) 11 Тақырып. Конвективтік жылу алмасу. Конвективтік жылу және масса тасымалдау

№ 1 мысал. Газ қоспалары азот пен екі тотыкты көміртегінен тұрады. Құраушылардың массалы үлесі , қысымы р = 0,1 МПа және температурасы t = 800°С кезіндегі қоспаның тыгыздығын анықтау керек.

Шешімі: қоспа тығыздығын жағдай теңдеуі (1.12) арқылы анықталады, ол үшін, қоспаның молярлы массасын және оның газ тұрактылығын (1.18) және (1.20) формула бойынша табу қажет:

кг
Қоспаның газ тұрактылығын:
Дж/кгК
Қоспаның тығыздығын
кг/м³
№ 2 мысал. Алдыңғы мысалдыңн негізгі мәндерімен газ қоспалары үшін, тұрақты қысымдағы 5 кг дейінгі қоспаны алып кету үшін, оны 400°С дейін тоңазыту қажет. Есептеу кезінде, температура әсерінен, жылу сыйымдылығының байланыстығын ескеру керек.

Шешімі: изобарлы процесс кезінде алынған санды жылу:

мұндағы m - қоспа массасы, кг;

t₁, t₂ - бастапқы және соңғы температура, °С; - t₁ ден t₂ - дейінгі температураның өзгеру кезіндегі, қоспаның орташа изобарлы массаның жылу сыйымдылығы.

Қоспаның жылу сыйымдылығын (1 .30), теңдеу бойынша:

Келесі формуламен құраушыларының орташа жылу сыйымдылығын анықтаймыз:

Азоттың орташа сыйымдылығы:

Қос тотықты көміртегінің орташа жылу сыйымдылығын:

Қоспаның орташа жылу сыйымдылығы:

Алып келетін санды жылуды:

Q = 2996кДж.
Өзара шығарылатын есептер:

1. Ылғалды ауа қысымы P=1,5МПа кезінде бу сақталуы х=0,80 болады.

1 кг берілген буға, қанша санды мөлшерлі жылулықты беру қажет, тұрақты қысым кезінде оның құрғақтың дәрежесін дейін жеткізілуі қажет.

Жауабы:

дейін қыздыру керек. Жұмсалған жылу мөлшерін, кеңею жұмысын және будың ішкі энергиясының өзгеруін анықта.

Жауабы:

3. P=1,6 МПа және х=0,98 кезіндегі булы қазандықтан булы қыздырғышқа 2700 кг*сағ бу келіп түседі. Бу қыздырғыштан кейінгі будың температурасы

тең.

Бу қыздырғыштың буды алуының жылулық мөлшерін, бу қыздырғышқа дейінгі және одан кейінгі бу жүргізгіштің диаметр қатынасын тап, ондағы бу жылдамдығы бірдей деп есепте.

Жауабы:
11) 12 Тақырып. Сәуле шығарып жылу алмасу. Сәуле шығарып жылу тасымалдау.

Сабақтын мақсаты. Берілген тақырыбына бақылау сұрақтары және есептер шығару және шамаларды есептеуге ұйрену.
Осы 12 тақырып бойынша ұсынылған есептер

№ 1 мысал. Цилиндрлі поршендегі ауаньщ а, меншікті жұмыстьң кеңеюін анықтау керек, егер, кенею процессі кезіндегі ауаның температурасы 50°С кемісе, ал жеткізілген меншікті санды жылу q = 25 кДж/кг. Ауаның изохорлы жылу сыйымдылыгын Cv = 0,72 кДж/(кг°С) тұрақты деп алып есептеу керек.

Шешімі: 1 кг газ үшін, (1.24 тендеу) соңғы түрінде жазылған жылу динамикасының бірінші заңының тендеуі бойынша, атқарылатын жұмысты анықтаймыз. Онда:

Ішкі энергияның өзгеруін �� Cv - 0.72.

Меншікті жұмысшы кеңіюін: а

Шешімі: Тендеу (1.72) бойынша соңғы температураны:

мұнда азот үшін К=1,4.

Сығылуға жұмсалатын жұмысты (1.69 және 1.72) теңдеулермен табамыз:

Жауабы:

Жауабы:

Жауабы:

1)

2)

3)

4)

Жауабы: 1) 2) 3) 4)

Трубинада кеңейгеннен кейін будың жағдайын анықта, егер салыстырмалы ішкі ПӘК

Жауабы:х=0,865.

6. Булы күш беруші қондырғының жұмысы кезіндегі бастапқы көрсеткіштерібуды екінші қыздыру енгізілгендегі бастапқы температурасына дейінгісі

Екінші қыздыру циклдың термиялық ПӘК анықта.

Жауабы:
12) 13 Тақырап. Жылу алмасулық аппараттар.

Сабақтын мақсаты. Берілген тақырыбына бақылау сұрақтары және есептер шығару және шамаларды есептеуге ұйрену.
Осы 13 тақырып бойынша ұсынылған есептер

№ 1 мысал. Екі бірдей цилиндрде, бірдей көрсеткіштер жағдайындағы ауамен толтырылған. Бір цилиндрдегі изотермиялық сығылу, ал екіншісінде адиабаггы түрінде өтеді. Қай процессінде жұмыс атқарылу көп жұмсалады, егер соңғы меншікті көлемі бірдей болса?

Шешімі: Бұл мысалды есептеу графикалық жолмен шығару ьңғайлы, себебі Р, V координат жүйесінде процесстің өтуін тұрғызу аркылы 1 нүктені бастапқы жағдай деп алып, изотерма РV=const (к>1) болғанда, графикте изотерма (1-2 из) сызығы адиабаттан (1-2 ад) төмен орналасады. Процесс кезінде Р, V - координат жүйесіндегі бейнеленген аудандар атқарылатын жұмысқа эквивалентті, сондықтан аудан (1 - 2 из - а - в) және аудан (1 - 2 ад- а-в) салыстырсақ, онда изотермиялық сығылуға жұмсалған жұмыс адиабатты сығылу жұмысына қарағанда аз.

Шешімі: Циклдағы пайдалы атқарылған жұмыс жеткізілген жылудан алып кетілген жылудың айырмасына тең:

Теңдеу (1.76) бойынша циклдың термиялык ПӘК:

Жауабы:

Жауабы:

Жауабы:

Шeшімі: Изобарлы процессте жеткізілген санды жылу, процесстің шеткі нүктесіндегі энтальпияның айырмасына теңділігін, заттың массасына көбейткенге тең болады да:

Q = m(h₂-h_l).

Будың энтальпиясын, су буыньщ h, S - диаграмма көмегімен табамыз: һ₁=2675 кДж/кг; һ₂=3047 кДж/кг, онда Q = 5 (3047-2675) = 1860 кДж/кг.

Шешімі: Ағу жылдамдығын (1.137) теңдеуге байланысты.

Соңғы жағдайындағы ауаның салыстырмалы ылғалдылығы мен ылғал сақталуын анықта.

Жауабы:
2. , кезіндегі құрғатушы ауаны пайдаланады. Калориферде оны дейін жылытады және құрғатқышқа бағыттайды, одан

Кезде шығарады.

Ауаның соңғы ылғал сақталуын, ауа шығынын және 1 кг буланған ылғалды есепте.

Жауабы:

Шешімі: Қосымша арқылы φ =80% - тегі салыстырмалы ылғалдықты және t=20°С изотерма сызығының киылысқан нүктесіндегі h, d - диаграммасының ауа ылғалдығын табамыз. Осы нүкте үшін кұрғақ ауа d =12 г/кг. Одан төмен қарай φ =100% сызығымен қиылысқан нүкте - қанығу жағдайы кұрғақ ауаның d =12 г/кг ылғал ұстау кезіне сәйкес келеді. Осы нүкте үшін, қанығу температурасы сәйкес келеді де, ол шық температурасының t_т._р = 16,3°С нәтижесі болып есептеледі.

Шешімі: Кабырға арқылы өтетін жылу ағынын (2.1) тендеумен аныкталады:

Кірпіштің жылу өткізгіштік коэффициенті =0,81 Вт/м² °С, оны V косымшадан аламыз:

№ 3 мысал. Барабанды бу қазанның (котел) қабырғасының қалындығы 5=10мм арқылы, өтетін жылу ағынының тығыздығын анықтау керек. Егер, қабырғаның от жағылған жағының температурасы 300°С, ал, қайнаған су жағының температурасы 200°С. Жылу ағынының тығыздығы қанша есеге кемиді, егер кабырғаның сыртқы жағы, 0,5 мм калыңдыктағы қырнақ (сажа) қабатпен жабылса, ал сыртқы бетінің температура шамасы өзгермесе? Сонымен қатар, қырнақ (сажа) қабат астындағы қабырғаның температурасын да анықтау керек.

Шешімі: Былғанбаған қабырға арқылы, өтетін жылу ағынының тығыздығын мына теңдеумен анықтаймыз.

q= Вт/м²

Болаттың (темірдің) жылу өткізгіштік коэффициенті λ =65 Вт/м² °С.

Қабат астындағы қабырғаның температурасын, анықтаймыз (бірінші қабат үшін):

t_қ2 = t_қ1 – q δ₁/λ₁°С,

t_қ2 = 201,5°С.

Шешімі: қысымы Р2 МПа болғандағы, жылу ағынының алмағайыпты (критический) тыгыздығы

процесс тұрақты жүруі үшін, жылу көзінің қуаты - жылу ағынының алмағайыпты шамасынан аздап, кем болуы кажет:

Ф_К= • Ѕ = 3,5-10^-6

№ 5 мысал. Атмосфералық қысымдағы, құрғак қаныққан бу конденсациясы кезіндегі, тік құбыр конденсаторындағы жылу ағынын аныктау керек. Егер, кұбырдың сырткы диаметрі d30 мм, биіктігі h =3 м және бетінің температурасы 20°С болғанда.

Шешімі : Жылу беру коэффициентін, формуласымен табамыз:

Атмосфералық қысым кезіндегі қанығу температурасы t_н=100°С. t_n=0,5(20+100)=60 °С шықтың пленкасының температура кезіндегі физикалық шамаларын анықгаймыз: р =983,2 кг/м³;

λ =65,9Вт/м °С; = 0,478м²/с.

Будың пайда болу жылылығын (атм. кысымы 1-10³ Па) анықгаймыз: l = 2258 кДж = 2258*10³ Дж.

Құбырдың бетінде жылу ағынын:

Ф=400(100-20)3,140,033= =92700 Вт=92,7кВт.
Өзара шығарылатын есептер:

Ылғалды ауа жағдайы мына көрсеткіштермен сипатталады:

Сулы термометрдің шын температурасын және шық нүктесінің температурасын анықта.

№ 1 мысал. Құбыр диаметрі d=8 мм және ұзындығы ℓ=6 м, су қозғалысының жылдамдығы V=0,1 м/с. Егер, судың орташа температурасы t_қ =20°С болғандағы, құбыр бетінің, ыстық сулы жылу ағынын анықтау керек.

Шешімі: t_с =80°С кезіндегі λ_c = 67,5Вт/м² °С;

ν_с= 0,365*10^-6 м²/с; β_ж= 6,32*10^-4 1/°С;

P_rc = 2,21 кезіндегі P_rк = 7,02.

Ұқсастықтың есепті теңдеуін ағын режиміне байланысты таңдап алып, Рейнольдс санын анықтаймыз: Re= vd/ν =2190.

Қозғалу режимі ламинарлы, сондықтан, осы теңдеумен шешеміз:
Nu = Re 0,17 ^0,33 P_rc ^{0 43} Gr^0.1•= (Pr_c/ Pr_k)^0.25ε₁

Санын есептеп шығарамыз да есептейміз:

Себебі

Санын есептейміз:

Nu = 9.7.

α = Nu λ_с/d = 818 Вт/м² °С,

Ф = α (t_c-t_к)S = α (t_c-t_к)πdl= 7360Вт