машин і обладнання АПВ»

2013


Автор: Ковба Степан Степанович – викладач Стрийського коледжу Львівського національного аграрного університету Рецензент:

Гнатів Р.М. – к.т.н., доцент Національного університету «Львівська політехніка»

Методичні вказівки і контрольні завдання з дисципліни «Основи теплотехніки і гідравліки» (для студентів 1-го курсу заочної форми навчання освітньокваліфікаційного рівня «Молодший спеціаліст», спеціальності 5.10010201 «Експлуатація та ремонт машин і обладнання АПВ»).

Розглянуто і схвалено на засіданні циклової комісії фундаментальних дисциплін та дисциплін професійної підготовки спеціальності «Експлуатація та ремонт машин і обладнання агропромислового виробництва» Протокол №2 від 27 вересня 2013 року Голова комісії:

/С.С.Ковба/

 Ковба С.С., 2013 рік  СК ЛНАУ, 2013 рік 2


Загальні вказівки Мета вивчення дисципліни «Основи теплотехніки і гідравліки» — набути необхідних теоретичних знань з основ гідравліки, технічної термодинаміки, основ теорії теплообміну, ознайомитися з видами палива і способами його спалювання, з будовою і принципом дії котельних установок і способами оцінки економічності їх роботи; вивчити будову і принцип дії теплових двигунів, компресорних установок, водяних насосів, топкових пристроїв та водогрійних і парових котлів, теплогенераторів, ознайомитися з опаленням і гарячим водопостачанням житлових і виробничих приміщень, вентиляцією тваринницьких приміщень, теплопостачанням споруд захищеного грунту, застосуванням холоду у сільському господарстві, основами сушіння та теплотехнічними основами зберігання сільськогосподарської продукції. Всі теоретичні положення студентові треба уміти підтверджувати прикладами з техніки і практичної діяльності людини. При вивченні дисципліни треба звернути увагу на розкриття фізичної суті явищ, які вивчаються, і закономірностей, виражених формулами, додержувати єдиної термінології і позначення фізичних і технічних величин відповідно до діючих стандартів. Вивчення теоретичного матеріалу рекомендується проводити у послідовності, що визначена програмою. Для закріплення вивченого матеріалу навчальні заняття слід супроводити розв’язанням прикладів і задач з використанням таблиць, діаграм, довідників і графічних матеріалів. При розв’язанні задач студенти набувають навичок з виконання наближених розрахунків, перевірки результатів і оцінки їх за точністю і розмірністю. Зошит з розв’язаними задачами слід подати викладачеві під час лабораторно-екзаменаційної сесії. Курс «Основи теплотехніки і гідравліки» тісно пов’язаний з дисциплінами «Трактори і автомобілі» та «Механізація тваринництва». Тому для грунтовного вивчення цих предметів треба досконало знати даний матеріал. З метою полегшення вивчення дисципліни програмний матеріал розподілено на окремі заняття. Після вивчення теоретичного матеріалу предмета студент-заочник виконує контрольну роботу за одним із варіантів.

3


1. Програма навчальної дисципліни ВСТУП Зміст і завдання навчальної дисципліни "Основи теплотехніки і гідравліки", порядок вивчення, зв'язок з іншими дисциплінами. Паливно-енергетичні ресурси України:  перспективи їх розвитку;  впровадження в народне господарство нетрадиційних видів енергії;  сучасний рівень і перспективи розвитку теплоенергетики в сільськогосподарському виробництві;  раціональне використання паливно-енергетичних ресурсів - одне з важливих народногосподарських завдань;  перспективи використання місцевого палива і вторинних енергетичних ресурсів. Значення дисципліни в підготовці техніка-механіка сільськогосподарського виробництва. 1. ОСНОВИ ГІДРАВЛІКИ І НАСОСИ 1.1 Основи гідростатики Характеристика гідравліки як науки і її значення в техніці. Характеристика рідини, її фізичні властивості, залежність властивостей від температури і тиску. В'язкість, одиниці в'язкості, способи визначення в'язкості, залежність в'язкості від температури й тиску. Ідеальна рідина і її властивості. Основне рівняння гідростатики. Повний і манометричний тиск. Вакуум. Прилади для вимірювання гідростатичного тиску і вакууму. Закон Паскаля. Гідравлічний прес. Сила гідростатичного тиску рідини. Сила тиску на плоскі та криволінійні поверхні. Центр тиску. Умова плавання тіл. 1.2 Основи гідродинаміки Завдання гідродинаміки. Потік рідини. Гідравлічні характеристики потоку. Змочений периметр, живий переріз, витрата і середня швидкість потоку. Рівняння нерозривності для елементарної струмини і потоку рідини. Рівняння Бернуллі для елементарної струмини ідеальної і реальної рідини, потоку реальної рідини. Режими руху рідини. Число Рейнольдса, його критичне значення для труб круглого і некруглого поперечного перерізу. Види гідравлічних опорів і втрат напору. Визначення втрат на тертя. Визначення втрат напору на подолання місцевих опорів. Визначення висоти водонапірної башти і об'єму її резервуара, діаметра труб, тиску води і необхідної товщини стінок труб водопроводів під час водопостачання. Гідравлічний удар у трубах. Лабораторне заняття 1 Визначення втрат напору на ділянці водопроводу. 4


1.3 Насоси Призначення і застосування насосів у сільському господарстві. Класифікація насосів. Будова, принцип дії і основні показники роботи поршневих і відцентрових насосів, їх переваги й недоліки. Принцип дії осьового, гвинтового, струминного, шестерінчастого і крильчастого насосів. Лабораторне заняття 2 Визначення основних параметрів роботи насоса діючої насосної установки. 2. ОСНОВИ ТЕХНІЧНОЇ ТЕРМОДИНАМІКИ 2.1 Основні поняття і визначення в технічній термодинаміці Предмет технічної термодинаміки, її завдання і основні визначення. Робоче тіло і його основні параметри. Поняття про ідеальний газ. Рівняння стану ідеального газу. Поняття про реальні гази і пару як робочі тіла. Термодинамічна система. Тепловий стан. Рівноважні та нерівноважні стани. Термодинамічний процес. 2.2 Суміш ідеальних газів. Теплоємність газів і газових сумішей Поняття про газову суміш. Закон Дальтона. Склад суміші в об'ємних і масових частках, за числом молей. Уявна молярна маса і газова стала газової суміші. Поняття про теплоємність. Масова, об'ємна і молярна теплоємність, залежність між ними. Теплоємність за сталого об'єму та тиску. Залежність теплоємності від температури і атомності газів. Формули і таблиці для визначення теплоємності газів. Теплоємність газової суміші. 2.3 Перший закон термодинаміки Зміст закону і його формулювання. Аналітичний вираз першого закону термодинаміки. Принцип еквівалентності теплоти і роботи. Внутрішня енергія та її властивості. Робота газу, її визначення і графічне зображення в координатах рv. Ентальпія газу. 2.4 Другий закон термодинаміки. Дослідження термодинамічних процесів Зміст закону і його формулювання. Колові процеси або цикли. Прямий і зворотний цикли. Термічний ККД циклу і холодильний коефіцієнт. Цикл Карно, загальні властивості оборотних і необоротних циклів. Аналітичний вираз другого закону термодинаміки. Ентропія газів. Система координат ТS. Абсолютна термодинамічна температура. Порядок і методи дослідження термодинамічних процесів. Ізохорний, ізобарний, ізотермічний, адіабатний процеси та їх зображення в координатах рv і ТS. Політропний процес.

5


2.5 Ідеальні цикли поршневих двигунів внутрішнього згорання. Основи компресорних машин Цикли з підведенням теплоти за сталого об'єму і сталого тиску. Термічний ККД циклів. Робота газу за цикл. Порівняння циклів. Цикл зі змішаним підведенням теплоти. Відмінність дійсних циклів від ідеальних. Компресори й компрсорні установки. Принцип роботи компресора. Робочий процес одноступінчатого поршневого компресора і зображення його в координатах рv і ТS. Багатоступінчасті компресори. Компресорні станції та їх експлуатація. Ротаційні й відцентрові компресори. 2.6 Водяна пара і вологе повітря Фізичні і хімічні властивості води. Водяна пара як робоче тіло. Процес утворення пари. Діаграма рv для водяної пари. Параметри стану рідини, вологої, сухої насиченої і перегрітої пари та кількість теплоти, необхідної для нагрівання рідини і одержання пари. Таблиці водяної пари. Фазові перетворення. Потрійна точка. Ентальпія водяної пари. НS-діаграма водяної пари і зображення на ній основних термодинамічних процесів. Вологе повітря як суміш сухого повітря і водяної пари. Основні параметри вологого повітря: абсолютна і відносна вологість, вологовміст, питомий об'єм, ентальпія. Практичне заняття 1 Визначення параметрів водяної пари за допомогою НS-діаграми (за завданням). 3. ОСНОВИ ТЕПЛОПЕРЕДАЧІ 3.1 Основні поняття і визначення. Теплопровідність Предмет теорії теплообміну. Способи поширення теплоти теплопровідністю, конвекцією і випромінюванням. Теплопередача. Теплопровідність. Температурне поле. Закон Фур'є. Коефіцієнт теплопровідності та його значення для різних технічних матеріалів. Теплопровідність плоскої і циліндричної стінок. Густина теплового потоку під час теплопровідності. 3.2 Конвективний теплообмін. Променистий теплообмін Закон Ньютона-Ріхмана. Коефіцієнт тепловіддачі. Тепловіддача за вільного і вимушеного руху рідини, за різних умов обтікання тіл. Густина теплового потоку за конвективного теплообміну. Поняття про абсолютне чорне, біле і сіре тіло. Закон Стефана-Больцмана для абсолютно чорного і сірого тіл; ступінь чорноти тіла. Вплив випромінювання газів на теплообмін. Густина теплового потоку під час променистого теплообміну. 6


3.3 Теплопередача і теплообмінні апарати Теплопередача через плоску одношарову і багатошарову стінки. Коефіцієнт теплопередачі і термічний опір теплопередачі. Методи інтенсифікації теплопередачі. Теплопередача через циліндричну стінку. Теплова ізоляція. Теплообмінні апарати. Класифікація теплообмінних апаратів. Порівняння прямоточних і протиточних схем руху теплоносіїв. Практичне заняття 2 Розрахунок теплопередачі через багатошарову плоску стінку. Визначення теплових втрат у приміщенні (за завданням). 4. КОТЕЛЬНІ УСТАНОВКИ І ТЕПЛОГЕНЕРАТОРИ 4.1 Паливо і його характеристики Загальні відомості про енергетичне паливо і його класифікація. Елементарний склад твердого, рідкого і газоподібного палива. Формули для перерахунку робочої маси палива на умовну і навпаки. Теплота згорання палива - вища і нижча. Поняття умовного палива. Тепловий еквівалент робочого палива. Економія паливноенергетичних ресурсів. 4.2 Процес горіння палива і способи спалювання Суть процесу горіння. Теоретично необхідна і дійсна кількість повітря для горіння. Коефіцієнт надлишку повітря. Розрахунок об'єму продуктів згорання. Поняття про ентальпію продуктів згорання. Шаровий, факельний і вихровий способи спалювання палива. Спалювання твердого палива. Горіння твердого палива в шарі та у завислому стані. Горіння газового палива. Умови горіння. 4.3 Котельні установки Котельні установки, їх типи і призначення. Принципова схема котельної установки. Основне і допоміжне обладнання котельної установки. Склад котельної установки. Елементи котельного агрегата. Тепловий баланс котельного агрегата. Корисно використана теплота. Втрати теплоти. ККД котельного агрегата. Годинна витрата палива. Правила експлуатації котельної установки. Забезпечення надійності та економічності котельних установок. Основні вимоги безпеки. Лабораторне заняття 3 Дослідження котельного агрегата. 4.4 Котли і теплогенератори Класифікація котлів для сільського господарства. Котли водогрійні та парові, 7


малої і середньої продуктивності для опалювальних котелень. Котли-утилізатори. Порядок гідравлічного випробування котлів. Арматура і гарнітура котла. Правила експлуатації котлів. Призначення і будова теплогенераторів. Типи теплогенераторів, їх характеристики. Робочий процес і регулювання режиму. Автоматичне керування теплогенераторами. Характерні несправності і способи їх усунення. 5. ЗАСТОСУВАННЯ ТЕПЛОТИ У СІЛЬСЬКОМУ ГОСПОДАРСТВІ 5.1 Енергозберігання в сільському господарстві Первинні й вторинні, відновлювані й невідновлювані ресурси Землі. Шляхи економії паливно-енергетичних ресурсів у сільському господарстві. Енергозберігання в приміщеннях. Використання вторинних енергетичних ресурсів. Регенерація теплоти у фермах. Використання біологічних установок. Удосконалення конструкційних рішень систем вентиляції, засобів регулювання мікроклімату. Використання відновлювальних джерел енергії, сонячної енергії, енергії вітру. Геотермальні установки. Мала гідроенергетика. 5.2 Сушіння сільськогосподарської продукції Поняття і значення сушіння. Природне і штучне сушіння матеріалів. Способи штучного сушіння. Механізм і кінетика процесу сушіння. Теплові режими сушіння. Класифікація сушильних установок. Матеріальний і тепловий баланс конвективної сушарки. Витрата сушильного агенту. Витрата теплоти сушіння. Теоретичний та дійсний процеси сушіння в Нb -діаграмі. Техніка безпеки і пожежна безпека. Практичне заняття З Визначення параметрів конвективної сушки за допомогою Мb -діаграми вологого повітря (за завданням). 5.3 Опалення і гаряче водопостачання житлових і виробничих приміщень Призначення і класифікація систем опалення. Принцип розрахунку теплових втрат приміщення. Водяне опалення з природною і насосною циркуляцією. Нагрівальні прилади систем опалення, типи і характеристики. Експлуатація систем опалення. Гаряче водопостачання. Класифікація систем і принципові схеми. Практичне заняття 4 Розрахунок площі поверхні нагріву і вибір типу нагрівальних приладів для житлових і виробничих приміщень (за завданням). 5.4 Вентиляція тваринницьких ферм Призначення і класифікація системи вентиляції. Шкідливі виділення і 8


гранично допустимі концентрації їх у повітрі різних приміщень. Розрахунок повітрообміну за різними видами шкідливих виділень. Способи визначення температури припливного повітря і кількості теплоти для його нагрівання. Класифікація і будова вентиляторів. Калорифери, призначення і типи. Методика підбору калориферів і вентиляторів для систем вентиляції. Лабораторне заняття 4 Спрощене дослідження вентиляційно-опалювального агрегата. 5.5 Теплопостачання споруд захищеного грунту Типи культиваційних споруд, їх конструкції і характеристики. Різні види обігрівання: сонячне, біологічне, технічне. Види технічного обігрівання: водяне, повітряне, газове. Розрахунок опалення і вентиляції теплиць. Регулювання температури та вологості повітря і грунту в теплицях. Використання вторинних енергоресурсів для теплопостачання споруд захищеного грунту. 5.6 Застосування холоду в сільському господарстві Споживачі холоду в сільському господарстві. Фактична суть і способи охолодження. Основи одержання штучного холоду. Класифікація холодильних установок. Холодильні агенти, основні властивості й вимоги до них. Схема компресійної холодильної установки. Перспективи використання холодильних установок у сільському господарстві. Лабораторне заняття 5 Вивчення будови і роботи холодильної установки та її тепловий розрахунок. 5.7 Теплотехнічні основи зберігання сільськогосподарської продукції Народногосподарське значення організації зберігання і переробки сільськогосподарської продукції на місці її виробництва, способи зберігання сільськогосподарської продукції, класифікація підприємств за способом зберігання фруктів, овочів, продуктів тваринництва; оптимальні параметри мікроклімату в сховищах для різної сільськогосподарської продукції; способи створення оптимальних умов для зберігання продукції; автоматичне регулювання мікроклімату в сховищах.

9


2. Рекомендована література 1. Драганов Б.Х. та ін. Теплотехніка: Підручник. - 2-е вид., - К.: Інкос, 2005. 2. Драганов Б.Х., Есин В.В., Зуев В.П. Применение теплоты в сельском хозяйстве. - К.: Высшая школа, 1990. 3. Дідур В.А. та ін. Гідравліка, сільськогосподарське водопостачання та гідропневмопривід. - Запоріжжя: Прем'єр, 2005. 4. Исаев А.П. и др. Гидравлика и гидромеханизация сельскохозяйственных процессов. - М.: Агропромиздат, 1990. 5. Корец М.С. Машинознавство: Основи гідравліки і теплотехніки. - К.: Знання України, 2001. 6. Рогалевич Ю.П. Гідравліка: Підручник. - К.: Вища школа, 1993. 7. Черняк О.В., Рибчинська Г.Б. Основи теплотехніки і гідравліки. -К.: Вища школа, 1982. 3. Методичні вказівки до виконання контрольної роботи

Контрольна робота включає 5 задач і 2 питання. Завдання для контрольної роботи розроблені за тридцятиваріантною системою і розподілені в таблиці 1. Номер варіанта треба брати за двома останніми цифрами шифру студента. Наприклад, якщо шифр 14, то в таблиці по вертикалі треба брати цифру «1», а по горизонталі — цифру «4». На перетині цих граф знаходять клітинку, яка містить 7 чисел (6, 17, 28, 39, 46, 65, 100). Перші п’ять чисел означають номери варіантів до кожної з п’яти задач, а два останніх числа — номери питань. У нашому випадку для першої задачі слід взяти дані з 6-ї колонки: для другої задачі — з 7-ї колонки і т. д.; для розвязання п’ятої задачі треба взяти дані з 6-ї колонки. Крім того, студент повинен дати письмові відповіді на питання 65 і 100 контрольної роботи. Контрольну роботу слід виконувати тільки після вивчення програмного матеріалу. Контрольна робота виконується в обсязі учнівського зошита. Всі записи в контрольній роботі потрібно робити чітко, акуратно, залишаючи поля шириною 34см для зауважень рецензента. Малюнки і схеми треба виконувати олівцем з допомогою креслярських інструментів, дотримуючись вимог діючих стандартів ЄСКД. Розв’язання кожної задачі слід починати з нової сторінки. В кінці роботи треба написати перелік використаної літератури з зазначенням вихідних даних Для рецензії викладача в кінці зошита потрібно залишити декілька чистих сторінок. Приступаючи до розв’язання задач контрольної роботи, треба уважно прочитати і переписати в зошит текст задачі, потім, користуючись умовними буквенними позначеннями, виписати, що дано і що треба визначити. Після цього записати розв’язання. Розв’язання задач обов’язково супроводити коротким пояснюючим текстом. Всі розрахункові формули треба розшифрувати і вказувати значення величин, що до них входять. При цьому слід посилатися на літературу, звідки взяті числові значення 10


тієї або іншої величини, а також подавати всі проміжні розрахунки. Розв’язання задач треба проводити тільки в системі СІ. Якшо величина задана в одиницях іншої системи, то в умові задачі потрібно помістити і відповідний перерахунок. Одержані в процесі розв’язання задач величини (проміжні або кінцеві) повинні супроводитись проставленням розмірності. Якщо в процесі розв’язання задачі студент посилається на таблиці і графіки, то потрібно вказувати джерело (сторінку, номер таблиці або графіка), наприклад: (Черняк О.В., Рибчинська Г.Б., с. 28, табл. 12). Після розв’язання кожної задачі потрібно зробити аналіз одержаних результатів і висновки за наслідками розв’язання. Перш ніж відповідати на питання контрольної роботи потрібно знайти в підручнику матеріал для відповіді і вивчити його, потім скласти план відповіді. Відповідь треба писати коротко і чітко, пов’язувати з практикою. Якщо при цьому використовується математична формула, то треба пояснити її зміст. Основні положення відповіді повинні бути проілюстровані схемами установок, графіками, таблицями, фрагментами діаграм. Не рекомендується переписувати текст підручника, за винятком точних формулювань основних законів і положень. На обкладинці зошита треба написати повну назву предмета, шифр, за яким виконана контрольна робота, курс та групу, в якій навчаєтесь, прізвище, ім’я та побатькові. Повністю виконану контрольну роботу слід надати для перевірки у строк, передбачений графіком. Після одержання прорецензованої контрольної роботи треба ознайомитися із зауваженнями викладача і виконати всі його поради і вимоги. Якщо робота не зарахована, студент виконує її повторно. 4. Задачі контрольної роботи (1…50)

Задача 1. (1…10) Визначити показники манометра р1 встановленого на нагнітальному патрубку, і потужність на валу насоса, який перекачує воду на відстань l з підніманням на висоту h по трубопроводу діаметром d. Подача насоса – Q, тиск на виході з кг трубопровода – р2. Коефіцієнт тертя λ = 0,03. Прийняти густину води ρ = 103 3 , м місцеві втрати напору становлять 10% від лінійних витрат. Коефіцієнт корисної дії насоса ηн = 0,6. Дані до задачі 1 (1…10) Номери задач 5 6

Величини

1

2

3

4

l, км h, м d, мм Q, л\с р2, МПа

0,5 10 50 2,0 0,2

0,7 15 60 2,8 0,19

0,9 20 75 4,4 0,18

1,1 25 80 5,0 0,17 11

1,3 30 100 7,8 0,16

1,5 35 125 12,0 0,15

7

8

9

10

1,7 40 150 18,0 0,14

1,9 45 175 24,0 0,13

2,1 50 200 32,0 0,12

2,3 55 250 50 0,11


Пояснення до задачі 1 Рівняння Бернуллі записане для перерізів на початку і в кінці трубопровода матиме такий вигляд: 2 2 p1 1  1 p2  2   2 h1    h2     g 2 g g 2 g Трубопровід має однаковий діаметр і витрату рідини по всій довжині, тому швидкісний напір в обох перерізах буде однаковий 1  12  2   2 2  2 g 2 g Приймаємо за площину порівняння ту площину, яка проходить через центр перерізу l, тоді h1  0; h2  h Повні втрати напору складаються з лінійних і місцевих втрат hпов  hл  hм  1,1 hл Виходячи з умов задачі, рівняння Бернуллі можна переписати так: p1 p  2  h  1,1  hл g g Розв'язавши це рівняння відносно р1, маємо: Н p1  p2    g  h  1,1  hл , 2 м Звідси, l v2 hл     , м d 2 g м де v – швидкість руху води в трубопроводі, . с Швидкість руху води в трубопроводі знаходимо з рівняння нерозривності потоку:   d 2 м3 Q  v , 4 с Звідси, 4Q м v ,  d2 с Потужність на валу насоса визначають за формулою: p Q N  1 , Вт н де ηн – коефіцієнт корисної дії насоса.

12


Задача 2. (11…20) Балон з газом об'ємом V1 внесено знадвору в приміщення. Температура зовнішнього повітря t1, у приміщенні – t2. Надворі манометр на балоні показував тиск рман 1. Визначити масу газу в балоні, покази манометра у приміщенні, кількість теплоти, одержану газом. Прийняти теплоємність сталою, атмосферний тиск рбар = 0,1 МПа. Дані до задачі 2 (11…20) Величини

Хімічна формула газу V1, л рман 1, МПа t1, оС t2, оС

Номери задач 15 16 17

11

12

13

14

18

19

Н2

Не

Аr

N2

CH4

O2

CO2

NH3 CCl2F2 Повітря

10 3,0 -30 15

15 8,0 -25 20

20 10,0 -20 25

25 9,5 -15 15

30 2,5 -10 20

35 10,5 -30 25

40 11,0 -25 15

45 4,5 -20 20

50 5,0 -15 25

20

55 6,0 -10 15

Пояснення до задачі 2 У даному випадку розглядається ізохорний процес (об'єм газу у закритому балоні залишається сталою величиною). Для имзначення маси газу в балоні користуємось характеристичним ріннянням стану газу: p V  M  R  T Звідси, р V М , кг R T Н де р – абсолютний тиск, 2 ; м Дж R – питома газова стала, о кг К Звідси, Н p  p ман  pбар , 2 м Газову сталу обчислюємо діленням універсальної газової сталої на молярну масу (див. додаток 1) 8314 Дж R ,  кг  К Для ізохорного процесу співвідношення між параметрами таке: р1 Т 1  р2 Т 2 Різниця абсолютного і атмосферного тиску дасть покази манометра рман 2: 13


Н м2 Кількість підведеної теплоти визначають за рівнянням: Q  M  CV  T2  T1 , кДж p ман 2  p2  pбар,

де СV – ізохорна масова теплоємність,

кДж о

кмоль К

Задача 3. (21…30) Визначити годинну витрату теплоти через 1 м2 стінки будівлі, виготовленої з Вт матеріалу з коефіцієнтом теплопровідності λ = 0,2 о . Температура повітря у м К Вт приміщенні t1 = 10 оС, зовні – t2 = – 14 оС. Коефіцієнти тепловіддачі α1 = 7,0 2 о і м К Вт α2 = 13,5 2 о . Товщина стінки δ = 150 мм. м К Визначити температури поверхонь стінки з внутрішнього і зовнішнього боків. Дані до задачі 3 (21…30) Величини

δ, мм Вт λ, мо К Вт α1, 2 о м К Вт α2, 2 о м К t1, оС t2, оС

Номери задач 25 26

21

22

23

24

27

28

29

30

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0,1

0,15

0,2

0,3

0,6

0,7

0,8

0,85

0,9

0,95

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,5

10,0

10,5

12,0

12,5

13,5

13,5

14,0

14,5

15,0

15,5

16,0

16,5

6 -10

8 -12

10 -14

12 -16

14 -18

16 -20

18 -22

20 -24

22 -26

24 -28

Пояснення до задачі 3 У задачі розглядається випадок складного теплообміну (теплопередачі). Величину теплових втрат через стінку будівлі визначаємо за формулою: Qвтр  q  Fст  , Дж Вт де q – густина теплового потоку через стінку, 2 ; м 2 Fст – площа поверхні стінки, м ; τ – час проходження тепла, τ = 1 год = 3600 с . Звідси, Вт q  k  t1 p  t2 p , м2

14


Вт . м2  К

де k – коефіцієнт теплопередачі, Звідси,

k

1 Вт , 2 Rcт м  К

де Rст – термічний опір стінки при складному теплообміні, Звідси,

м2  К . Вт

 1 м2  К Rcт    , 1   2 Вт 1

tст2

Температури поверхонь стінки з внутрішнього боку tст1 і з зовнішнього боку визначаємо за формулами: 1 tст 1  t1 р  q  , о С

1

tст 2  t2 р  q 

1

2

, оС

Задача 4. (31…40) Визначити коефіцієнт корисної дії котельного агрегату паропродуктивністю D при параметрах пари р і tп . Годинна витрата палива Вгод, температура живильної р

води tж в, теплота згорання палива Q н . Визначити також тепловий еквівалент і витрату умовного палива. Дані до задачі 4 (31…40) Величини

т г од р, МПа tп, оC tж в, оC т Вгод, г од кДж Q рн , кг

D,

Номери задач 35 36

31

32

33

34

37

38

39

40

0,16

0,25

0,4

0,7

10,0

25,0

10,0

16,0

0,9 0,9 0,9 1,4 1,4 1,4 174,5 174,5 174,5 194,1 194,1 194,1 50 50 50 100 100 100

2,4 250 100

2,4 250 100

3,9 440 145

3,9 440 145

0,022

1,28

3,245

1,85

3,894

0,03

0,05

1,0

1,6

0,052 0,116 0,254

24960 28300 26250 28070 25630 18440 23560 22930 17350 13060

Пояснення до задачі 4 Коеффіцієнт корисної дії котельного агрегату визначаємо за формулою:

к а  15

qкор q затр


де

– кількість теплоти, використаної на одержання пари заданих кДж параметрів, ; кг кДж qзатр – кількість теплоти, одержаної від згоряння палива, . кг Звідси, кДж qкор  D   hn  hж в    кг кДж де hn – ентальпія пари, ; кг кДж hж в – ентальпія живильної води, ; кг qкор

hж в  4,19  tж в кДж кг Тепловий еквівалент заданого робочого палива по відношенню до умовного палива визначаємо за формулою: Qр 26250 E  рн   0,895 Qн ум 29300

qзатр  Вгод  Qнр

кДж . кг Годинну витрату умовного палива котельним агрегатом визначаємо за формулою: кг у Вгод  В годЕ , г од р де Qн ум – нижча теплота згоряння умовного палива,

Задача 5. (41…50) Визначити необхідний повітрообмін у тваринницькому приміщенні, будівельний об'єм якого V, для утримання тварин кількістю п. Розрахунок повітрообміну зробити за умовами видалення надлишків тепла і СО2. Температура, яку потрібно підтримувати у приміщенні t1, температура зовнішнього повітря t2. Питома вентиляційна характеристика приміщення qв . кДж Прийняти об'ємну теплоємність повітря С / = 1,3 , допустиму м 3 о К л концентрацію СО2 у приміщенні d1 = 5 3 , концентрацію СO2 в атмосферному м л повітрі d2 = 0,3 3 м

16


Дані до задачі 5 (41…50) Величини

41

42

43

Номери задач 45 46

44

47

V, м3 4000 3750 7500 6000 800 1500 200 Вид тварин 1 2 3 4 5 6 7 (за додатком) п 200 150 250 400 100 150 200 о t1, С 8 8 8 5 10 10 6 о t2, С -10 -11 -12 -14 2 4 -10 Вт 1,047 1,047 1,047 1,047 1,396 1,396 1,396 qв, 2 о м К

48

900

49

50

2400 6000

8

9

10

50 10 3

40 12 5

1000 8 -10

1,05

1,25 1,105

Пояснення до задачі 5 Необхідний повітрообмін для видалення надлишкової теплоти визначаємо за формулою:  м3 3,6  п  q Qт  /    V  qв , С  t1  t 2  г од де q – виділення вільної теплоти однією твариною, Вт Необхідний повітрообмін за умовою видалення надлишкового СО2 визначаємо за формулою: nd м3 QCO2  , d1  d 2 г од л де d — виділення СО2 однією твариною, г од

5. Питання контрольної роботи (51…105)

51. Що таке енергетика і яка її роль у народному господарстві нашої країни? Описати сучасний стан та перспективи розвитку енергетики в Україні. 52. Визначити основні властивості рідини: густину, об’ємну масу, в’язкість. Описати їх залежність від тиску і температури. Навести одиниці вимірювання цих величин. 53. Написати і пояснити основне рівняння гідростатики. Дати формулювання закону Паскаля. 54. Пояснити принцип роботи гідравлічного преса, навести його схему. Написати і пояснити формулу для визначення сили, яку створює гідравлічний прес. 55. Написати і пояснити формулу для визначення товщини стінки труби залежно від тиску рідини в ній, діаметра труби і матеріалу. 56. Визначити основні гідравлічні характеристики потоку: живий переріз, середня швидкість руху рідини і витрати рідини потоку. Написати і пояснити формулу 17


для визначення необхідного діаметра труби за заданою витратою і середньою швидкістю руху рідини. 57. Описати два режими течії рідини. Як визначити число Рейнольдса і яке значення має ця величина? 58. Написати і пояснити рівняння Бернуллі для потоку реальної рідини. 59. Пояснити, що таке лінійні втрати напору? Написати формулу для їх визначення. Якими способами можна зменшити лінійні втрати напору? 60. Що таке місцеві втрати напору і від чого вони залежать? 61. Пояснити явище гідравлічного удару. Написати і пояснити формулу, за якою визначають наростання тиску в трубопроводі при гідравлічному ударі. 62. Накреслити схему поршневого насоса з позначенням характерних розмірів і величин. Написати і пояснити формулу, за якою визначають напір діючого насоса. 63. Накреслити схеми і пояснити принцип роботи відцентрового, вихрового і шестирінчастого насосів. 64. Що таке робоче тіло теплових машин? Описати основні параметри робочого тіла та одиниці їх вимірювання. 65. Сформулювати і дати математичні вирази основних законів ідеального газу і рівняння стану ідеального газу. 66. Що таке газова суміш? Як може бути заданий склад газової суміші? 67. Пояснити поняття теплоємності газів. Які є види теплоємності? Пояснити, чому теплоємність при сталому тиску більша за теплоємність при сталому об’ємі? Написати залежності між цими теплоємностями і гаізовою сталою. 68. Пояснити поняття «внутрішня енергія», «робота», «кількість теплоти» та залежність між цими величинами згідно з першим законом термодинаміки. 69. Дати формулювання другого закону термодинаміки. Накреслити схему і пояснити будь-який коловий процес. Пояснити поняття термічного коефіцієнта корисної дії. 70. Дати аналіз ізохорного процесу. 71. Дати наліз ізобарного процесу. 72. Дати аналіз ізотермічного процесу. 73. Дати аналіз адіабатного процесу. 74. Дати аналіз иолітропного процесу. Показати на графіку, що при різних значеннях показника політропи, цей процес може бути ізохорним, ізобарним, ізотермічним, адіабатним. 75. Пояснити ідеальний цикл поршневого двигуна внутрішнього згоряння з ізохорним підведенням тепла. Написати і проаналізувати формулу для визначення термічного коефіцієнта корисної дії цього циклу. 76. Пояснити ідеальний цикл поршневого двигуна внутрішнього згоряння з ізобарним підведенням тепла. Написати і проаналізувати формулу для визначення термічного коефіцієнта корисної дії цього циклу. 77. Пояснити ідеальний цикл поршневого двигуна внутрішнього згоряння із змішаним підведенням тепла. Написати і проаналізувати формулу для визначення термічного коефіцієнта корисної дії цього циклу. 78. Пояснити процес пароутворення на рV-діаграмі. 79. Діаграма hd водяної пари, її побудова і користування нею. 80. Накреслити схему паросилової установки і проаналізувати ідеальний цикл 18


Ренкіна. 81. Що таке теплофікація і яке значення вона має для економічного витрачання паливних ресурсів. 82. Описати способи передачі тепла. 83. Написати і пояснити формулу для визначення густини теплового потоку при теплопровідності через плоску багатошарову стінку. Накреслити схему цього способу передачі тепла. 84. Що таке конвективний теплообмін? Як визначити густину теплового потоку при конвективному теплообміні? 85. Навести основні визначення теплового випромінювання і його основні закони. 86. Що таке теплопередача? Накреслити схеми цього виду теплообміну. Написати і пояснити формули для визначення коефіцієнта теплопередачі і густини теплового потоку. 87. Що таке теплообмінні апарати? Навести їх класифікацію, застосування, способи підвищення ефективності їх роботи. 88. Як визначити необхідну площу поверхні нагріву теплообмінного апарату? 89. Характеристика різних видів палива, що застосовують у теплоенергетиці. 90. Як визначити нижчу роботу теплоти згоряння палива? Написати і пояснити формулу Д. І. Менделеева. Навести числові значення цієї величини для найбільш поширених видів палива. 91. Описати, подати схеми і порівняти основні способи спалювання палива в топкових пристроях. 92. Накреслити схеми і описати принцип дії різних видів топок. „ 93. Описати принцип роботи вертикального водотрубного котла. Накреслити схеми циркуляції води і пари у такому котлі. Які основні величини характеризують котельну установку? 94. Накреслити схему і описати принцип роботи прямоточного парового котла. Навести технічні характеристики котлів такого типу. 95. Якими додатковими поверхнями нагрівання і допоміжними пристроями обладнують сучасні котельні установки? 96. Призначення і класифікація холодильних установок. Описати холодильні установки підприємства, де працюєте. Для чого їх використовують? 97. Описати принцип роботи компресійної холодильної установки. Накреслити її схему. 98. Проаналізувати робочий цикл компресійної холодильної установки. Дати зображення цього циклу в рV- і ТS-діаграмах. 99. Накреслити схему і пояснити принцип роботи абсорбційної холодильної установки. 100. Що таке холодильний коефіцієнт? Як його обчислюють для холодильних установок різних типів? 101. Описати способи зберігання овочів і фруктів. Навести оптимальні параметри мікроклімату в сховищах. 102. Описати способи зберігання м’ясних, рибних і молочних продуктів. Навести оптимальні параметри мікроклімату в сховищах. 103. Дати класифікацію і описати застосування систем опалення. 104. Як визначити втрати тепла приміщення? 105. Як розрахувати необхідний повітрообмін для тваринницького приміщення? 19


Таблиця розподілу задач і питань за варіантами Передостання цифра шифру

0

1

2

Остання цифра шифру

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1, 11, 21, 31, 41 51, 96 2, 13, 24, 35, 42, 61, 95 3, 15, 27, 39, 43, 71, 84

2, 12, 22, 32, 42, 52, 97 3, 14, 25, 36, 43, 62, 94 4, 16, 28, 40, 44, 72, 83

3, 13, 23, 33, 43, 53, 98 4, 15, 26, 37, 44, 63, 93 5, 17, 29, 31, 45, 73, 82

4, 14, 24, 34, 44, 54, 99 5, 16, 27, 38, 45, 64, 92 6, 18, 30, 32, 46, 74, 81

5, 15, 25, 35, 45, 55, 100 6, 17, 28, 39, 46, 65, 91 7, 19, 21, 33, 47, 75, 80

6, 16, 26, 36, 46, 56, 101 7, 18, 29, 40, 47, 66, 89 8, 20, 22, 34, 48, 76, 79

7, 17, 27, 37, 47, 57, 102 8, 19, 30, 31, 48, 67, 88 9, 11, 23, 35, 49, 77, 78

8, 18, 28, 38, 48, 58, 103 9, 20, 21, 32, 49, 68, 87 10, 12, 24, 36, 50, 51, 105

9, 19, 29, 39, 49, 59, 104 10, 11, 22, 33, 50, 69, 86 1, 13, 25, 37, 41, 52, 104

10, 20, 30, 40, 50, 60, 105 1, 12, 23, 34, 41, 70, 85 2, 14, 26, 38, 42, 53, 103

20


Додаток 1 Хімічні формули і молярна маса деяких газів

Газ

Хімічна формула

Молярна маса μ, кг кмоль

Водень

Н2

2,016

Гелій

Не

4,003

Метан

СН4

16,043

Азот

N2

28,016

Кисень

О2

31,999

Вуглекислий газ

СО2

44,01

Аргон

Аr

39,948

Аміак

NН3

17,030

Фреон-12

ССl2F2

139,92

Повітря

28,970

Додаток 2

Молярні теплоємності залежно від атомності газів

Атомність газів

μСv, кДж

μСр, кДж

о

о

К=

Ср Сv

кмоль К

кмоль К

Одноатомні

12,6

20,9

1,67

Двоатомні

20,9

29,3

1,41

Три- і багатоатомні

29,3

37,7

1,29

21


Додаток 3 Параметри пари, що виробляється у котлах низького і середнього тиску Абсолютний тиск р, МПа 0,9

Стан пари Суха насичена

1,4 2,4

Перегріта

3,9

Додаток 4

174,5

Ентальпія пари кДж hп, кг 2775,0

194,1

2791,4

250

2886,5

440

3332,3

250

2806,0

440

3309,3

Температури пари V, °С

Виділення теплоти і вуглекислого газу тваринами

Вид тварин

Корови тільні сухостійні

Виділення Виділення вуглекислого газу, Жива маса, вільної теплоти, дм 3 кг q, Вт d, г од 400

662

119

300

593

106

500

884

158

Бички відгодівельні

400

858

154

Телята віком до 1 місяця

50

159

29

Телята віком від 3 до 4 місяців

120

340

61

Молодняк віком від 4 місяців до 1 року

250

456

82

Свиноматки холості і супоросні

150

235

42

Свиноматки з приплодом

150

558

100

Ремонтний і відгодівельний молодняк

80

215

39

Корови лактуючі, середньодобовий надій 10 кг Корови лактуючі, середньодобовий надій 15 кг

22


Зміст Загальні вказівки

3

1 Програма навчальної дисципліни

4

2 Рекомендована література

10

3 Методичні вказівки до виконання контрольної роботи

10

4 Задачі контрольної роботи (1…50)

11

5 Питання контрольної роботи (51…105)

17

Таблиця розподілу задач і питань за варіантами

20

Додаток 1 Хімічні формули і молярна маса деяких газів

21

Додаток 2 Молярні теплоємності залежно від атомності газів

21

Додаток 3 Параметри пари, що виробляється у котлах низького і середнього тиску

22

Додаток 4 Виділення теплоти і вуглекислого газу тваринами

22

23

Основи теплотехніки і гідравліки  

Методичні вказівки і контрольні завдання з дисципліни «Основи теплотехніки і гідравліки»

Advertisement