По выполнению практических работ

↑

▷ Содержание

Стр 1 из 4Следующая ⇒

Методические указания

По выполнению практических работ

по дисциплине «Теплотехника»

для специальностей 150401 «Металлургия черных металлов» и 150412 «Обработка металлов давлением»

2013 г.

Содержание

1. Раздел 1. Топливо и расчеты горения топлива…………………………………3

1.1 ПЗ№1 Определение расчетом теплоты сгорания жидкого, твердого и газообразного топлива…………………………………………………………….3

1.2 ПЗ№2 Полный расчёт горения газообразного топлива…………………………6

2. Раздел 2. Основы механики печных газов………………………………………….9

2.1 ПЗ№ 3 Расчет сопротивления дымового тракта…………………………………9

2.2 ПЗ№4Применение уравнения Бернулли………………………………………..13

3. Раздел 3. Основы теплопередачи …………………………………………………17

3.1 Тема: Теплопроводность …………………………………………………………17

3.1.1 ПЗ№5 Расчет количества тепла передаваемого через многослойную стенку………………………………………………………….........................17

3.2 Тема: Конвекция……………………………………………………………………21

3.2.1 ПЗ№6 Свободная конвекция……………………………………………….21

3.3 Тема: Излучение …………………………………………………………………23

3.3.1 ПЗ№7Определение степени черноты смеси газов…………………………23

3.3.2 ПЗ №8 Теплообмен между газом и твердыми поверхностями……………24

4. Раздел 4. Нагрев металла……………………………………………………………27

4.1 ПЗ №9 Расчет времени нагрева тонкого тела при постоянной температуре…27

4.2 ПЗ №10 Расчет времени нагрева массивного тела при постоянной температуре……………………………………………………………………….28

Приложения………………………………………………………………………………29

Литература………………………………………………………………………………36

Раздел 1. Топливо и расчеты горения топлива

ПЗ№1 Определение расчетом теплоты сгорания жидкого, твердого и газообразного топлива

Задача 1

Определить высшую теплоту сгорания каменного угля, если известен состав его рабочей массы: 65% С^р, 15% Н^р, 3%О^р, 2%S^р, 10%А^р, 5%W^р.

Решение

Высшуютеплоту сгорания твердого топлива определяем по формуле Менделеева:

], кДж/кг

Q^р_в =4,187·[(81·65+300·15-26(3-2)]=40777,193кДж/кг

Ответ: Q^р_в=40777,193кДж/кг

Таблица 1 – Варианты заданий

Задача 2

Определить низшую теплоту сгорания мазута, если известен его состав: 83% С^р, 12,4% Н^р, 1,3%О^р, 2%S^р, 0,3%А^р, 1%W^р.

Решение

Низшую теплоту сгорания жидкого топлива определяем по формуле Менделеева: Q^р_н= 4,187[81C^р +300Н^р-26(О^р- S^р)-6(W^р+9Н^р)],кДж/кг

Q^р_н = 4,187·[81·83+300·12,4-26·(1,3 - 2) - 6·(1+9·12,4)] =40972,3072кДж/кг

Ответ:Q^р_н =40972,3072кДж/кг

Таблица 2 – Варианты заданий

Задача 3

Определить теплоту сгорания газообразного топлива для газа состоящего из:32% СН₄,40%С₂Н₄,22%N₂,4%Н₂,2%Н₂О.

Решение

Теплоту сгорания газообразного топлива определяем исходя из его состава и тепловых эффектов реакций окисления его компонентов, определяемых по таблице А1 приложения.

Q_н^р=

=35501,2кДж/м³

Ответ: Q_н^р=35501,2кДж/м³

Таблица 3 –Варианты заданий

ПЗ№2 Полный расчёт горения газообразного топлива

Задача

Определить характеристики горения для случая сжигания природного газа,

Состоящего из: 32% СН₄, 40%С₂Н₄, 22%N₂, 4%Н₂, 2%Н₂О.

1) Количество воздуха, необходимого для сжигания.

2) Количество и состав продуктов сгорания.

3) Калориметрическую температуру горения.

Решение

Расчёт ведём на 100м³ газа. Все расчёты сводим в таблицу 1

Удельный объём воздуха и продуктов сгорания:

V _в^уд= 10,63 м³/м³

V _пр^уд=  11,61 м³/м³

Определяем низшую теплоту сгорания топлива:

Q_р^н=

=35501,2кДж/м³

Определяем энтальпию продуктов сгорания:

i_пр= кДж/м³

Определяем калориметрическую температуру горения:

t=1800 C

i_CO2=4361 0,096=419

i_N2 =2674 0,743=1965

i_O2 = 2800 0,032=93

i_H2O=3430 0,129=443            

2920кДж/м³<i_пр

t=1900 C

i_CO2=4635 0,096=445

i_N2=2808 0,743=2084

i_O2=2971 0,032=98

i _H2O=3657 129=472                

3099кДж/м³>i_пр

Энтальпии продуктов сгорания определяем по таблице А2 приложения.

t_k=t_min+ 1800+0,77*100=1877⁰C

Ответ: t_k=1877⁰C

Таблица 1 - Состав газа

Таблица 4 – Варианты заданий

Задача 1

Определить потери напора на пути движения продуктов горения от рабочего пространства печи до дымовой трубы.

Дано: количество продуктов горения V=28800м³/ч=8м³/с,

плотность дымовых газов p_го =1,28 кг/м³,

температура дыма в конце печи T=1223К,

размеры рабочего пространства в конце печи F=1,0х1,0 м^2.

дымовой тракт из кирпича l=0,05

l0=6,0

1,0

h=3,0

1,0

1,0

Решение:

Потери напора состоят из потерь на трение, поворот на 90⁰ и на преодоление геометрического напора.

h_потерь = h_тр + h_пом + h_м.с

h_тр=λ*

h_м.с=

h_геом=g*h*(p_во-p_го)

Для определения h_тр ,h_м.с, h_геом. Необходимо найти w_го, l, d_г.

ω _го находим из условия V=F*ω_o

Длину дымохода определяем по центру дымохода

Гидравлический диаметр определяем по формуле:

где F – площадь сечения дымохода, м²

П – периметр сечения дымохода,м

d_г=

h_тр= 73,3 (Н/м²)

2) h_м.с= 57,3 (Н/м²)

e=1,25∙1,0∙1,0=1,25(см. приложение, таблица А3, пункт 6)

 3)h_геом=9,81*3*(1,29-1,28)=0,28 (Н/м²)

Тогда h_потерь=73,3+57,3+0,28=130,9 (Н/м²)

Ответ: h_потерь=130,9 Н/м²

Таблица 5 – Варианты заданий

№ варианта	V,	Тго, к	H, м	, м	Fo,
1, 11, 21	2100	929	1,0	3,0	0,5х0,5
2, 12, 22	2200	973	1,5	3,5	0,6х0,6
3, 13, 23	2300	1023	2,0	4,0	0,7х0,7
4, 14, 24	2400	1073	2,5	4,5	0,8х0,8
5, 15, 25	2500	1123	3,0	5,0	0,9х0,9
6, 16, 26	2600	1173	3,5	5,5	1,0х1,0
7, 17, 27	2700	1223	4,0	6,0	1,1х1,1
8, 18, 28	2800	1273	4,5	6,5	1,2х1,2
9, 19, 29	2900	1323	5,0	7,0	1,3∙х,3
10, 20, 30	3000	1373	5,5	7,5	1,4х1,4

Задача 2

Высота рабочего пространства камерной печи H. На уровне пода печи поддерживается давление, равное давлению окружающей среды P₀ = 101,3 кН/м². Также известна температура дыма T_г и воздуха T_в. Найти абсолютное давление P_г и геометрический напор газа под сводом печи h_геом.

TH

Tr     Pв=Pг=101,3кН/м2

                                                                             Н

Таблица 6 – Варианты заданий

Задача 3

Рассчитать величину полных потерь давления при движении продуктов сгорания по системе каналов от печи до дымовой трубы. Размеры и конфигурация каналов показаны на рисунке количество дымовых газов (при 0^°C) V_г= 0,8 м³/с; их плотность r_ro=1,28 кг/м³; температура на воздухе из печи 900°C; среднее падение температуры по длине каналов 3°C на 1м. Плотность окружающего воздуха при температуре 20°Cr_в = 1,2 кг/м³.

Задача1

Для целей горячего водоснабжения к потребителям подаётся вода в количестве V=200м³/ч при температуре t=70⁰C. Длина трубопровода =1000м, внутреннийдиаметр d=259 мм, давление воды в начале линии =235Н/м². Определить полный напор в конце трубопровода, если труба металлическая, а потеря напора в местных сопротивлениях равна 10% потерь на трение.

Дано: V=200м³/ч=0,6м/с

t=70⁰С

d=259мм = 0,259м

P₁=235 Н/м

Определить: =?

Решение

Полный напор в начальной точке определяется по управлению Бернулли

h₁=pgz₁+p₁+

Напор в конце трубопровода

h₂=h₁-h_потерь

Потери напора определим по формуле:

h_пот=h_тр+h_м.с.=h_тр+0,1h_тр=1,1h_тр

Потеря на трение определим по формуле:

h_тр=λ*

Для определения h₁ и h_тр найдем значение w и r при температуре t=70⁰C

w=w_○(1+αt)

ω_o=

ω= 1,14*(1+ )=1,43 (м/с)

ρ= (кг/м³)

r_{о воды}=1,0 (кг/м³)

Определяем h потери, учтя, что металлические трубы l=0,04 и d_г =d

h_пот=1,1*(0,04* )=111 ( Н/м²)

Если принять за начало отсчета Z₁= 0, то

h₁=0+23 =235,8 ( Н/м² )

Тогда h₂ =235,8-111=124,8 (Н/м² )

Ответ: h₂ =124,8 ( Н/м²)

Таблица 7 – Варианты заданий

Задача 2

Определить утечку воды из тепловой сети через образовавшееся отверстие в стенке. Известно избыточное давление в сети P _изб, температура воды t_B, r_B=1000кг/м³, площадь отверстия F. Коэффициент расхода отверстия m= 1.

Таблица 8 – Варианты заданий

Задача 3

Определить высоту кирпичной трубы, предназначенной для удаления продуктов сгорания от группы термических печей. Известный суммарные потери давления по дымовому тракту P_пот, общий расход дымовых газов при 0°CV_r, температура дымовых газов у основания трубы t^r_основ, плотность газов r_r= 1,28 кг/м³ температура окружающего воздуха t_в = 20°C

Таблица 9 – Варианты заданий

Тема: Теплопроводность

ПЗ№ 5. Расчет количества тепла передаваемого через многослойную стенку

Задача 1.1

Стенка нагревательной печи изготовлена из двух слоев кирпича. Внутренний слой выполнен из огнеупорного кирпича толщиной d₁=350 мм, а наружный слой из красного кирпича ₂=250 мм. Определить температуру на внутренней поверхности стенки t₁ и на внутренней стороне красного кирпича t₂,если на наружной стороне температура стенки t₃=90⁰С, а потеря теплоты через 1м²стенки равна 1кВт. Коэффициенты теплопроводности огнеупорного и красного кирпича соответственно l₁=1,Вт/м·К, l₂=0,58Вт/м·К. 

t2

t1

t3

t3

d1

d2

Дано:q=1кВт=10³Вт

   d₁=350мм=0,35м

   d₂=250мм=0,25м

   l₁=1,4Вт/м·К

   l₂=0,58Вт/м·К

   t₃=90⁰С

Определить: t₁=? t₂=?

Решение:

Удельный тепловой поток q через два слоя стенки определяется по следующей формуле:

q=

Отсюда:t₁=t₃+q()

t₁=90+1*10³()=770⁰C

Удельный тепловой поток q через внутренний слой d₁ определяется по следующей формуле:q₁=λ₁

Отсюда: t₂=t₁- *q

t₂=770- *1*10³=520⁰C

Ответ: t₁=770⁰C, t₂=520⁰C

№ варианта	, 0 C	, кВт	, мм	, мм
1,11,21	60	0,19	380	120
2,12,22	70	2,5	270	130
3,13,23	30	1,1	250	50
4,14,24	80	0,5	300	100
5,15,25	90	1,5	400	150
6,16,26	100	2,0	400	200
7,17,27	95	1,1	320	180
8,18,28	90	1,3	330	270
9,19,29	80	1,5	400	150
10,20,30	50	0,6	240	160

Таблица 10 – Варианты заданий

Задача 1.2

    Стальная плита, толщина d = 2 S = 300 мм равномерно нагрета до температуры t_нач = 1000 ºС. Плита охлаждается на воздухе, имеющем температуру t_ok= 30ºС. Определить температуру поверхности и центра плиты через 0,5 часа, после начала охлаждения, если плита изготовлена из высокоуглеродистой стали, а коэффициент теплоотдачи от поверхности плиты равен α = 100 Вт/м² К

    Дано: d = 2 S = 300 мм = 0,3 м

              t_нач = 1000ºС

              t_ok= 30ºС

              τ = 0,5 ч = 1800 с

              α = 100 Вт/м² К

              Сталь высокоуглеродистая

    Определить: t_пон =? t_центр =?

Решение.

По приложению (таблица А4)определяем, что при t = 1000 ºС коэффициент теплопроводности высокоуглеродистой стали равен λ= 26,5Вт/м·К, а коэффициент теплопроводности α=5,56 м²/с.

Критерий Био равен:

Bi=

 а критерий Фурье 

По номограмме на рисунке А1 приложения для полученных значений критериев Био и Фурье находим:

_пов=

апо рисунку А2 приложения

_ц= =0,86

              Отсюда:

t_пов=t_ок-(t_ок-t_нач)* _пов=30-(30-1000)*0,68=629,6⁰C

t_ц=t_ок-(t_ок-t_нач)* _ц=30-(30-1000)*0,86=804,2⁰C

Ответ: t_пов=629,6⁰С

t_ц=804,2⁰С

Таблица 11 – Варианты заданий

Задача 2

Определить тепловой поток через поверхность 1м паропроводна с внутренним диаметром 140мм и толщенной стенки δ1 мм, изолированного 

Двумя слоями тепловой изоляции δ₂ мм и δ₃ мм Коэффициенты теплопроводности трубы и изоляции соответственно λ₁ = 55Вт.к, λ ₂ =0,037Вт/м·К,λ 3=0,14Вт/м·К. Температура на внутренней поверхности трубопровода t₁,◦Cи наружной поверхности изоляции t₄,⁰С.

Таблица 12 – Варианты заданий

Познавательные статьи:



Техника прыжка в длину с разбега

Организация работы процедурного кабинета

Области применения синхронных машин

Оптимизация по Винеру и Калману