Расчет тепловых потерь зданий и теплотехнический анализ

задания РГР 2016 распечатать и вложить в работу.pdf

Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
ФГБОУ ВО Башкирский государственный аграрный университет
Факультет: «Энергетический»
Кафедра: «Теплоэнергетика и физика»
Специальность: 110800
Форма обучения: заочная
задания для выполнения расчетно- графической работы
Исходные данные: принять из приложений (см. методические
указания) и индивидуального задания (выдает преподаватель).
Содержание работы (перечень решаемых вопросов):
- теплотехнический расчет наружных ограждений;
- расчет тепловых потерь зданиям помещением;
- расчет площади поверхности нагрева и подбор нагревательных
Перечень графического материала: на миллиметровке формата А 3
выполнить план и разрезы здания с указанием рассчитанных тепловых
потоков через ограждения.

Метод указания к вып РГР дом 2013.pdf

МИНИСТЕРСТВО СЕЛЬСКОГО ХОЗЯЙСТВА РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
«БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ
“Теплотехника и энергообеспечение
Б3.Б.3. Теплотехника
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
и задания к выполнению расчетно- графической работы
по теме: "Расчет тепловых системы отопления жилых
общественных и производственных зданий
направление подготовки:
0800 – Агроинженерия
Электрооборудование и электротехнологии
Квалификация (степень) выпускника
Рекомендовано к печати кафедрой «Теплотехника и энергообеспечение предприятий»
(протокол № 40 от «25 декабря » 2012г.) и методической комиссией энергетического
Составитель: доцент к.т.н.
Рецензент: доцент кафедры
«Технология металлов и ремонт машин» к.т.н.
Ответственный за выпуск: зав. кафедрой
“ Теплотехника и энергообеспечение предприятий ” к.т.н.
Кафедра «Теплотехника и энергообеспечение предприятий»
ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ
РАСЧЕТ И ВЫБОР ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМ ОТОПЛЕНИЯ ..
ВЫБОР СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ ..
РАСЧЕТ ВОЗДУХОВОДОВ
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Цель расчетно – графической работы (РГР) – овладение методикой и навыками
самостоятельного решения инженерных задач в области проектирования отопления и
вентиляции малоэтажных жилых домов животноводческих помещений или же
одного из цехов отделений ремонтного предприятия мастерской. Она состоит из
расчетно-пояснительной и графической частей. Расчетно-пояснительная записка в
зависимости от задания преподавателя может содержать следующие разделы:
) теплотехнический расчет наружных ограждений;
) расчет тепловых потерь зданием помещением;
) расчет площади поверхности нагрева и подбор нагревательных приборов;
) гидравлический расчет трубопроводов систем отопления;
) определения расчетного воздухообмена числа вентиляционных каналов (для
) расчет калориферной установки системы приточной вентиляции;
) расчет воздуховодов и подбор вентилятора;
) расчет местной вытяжной вентиляции (для отделений с вредными
аксонометрические схемы а также план и разрезы приточной или вытяжной
вентиляции которые выполняются в масштабе 1:50 1:100 или 1:200 узлы систем в
масштабе 1:20 или 1:50 при детальном изображении в масштабе 1:2 1:5 или 1:10 на
формате А4 и прилагается к записке.
Курсовая работа оформляется строго соблюдая требования стандарта
предприятия – СТО 0493582-003-2006 в виде пояснительной записки формата А4 с
необходимыми схемами таблицами графиками.
Правила выполнения рабочих чертежей устанавливает ГОСТ 21602-79 "СПДС.
Отопление вентиляция и кондиционирование воздуха. Рабочие чертежи".
Элементы оборудования систем отопления вентиляции и теплоснабжения
представляют условными графическими обозначениями или в виде упрощенных
схем. Дефлекторы крышные вентиляторы и другие элементы расположенные на
кровле здания отмечают утолщенной штрихпунктирной линией.
Каждой системе присваивают обозначение состоящее из марки и порядкового
номера системы в пределах марки. Установкам систем присваивают те же
обозначения что и системам в которые они входят (таблица 1.1).
Элементам системы отопления присваивают обозначения состоящие из марки
(таблица 1.2 рисунок Е1) и порядкового номера элемента в пределах марки
(например Ст1 Ст2 К1 К2).
Таблица 1.1 Обозначение систем вентиляции и их элементов
Наименование систем и установок систем
С механическим побуждением:
агрегаты отопительные
С естественным побуждением:
Таблица 1.2 Обозначение элементов систем отопления
Наименование элемента
Стояк системы отопления
Главный стояк: системы отопления
Горизонтальная ветвь
Допускается индексация стояков систем отопления прописными буквами в
пределах обозначения стояка (например Ст2А Ст2Б).
Обозначение диаметра трубопровода или воздуховода наносят на полки линиивыноски.
В том случае когда на полке линии-выноски наносят буквенноцифровые
обозначения трубопровода диаметр трубопровода указывают под полкой лини
Допускается индексация стояков систем отопления прописными буквами в пределах
обозначения стояка ( например Ст2А Ст2Б) и - выноски (рисунок ).
Для трубопроводов из стальных водогазопроводных труб указывают диаметр
условного прохода (рисунок) из стальных электростальных и других труб наружный диаметр и толщину стенки.
Трубопроводы расположенные друг над другом на планах систем условно
изображают параллельными линиями.
Трубопроводы диаметром более 100 мм на фрагментах и узлах изображают
На схемах систем вентиляции показывают: воздуховоды их диаметры (сечения)
на линии выноски и расход воздуха (м3ч) под линией:
- отметки уровня оси воздуховодов и низа прямоугольных;
- оборудование вентиляторных установок;
- регулирующие устройства воздухораспределители с обозначением на линии
выноски элемента системы ( например Р 250-регулирующие устройства
Воздуховоды на планах изображают утолщенными штрихпунктирными
линиями на разрезах- основными сплошными линиями.
В чертежах допускается тонирование элементов: вентиляционные каналы и
воздуховоды розовым цветом (если приточный воздух подогрет); светло-зеленым
(если приточный наружный воздух не подогрет); удаляемый из помещений воздухголубым; воздуховоды и каналы с рециркуляционными воздухом- светло
ВЫБОР ИСХОДНЫХ ДАННЫХ
Исходные данные для выполнения РГР определяются по двум последним
цифрам номера зачетной книжки.
1 Местонахождение объекта проектирования исходные климатические
характеристики местности принимаются по таблице А1 по последней цифре номера
2 Ориентацию здания для предпоследних нечетных цифр номера зачетной
книжки принять с севера на юг (по чертежу задания- север сверху) для четных- с
юга на север (юг сверху).
3 Конструктивную характеристику ограждения здания помещений принимать
по последней цифре номера зачетной книжки (таблица А2).
4 План зданий (помещения) с указанием внутренних размеров а также
преподавателем (консультантом).
5 Параметры теплоносителя на вводе в здание выбираются в зависимости от
назначения здания помещения.
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ
Теплотехнический расчет заключается в определении толщины ограждения при
которой температура на внутренней поверхности ограждения будет выше
температуры точки росы внутреннего воздуха и будет удовлетворять санитарнотехническим требованиям.
При расчете тепловых потерь Фогр (Вт) помещением учитываются основные
тепловые потери Ф через строительные конструкции помещения (стены пол
потолок окна двери) и добавочные теплопотери Фдоб.
Основные потери теплоты через отдельные ограждения
где А – площадь ограждения которую вычисляют с точностью 01м2(линейные
размеры ограждающих конструкций определяют с точностью 01м);
tв и tнр - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха (таблица А1);
R0 – общее сопротивление теплопередачи (м20С)Вт;
n – поправочный коэффициент к расчетной разнице температур принимаемый в
зависимости от положения ограждения по отношению к наружному воздуху
где RВ –термическое сопротивление тепловосприятию внутренней поверхности
ограждения (м2 0С)Вт (приложение В);
- сумма термических сопротивлений теплопроводности отдельных слоев m
слойного ограждения толщиной i теплопроводностью i
выбираем по приложению А.
Rн - термическое сопротивление теплоотдачи наружной поверхности ограждения
(м20С)Вт (приложение Г).
Требуемое сопротивление теплопередаче
где tн - нормативный теплоперепад между температурами воздуха помещения и
внутренней поверхности ограждения (таблица Д2 )
Если учесть что основное термическое сопротивление теплопроводности
ограждения создается за счет основного слоя конструкций то
к=(R0mp-(Rв+Rr+ +Rn+Rн)) .к
где K - толщина основного слоя конструкций м;
K - теплопроводность основного слоя конструкции Вт(м. С) (приложение А).
С учетом полученной толщины расчетного слоя ограждения следует определить
степень массивности ограждения по величине коэффициента инерции.
где Si – коэффициент теплоусвоения материала соответствующих слоев ограждения
Вт(м2. 0С) (приложение А).
Если полученная степень массивности соответствует принятый в начале расчета
теплотехнический расчет на этом заканчивается а если не соответствует расчет
следует повторить приняв полученную степень массивности за фактическую 3.
Ограждения считаются при Д 4-легкими 4 Д 7-средней массивности и Д>7массивными.
Потери теплоты через полы расположенные на грунте или на лагах
определяются по зонам-полосам шириной 2м параллельным наружным стенам.
где R1=215 (м2.К)Вт; R2=43(м2.К)Вт; R3=86(м2.К)Вт; R4=142(м2.К)Вттермические сопротивления отдельных зон неутепленного пола;
A1А2А3А4 – площади соответственно 1234 зон полос м2;
tв- tн.р. - расчетная разность температур 0С.
Сопротивление теплопередачи утепленных полов расположенных на грунте
определяется так же для каждой зоны по формуле
- сумма термических сопротивлений утепляющих слоев (м2 К)Вт
теплопроводность 116 Вт(м К).
Сопротивление теплопередаче полов расположенных на лагах
При подсчете потерь теплоты через полы расположенные на грунте или лагах
поверхность участков полов возле угла наружных стен (в первой двухметровой зоне)
вводится в расчет дважды т.е. по направлению обеих стен составляющих угол
Теплопотери через подземную часть наружных стен и полов отапливаемого
подвала здания подсчитываются также как и теплопотери через полы
расположенные на грунте безподвального здания т.е. по зонам шириной 2м с
отсчетом их от уровня земли (рисунок 3.2).
Рисунок 3.1 Схема разбивки пола на зоны Рисунок 3.2 Схема разбивки пола на
прямоугольного помещения
зоны цокольного помещения
Теплопотери (теплопоступления) через ограждения учитывают в том случае
если разность температур этих помещений превышает 30С.
Добавочные тепловые потери через наружные ограждения двери и окна зависят
от различных факторов и их значения исчисляют в долях от основных потерь
Величина добавочных потерь приводится в приложении Д (Таблица Д1).
инфильтрующегося через притворы окон дверей и ворот (Фдоб.=Финф.) для
помещений производственных зданий можно принимать в размере 30% от основных
Финф.=Vt. .св. (tв-tн.в.) .А36
где Vt-нормативный воздухообмен 3м3ч на 1м2 жилой площади;
=12 кгм3- плотность воздуха;
Ср =10 кДж(кг К)-удельная массовая теплоемкость воздуха;
А – площадь пола жилых комнат м2;
tн.в. - расчетная зимняя температура вентиляционного наружного воздуха 0С.
При расчете тепловых потерь отапливаемыми помещениями жилых зданий из
суммы основных и добавочных потерь следует вычесть бытовые тепловыделения в
количестве 21 Вт на 1м2 площади пола жилых комнат и кухонь.
При расчете тепловых потерь производственных помещений из суммы основных
и добавочных потерь следует
вычесть тепловыделения технологическим
оборудованием расчет которых дается в § 22.3 1.
РАСЧЕТ И ВЫБОР ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
Вид отопительных приборов принимают в зависимости от назначения здания по
таблице 1 2 или по приложению 10 5.
проектирования рекомендуется
нагревательную поверхность отопительных приборов в эквивалентных квадратных
метрах (экм). Расчетная поверхность прибора экм
где 1 – поправочный коэффициент на установку нагревательных
- поправочный коэффициент учитывающий остывание воды в трубопроводах
(при открытой прокладке трубопроводов 2 =1 при скрытой-103 109);
- поправочный коэффициент учитывающий относительный расход воды
через радиатор 3 (приложение 17);
tс = 05 (tг+t0) –средняя температура теплоносителя в приборе 0С;
tв - температура воздуха в помещении 0С;
Кэп - коэффициент теплопередачи при относительном расходе воды через
нагревательный прибор 3 (приложение 18);
Атр - эквивалентная площадь поверхности теплопередачи открытых
а для труб с dн 38 мм
где втр – коэффициент учитывающий расположение труб: втр=10 для подводок к
приборам и сцепок; вmp=075 для трубопроводов расположенных у пола;
вmp=05 для стояков; вmp=025 для трубопроводов проложенных у потолка.
Число секций в радиаторе
где fэ - поверхность нагрева одной секции радиатора экм;
Z - допустимое уменьшение поверхности нагрева против расчетной Z 005 Аэ;
э - коэффициент учитывающий число секций в радиаторе.
Для других нагревательных приборов
Если в качестве отопительных приборов применяются гладкие стальные трубы
то площадь наружной поверхности трубы необходимой для компенсации тепловых
потерь ограждением помещения определяют по формуле:
где Кmp - коэффициент теплопередачи трубы Вт(м2.К) принимается по таблице 5.3
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ
Гидравлический расчет системы отопления заключается в определении
диаметров трубопроводов обеспечивающих подачу в нагревательные приборы
требуемого количества теплоносителя при располагаемом циркуляционном давлении.
Для выполнения гидравлического расчета необходимо:
) вычертить план первого этажа жилого здания в масштабе (выбранного по
заданию) или план цеха (отделения) ремонтного предприятия;
) на плане определить места размещения отопительных приборов стояков ветвей и
) начертить аксонометрическую схему системы отопления в масштабе;
) определить расчетное циркуляционное кольцо в качестве которого принимается
главное циркуляционное кольцо находящееся в наиболее неблагоприятных
условиях; для тупиковых отопительных систем- наибольшая протяженность их
обладающая наибольшим сопротивлением а для систем отопления с попутным
движением- наибольшая тепловая загруженность;
) расчетно-циркуляционное кольцо разделить на отдельные участки с постоянным
расходом теплоносителя и диаметром труб начиная от теплового пункта через
главный стояк и последующую магистраль и наиболее удаленный или наиболее
загруженный стояки отопительный прибор обратную магистраль к тепловому
пункту и определить количество этих участков;
) определить тепловую нагрузку каждого участка и пронумеровать следующим
образом: N = Ф где в кружочке номер участка в числителе его тепловая
нагрузка Вт а в знаменателе - его длина м;
) определить расход теплоносителя
mt (кгч) на расчетном участке
циркуляционного кольца.
где Ф – тепловая нагрузка участка Вт;
t = tг-tо - расчетный температурный перепад теплоносителя в системе отопления
С для жилых домов принимается 95-70=250С;
) определить среднюю величину удельной потери давления на трение по длине
расчетного циркуляционного кольца по формуле
где 065 - коэффициент учитывающий долю потери давления на трение от общих
потерь в трубопроводах;
- общая длина всех участков кольца м;
р - расчетное циркуляционное давление Па.
где ре - естественное давление от охлаждения воды в нагревательных приборах
рн - давление создаваемое насосом Па.
В малоэтажных жилых и общественных зданиях и производственных
помещениях значением ре можно пренебречь.
По рекомендации профессора В.М.Чаплина можно принимать р=рн исходя из
средней потери давления равной 100 Пам наиболее протяженного участка.
Практически р=10 12 кПа;
) по найденным значениям mt и Rср участка пользуясь номограммой (рисунок 5.1)
определить ориентировочный диаметр трубопровода dу и поэтому значению
принять ближайший dу по стандарту. Для этого из точки соответствующей
расходу теплоносителя на данном участке mt восстанавливают перпендикуляр к
оси Rср до пересечения с линией того диаметра трубопровода при котором
значение удельной потери R будет ближе к расчетному. При этом определяют
фактическое значение R и скорость теплоносителя U.
При выборе диаметра трубопровода необходимо учесть максимально
допустимые скорости движения воды в трубопроводах; для основных помещений
жилых и общественных зданий при dу=15 мм U=12 мс при dу 20мм U=1мс для
вспомогательных помещений жилых и общественных зданий U=15мс для
предприятий U=20 мс для производственных зданий U=30 мс;
) в расчетный бланк (табл.3) вносят результаты расчета по каждому участку.
Используя данные приложения 54 подчитываю сумму коэффициентов
местных сопротивлений на участках и заполняют графу 9 расчетного бланка.
Потери давления рм на преодоление местных сопротивлений (Па) определяют по
где - сумма коэффициента местных сопротивлений на участке;
Рд = u22 – динамическое давление потока жидкости Па;
- плотность воды кгм3.
Значение динамического давления можно выбрать по приложению 6 4 в
зависимости от скорости движения воды.
После по полученным результатам определяют общие потери давления
p = pМ на участках и суммарную потерю давления на рассчитываемом участке.
Диаметры трубопровода считаются подобранными правильно если выполняется
При несоответствии указанных условий на отдельных участках необходимо
изменить диаметры труб и повторить расчеты.
Рисунок 5.1 Номограмма для выбора диаметров трубопроводов систем водяного
Потери давления в разных циркуляционных кольцах не должны различаться более
Потеря давления в местных
Общие потери давления на
Потеря давления на трение R·l
Удельная потеря давления R
Динамический напор рд
Расход теплоносителя mt
Скорость теплоносителя
Тепловая нагрузка Qуч Вт
Таблица 3 Бланк расчета трубопроводов системы отопления
ВЫБОР СИСТЕМЫ ВЕНТИЛЯЦИИ
В жилых комнатах кухнях квартиры ванных комнатах жилых зданий уборных
и совмещенных санузлах в производственных помещениях в которых отсутствуют
вредные выделения или их содержание не превышает допустимой санитарной нормы
устанавливают общеобменную вентиляцию. Воздухообмен (м3ч) можно рассчитать
по кратности воздухообмена или исходя из числа работающих n в мастерской и
необходимого расхода воздуха VtI на каждого работающего.
где К- кратность воздухообмена ч ;
Vn-объем помещения м3.
Vtt-принимается в зависимости от объема помещения Vn приходящегося на
одного работающего; при Vn20м3 V1t 30 м3 ч; при Vn=20 40м3 V1t> 20 м3 ч. Если
Vn> 40 м3 то применяется естественная вентиляция через форточки окна фонари.
В отделениях (цехах) ремонтного предприятия технологические процессы в
которых протекают с образованием вредных выделений необходима местная
вытяжная вентиляция.
Часовой объем вытяжки (м3ч) загрязненного воздуха через зонт:
Таблица 6.1 Расчетная температура кратности воздухообмена
газифицированных зданиях
Ремонта электрооборудования
Ремонта топливной аппаратуры
Испытание двигателей
Минимальный воздухообмен
при 2-х конфорных плитах
при 3-х конфорных плитах
при 4-х конфорных плитах
где u3 - средняя скорость движения отсасываемого воздуха в горизонтальном сечении
зонта мс; для зонтов без свесов u3=105 125 мс; для зонтов со свесами;
открытых с трех сторон-09 15мс; с двух сторон-075 09мс; а с одной
При удалении неядовитых газов и влаги-015 025мс.
А - площадь приемной части зонта м2.
Формулой (27) пользуются и при определении часового объема воздуха
отсасываемого через бортовые отсосы устанавливаемые у закалочных и
гальванических ванн. Скорость движения воздуха в щели бортового отсоса
Величина А в этом случае равна сумме площадей бортового отсоса.
Для компенсации воздуха удаляемого через систему вентиляции в помещение
подается такой же объем приточного воздуха подогреваемого в калориферной
Задачи аэродинамического расчета системы воздуховодов состоят в определении
поперечного сечения системы воздуховодов и потерь давления на их отдельных
участках а также потерь давления по всей системе воздуховодов.
) на плане здания помещения наносят вентиляционные каналы воздуховоды
воздухозаборные и вытяжные шахты приточных и вытяжных установок;
) составляют расчетную аксонометрическую схему воздуховодов с указанием
вентиляционного оборудования и запорных (регулирующих) установок;
) схему делят на расчетные участки границами которых являются тройники или
крестовины. На схеме в кружке проставляется номер участка над чертой нагрузка
участка (расчетной расход воздуха) м3ч а под чертой- длина участка м;
) выбирают основное магистральное расчетное направление с наибольшей
протяженностью. Выбирают форму поперечного сечения канала и рассчитывают
размеры поперечного сечения по формуле
где u - скорость движения воздуха мс. Рекомендуемые скорости движения воздуха:
при естественной циркуляции в вертикальных каналах верхнего этажа
u=05 06 мс; для каждого этажа расположенного ниже на 01 мс больше
чем предыдущего но не выше 1мс; в вытяжной шахте u=10 15мс; при
искусственной вентиляции в жалюзийной решетке u=4 6 мс; в приточных
шахтах-3 6; в вертикальных воздуховодах и каналах 5 8; в горизонтальных
воздуховодах 6 12мс. По мере приближения к концевым участкам системы
воздуховодов принято уменьшать u;
) по номограмме (рис.4) по скорости и эквивалентному диаметру dэ или же по
диаметру d для круглых воздуховодов находим удельные потери давления R
Пам и потери давления на трение:
где - длина участка м;
- коэффициент шероховатости поверхности канала для стальных воздуховодов
Таблица 7.1 Коэффициент шероховатости
При материале воздуховода
) определяют потери давления в местных сопротивлениях на участке
– коэффициент местного сопротивления принимается по приложению 13 4
- динамическое давление воздуха в воздуховоде Па;
- плотность воздуха в воздуховоде кгм3.
где t - температура воздуха0С;
) вычисляют общие потери давления на участках как сумму потерь давления в
результате трения и в местных сопротивлениях
) вытяжные шахты рассчитывают по значению гравитационного давления
где h- высота шахты между вытяжным отверстием и устьем шахты м;
н -плотность наружного воздуха при температуре 50С кгм3;
в - плотность внутреннего воздуха при t 150С кгм3.
Число шахт определяют исходя из рассчитанной по формуле (34) скорости
воздуха принятых размеров шахты и заданного воздуха.
где – сумма местных сопротивлений (входа в шахту утепленного клапана из
tн - наружная расчетная температура (принимается равной 50С);
d - диаметр (эквивалентный диаметр) шахты м;
) все расчетные параметры заносятся в бланк расчета (таблица 7.2).
Таблица 7.2 Бланк расчета воздуховодов систем вентиляции
Калориферы приточной системы вентиляции подбор вентиляторов и
электродвигателей для их привода проводят по методике изложенной в учебниках
в главе 5 п.5.3. и главе 7 п.7.2.1в главе 22 п.22.6. и в главе 23 п.23.4.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Б.Х.Драганов А.В.Кузнецов С.В.Рудобашта. Теплотехника и применение
теплоты в сельском хозяйстве. –М.:Агропромиэдат 1990. - 462 с.
Б.Х. Драганов и др. Кусовое проектирование по теплотехнике и применению
теплоты в сельском хозяйстве.-М.: Агропромиздат 1991. - 175 с.
А.А.Захаров. Применение теплоты в сельском хозяйстве.-М.:Агропромиздат
А.А.Захаров. Практикум по применению теплоты и теплоснабжению в
сельском хозяйстве.-М.: Колос 1995. - 172с.
ГОСТ 21.602-79. Отопление вентиляция и кондиционирование воздуха. М.:
Издательство стандартов 1980.
Спин 2.04.05.86. Отопление вентиляция и кондиционирование. Нормы
проектирования.-М.: Госстрой СССР1987.
СНиП 11-3-79. Строительная теплотехника. Нормы проектирования.М.:
Госстрой России 2008.
СНиП 2.01.01-82. Строительная климатология и геофизика. М.: Стройиздат
СНиП 23-01-99 «Строительная климатология» 2000г.
Таблица А1 Климатические характеристики населенных пунктов по СНиП 2.01.01-82
Расчетная температура
Приложение А2 Теплотехнические показатели строительных материалов и конструкций
Расчетные коэффициенты
Основной слой ограждения:
Бетон на вулканическом шкале
Глиняного обыкновенного на цементнопесчаном растворе
Глиняного обыкновенного на цементношлаковым растворе
Продолжение таблицы А2
Сложная смесь (песокизвестьцемент)
Поризованная гипсоперлитовая
Плиты из гипсокартона
Вермикулит вспученный
Щебень из доменного шлака
Щебень и песок из перлита вспученного
Песок для строительных работ
Таблица Б1 Значение коэффициента n в зависимости от положения
ограждающих конструкций по отношению к наружному воздуху
Ограждающие конструкции
Наружные стены и покрытия (в том числе вентилируемые наружным
воздухом) перекрытия чердачные (с кровлей из штучных
материалов) и над проездами; перекрытия над холодными
Перекрытия над холодными подвалами сообщающимися с
наружным воздухом перекрытия чердачные (с кровлей из разложных
Перекрытия над неотапливаемыми подвалами со световыми
То же при отсутствии световых проемов расположенные выше
Перекрытия над неотапливаемыми техническими подпольями
расположенные ниже уровня земли.
Таблица В1 Термическое
сопротивление тепловосприятию
Внутренняя поверхность ограждающих конструкций
Стен полов гладких потолков потолков с выступающими
ребрами при отношении высоты h ребер к расстоянию a
между гранями соседних ребер ha 03
Потолков с выступающими ребрами при отношении
Таблица Г1 Термическое сопротивление теплоотдачи наружной поверхности
Наружная поверхность ограждающих конструкций
Наружных стен покрытий перекрытий над проездами и
над холодными (без ограждающих стенок) подпольями.
Перекрытий над холодными подвалами сообщающимися с
наружным воздухом; перекрытия над холодным (с
ограждающими стенами); подпольями и холодными
Перекрытий чердачных и над неотапливаемыми подвалами
со световыми проемами в стенах а также наружных стен с
воздушной прослойкой вентилируемой наружным
Перекрытий над неотапливаемыми подвалами без световых
проемов в стенах расположенных выше уровня земли и
расположенными ниже уровня земли.
Таблица Д1 Добавочные потери теплоты
Ограждения через которые происходят
добавочные потери теплоты
Для помещений в зданиях любого назначения для наружных
вертикальных и наклонных (вертикальная проекция) стен дверей и окон:
а) обращенных на север восток сев.-восток сев.-зап.
б) обращенных на юго-восток запад.
Для общественных административно-бытовых и производственных зданий
при наличии двух наружных стен и более.
Для наружных дверей не оборудованных воздушными или воздушнотепловыми завесами при высоте здания Н:
-для тройных дверей с двумя тамбурами между ними;
-для двойных дверей с тамбуром;
-для двойных дверей без тамбура;
-для одинарных дверей.
Для наружных дверей не оборудованных воздушными или воздушнотепловыми завесами:
-при наличии тамбура;
Таблица Д2 Нормируемый температурный перепад между температурой внутреннего
воздуха и температурой поверхности ограждающей конструкций tн 0С
Жилые лечебно-профилактические и детские
учреждения школы интернаты
Общественные кроме указанных в n.1
исключением помещений с влажным или
Производственные с сухим и нормальным
Производственные и другие помещения с
влажными или мокрым режимом
Производственные здания со значительным
избытком явного тепла (более 23 Втм3)
Примечание: tр- температура точки росы 0С при расчетной температуре и относительной
влажности внутреннего воздуха; помещения;tв- расчетная температура внутреннего воздуха0С.
Q п р = 2 8 8 4 8 В т
Q = 8 3 1 3 6 В т 2 ; 6
Q п р = 4 5 5 3 8 В т
; 9 Q = 6 5 0 6 9 В т G = 5 3 3 3 к г ч
Q п р = 3 0 8 1 6 В т
Q п р = 3 4 2 5 3 В т
hп=60мм - полезная высота бака;
- циркуляционная труба U+00D8 25 мм;
- переливная труба U+00D8 50 мм;
- труба реле уровня;
- контрольная труба;
- расширительная труба U+00D8 32 мм;
Бак расширительный (1:10)
Схема воздуховода системы системы вентиляции
кухни и рабочей комнаты (1:20)
Рисунок Е1 Компоновка графической части курсовой работы
Аксонометрическая схема системы отопления (1:100)

МУ к практике 1 2013. doc.pdf

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ
энергообеспечение предприятий»
МЕТОДИЧЕСКОЕ ПОСОБИЕ
для практических занятий по разделу «Техническая термодинамика»
направление подготовки:
0800 – Агроинженерия
Электрооборудование и электротехнологии
Квалификация (степень) выпускника
Методические указание разработаны доцентом Миграновым Д.Х. и переработаны
доцентом Инсафуддиновым С.З.
Рекомендовано к печати кафедрой «Теплотехника и энергообеспечение
предприятий» (протокол № 1 от «28» 08 2012 г.) и методической комиссией
энергетического факультета (протокол № 3 от « 15 » 11 2012 г.).
Рецензент: доцент кафедры
«Технология металлов и ремонт машин» к.т.н.
Ответственный за выпуск: зав. кафедрой
энергообеспечение предприятий» к.т.н.
практических занятий по курсу «Техническая термодинамика» со студентами
направления 110800 «Агроинженерия» очной и заочной форм обучения.
протекающими в машинах и аппаратах сельскохозяйственного назначения. Все
разделы пособия начинаются с краткого изложения основных сведений из теории
даны необходимые расчетные уравнения. В каждом разделе приведены решения
нескольких характерных и наиболее сложных задач.
В приложениях к пособию приведен справочный материал необходимый для
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
- температуропроводность м2с;
- коэффициент объемного расширения К-1 коэффициент массоотдачи мс;
коэффициент оребрения;
- массовая удельная теплоемкость кДж(кг·К);
- излучательная способность абсолютно черного тела Вт(м2·К4);
- диаметр труб м; влагосодержание воздуха кг паракг сухого воздуха;
- диаметр ребра масса пара кгс; коэффициент молекулярной диффузии м2с;
- удельная энтальпия кДжкг; энтальпия кДж; высота м;
- ускорение силы тяжести мс2;
- удельная теплота парообразования кДжкг;
- коэффициент теплопередачи Вт(м2·К);
- линейный коэффициент теплопередачи Вт(м·К);
- коэффициент теплопередачи шаровой стенки Вт(м2·К);
- длина м; определяющий размер м;
- длина м; расход воздуха кгс (Нмс);
- массовый расход кгс (кгч);
- удельный объем м3кг;
- объемный расход м3с (м3ч);
- удельная теплота Джкг; поверхностная плотность теплового потока Втм2;
- линейная плотность теплового потока Втм;
- критическая плотность теплового потока Вт(м2·К);
- поверхностная плотность теплового потока ребристой стенки Вт(м2·К);
- тепловой поток Вт;
- удельная холодопроизводительность Вткг;
- термическое сопротивление (м2·К)Вт; радиус м;
- линейное термическое сопротивление (м·К)Вт;
- шаг труб колбас и т.д. м;
- температура по шкале Цельсия С; абсолютная температура К;
- температура насыщения С;
- температура точки росы С;
- скорость движения мс;
- площадь поперечного сечения м2; площадь живого сечения м2;
- площадь поверхности теплообмена м2;
- степень черноты поправочный коэффициент;
- температурный напор безразмерная избыточная температура;
- теплопроводность Вт(м·К);
- кинематическая вязкость м2с;
- концентрация %; коэффициент влаговыделения;
- поверхностное натяжение Нм; коэффициент испарения кг(м2·с);
- относительная влажность %; степень оребрения;
- динамическая вязкость Па·с.
ОСНОВЫ ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКИ
Параметры состояния термодинамической системы. Уравнение состояния
В качестве рабочего тела в тепловых машинах используют газы и пары
обладающие способностью легко и быстро расширяться или сжиматься.
Физическое состояние рабочего тела определяется время основными параметрами
состояния: температурой давлением и удельным объемом.
Температура характеризует степень нагретости тела и измеряется в градусах.
В настоящее время используются три температурные шкалы: абсолютная или
термодинамическая шкала – Т К практическая международная шкала – t °С шкала
Термодинамическая шкала установлена по температуре абсолютного нуля и
тройной точки воды равной 27316 К при которой могут существовать
одновременно лед вода и пар. Эту шкалу называют еще и абсолютной так как
температура измерения по ней не зависит от свойства теплоносителя. Цена деления
шкалы в градусах Цельсия совпадает с ценой деления шкалы Кельвина (I К = I °С).
Численные значения температуры определяемые по этим шкалам связаны
По шкале Фаренгейта применяемой в Англии и США температура плавления
льда 32 °F и температура кипения воды при нормальных физических условиях (р 0
=I0I325 Па Т0=27315 К) равна 2120 F следовательно
Давление – это сила действующая по нормали на единицу поверхности.
где F – сила нормальная к поверхности и равномерно распределенная по
поверхности площадью А.
Единицей давления в системе СИ является Паскаль (1 Па=1Нм2).
Очень часто в технике для практических измерений используют высоту столба
жидкости. В основном применяется в качестве жидкости вода спирт или ртуть.
Полезно вспомнить что при 0°C или 27316 К.
I мм вод. ст.= 981 Па
I мм рт. ст.= 1333 Па
За параметр состояния в термодинамике принимают абсолютное давление.
Абсолютное давление обычно подчитывается по показаниям двух приборов.
Если давление больше атмосферного то оно измеряется манометром и
абсолютное давление равно
где pб – атмосферное давление измеренное барометром;
pи – показание манометра измеряющего избыточное давление
где pв – показание вакуумметра измеряющего разряжение.
Удельный объем тела:
где v- удельный объем м3кг;
V – полный объем м3;
Величина обратная удельному объему называется плотностью вещества:
где - масса единицы кгм .
Уравнение состояние тела устанавливают зависимость между параметрами
состояния. Для идеального газа уравнение состояния выражается законом
Для моля идеального газа уравнение предложено Менделеевым и имеет вид
где V – объем моля газа м3кмоль;
R0 – газовая постоянная Дж(кгК);
М – молекулярная масса кгкмоль;
R – универсальная газовая постоянная; её значение для всех газов 83143
При нормальных физических условиях любой килограмм-моль газа занимает
объем V=224 м3кмоль. Поэтому для вычисления их удельного объема в м3кг при
этих условиях можно использовать зависимость
Газовая постоянная отдельного газа определяется по выражению
Объем газа V находящегося при произвольных физических условиях ( и Т)
может быть приведен к нормальным физическим условиям ( 0 ) по формуле
Значения удельной газовой постоянной молекулярной массы и плотности при
нормальных условиях для наиболее распространенных газов приведены в таблице 1.1
Таблица 1.1 Значение М R0 и 0 при нормальных условиях некоторых газов.
Атмосферный азот – углекислый газ состоящий из азота воздуха вместе с
двуокисью углерода и редкими газами содержащимися в воздухе.
Приведение водяного пара к нормальному состоянию является условным.
Задача 1.1. Определить абсолютное давление в ресивере компрессорной установки
если присоединенный к нему манометр показывает 03 МПа. Барометрическое
давление по ртутному барометру составляет 240 мм рт.ст. при температуре ртути
Решение: Для решения задачи необходимо перевести давление измеренное по
ртутному барометру в давление выраженное в паскалях и учесть температурную
Приведем показания барометра к 00С по следующему соотношению
где р0 - барометрическое давление приведенное к 00С;
р - действительное давление при температуре воздуха 200;
00172 – коэффициент объемного расширения ртути.
р0 = 740(1-172·10-6·20)=73745 мм. рт. ст.=983 кПа
Тогда абсолютное давление воздуха в ресивере
Ра= р0+ри=983+300=3983 кПа.
Определить абсолютное давление в молокопроводе доильной
установки если вакуумметр присоединенный к молокопроводу показывает
разряжение 48 кПа а барометрическое давление атмосферного воздуха 765 мм.рт.ст.
при температуре 250С.
Задача 1.3. Для предупреждения испарения ртути из трубки из ртутного манометра
над уровнем ртути наливают слой воды. Определить абсолютное давление в сосуде
если высота столба ртути в манометре составляет 560 мм а высота столба воды над
ртутью равна 160 мм. Барометрическое давление равно 750 мм рт.ст.
Задача 1.4. Разряжение на выходе дымохода парового котла измеряется тягомером
с углом наклона трубки К горизонту 300. Длина столба воды
отчитанная по шкале тягомера равно 140 мм. Определить
абсолютное давление газа в Мга если показание барометра равно
Задача 1.5. В ресивере находится воздух массой 50 кг плотностью
кгм3. Определить емкость ресивера и удельный объем воздуха.
Задача 1.6. Цилиндр диаметром d=150 мм плотно закрыт
подвешенном на пружине поршнем условно невесомым и
скользящим без трения. В цилиндре образован вакуум
составляющий 90% от барометрического давления б=01 МПа. Рисунок
Определить силу натяжения пружины если поршень неподвижен.
Задача 1.7. Для производства газосварочных работ привезли
баллон с кислородом емкостью 40 л. Определить время расхода и массу
израсходованного кислорода если производительность горелки 1280 лч при
абсолютном давлении 100 кПа и температуре 200С а избыточное давление в
баллоне снизилось с 15 до 04 МПа.
Решение: Определяем абсолютное давление кислорода в баллоне до и после
сварочных работ по формуле Ра =Рб+Ри так как параметром является только
абсолютное давление.
Количество израсходованного кислорода определяется как разность кислорода
которая содержалась в баллоне до начала сварочных работ и после работ.
За 1 час израсходовано
Время расхода кислорода
Задача 1.8. Определить расход метана в газопроводе диаметром d=600 мм если
скорость истечения газа =15 мс при абсолютном давлении 16 МПа и температуре
Задача 1.9. Определить объемную подачу компрессора при температуре 25 0С и
барометрическом давлении 750 мм рт.ст. если при нормальных физических
условиях она равна 3 м3мин.
Задача 1.10. Определить площадь поперечного сечения воздуха вода дутьевого
вентилятора если каждую секунду в топку котла требуется подводить 10 кг воздуха
плотностью 12 кгм3. Скорость перемещения воздуха по воздуховоду принять
СМЕСИ ИДЕАЛЬНЫХ ГАЗОВ
В практике очень часто приходится встречаться с газовыми смесями. Например
рабочее тело тепловых двигателей компрессоров других теплотехнических
устройств дымовые газы представляют собой смесь газов.
При рассмотрении газовых смесей исходят из того что смесь состоит из
идеальных химически не взаимодействующих между собой газов. При этом каждый
газ входящий в состав смеси ведет себя так как будто бы он один при данной
температуре занимает весь объем смеси и оказывает на стенки сосуда свое давление
называется парциальным.
По закону Дальтона давление смеси рсм равно сумме парциальным давлений
газов входящих в состав смеси:
Рсм= Р1+Р2+ +Рп= nn 1 P j
Где P – пропорциональное давление компонента входящего в смесь.
Состав смеси может задан одним из следующих способов.
1 Массовый состав смеси
В абсолютных единицах массы
mсм=m1+ m2+ + mn= nj 1 m j
m1 m2 mn –массы отдельных компонентов смеси
в относительных массовых долях
n =q1+ q2 + + qn=1;
где q=mmсм – массовая доля отдельного компонента смеси.
2 Объемный состав смеси
Vсм=V1+ V2+ + Vn= nj 1 V j
где V1 V2 и тд. – приведены объемы отдельных компонентов смеси м3;
в относительных объемных долях
где - объемная доля отдельного компонента.
Задание состава смеси числом молей соответствует заданию состава смеси по
объему так как мольная доля компонента равна его объемной доле.
Между массовыми и объемными долями смеси существует следующая зависимость
На основании следствия закона Авагадро
Кажущая молекулярная масса газовой смеси
Газовая постоянная смеси может быть определена по составу смеси и газовым
постоянным отдельных компонентов:
Или же по кажущейся молекулярной массе и универсальной газовой постоянной
Теплоемкость смеси газов определяется по ее составу. Массовая теплоемкость
ссм=q1с1+ q2с2+····+qnсn=
где С1 С2····Сn – массовые теплоемкости отдельных компонентов
q1 q2····qn – массовые доли отдельных компонентов.
Парциальное давление отдельного компонента.
Задача 2.1. Определить массовый состав сухого воздуха его удельную газовую
постоянную кажущуюся относительную молекулярную массу и плотность при
абсолютном давлении 110 кПа и температуре 20% кислорода и 79% азота.
Решение. Между массовыми и объемными составами газовой смеси существует
зависимость q i = ri Мi М cv
Кажущуюся молекулярную массу газовой смеси можно определить по формуле
мсм== nj 1 j M j О 0М0+ NМN=021·32+079·28=2884
gN= ·МNМсм=079 ·282884=0767
Удельная газовая постоянная смеси определяется по формуле 2.14
Rсм=83143Мсм=831432884=2883 кДж(кг·K)
Плотность газовой смеси определяем из формулы
Задача 2.2. Смесь двух объемов водорода и одного объема кислорода называют
гремучим газом. Определить кажущуюся молекулярную массу газовую постоянную
и массовый состав гремучего газа.
Задача 2.3. Смесь газов состоит из 10 м3 генераторного газа и 15 м3 воздуха
взятых при нормальных физических условиях. Определить газовую постоянную
смеси газов и парциальные давления составляющих смеси. Плотность генераторного
газа ρ2 принять равной 12 кгм3.
Задача 2.4. В цилиндр газового двигателя засасывается газовая смесь состоящая из
массовых долей воздуха и одной доли коксового газа в смеси.
Задача 2.5. Анализ продуктов сгорания произведенный с помощью газоанализатора
показал их следующий объемный состав: СО2=122%; О2=71%; СО=04%;
N2=803%. Определить массовый состав входящих в смесь газов.
Задача 2.6. Определить объем смеси газов при абсолютном давлении 100 кПа и
температуре 900С образовавшийся при смешивании 100 кг топочных газов с 50 кг
воздуха. Массовый состав топочных газов со=018; qНо=008; qо=002 и qN=072.
Теплоемкостью газа называют количество теплоты необходимое для повышения
его температуры на 1 К. Теплота затраченная на повышение температуры единицы
количества газа на 1 К называется удельной теплоемкостью. Принято удельную
теплоемкость называть просто теплоемкостью.
от выбранной количественной единицы различают
теплоемкости: мольную Сm-кДж(кмоль·К) массовую С – кДж(кгК) и объемную С1
Так как в 1 м3 газа могут содержаться в зависимости от параметров его
состояния разные количества газа принято относить 1 м3 газа к нормальным
условиям (Р0= 101325 Па Т0=27315 К).
Между теплоемкостями существует следующее соотношение
где ρ0 – плотность газа при нормальных условиях.
Теплоемкость газа зависит от его температуры. По этому признаку отличают
истинную и среднюю теплоемкость.
Если q – удельное количество теплоты сообщаемой единице количества вещества
(или отнимаемый от него) при изменении температуры от t1 до t2 то величина
С=q(t2- t1)=q( Т2- Т1)
Представляет собой среднюю теплоемкость в пределах от t2 до t1.
Предел этого отношения когда разность температур стремиться к нулю называют
истинной теплоемкостью. Аналитически последняя определяется как
процесса сообщаемая газу теплоты.
Для теплотехнических расчетов особое значение имеют теплоемкости газов при
постоянном давлении С р С р С р С р и при постоянном объеме С С С С .
Между массовыми теплоемкостями С р и С существуют соотношения:
где к- показатель адиабаты.
Постоянная теплоемкость политропного процесса с показателем n находитcя из
Для приближения расчетов при невысоких температурах теплоемкость можно
Таблица 3.1 Приближенные значения мольных теплоемкостей при = constр-const
Трех- и многоатомные
При точных расчетах учитывают криволинейную зависимость теплоемкости от
температуры и пользуются табличными значениями средних теплоемкостей в
интервале от 0°С до t °С (Приложение1. ). Их отмечают сверху черточкой и
указанием границ температур. Например : С р
Менее точные расчеты применяемые в технике получаются при использовании
линейной зависимости теплоемкости от температуры. (Приложение 2)
Средняя теплоемкость в этом случае определяется в интервале температур от t1 до
где a и b величины зависящие от физических свойств газа и постоянные для
При пользовании таблицами значения истинных теплоемкостей а также средних
теплоемкостей в пределах от 0°С до t°С берутся непосредственно из таблиц причем
в необходимых случаях проводится интерполирование.
Количество теплоты которое необходимо затратить для нагревания или охлаждения
рабочих тел определяются из соотношений:
q С 1 t 2 t1 C2 * t C1 * t ;
б) для 1 нормального кубического метра газа
В зависимости от условий при "которых протекают нагревание (охлаждение) газа
(V- const p- const) в формулах 3.6 З.10 ставятся соответствующие значения
Теплоемкость смеси идеальных газов:
Задача 3.1 Вычислить количество теплоты необходимой на нагревание при
постоянном давлении р=100 кПа 60 м3 воздуха от 10° до 500°С. Задачу решить в
а) считая зависимость теплоемкости от температуры криволинейной;
б) пользуясь формулой линейной зависимости средней теплоемкости воздуха от
в) полагая что теплоемкость не зависит от температуры.
Решение. Количество теплоты необходимое на нагревание воздуха исходя из
криволинейной зависимости теплоемкости от температуры определяем по
следующей формуле полученной на основании уравнений (3.7)и(3.8)
Если использовать при решении задачи объемные теплоемкости то нужно найти
объем воздуха при нормальных условиях (Р0=101325 Па и Т0=27315 К). Можно
определить массу воздуха и применить массовые теплоемкости.
Определяем массу воздуха по уравнению
Из приложения 1 выбираем средние изобарные массовые теплоемкости от 0 до 10 и
067 кДж ( кг К ); С р
9(10925 500 10067 10) 3962 кДж;
В случае линейной зависимости теплоемкости от температуры формула для
определения количества теплоты будет выглядеть
а при постоянной теплоемкости
Во второй случае использовали уравнения (.3.6) (3.8) и приложение 2 а в третьем(3.1). (3.8).и таблицу 3.1.
Задача 3.2. В котел-утилизатор поступают дымовые газы с температурой I200°С
следующего объемного состава: С02=12%; О2=6%N=74%; пары воды H2O=8% при
давлении 200 кПа. Определить количество подаваемой теплоты нагреваемой воде
если температура газов при выходе из котла 200°С кпд котла – 70% и расход
дымовых газов 10м3ч.
Решение. Определяем количество теплоты отведенной от дымовых газов по
Qp 2 V0 C pi rti 2 C pi rti 1 .
где Vo - объём газовой смеси при нормальных условиях;
ri - объемные доли отдельных компонентов дымовых газов.
Из уравнения состояния для m кг идеального газа необходим объем дымовых газов
при нормальных условиях
Среднюю теплоемкость газов входящих в состав дымовых газов берем из
Qp 2 3.685 1.78730.12 1.33520.06 1.30380.74 1.52230.08 200
2638 0.12 1.5005 0.06 1.4202 0.74 1.7769 0.08 1200 2779.23 кДж.
Qв Qp 2 2779.23 0.7 1945 кДж.
Задача 3.3. Вычислить количество теплоты удаляемое из птичника с отсасываемым
воздухом если температура внутри помещения 16а наружного - 0°С. Объемная
подача вентилятора 20 тыс. стандартных м3ч.
Задача 3.4. В конденсатор холодильной установки с водяным охлаждением
поступает газообразный аммиак давлением р =105 MПa и температурной 122°С
охлаждается до t=27°C. Объемный расход аммиака V t=004 м3с. Вода в
конденсаторе нагревается на 60С. Определить количество отведенной теплоты и
массовый расход воды на охлаждение конденсатора. Зависимость теплоемкости от
температуры не учитывать.
Задача 3.5. В баллоне объемом 60л находится кислород при давлении 5 МПа и
температуре 20°С. Какое количество тепла подведено .
к кислороду если его температура повысилась до 150°С
Какое давление установится при этом в сосуде? Зависимость теплоемкости от
температуры. принять криволинейной.
Задача 3.6. В воздухоподогревателе котельного агрегата дутьевой воздух
нагревается дымовыми газами от 20 до 200°С. При этом температура дымовых
газов понижается от 350 до 160°С. Объемный состав дымовых газов: С0 2=12%;
О2=6%N=74% H2O=8%. Определить соотношение расходов воздуха и дымовых
газов. Зависимость теплоемкости газов и воздух от
ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ ГАЗОВ
Изменение состояния тела при взаимодействии его с окружающей средой
называется термодинамическим процессом. В общем случае термодинамическом
процессе могут изменяться все параметры состояния. В технической термодинамике
рассматриваются следующие основные процессы:
изохорный - при постоянном объеме (V=const);
изобарный - при постоянном давлении (р =const);
изотермический - при постоянной температуре (Т=const);
адиабатный - без теплообмена (q=const);
политропный- ( pv n =const);
где n - показатель политропы.
Изменение внутренней энергии в термодинамических процессах с идеальным газом:
Изменение энтальпии в любом термодинамическом процессе с идеальным газом:
Изохорный процесс. Зависимость между основными параметрами состояния
подчиняется закону Шарля
В изохорном процессе газ работу не совершает и вся теплота идет на изменение
Изобарный процесс. Зависимость между основными параметрами состояния
выражается уравнением закона Гей-Люссака
Работа изменения объема 1кг газа
Для любой массы газа
Q mC p T2 T1 V0 C1p T2 T1 .
Количество теплоты процесса
где V0-объем газа при нормальных физических условиях.
Зависимость между основными параметрами выражается уравнением БойляМариотта:
Работа единицы массы идеального газа определяется по уравнениям:
Работа совершенная m кг газа равно
В изотермическом процессе изменение внутренней энергии равно нулю поэтому
Адиабатный процесс. Уравнение процесса
адиабаты. Зависимость между основными параметрами
P2 P1 v2 v1 T2 T 1 k 1 .
Работа единицы массы рабочего тела:
Работа любой массы газа:
В адиабатном процессе q 0 и уравнение: первого закона термодинамики
принимает вид 0 du dw или dw du т.е. работа в
совершается за счет уменьшения внутренней энергии.
Политропный процесс. Уравнение политропы pvn const где n
показатель политропы. Показатель политропы может меняться от до .
Характеристикой политропного процесса является величина
Которая может быть определена из выражения
Зависимость между основными параметрами состояния работа изменения объема
газа определяется по формулам аналогично 4.17 4.21 но вместо показателя
адиабаты применяется показатель политропы.
Количество теплоты политропного процесса:
Задача 4.1. В закрытом помещении объемом V=150 мэ находится воздух при
давленииР=100 кПа и температуре t1=5 °С. Через некоторое время температура
воздуха повышается до 30°С. Определить какое количество теплоты сообщено
воздуху изменение внутренней энергии и энтальпии воздуха его конечное
Решение. Нагревание воздуха протекает при постоянном объеме т.е.
изохорный. Из уравнения 4.3. Определяем конечное давление
В связи с тем что температура повышается незначительно теплоемкость воздуха
можно считать постоянной .
Задача 4.2. При изобарном расширении углекислого газа температура его
уменьшилась от 300 до 50°С. Определить доли теплоты затраченной на изменение
внутренней энергий и на совершение работы.
Решение: В изобарном процессе подведенная теплота расходуется на изменение
внутренней энергии и на совершение работы и уравнение первого закона
термодинамики принимает вид:
Чтобы определить доли теплоты на изменение внутренней энергии и на совершение
работы разделим данное уравнение на q
определяет ту долю всей теплоты которая превращается в
Так для С02 при изобарном процессе
U Cv T2 T1 и q C p T2 T1 ;
Принимая К=129 для С02 получаем
Следовательно в изобарном процессе 225% теплоты превращается в работу а 775
%расходуется на изменение внутренней энергии.
Задача 4.3 В охлаждаемом компрессоре изотермно сжимается V0=60 м3ч воздуха до
давления 0.6 МПа определить затраченную мощность на сжатие и часовой расход
охлаждающей воды mt компрессора если вода нагревается при этом на10°С.
Решение. Определяем мощность затраченной на сжатие 60 м3 воздух. Для
В изотермическом процессе вся затраченная работа на сжатие превращается в
теплоту которая отводится охлаждающей водой
N Q mtvC pv t2 t1 mtvC pv t тогда mtv
Задача 4.4. При нормальной работе топливной аппаратуры двигателя температура
смеси газов в цилиндре достигает 1900 К. После огорания следует политропическое
расширение с показателем 1.3. Объем газов при этом до открытия выпускного
клапана увеличивается в 12 раз. Насколько повышается температура газов в момент
открытия выпускного клапана если в результате ухудшения работы топливной
аппаратуры при расширении топливо догорает благодаря чему значение показателя
политропы расширения становится равным 1.2. Состояние газов до расширения в
обоих случаях считать одинаковым.
Решение. Из соотношения параметров политропного процесса с показателями
политропы n=13 и n=12 определяем конечные температуры в конце расширения
По условию задачи v1 v2 12 .Тогда T2 T1 1
Если расширение происходит с показателем политропы n=1.3 то
1.60 K если n=1.2 то
Задача 4.5 Компрессор производительностью 120 м3ч воздуха всасывает с
давлением Р1=100 кПа и сжимает его до давления Р2=0.7 МПа по политропе с
показателем n=1.25. Вычислить на сколько изменится работа сжатия если сжатие
будет происходить по изотерме. Температура окружающей среды 200С.
Задача 4.6 В процессе политропного расширения воздуху сообщается 80 кДж
теплоты. Определить изменение внутренней энергии воздуха и производственную
работу если объем воздуха увеличился в 10 раз а давление его уменьшилось в 8
Задача 4.7 2 м3 кислорода расширяется политропно от р1=0.5 МПа и t1=400C до
р2=0.15 МПа. Объем занимаемый при этом воздухом становится равным 10 м 3 .
Определить показатель политропы конечную температуру работу и теплоту
Задача 4.8 Углекислый газ массой 1 кг с начальной температурой t1=20°С и
давлением р1=1.0МПа адиабатно расширяется до давления р2=0.2МПа. Определить
конечные температуру удельный объем и работу расширения.
Задача 4.9. Кислороду в количестве 05 м3 при р1 =08 МПа и t=40°С. сообщается
изотермически 6545 кДж теплоты. Определить конечные давление и объем.
ВОДЯНОЙ ПАР. ДИАГРАММА HS ВОДЯНОГО ПАРА. ИССЛЕДОВАНИЕ
ПАРОВЫХ ПРОЦЕССОВ ПО ДИАГРАММЕ Hs
Вода и. водяной пар широко применяются в энергетике в отоплении вентиляции
горячем водоснабжении.
Водяной пар - реальный газ. Он может быть влажным сухим насыщенным и
перегретым. Уравнения состояния реальных тазов сложны поэтому в
теплотехнических расчетах предпочитают использовать таблицы и диаграммы.
Особое значение для технических расчетов процессов с водяным паром имеет hs диаграмма водяного пара.
В диаграмме hS нанесена (рис. 5.1) верхняя пограничная кривая (степень сухости
пара X=1) соответствующая сухому насыщенному пару. Выше этой кривой
располагается область перегретого пара.
Рисунок 5.1 Диаграмма hS водяного пара
Ниже влажного насыщенного пара. В область влажного насыщенного
нанесены кривые сухости ( X=095; Х=090; X=0.85 и т.д.)
В координатных осях hS (рис.5.1) нанесены кривые простейших процессов р=сonst
(изобары); v= сonst (изохоры); t =сonst (и термы); любая вертикальная линия
(рис.5.2.) изображает адиабатный процесс (S=const ).
В области влажного насыщенного пара изотермы (t =сonst )совпадают с кривыми
изобары (р=сonst) так как парообразование происходит при постоянном давлении и
при постоянной температуре. На верхней пограничной кривой направление
изотермы меняется и в пограничной кривой направление изотермы меняется и
области перегретого пара изотермы отклоняются вправо и не совпадают с
Практически применяется часть диаграммы hS когда X 05 которая заключена
в рамку. Эта часть диаграммы приведена в приложении и на рис.5.2.
Состояние перегретого пара на диаграмме hS определяется двумя параметрами (р1
и t1 или р1 и v1 ) а влажного насыщенного пара - одним параметром и степенью
сухости пара Х. По 2 заданным параметрам р1 и t1 в области перегретого пара
находим точку I (рис. 5.2.) соответствующую заданному состоянию водяного пара.
Для этого состояния из диаграммы можно найти все другие параметры (h1s1v1).
Значение внутренней анергии подсчитывается по формуле
Зная вид термодинамического процесса двигаются по нему до пересечения с
заданным конечным параметром и находят на диаграмме конечное состояние
пара..Определив параметры коночного состояния можно рассчитывать показатели
процесса (работу теплоту изменение параметров)
Изменение внутренней энергии u и работу в любом процессе подсчитывают по
u u1 u2 h1 h2 p1v1 p2v2 ;
w q u q h1 h2 p1v1 p2v2
Рассмотрим основные задачи решаемые по hS диаграмме.
Изохорный процесс (v= const)
Количество теплоты участвующая в процессе определяется по формуле 5.2. для
определения изменения внутренней энергии.
Работа изохорного процесса равна нулю.
Изобарный процесс (р=сonst) количество теплоты участвующая в процессе
определяется по формуле
Изменение внутренней энергии по формуле 5.2 или по формуле 5.3
Изотермный процесс (t =сonst ).
Теплоту и работу процесса находят по формуле:
Адиабатный процесс pvk const . На рис. 5.2. представлен адиабатный процесс
протекающий без теплообмена с внешней среда. В адиабатном процессе энтропия не
изменяется и очень часто этот процесс называется изоэнтропным.
Работа процесса происходит за счет изменения внутренней w u2 u1 .
Процесс при постоянной степени сухости (Х=сonst) решается также по
диаграмме hS (рисунок5.2)
Приблизительное количество определяется по формуле
Изменение внутренней энергии в процессе находят обычным способом по
Работа процесса определяется по формуле 5.3.
Рисунок 5.2 Диаграмма hS водяного пара
Теоретический паросиловой цикл (цикл Ренкина).
Для определения основных величин цикла - термического кпд работы I кг пара
удельных расходов пара и теплоты - достаточно на диаграмме изобразить линию
расширения пара в паровой турбине (линия 1-2 на рис.5.2.).
Термический кпд цикла
h21 C рж tk -энтальпия конденсатора
Работа I кг пара w h1 h2
Удельный расход пара в кг на I кВтч
Удельный расход теплоты в КДж на I кВтч
Истечение и дросселирование.
Процесс истечения пара считается адиабатным процессом который представлен на
Теоретическую скорость истечения можно определить по формуле
h1 u h2 -энтальпии пара начального и конечного состояния в кДжкг.
Расход пара определяется из уравнения неразрывности потока
Где А- истечение сечения сопла м2;
- плотность пара на выходе из сопла кгм определяется по диаграмме hS
Если же истечение пара происходит - при 2 2 то теоретическая скорость
пара в устье суживающего сопла будет равна критической и определяется по
Расход пара в этом случае будет максимальным и определяется по уравнению
где Vкр- удельный объем пара при критическом давлении.
Площадь минимального сечения сопла при uкр определяется по формуле
Для получения скорости пар выше критической применяется комбинированное
сопло или сопло Лаваля (рис.5.4)
Рисунок 5.4 Схема сопла Лаваля
Площадь выходного сечения сопла
Длина расширяющейся части сопла определяется по уравнению
- угол конусности расширяющейся части сопла.
Действительная скорость истечения всегда меньше теоретической так как процесс
истечения связан с наличием трения.
Где 1 - коэффициент потери энергии в сопле;
- скоростной коэффициент сопла.
Пользуясь диаграммой hS можно определить
параметры в конце расширения.
Если дана начальная точка I (рис.5.5.) и
коэффициент (или ) то проводя адиабату
-2 откладываем от точки 2 вверх отрезок 2
g h2 h2 g и проводя через точку 2
горизонталь до пересечения с конечной
изобарой р2 получаем точку Д
характеризующую состояние рабочего тела в
конце действительного процесса истечения.
Если же даны начальное 1 и конечное Д состояния пара то потери работы определяем проводя через точку Д горизонталь до пересечения с адиабатой. Отношение отрезков 2g - 2I-2 дает значение коэффициента потери энергии а следовательно и скоростного коэффициента.
Дросселирование - это необратимый процесс понижения давления в потоке при
проходящем им местного сужения сечении. Процесс дросселирования считается
адиабатным процессом и справедливо равенством.
Практически всегда можно обеспечить u1 u2 и тогда h1 h2 т.е. энтальпия пара в
начальном и конечном состояниях одинакова.
Задачи связанные с дросселированием пара обычно сводятся к определению
параметров состояния пара после дросселирования. Так как в начальном и конечном
состояниях энтальпия одинакова то конечное
состояние определяется
пересечением горизонтали проходящей через начальную точку I (рис.56) с
изобарой конечного давления р2 .
Рисунок 5.6. Процесс дросселирования на диаграмме hS водяного пара
Задача 5.1. В кормозапарник подается водяной пар с абсолютным давлением 160
кПа со степенью сухости 095. Температура вытекающего конденсата 70°С.
Определить расход - пара на обработку 200 кг картофеля (Скр=355 кДж(кгК)) если
коэффициент полезного действия запарника составляет 075.
Решение. Теплота затрачиваемая на нагревание картофеля с учетом кпд
кормозапарника определяется по формуле
Где t111 и t11 конечная и начальная температуры продукта °С.
hx hk hx C рж tк Pзап 2585 4.19 70 0.75
Где hx и hk - энтальпии влажного насыщенного пара и конденсата. Энтальпия
влажного насыщенного пара определяется в пересечении изобары р1 =160 кПа о
линией сухости X =095 на диаграмме hS водяного пара.
Рисунок 5.7. Рисунок к задаче 5.1
h C рж =419 кДж(кгК) -теплоемкость конденсата.
Задача 5.2. Определить теплоту парообразования если давление пара 160 кПа.
Решение. На изобаре р =I60KП при любом паросодержании берем точку I и
рассматриваем изобарный процесс парообразования 1-2 для которого количество
подведенной теплоты определяется по формуле
q h11 hx r 1 x откуда
Рисунок 5.8 Рисунок к задаче 5.2
Задача 5.3. Определить внутренний диаметр паропровода
котельную с кормоцехом если в него необходимо подавать влажный насыщенный
пар при абсолютном давлении 160 кПа со степенью сухости У =095 в количестве
Рисунок 5.8. Рисунок к задаче 5.3
Задача 5.4. I кг пара расширяется адиабатно от начальных параметров р1 =09 МПа
и t1 = 500°C до р2=0004 МПа Найти значения h1 v1 h2 v2 x2 и работу расширения пара.
Задача 5.5. Перегретый водяной пар при абсолютном давлении 04 МПа и
температуре t1=300°C адиабатно расширяется в комбинированном сопле Лаваля до
давления 01 МПа. Определить площади минимального и выходного сечения сопла
если расход пара составляет 4 кгс.
Решение. Выходное сечение сопла определяется по формуле
Для перегретого пара кр
546 поэтому критическое давление пара в
минимальном сечении сопла pкр кр p1 0.546 0.4 0.2184 МПа
По диаграмме hS для адиабатного процесса расширения пара от начальных
параметров р1 =04 МПа и t1 = 300°C определяем
h1=3070кДжкг; hкр 2930 кДж кг vкр 1.1 м3 кг h2 2710 кДж кг vmax 1.9 м3 кг.
Критическая скорость в минимальном сечении
uкр 44.76 h1 hкр 44.76 3070 2930 529.6 м с
Максимальная скорость на выходе из сопла
umax 44.76 h1 hкр 44.76 3070 2710 849.3 м с
Площадь минимального сечения Amin
Площадь максимального сечения Amax Amin
Задача 5.6. Для вулканизации покрышек требуется сухой насыщенный пар с
температурой 145°С а центральная котельная ремонтной мастерской вырабатывает
влажный насыщенный пар с параметрами Х =095 и р1 =05 MПa. Что нужно делать
с паром чтобы его можно было использовать при вулканизации покрышек?
Задача 5.7. В паровых системах отопления низкого давления применяется пар с
давлением 29 кПа а котельная вырабатывает пар с давлением 07 МПа со степенью
сухости 09. Что необходимо делать чтобы давление пара упало в системе до 29 кПа
и какой должен быть диаметр трубы чтобы скорость движения пара была 20 мс?
Задача 5.8. Можно ли в результате дросселирования сухого насыщенного пара
получить вновь сухой насыщенный пар меньшего давления?
Задача 5.9. Как изменяется термический кпд паросиловой установки (цикл
Ренкина) если начальная температура перегретого пара повысилась от 300 до 500°С
при неизменном начальном давлении p1 =30 МПа и при разряжении в конденсаторе
Смесь сухого воздуха и водяных паров называется влажным воздухом. Хотя сухой
воздух является смесью газов он рассматривается как единое целое так как в
интервале температур от -50до +100°С представляющих практический интерес его
состав и свойства не изменяются. Другой компонент влажного воздуха - водяной
пар- парциальное давление его рп невелико и не превышает давление насыщенного
водяного пара рн соответствующее температуре этой смеси. Поэтому с достаточной
для технический расчетов точностью влажному воздуху можно применять все
формулы и законы полученные для идеальных газов.
Давление создаваемое атмосферным воздухом в соответствии с законом Дальтона
равно сумме парциальных давлений сухого воздуха рв и- водяных паров
Влагонасыщенность воздуха оценивается абсолютной и относительной влажностью;
а также влагосодержанием
Абсолютная влажность - масса водяного пара в кг содержащегося в I м3 влажного
воздуха или плотность пара J)n при его парциальном давлении и температуре
Отношение абсолютной влажности воздуха при данной температуре
к его максимально возможной абсолютной влажности при той же температуре
называют относительной влажностью
где Рн- давление насыщенного пара при температуре смеси.
Влагосодержание d-отношение массы влаги (пара) во влажном воздухе к массе
сухого воздуха в.нем т.е. это количество водяного пара в кг приходящегося на I кг
Из уравнения (6.3) следует что
Температуру до которой нужно охладить воздух чтобы он стал насыщенным (
=100%) называют температурой точки росы tp .
Энтальпия влажного воздуха определяется как сумма энтальпий .сухого воздуха и
H hв hп d hв d 2490 1.97 tв
Где hв tв энтальпия сухого воздуха кДжкг;
tв -температура – влажного воздуха °С;
hв - энтальпия водяного пара находящегося во влажном воздухе кДжкг.
Технические расчеты процессов с влажным воздухом с достаточной точностью
проводят по Нd-диаграмме влажного воздуха построенной для определенного
В целях расширения области ненасыщенного воздуха диаграмму Н d строят в
косоугольной системе координат (рис.6.1.).
Постоянное значение энтальпии Н отложено под углом 45°. В этих осях
нанесены кривые постоянной относительной влажности ( const ) постоянной
температуры влажного воздуха ( t const ) и мокрого термометра ( tв const ).
На кривой относительной влажности =100% находится насыщенный воздух.
Ниже этой кривой на свободном поле диаграммы проведен луч парциального
давления водяных паров pn f d .
По 2-м заданным параметрам ( t1 1 или t1 t м1 и т.д.) на диаграмме Н d находят
состояние влажного воздуха. Для этого состояния из диаграммы можно определить
все другие параметры ( H1 d1 pn и т.д.).
На рис. 6.2. показано определение парциального давления пара для состояния 1
Точка роcы определяется охлаждением воздуха при d=сonst
Охлаждение воздуха ниже точки росы изображается линией идущей по =100%.
Этот процесс 2 -4 сопровождается уменьшением влагосодержания d так как из
воздуха выпадает влага в виде росы. d d1 d4
Процесс нагрева от точки 2 до точки 1 изображается линией 2 – 1.Количество влаги
при этом в воздухе не меняется.
Процесс сушки материалов (адиабатное увлажнение воздуха) изображается линией
-5.В результате смешивания получается воздух с параметрами в точке 6 лежащей
на диаграмме Нd на прямой 1- 6. Положение точки 6 определяется из соотношения
Где m1 и m5 -массы воздуха в точках 1 и 5 смешивания.
Обычно процессы изменения состояния протекают с одновременным замещением
его тепло- и влагосодержания. Эти процессы изменения состояния влажного воздуха
на диаграмме Нd изображаются прямыми линиями (лучами) соединяющие точки
соответствующие начальному и конечному состоянию воздуха и характеризуется
-угловым коэффициентом линии процесса. Для облегчения
расчетов и удобства построений процессов применяют угловой масштаб
представляющей собой пучок лучей const исходящей из нулевой точки
диаграммы где H 0 d 0 t 0. Шкала тепловлажностных отношений (угловой
масштаб) на Нd-диаграмме изображается отрезками лучей исходящих из нулевой
точки на полях рамки диаграммы. (Рис.6.3.)
Рисунок 6.3 Диаграмма влажного воздуха
Для определения значения тепловлажностного отношения известного
процесса 1 – 2 (рисунок 6.3.) достаточно провести линию из точки 0 и на полях
диаграммы по шкале углового масштаба найти .
С другой стороны зная тепло- и влагопритоки к воздуху QиW а также его
начальные параметры t3 и 3 можно на диаграмме Нd изобразить процесс изменения
состояния воздуха в результате ассимиляции теплоты и влаги. Сначала определяют
положение точки 3 и
затем из точки 3параллельно лучу проводят прямую 3W
которая является изображением процесса.
Задача 6.1 Сколько воды необходимо подавать в увлажнительную установку
птичника чтобы в птичник поступал воздух с относительной влажностью
%.Температура атмосферного воздуха 250С при относительной влажности 40%.
Расход воздуха составляет 15 кгс
Решение: Увлажнение воздуха происходит при постоянной температуре. На
диаграмме Нd- на пересечении изотермы t =25°C и лини относительной влажности
% находим влагосодержание атмосферного воздуха d1 0.0085 кг кг с.в. При
пересечении изотермы t =250С и 60% находим влагосодержание увлажненного
воздуха d2 0.012 кг кг с.в. В увлажнительной установке 1 кг воздуха впитывает в
себя d d1 d4 0.12 0.0085 0.0035 кг кг с.в. влаг.
Масса подаваемой воды в увлажнительную камеру
mt mtвоз d 15 0.0031 5.25 102 кг с
Рисунок к задаче 6.1
Задача 6.2 В калорифер установки кондиционирования воздуха подается воздух с
параметрами t1=5°С и 1 90% . Из калорифера воздух выходит при температуре
°С и подается в камеру
орошения. Увлажненный воздух с t2=35°C и
60% подается в помещение. 0пределить конечное влагосодержание расход
теплоты если производительность кондиционера составляет 10 кгс.
Задача 6.3. В сушилку помещена древесина объемом 20 м3 с содержанием влаги по
массе 32%.Плотность древесины д 880 кг м3. После сушки влажность древесины
должна быть 7% по массе. При выходе в сушилку воздух нагревается до
температуры 70°С и выходит из нее при tв 350 C при в 85% . Определить количество
воздуха которое необходимо пропустить через сушилку а также теплоту если
параметры воздуха на входе в калорифер t1 200 C при 1 60%
Решение. На диаграмме Нd- влажного воздуха на пересечении изотермы
t1 200 C и 1 60% находим точку 1 определения d1=0.009 кг(кг*с.в.) Н1=45 кДжкг.
Проведя линию d=const до пересечения с
характеризующую состояние воздуха на выходе из калорифера и входе в сушилку.
Из этой точки проводим линию Н =const до пересечения с изотермой tв 350 C где
находим точку 3 характеризующую состояние воздуха на выходе из сушилки и
определяем: d3 0.023 кг кг с.в. ; Н3 95 кДж кг. Изменение влагосодержания воздуха
d d3 d1 0.023 0.009 0.014 кг кг с.в. .
Определяем массу древесины: mд Vд д 20 880 17600 кг.
m 0.032mд 0.32 17600 5632 кг.
Масса влаги в древесине после сушки: mв11 0.07mд 0.07 17600 1232 кг.
Во время сушки необходимо удалить влагу: mв mв1 mв11 5632 1232 4400 кг.
Для испарения 4400 кг влаги потребуется сухого воздуха:
Если учесть что плотность воздуха при t1 200 C и воз 1.205 кг м3 .расход теплоты на
Q mвоз H3 H1 314285.7 95 45 1571428 кДж.
Задача 6.4. Определить температуру приточного воздуха в коровнике в зимний
период для Уфимского района если температура tкр= 31°С при относительной
влажности н.в. 82% Суммарное влаговыделения в коровнике Wобщ =0087 кгс
теплоизбытки Физб =157.6 кг Параметры внутреннего воздуха в коровнике
tвн 100 C при вн 70% .
Рисунок к задаче 6.3
Задача 6.5 В теплице температура воздуха 20°С при относительной влажности 85%.
При какой температуре остекление теплицы изнутри начнет покрываться
Задача 6.6. Температура воздуха в животноводческом помещении 10°С а
относительная влажность его 70%. Наблюдается ли конденсация влаги на
внутренней поверхности стен если их температура 5°С?
Задача 6.7 В свинарнике применен воздушный обогрев в сочетании с вентиляцией.
Температура наружного воздуха -10°С при относительной влажности 50% а у
отсасываемого из помещения воздуха соответственно -15°С и 80%. Какую массу
воздуха можно подмешивать к свежему наружному (в расчете на I кг сухой части
последнего) чтобы в свинарник вводить смесь которая после подогрева в
калориферной установке имела температуру 30сС а относительную влажность 20%?
Задача 6.8. Смешиваются два потока пляжного воздуха с массовыми расходами
соответственно mt 0.5 кг c u mt 0.106 кг c. параметрами t1 200 C и 1 60% и
t2 500 C и 2 14% . Определить параметры влажного воздуха после смешивания.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
Амерханов Р. А. Теплотехника [Текст]: учебник Р. А. Амерханов Б. Х.
Драганов. – 2-е изд. перераб. и доп. – М.: Энергоатомиздат 2006. – 432 с.
Колесников А. И. Энергоснабжение в промышленных и коммунальных
предприятиях [Текст]: учебное пособие А. И. Колесников М. Н. Федоров Ю. М.
Варфоломеев; под ред. М. Н. Федорова. - М.: ИНФРА-М 2008. - 123 с.
Лебедев В.И. Пермяков Б.А. Хаванов П.А. Расчет и проектирование
теплогенерирующих установок систем теплоснабжения [Текст]: учебное пособие
В.И. Лебедев. - М.: Стройиздат 2008.– 360с.
Рудобашта С. П. «Теплотехника» [Текст] : учебник для студ. вузов обучающихся
по направлению «Агроинженерия»: допущено МСХ РФ С. П.Рудобашта;
Ассоциация «АГРООБРАЗОВАНИЕ». - М. : Колос 2010.– 599с
Цветков Ф. Ф. Задачник по тепломассообмену [Текст]: учеб. пособие для
вузовФ. Ф. Цветков Р. В. Керимов В. И. Величко.–М.: МЭИ 2010. – 195с.
Амирханов Р. А. Проектирование систем теплоснабжения сельского хозяйства
[Текст]: учебник Р. А. Амирханов Б. Х. Драганов. – Краснодар 2001. – 199 с.
Быстрицкий Г. Ф. Основы энергетики [Текст]: учебник Г. Ф. Быстрицкий. - М.:
ИНФРА-М 2006. - 277 с.
Панкратов Г. П. Сборник задач по теплотехнике [Текст]: учебное пособие Г. П.
Панкратов. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: МЭИ 2000. – 527 с.
Прибытков И. А. Теоретические основы теплотехники: учебник И. А.
Прибытков И. А. Левицкий; под ред. И. А. Прибыткова. - М.: Академия 2004. –
Тихомиров К. В. Теплотехника теплоснабжение и вентиляция [Текст]: учебник
К. В. Тихомиров Э. С. Сергеенко. – 5-е изд. репр. – М.: БАСТЕТ 2009. – 480 с.
Формат 60х84. Бумага типографическая
Издательство Башкирского государственного аграрного университета
Типография Башкирского государственного аграрного университета
Адрес издательства и типографии: 450001 г. Уфа ул. 50 лет Октября 34

Чертеж.cdw

Пояснялка.pdf

Исходные данные для выполнения курсовой работы определяются по
двум последним цифрам номера зачетной книжки номер зачетной книжки:
1 Местонахождение объекта проектирования: Бирск
исходные климатические характеристики местности: tнв=-19
Расчетная скорость ветра: 43 мс
Продолжительность периода со среднесуточной темперой воздуха в сутки:
Средняя температура периода со среднесуточной температурой: -63 0С.
2 Ориентацию здания: с юга на север.
Таблица 1 Теплотехнические показатели строительных материалов и
Расчетные коэффициенты
Сложный (песокизвестьцем-т)
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НАРУЖНЫХ ОГРАЖДЕНИЙ
Теплотехнический расчет заключается в определении толщины
ограждения при которой температура на внутренней поверхности ограждения
будет выше температуры точки росы внутреннего воздуха и будет
удовлетворять санитарно-техническим требованиям.
При расчете тепловых потерь Фогр (Вт) помещением учитываются
основные тепловые потери Ф через строительные конструкции помещения
(стены пол потолок окна двери) и добавочные теплопотери Фдоб.
Основные потери теплоты через отдельные ограждения
где А – площадь ограждения которую вычисляют с точностью 01м2;
tв и tнр - расчетные температуры внутреннего и наружного воздуха;
n – поправочный коэффициент к расчетной разнице температур
принимаемый в зависимости от положения ограждения по отношению
к наружному воздуху (приложение 3 [4]) принимаем n=1
R0 – общее сопротивление теплопередачи (м20С)Вт;
где RВ –термическое сопротивление тепловосприятию внутренней
поверхности ограждения (м2 0С)Вт (приложение4[4]) принимаем
- сумма термических сопротивлений теплопроводности отдельных
слоев m слойного ограждения толщиной i теплопроводностью i
Вт(м0С) выбираем по приложению 2 [4].
Rн - термическое сопротивление теплоотдачи наружной поверхности
ограждения (м20С)Вт (приложение 5 [4]) принимаем Rн=00588
Требуемое сопротивление теплопередаче
где t н - нормативный теплоперепад между температурами воздуха помещения
и внутренней поверхности ограждения (приложение 7 [4]) принимаем
Если учесть что основное термическое сопротивление теплопроводности
ограждения создается за счет основного слоя конструкций то
к=(R0mp-(Rв +Rr+ +Rn+Rн))к (6)
где K - толщина основного слоя конструкций м;
K - теплопроводность основного слоя конструкции Вт(м. С)
Толчена стены оказалась слишком большим поэтому применяем
утеплители теплоизоляционного слоя из плит стекловатных на синтетическом
связующем толщиной =004 м с теплопроводностью λ=0067 Вт(м·К)
Условие выполняется.
С учетом полученной толщины расчетного слоя ограждения следует
определить степень массивности ограждения по величине коэффициента
где Si – коэффициент теплоусвоения материала соответствующих слоев
ограждения Вт(м2. 0С).
Так как Д>7- ограждения считаются массивными.
1 Расчет потерь через полы
Конструкцию полов принимаем состоящим из бетона толщиной
и деревянных досок 002 м
м теплопроводностью 198
Потери теплоты через полы расположенные на грунте или на лагах
определяются по зонам-полосам шириной 2м параллельным наружным
Рисунок 1 Расчетная схема потерь через пол
где R1=215 (м2.К)Вт;
R4=142(м2.К)Вттермические сопротивления отдельных зон неутепленного пола;
A1А2А3А4 – площади соответственно1234 зон полос м2;
tв- tн.р. - расчетная разность температур 0С.
Т.к. по проекту к утепляющим слоям относится бетон вычисляем
сопротивление теплопередачи утепленных полов
Rу.т 2 43 0226 453 (м К)Вт;
Находим площадь зон и производим расчет по группам
Рисунок 3 Схема строения пола
2 Расчет потерь через стены
Аст 12488 1765 4 10323 м
Расчет потерь через окна и двери
Конструкция окон- двойные переплеты раздельные (двойные стекла)
Расстояние между стеклами 100 110 мм. Rок=038 (м2 сВт)
Для дверей Rдв=0215 (м2 сВт) (Таблица 1.1 [2]).
Расчет потерь через потолок
Принимаем следующую структуру потолка: рубероид р 017
толченой 0002 м железобетон жб 198
Рисунок 4 Схема строения потолка
Определим требуемое сопротивление теплопередачи:
3 Расчет потерь теплоты на инфильтрацию
Добавочные тепловые потери через наружные ограждения двери и окна
зависят от различных факторов и их значения исчисляют в долях от основных
Финф.=Vtсв(tв-tн.в.)А36 (12)
где Vt-нормативный воздухообмен 3м3ч на 1м2 жилой площади;
=12 кгм3- плотность воздуха;
Ср =10 кДж(кг К) -удельная массовая теплоемкость воздуха;
А – площадь пола жилых комнат м2;
tн.в. - расчетная зимняя температура вентиляционного наружного воздуха
Финф 3 12 1 (20 (38)) 511 36 29638 Вт
Добавочные тепловые потери через стены 01
Фдоб.ст. 3852 005 11926 Вт
Добавочные тепловые потери через полы 01
Фдоб.пол. 2700 01 270 Вт
Добавочные тепловые потери через потолок 0.1
Фдоб.пот. 19514 01 19514 Вт
Добавочные тепловые потери через окна 0.1
Фдоб.ок. 2614 01 2614 Вт
Добавочные тепловые потери через двери 1
Фдоб.дв. 707 1 707 Вт
926 270 19514 2614 707 37461 Вт
При расчете тепловых потерь отапливаемыми помещениями жилых
зданий из суммы основных и добавочных потерь следует вычесть бытовые
тепловыделения в количестве 21 Вт на 1м2 площади пола жилых комнат и
Фбыт 21 511 10731 Вт
Тогда Тепловые потери через ограждающие конструкции составят:
00 3852 2694 707 19514 29638 37461 10731 351038 Вт
РАСЧЕТ ТЕПЛОЫХ ПОТЕРЬ ОТДЕЛЬНЫХ КОМНАТ И ВЫБОР
ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ
1 Расчет тепловых потерь в комнате № 1
Тепловые потери через стены
Фдоб 1075 01 1075 Вт
Тепловые потери через окна
Тепловые потери через пол
Инфильтрация через притворы окон
Финф 3 12 1 (20 (37)) 151 36 860.7 Вт
Бытовые тепловыделения
75 1075 987 987 590 8607 4242 32947 Вт
В нашем случае бытовые тепловыделения не учитываем так как они не
значительны и в некоторых комнатах не устанавливаем обогревательные
Нормами проектирования рекомендуется рассчитывать и измерять
нагревательную поверхность отопительных приборов в эквивалентных
квадратных метрах (экм). Расчетная поверхность прибора экм
где 1 – поправочный коэффициент на установку нагревательных приборов
[3] (приложение 15);
- поправочный коэффициент учитывающий остывание воды в
трубопроводах (при открытой прокладке трубопроводов 2 =1 при
- поправочный коэффициент учитывающий относительный расход
воды через радиатор [3] (приложение 17);
tс = 05 (tг+t0) –средняя температура теплоносителя в приборе 0С;
tв - температура воздуха в помещении 0С;
Кэп - коэффициент теплопередачи при относительном расходе воды через
нагревательный прибор [3] (приложение 18);
Атр - эквивалентная площадь поверхности теплопередачи открытых
Кэп=7.5 для чугунного радиатора М-140-АО
Площадь поверхности падающего и обратного магистральных
трубопроводов наружным диаметром 33.5 ( dу=25 мм ) и длина 9 м
а для труб с dн 38 мм
где втр – коэффициент учитывающий расположение труб: втр=10 для подводок
к приборам и сцепок; вmp=075 для трубопроводов расположенных
у пола; вmp=05 для стояков; вmp=025 для трубопроводов
проложенных у потолка.
Апот 178 025 314 00335 9 0.4 м 2
Апол 178 075 314 00335 9 13 м 2
Для определения 4 находим относительный расход воды в
нагревательном приборе на 1 м2 эквивалентной площади по отношению к
условному расходу 174 кг(м2 ч)
Температуру теплоносителя в падающем трубопроводе принимаем tг=95 в
tср = 05 (95+70)=825
Определим число секций в радиаторе
где fэ - поверхность нагрева одной секции радиатора экм
fэ=0299 экм (Таблица 1.2 [2]);
Z - допустимое уменьшение поверхности нагрева против расчетной Z
э - коэффициент учитывающий число секций в радиаторе.
Принимаем п=20 секций
Установим 2 радиатора по 10 секций.
2 Расчет тепловых потерь в комнате № 2
Финф 3 12 1 (20 (37)) 11 36 627 Вт
19 452 412 412 255 627 18323 Вт
трубопроводов наружным диаметром 335 ( dу=25 мм ) и длина 44 м
Апот 178 025 314 00335 44 0.2 м 2
Апол 178 075 314 00335 44 07 м 2
Расчетная поверхность прибора экм
Допустимое уменьшение поверхности нагрева против расчетной
Принимаем п=4 секции
Установим 1 радиатор по 4 секций.
3 Расчет тепловых потерь в комнате № 3
Финф 3 12 1 (20 (38)) 191 36 1108 Вт
60 106 572 572 5536 1108 401 30558 Вт
трубопроводов наружным диаметром 335 ( dу=25 мм ) и длина 1015 м
Апот 178 025 314 00335 1015 047 м 2
Апол 178 075 314 00335 1075 142 м 2
Принимаем п=18 секций
Установим 2 радиатора по 9 секций.
4 Расчет тепловых потерь в комнате № 4
Финф 3 12 1 (20 (38)) 118 36 6844 Вт
1 761 572 572 413 6844 2478 23158 Вт
Апот 178 025 314 00335 118 055 м 2
Апол 178 075 314 00335 118 165 м 2
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ
Разделим циркуляционное кольцо на отдельные участки. Для каждого участка
определим тепловую нагрузку.
Определим расход теплоносителя mt (кгч) на расчетном участке
циркуляционного кольца. mt=
где Ф – тепловая нагрузка участка Вт;
t = tг-tо - расчетный температурный перепад теплоносителя в системе
отопления 0С для жилых домов принимается 95-70=250С;
определить среднюю величину удельной потери давления на трение по длине
расчетного циркуляционного кольца по формуле
где 065 - коэффициент учитывающий долю потери давления на трение от
общих потерь в трубопроводах;
- общая длина всех участков кольца м;
р - расчетное циркуляционное давление Па.
рн –избыточное давление создаваемое котлом принимаем рн=5 кПа
По найденным значениям mt и Rср участка пользуясь номограммой (стр. 21
[2]) определим ориентировочный диаметр трубопровода dу и поэтому
значению принять блажащий dу по стандарту и фактическое значение R1
для каждого участка.
Рд = u22 – динамическое давление потока жидкости Па;
где - плотность воды кгм3 принимаю =0635 кгм3 (стр. 22 [2])
Используя данные приложения 5[3] подчитываю сумму коэффициентов
местных сопротивлений на участках.
Задвижка нормальная 05
Внезапное расширение 075
Внезапное сужение 075
Потери давления рм на преодоление местных сопротивлений (Па)
определяют по формуле
где - сумма коэффициента местных сопротивлений на участке;
После по полученным результатам определяют общие потери
давления p =R*l pМ на участках и суммарную потерю давления в
рассчитываемом участке.
Диаметры трубопровода считаются подобранными правильно если
выполняется соотношение
При несоответствии указанных условий на отдельных участках
необходимо изменить диаметры труб и повторить расчеты.
Потери давления в разных циркуляционных кольцах не должны различаться
Таблица 3 Бланк расчета трубопроводов системы отопления
Проверяем запас по давлению:
Условие не соблюдается поэтому можно уменьшить диаметр трубы на 1
Условие не выполняется но мы выбрали оптимальный вариант запаса по
В жилых комнатах кухнях квартиры ванных комнатах жилых зданий
уборных и совмещенных санузлах в производственных помещениях в
которых отсутствуют вредные выделения или их содержание не превышает
допустимой санитарной нормы устанавливают общеобменную вентиляцию.
где К- кратность воздухообмена ч-1;
Vn-объем помещения м3.
Для кухни К при 4-х конфорных плитках 95 ч-1 для ванной комнаты К=25
ч-1 для туалета К=25 ч-1.
Vкух=106*95=1007 м3ч
где u - скорость движения воздуха мс. Рекомендуемые скорости движения
воздуха: при естественной циркуляции в вертикальных каналах
верхнего этажа u=05 06 мс
Для кухни применяем 4 вентиляционного канала
Для ванной принимается 2 вентиляционный канал
Кухня d'экв 014 037 м
Ванная d' экв 002 014 м
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
) Б.Х.Драганов А.В.Кузнецов С.В.Рудобашта. Теплотехника и
применение теплоты в сельском хозяйстве. –М.:Агропромиэдат 1990. 462 с.
) А.А.Захаров. Применение теплоты в сельском хозяйстве.М.:Агропромиздат 1986. - 286 с.
) А.А.Захаров. Практикум по применению теплоты и теплоснабжению в
сельском хозяйстве.-М.: Колос 1995. - 172с.
) Мигранов Д.Х. МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ – УФА:БГАУ; 1999.
ТЕПЛОТЕХНИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ НАРУЖНЫХ
1 Расчет потерь через полы . ..7
2 Расчет потерь через стены .9
3 Расчет потерь теплоты на инфильтрацию 10
ОТОПИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ .11
1 Расчет тепловых потерь в комнате № 1 11
2 Расчет тепловых потерь в комнате № 2 13
3 Расчет тепловых потерь в комнате № 3 14
4 Расчет тепловых потерь в комнате № 4 15
ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ СИСТЕМЫ ОТОПЛЕНИЯ 16
РАСЧЕТ ВОЗДУХОВОДОВ 19
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ..21
Входе курсовой работы провел расчет проектирование систем отопления
и вентиляции одноэтажного одноквартирного жилого дома.
Были решены следующие вопросы:
Теплотехнический расчет наружных ограждений.
Расчет тепловых потерь зданием.
Расчет площади нагрева и подбора нагревательных приборов.
Гидравлический расчет трубопроводов систем отопления.
Определение расчетного воздухообмена.
Входе работы получили навыки по решению теплотехнических задач
при проектировании зданий.

вопросы для ст-ов 3 курса 1108 00.pdf

Рассмотрены и утверждены
на заседании кафедры «Теплотехника и энергообеспечение
для самостоятельной подготовки студентов
по дисциплине Б3.Б.3 «Теплотехника»
для студентов 3 курса обучающихся по направлению подготовки «Агроинженерия»
профиль «Электрооборудование и электротехнологии»
энергетического факультета
Техническая термодинамика
Предмет и метод термодинамики. Основное понятия и определения. Теплота и работа. Термодинамическая система. Термодинамический процесс.
Уравнение состояния идеального и реального газов.
Первый закон термодинамики. Внутренняя энергия. Работа изменения объема газа.
Аналитическое выражение первого закона термодинамики. Располагаемая работа. Техническая работа. Первый закон термодинамики для потока.
Второй закон термодинамики. Формулировки второго закона. Термодинамический
КПД и холодильный коэффициент. Прямой и обратный обратимый циклы Карно. Свойства
обратимых и необратимых процессов. Энтропия. Математическое выражение термодинамики. Эксергия. Эксергитический. КПД тепловых двигателей и установок.
Водяной пар. Диаграмма h s – водяного пара.
Истечение газов и паров. Дросселирование.
Влажный воздух. Диаграмма H d влажного воздуха.
Анализ термодинамических процессов. (pvn=const pvk=const p=const v=const
Холодильные установки. Принципиальная схема и цикл парокомпрессорной холодильной машины. Холодильный коэффициент.
Принципиальная схема абсорбционной холодильной машины. Коэффициент теплоиспользования.
Тепловые насосы. Цикл теплового насоса. Отопительный коэффициент.
Термодинамический анализ процессов в поршневых компрессорах. Обоснование
многоступенчатого сжатия.
Принципиальная схема и цикл (Ренкина) простейшей паросиловой установки.
Способы повышения КПД ПСУ. Теплофикация. Коэффициент теплоиспользования.
Циклы тепловых ДВС. Термический КПД циклов. Сравнение циклов.
Теория тепломассообмена.
Основные понятия и определения.
Теплопроводность при стационарном режиме. Температурный градиент. Закон
Фурье. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Краевые условия. Теплопроводность плоской и цилиндрической стенок. Эквивалентная теплопроводность.
Конвективный теплообмен. Виды движения. Режим движения. Закон НьтонаРихмана. Понятие о тепловом и гидродинамическом пограничном слое. Основы теории
подобия. Числа подобия.
Теплообмен при свободном движении. Теплообмен при вынужденном движении.
Теплообмен при изменении агрегатного состояния (при кипении и конденсации).
Тепловое излучение. Основные законы теплового излучения. Теплообмен излучением между прозрачными телами.
Теплопередача. Коэффициент теплопередачи. Теплопередача через плоскую цилиндрическую и ребристую стенки.
Массообмен. Основные понятия и определения. Диффузия. Основной закон диффузии. Дифференциальное уравнение диффузии. Массоотдача. Коэффициент массоотдачи.
Числа подобия применяемые при расчете массообмена.
Теплообменные аппараты и их классификация. Расчет теплообменных аппаратов.
Топливо и теория горения.
Виды топлива и их классификация. Маркировка топлив.
Состав топлива. Характеристики топлива.
Процесс сгорания твердого и жидкого топлива. Определение теоретического и действительного количества воздуха для сгорания 1 кг топлива. Расчет объема продуктов сгорания топлива.
Топки применяемые для сжигания жидкого газообразного и твердых топлив.
Котельные установки.
Назначение и типы котельных установок. Принципиальная схема котельной установки. Котельный агрегат и состав котельного агрегата. Вспомогательное оборудование
котельной установки. Арматура и контрольно-измерительные приборы котельного агрегата. Гидравлическое испытание котлов. Тепловой баланс котельного агрегата. Топки котлов
и их теплодинамические характеристики.
Водоподготовка (подготовка питательной воды для котлов).
Котлы малой и средней мощности применяемые в сельском хозяйстве. Маркировка
Теплоснабжение сельского хозяйства.
Теплофизические характеристики сельскохозяйственных зданий и сооружений.
Расчет тепловых потерь отапливаемыми помещениями.
Системы отопления. Водяное отопление. Расчет теплопотребления системой отопления. Расчет трубопроводов систем водяного отопления с естественной и искусственной
циркуляцией воды. Особенности расчета трубопроводов 2х трубной системы отопления.
Паровое отопление низкого давления.
Расчет поверхности нагрева нагревательных приборов систем водяного и парового
Водяное отопление. Калориферы. Расчет и подбор калориферов.
Кондиционирование воздуха. Принципиальная схема и изображение процесса кондиционирования (летнего и зимнего) на диаграмме H d – влажного воздуха.
Системы вентиляции и их классификация. Вредности поступающие в помещения.
Расчет воздухообмена.
Горячее водоснабжение. Расчет тепловой мощности систем горячего водоснабжения.
Системы теплоснабжения и их классификация. Расчет тепловых потерь по укрупненным показателям на отопление вентиляцию горячее водоснабжение технологические
нужды. Подбор котлов. Расчет годового расхода теплоты и топлива.
Часовой и годовой графики теплопотребления. Температурный график регулирования
Расчет и подбор циркуляционных насосов и элеватора для систем отопления. Расчет конденсационного бака расширительного сосуда.
Применение холода в сельском хозяйстве. Ледяное и льдосоляное охлаждение.
Расчет расхода холода и льда при ледяном охлаждении. Расчет поверхности металлических резервуаров и поверхности решетчатых карманов. Машинное охлаждение. Парокомпрессорные и абсорбционные холодильные машины.

тест 110301.pdf

Рассмотрены и утверждены
на заседании кафедры «Теплотехника и энергообеспечение
по дисциплине – “Теплотехника”
студентов III курса специальности:
направление подготовки:
0800 – «Агроинженерия»
«Электрооборудование и электротехнологии»
Квалификация (степень) выпускника
Разработаны доцентом кафедры «Теплотехника и энергообеспечение предприятий»
При каком термодинамическом процессе вся теплота идет на изменение внутренней энергии ?
Какие термодинамические системы называются открытыми?
) системы которые обмениваются веществом с другими системами или с окружающей средой;
) системы у которых отсутствует теплообмен с другими системами или с окружающей средой;
) системы которые обмениваются веществом и энергией с другими системами или с окружающей средой;
) системы которые не обмениваются веществом и энергией с другими системами или с окружающей средой.
Какие термодинамические системы называются адиабатными?
) системы которые не обмениваются веществом и энергией с другими системами или с окружающей средой;
) системы которые обмениваются энергией с окружающей средой.
Термодинамическая система которая не обменивается веществом и энергией с другими и системами и окружающей средой называется:
Совокупность материальных тел находящихся в механическом и тепловом взаимодействии друг с
другом и окружающей средой называется:
) термодинамическим процессом;
) термодинамическими параметрами;
) термодинамической системой;
) термодинамическим свойством.
Взаимопревращение теплоты в механическую работу или механической работы в теплоту изучает:
) физическая термодинамика;
) химическая термодинамика;
) техническая термодинамика;
) термодинамика биологических систем.
Газ между молекулами которого отсутствуют силы взаимодействия а сами молекулы принимаются за материальные тела не имеющие объема называются:
Основными параметрами термодинамической системы являются:
) давление (Р) удельный объем () универсальная газовая постоянная (R );
) универсальная газовая постоянная (R ) термодинамическая температура (Т) давление (P);
) абсолютное давление (Pа ) термодинамическая температура (Т) удельный объем (V);
) абсолютное давление (Р) удельный объем(V) универсальная газовая постоянная (R).
Какое давление является параметром состояния?
Какими приборами измеряется избыточное давление?
Как определяется абсолютное давление если избыточное давление больше атмосферного?
Как определяется абсолютное давление если измеряемое давление меньше атмосферного?
Объем занимаемый единицей массы вещества называется:
Какая температура является параметром состояния?
Уравнение состояния для одного кг идеального газа выражается формулой:
Газовой смесью называется смесь:
) отдельных газов вступающих между собой в химическую реакцию;
) отдельных газов не вступающих между собой в химическую реакцию.
Согласно закону Дальтона давление газовой смеси равно:
) произведению парциальных давлений отдельных газов;
) сумме парциальных давлений отдельных газов;
Состав смеси задается:
) массовыми долями; 3) мольными долями;
) объемными долями; 4) массовыми объемными и мольными долями.
По какой формуле определяется газовая постоянная смеси если состав смеси задан объемными
По какой формуле определяется газовая постоянная смеси если состав смеси задан массовыми
Как определяется кажущаяся молекулярная масса смеси если состав смеси задан объемными долями?
Как определяется кажущаяся молекулярная масса смеси если состав смеси задан массовыми долями?
Как определяется газовая постоянная смеси если известна кажущаяся молекулярная масса?
Как определяется плотность газовой смеси если состав смеси задан массовыми долями?
Как определяется плотность газовой смеси если состав смеси задан объемными долями?
Какая существует связь между массовыми и объемными долями?
Как определяется парциальное давление газов в смеси если состав смеси задан объемными долями?
Как определяется парциальное давление газов в смеси если состав смеси задан массовыми долями?
Теплоемкостью называется отношение количества теплоты получаемого телом:
) при бесконечно малом изменении его состояния к связанному с этим изменением темпераQ
) при изменении его состояния к связанному с этим изменением температуры тела c
) при изменении его состояния к связанному с этим изменением объема и температуры
В зависимости от отнесенной к единице количества вещества различают:
) удельную массовую теплоемкость (с);
) удельную объемную теплоемкость (с’);
) удельную мольная теплоемкость (Сm);
) удельную массовую (с) удельную объемную (с’) и удельную мольную (сm) теплоемкости.
Как определяется удельная массовая объемная и мольная теплоемкости:
Какими соотношениями связаны между собой удельные массовая и мольная теплоемкости?
Какими соотношениями связаны между собой удельные массовая и объемная теплоемкости:
Какими соотношениями связаны между собой удельные: мольная и объемная теплоемкости?
По какой формуле определяется количество теплоты для нагревания в интервале температуры от
t1 до t2 Vo м3 газа?
) Q = Vo(c2t2-c1t1);
) Q = Vo(c’2t2-c’1t1).
Как определяется теплоемкость газовой смеси если известно объемный состав смеси?
Как определяется теплоемкость газовой смеси если известно массовый состав смеси?
Как определяется теплоемкость газовой смеси если известно молярный состав смеси?
Истинной теплоемкостью называется:
) элементарное количество теплоты необходимое для изменения температуры вещества на
элементарную величину сu
определенную температуру сu
) это есть отношение теплоты участвующей в процессе к изменению температуры сu
) это есть изменение температуры тела за счет отвода теплоты.
Средней теплоемкостью называется:
) количество теплоты необходимое для изменения температуры вещества в определенных
пределах температур с
) это отношение теплоты процесса к изменению его температуры с
) это отношение элементарной теплоты процесса и элементарному изменению температуры
) нет такого понятия.
Теплоемкость от температуры можем иметь:
) прямолинейную зависимость;
) криволинейную зависимость;
) не зависит от температуры;
) прямолинейную криволинейную зависимость и не зависит от температуры.
Как определяется средняя массовая теплоемкость от температуры в интервале температур от t1 до
t2 при прямолинейной зависимости ?
) с 2 co (t 2 t1 ) ;
t2 при криволинейной зависимости ?
Как обозначается массовая изохорная теплоемкость ?
Как обозначается объемная изохорная теплоемкость?
Как обозначается средняя изобарная теплоемкость?
Как обозначается средняя мольная изохорная теплоемкость?
Как определяется коэффициент Пуассона (показатель адиабаты)?
Какой формулой выражается зависимость между ср и сv установленный Майером?
) cmp - cmv = 83184;
Как определяется теплоемкость политропного процесса?
Как определить мольную теплоемкость при изобарном процессе если известны «к» и «R»?
Первый закон термодинамики в общем виде выражается уравнением
Что такое работа расширения (или сжатия)?
) работа совершаемая за счет изменения давления;
) работа совершаемая за счет изменения объема;
) работа совершаемая за счет изменения внутренней энергии;
) работа совершаемая за счет изменения и давления и объема.
Что такое работа проталкивания?
) работа совершаемая за счет изменения и давления и объема;
) работа совершаемая за счет изменения внутренней энергии.
Что такое располагаемая работа?
) работа совершаемая за счет давления;
) работа совершаемая за счет изменения и объема и давления;
) работа совершаемая за счет изменения энтальпии.
Положительная величина полезной работы указывает на
Отрицательная величина полезной работы указывает на
Наука изучающая тепловую энергию ее свойства и закономерности передачи в окружающей среде и физико-химических процессах называется:

Лабы 140100.pdf

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ
ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
БАШКИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра теплотехники и
энергообеспечения предприятий
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторным работам
Направление подготовки
Электрооборудование и электротехнологии
Квалификация (степень) выпускника
Методическое указание разработано к.т.н. доцентом Инсафуддиновым С.З..
и ассистентом Шарафеевым А.А.
1__г.) и методической комиссией энергетического факультета (протокол №__
Рецензент: д.т.н. Галиуллин Р.Р.
Ответственный за выпуск: зав. кафедрой к.т.н. доцент Инсафуддинов С.З.
Основные правила техники безопасности при работе в лабораториях кафедры «Теплотехника и энергообеспечение предприятий»
Лабораторная работа № 1 Изучение приборов и средств измерения параметров состояния термодинамических систем
Лабораторная работа № 2 Исследование термодинамических процессов во
Лабораторная работа № 3 Исследование работы поршневого компрессора
при изменении противодавления
Лабораторная работа № 4 Определение коэффициента теплопроводности
твердых тел методом монотонного нагрева
Лабораторная работа №5 Исследование теплообменных аппаратов с различными схемами движения теплоносителей
Лабораторная работа №6 Исследование коэффициента теплопередачи
Лабораторная работа 7 Изучение оборудования котельной установки
Лабораторная работа №8 Изучение конструкции бытового кондиционера и
определение холодильного коэффициента преобразования его цикла
Библиографический список
Перед выполнением лабораторной работы студент должен изучить описание рекомендуемую литературу подготовить пункты 1 4 отчета и устные
ответы на контрольные вопросы.
При выполнении работы студент обязан строго выполнять правила безопасности.
Обработку данных следует проводить по мере получения результатов
измерений чтобы своевременно обнаружить измерения искаженные нарушением стационарного теплового режима. Вычисления проводить с округлением
до трехзначных цифр.
Масштаб построения графиков выбирается так чтобы зависимость была
наглядной и занимала место не менее 100х80 мм и в виде равномерной цифровой шкалы наносится на координатные оси в пределах изменения независимой
переменной откладываемой по оси абсцисс и ее функции по оси ординат. На
осях указываются обозначения величин и размерности.
При оценке ошибки определения исследуемой величины абсолютные
предельные погрешности измеряемых параметров принимаются 05 цены деления шкалы измерительного прибора. Абсолютные погрешности длины и диаметров принимаются l=1мм и d=01 мм.
Отчет по выполненной работе должен содержать:
- название цель и задачи работы;
- понятие об исследуемом процессе;
- обработку данных с постановкой в формулы исходных цифровых величин по одному из опытов;
- результаты обработки всех опытов занесенных в таблицы;
- графики исследуемых процессов;
- выводы по полученным зависимостям и сравнение их с литературными
ОСНОВНЫЕ ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ
РАБОТЕ В ЛАБОРАТОРИЯХ КАФЕДРЫ «ТЕПЛОТЕХНИКА И
ЭНЕРГООБЕСПЕЧЕНИЕ ПРЕПРИЯТИЙ»
Лабораторные установки нагреваются электронагревателями до высоких
температур включенными в сеть 380220 В. В связи с этим следует выполнять
следующие основные правила техники безопасности:
Не касаться контактов и не проводить каких-либо соединений проводов
на включенной установке.
Не касаться нагревающихся поверхностей установок.
Не ставить около установок портфели не класть книги и другие предметы.
Осторожно обращаться с ртутными термометрами. Не допускать загрязнения помещения ртутью.
После окончания работы выключить установки не оставлять черновики бумагу.
При испытании тепловых машин (двигателя внутреннего сгорания
компрессора и др.) запрещается находиться в плоскостях вращения карданных
соединений маховика крыльчатки вентилятора.
Соблюдать правила пожарной безопасности.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ИЗУЧЕНИЕ ПРИБОРОВ И СРЕДСТВ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ
СОСТОЯНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
Цель работы – изучить конструкцию и принципы действия приборов для
измерения температуры давления влажности воздуха расхода и скорости
Оборудование: термометры манометры вакуумметры анемометры
психрометры гигрометры расходомеры.
Приборы и методы определения основных параметров при теплотехнических измерениях отличаются большим разнообразием и зависят от ряда поставленной задачи от способа подвода и отвода теплоты к объектам измерения а
также от других факторов.
При контроле над работой теплотехнического оборудования и для ведения
нормального технологического процесса при обработке различных продуктов
растениеводства и животноводства для создания оптимального микроклимата
измеряются температура давление влажность расход и скорость движения
1 Измерение температуры
Температура есть мера интенсивности теплового движения молекул: ее
численное значение однозначно связано с кинетической энергией молекул вещества.
Однако кинетическую энергию непосредственно практически измерить невозможно. Поэтому для измерения температуры используют различные косвенные методы зависимость каких-либо свойств вещества от температуры и по
изменению этих свойств судят об изменении температуры.
К таким приборам относят: термометры расширения манометрические
термометры термометры сопротивления термоэлектрические термометры
(термопары) специальные термометры.
Стеклянные жидкостные термометры. Принцип действия стеклянных
жидкостных термометров основан на различии теплового расширения термометрической жидкости и стекла термометра. В качестве термометрической
жидкости применяют ртуть (для измерения температуры от –35 до +80С) или
этиловый спирт (от –80 до +80С).
В схемах сигнализации и автоматического регулирования температуры
применяют ртутные контактные термометры. Один электрический контакт
термометра впаян в нижнюю точку капилляра и всегда соприкасается с ртутью
другие (обычно один или два) впаяны в капилляр на определенных отметках
шкалы и соприкасается с ртутью только при соответствующих значениях температур измеряемой среды.
Если среда в аппарате или трубопроводе находится под избытком давления
или вакуумом то в местах измерения температуры устанавливают жидкостные
термометры с защитным кожухом (гильзой). Для лучшего теплообмена пространство между резервуаром термометра и гильзой заполняют машинным
маслом (t до 150С) или мелкими опилками из красной меди.
Гильзы устанавливают в каналах или отводах трубопровода навстречу потока. Глубина погружения гильз не менее 85 мм.
Дилатометрический термометр. Действие этих термометров основано на
использовании разности удлинений стержней изготовленных из двух различных металлов которые должны значительно отличаться один от другого коэффициентами линейных расширений . Обычно применяют такие пары: латуньсталь или латунь-инвар.
Рисунок 1 Дилатометрический термометр: 1 – стержень из инвара ( или
стали); 2 – трубка латунная; 3 – показывающий механизм
Принцип действия термометра показан на рисунке 1. Стержень из инвара
(стали) одним концом укреплен на дне латунной трубки а другой его конец касается призмы показывающего механизма 3. В зависимости от температуры
стержень воздействует на показывающий механизм 3.
Манометрические термометры. Их применяют для дистанционного измерения температуры. Действие их основано на увеличении давления жидкости газа или пара с повышением температуры. Манометрический термометр
рисунок 2 состоит из термобаллона 3 воспринимающего изменение температуры измеряемой среды манометра 1 проградуированного в единицах температуры (С) и соединенной капиллярной трубки 3 длина которой в газовых термометрах допускается до 60 м.
Рисунок 2 Манометрический термометр: 1 – манометр; 2 – капилярная
трубка; 3 – термобаллон
В жидкостных манометрических термометрах рабочим веществом является
ртуть метиловый спирт и глицерин. Газовые термометры заполняют азотом
паровые легкокипящий жидкостью (фреонами хлорэтилом этиловым эфиром и
Пределы температур измеряемых манометрическими термометрами зависят от вида его рабочего тела и могут изменяться -160 до +600С для азота.
Термометры сопротивления. Термометры сопротивления являются
наиболее точными из всех термометров так как методы измерения электрических сопротивлений достаточно разработаны и имеют высокую точность. Они
обладают высокой механической прочностью значительной чувствительностью и могут быть использованы для измерения большого диапазона температур.
Рисунок 3 Термометр сопротивления:
а – схема термометра; б – установка
термометра; 1 – проволока; 2 – защитный кожух; 3 – каркас
Рисунок 4 Схема измерения сопротивления термометра потенциометрическим методом: П – потенциометр; Rк – контрольное сопротивление; Rt – термометр сопротивления;
Rp – регулировочное сопротивление
Термометр сопротивления рисунок 3 состоит из тонкой платиновой или
медной проволоки 1 бифилярно намотанной на каркас слюды керамики или
пластмассы и защищенной герметическим кожухом 2 от механических повреждений и агрессивного воздействия измеряемой среды.
Платиновые термометры сопротивления применяются для измерения температуры от –200 до +650С медные от –50 до +180С.
В качестве измерительных приборов применяются потенциометры уравновешивающие мосты логометры. Наиболее удобно потенциометрический метод (рисунок 4). Термометр сопротивления Rt включают в цепь источника постоянного тока последовательно с контрольным сопротивлением Rк. Допустимая для термометра сила тока до 10 мА поддерживается постоянной при помощи регулировочного сопротивления Rp. Последовательно измеряя потенциометром П падение напряжения Иt и Ик определяют сопротивлением термометра
Термоэлектрические термометры. Принцип действия термопар основан
на термоэлектрическом эффекте т.е. возникновением термодвижущей силы
(термо-ЭДС) в замкнутом контуре из двух разнородных проводников когда их
спаянные концы находятся в различных температурах. Наиболее распространены хромель-алюмелевые хромель-копелевые медьконстантовые железоконстантовые и платинородиевые термопары.
Если поддержать температуру одного спая термопары постоянным то значение термо-ЭДС будет зависеть только от температуры другого (рабочего)
спая который помещает в измеряемую среду.
Рисунок 5 Схема термоэлектрического термометра: 1 – горячий спай; 2 –
термоэлектроды; 3 – компенсационные проводы; 4 – свободные концы
термопары; 5 – термостат; 6 – соединительные провода; 7 – гальванометр
Прямое измерение осуществляется гальванометром 7 (рисунок 5) имеющим двойную (милливольтную и градусную) или одинарную (градусную) шкалу. Свободные концы 4 термопар удалены от места измерения температуры
компенсационными проводами 3 и помещены в термостат 5.
Этот метод измерения прост удобен но обладает рядом недостатков. Основной из которых – влияние сопротивления внешней среды (гальванометра
проводов и самой термопары) на показание прибора.
Более точные измерения термо-ЭДС дают компенсационные методы с
применением потенциометров.
Рисунок 6 Схема измерения термоЭДС при помощи потенциометра: 1 –
холодные спаи; 2 – горячий спай
Схема измерения при помощи потенциометра приведена на рисунке 6.
Термопара подключается к потенциометру через зажимы А.
Разность потенциалов потенциометра которая включается навстречу термо-ЭДС термопары создается в потенциометре на участке Rх основной цепи
прибора который состоит из гальванического элемента В сопротивлений R1 и
R0 и комбинированного измерительного сопротивления R1 по которму может
перемещаться контакт G. По основной цепи непрерывно идет рабочий ток J.
Для установления рабочего тока основной цепи служит вспомогательная
цепь потенциометра состоящий из сопротивления R0 нормального гальванического элемента НЭ нуль-гальванометра НГ и переключателей К1 и П. Нульгальванометр НГ можно подключить либо к цепи термопар (положение II переключателя П) либо к вспомогательной цепи (положение I переключателя П).
При работе на потенциометре сила тока J в основной цепи потенциометра
устанавливается всегда одна и та же. Установку рабочего тока основной цепи
проводят перед началом измерения термо-ЭДС термопары для чего замыкают
контакты К1 и К2 и переключатель П ставят в положение I. Далее изменяют регулировочное сопротивление R1 так чтобы нуль-гальванометр НГ показал отсутствие тока. После установления рабочего тока измеряют термо-ЭДС термопары устанавливая переключатель П в положение II а контакты К2 замкнуты.
Рисунок 7 Жидкостной Vобразный манометр: 1 – резиновая трубка; 2 – стеклянная
трубка; 3 – шкала; 4 – рабочая
2 Измерение давления
Давление представляет собой силу действующую по нормам к поверхности тела и
отнесенную к единице этой площади.
Для измерения давления используют различные типы манометров: жидкостные деформационные (мембранные сильфонные и
пружинные) грузопоршневые электрические.
Жидкостные манометры используют для
измерения небольших значений избыточных
давлений вакуума или разности давлений
Они просты по устройству и дают достаточно точные показания. Жидкостные манометры бывают двух видов: V-образные и чашечные.
Жидкостные манометры. Разновидностью чашечных манометров является микроманометры с наклонной трубкой применяемые для измерения малых давлений или раз-
В качестве манометрической жидкость используют ртуть дистиллированную воду этиловый спит толуол и др.
В V-образном манометре (рисунок 7) избыточное давление или разряжение (Па) уравновешивается высотой столба жидкости (h) (м) и определяется по
где - плотность манометрической жидкости кгм ;
ср – плотность среды над рабочей жидкостьюю кгм3;
g – ускорение свободного падения мс2.
Если ср то формула 2.1 упрощается и имеет вид
В чашечном манометре (рисунок 8) давление измеряется положением
уровня жидкости в одной узкой трубке а изменением высоты жидкости в самой
чашке пренебрегают если отношение площадей сечений измерительной трубки
S и сосуда А меньше 001. т.е. SА001. Если SА001 то формула 2.2 принимает вид
Рисунок 8 Чашечный манометр
Рисунок 9 Микроманометр с наклонной трубкой
При использовании микроманометра с накладной трубкой (рисунок 9) показание манометра пересчитываются по формуле
Малые давления (до 16 кПа) с большой точностью можно измерить при
помощи микроманометра типа ММН устройство которого показано на рисунке
Рисунок 10 Микроманометр типа
ММН: 1 – плита; 2 – поршень; 3 –
кронштейн; 4 – регулировочный
винт; 5 и 10 – резиновые трубки; 6 и
– штуцера; 8 – трехходовой кран; 9
– корректор нуля; 11 – измерительная трубка; 12 – стойка; 13 – уровни;
– цилиндрический резервуар
Деформационные манометры.В практике измерения давления широкие
применения нашли манометры основанные на использовании упругой деформации чувствительного элемента.
Наибольшее распространение получили манометры прямого действия в
которых перемещение чувствительного элемента вызывает перемещение стрелки прибора. В качестве примера на рисунке 11 изображена принципиальная
схема пружинного манометра прямого действия. Чувствительным элементом
является трубчатая пружина изогнутая труба 1.
Рисунок 11 Пружинный манометр: 1 – трубчатая пружина; 2 – корпус; 3 - зубчатые колеса; 4 – стрелки;
– зубчатый сектор; 6 – пробка с шариковой осью; 7 – поводок; 8 – штуцер; 9 – держатель; 10 – шкала; 11 –
Трубка имеет овальные сечения и одним концом жестко соединен с держателем 9 укрепленным в корпусе 2 манометра. Другой конец пружиной трубки закрытый пробкой 6 с шарнирной осью поводком 7 соединен с зубчатым
сектором 5 и зубчатым колесом 3. спиральная пружина 11 служит для устроения влияния зазора в зубчатом зацеплении. При помощи штуцера 8 манометр
присоединяют к сосуду давление в котором измеряется. При изменении давления пружинная трубка изменяет свою кривизну и поворачивает стрелку показывающую значение давления на шкале 10.
Аналогичны по устройству трубчатые вакуумметры и мановакуумметры.
Грузопоршневые манометры. Эталонами образцовыми приборами для
измерения известного давления до 600 МПа также абсолютного давления от
0027 до 04 МПа является грузопоршневые манометры (рисунок 12).
Рисунок 12 Грузопоршневой манометр: 1 – цилиндр; 2 – поршень; 3 –
тарелка; 4 – винтовой пресс; 5 – чашка
Рабочими частями манометра является цилиндр 1 и поршень 2 с тарелкой
на которую можно положить груз. Под поршень манометра залито масло.
Площадь поршня 1 см2. Для подачи масла служит винтовой пресс 4. Измерение
давления проводится во время вращения поршня и тарелки с грузом.
Грузопоршневые манометры являются хорошими приборами для измерения давления с высокой степенью точности. В работе они надежны.
Электрические манометры и вакуумметры. Широкое распространение
при лабораторных исследованиях получили электрические измерительные преобразователи с силовой компенсацией.
Сверхвысокие давления измеряют манометрами сопротивления. В их преобразователях использую материалы (манганин константан платина др.) электрическое сопротивление которых зависит только от давления.
Глубокий вакуум измеряют емкостными манометрами или манометрами с
термосопротивлениями.
Для измерения быстроизменяющихся давлений могут быть выбраны пьезокварцевые манометры где используется явление возникновения электрических зарядов при сжатии кварцевых пластин 3 (рисунок 13).
Для этих же целей используют тензометрические манометры; в этом случае наклеивается на трубку давление в которой надо измерить.
Рисунок 13 Преобразователь пьезоэлектрического манометра: 1 – мембрана; 2 – опоры; 3 – кварцевые пластины; 4 – пробка; 5 – шарик; 6 –
электроды; 7 – проводник
3 Измерение влажности воздуха
Влажность воздуха характеризуется относительной влажностью т.е. отношением количества фактически содержащихся в воздухе водяных паров к максимально возможному содержанию их при полном насыщении воздуха при той
же температуре и постоянном давлении.
Относительную влажность воздуха измеряют психрометрами гигрометрами и гигрографами.
Психрометры. Психрометры бывают статическими и аспирационные.
Статический психрометр состоит из двух совершенно основных термометров
укрепленных на одном штативе (рисунок 14).
Рисунок 14 Статический психрометр:
– сухой термометр; 2 – мокрый
Рисунок 15 Аспирационный психрометр: 1 – заводная рукоятка вентилятора; 2 – подвеска; 3 – вентилятор; 4 5 – сухой и мокрый термометры
Сухой термометр показывает температуру окружающего воздуха. Мокрый
термометр обернут кусочком тонкой гигроскопической ткани свободной конец
которой свернут жгутом и опущен в расширенную часть изогнутой трубки с
дистиллированной водой. С поверхности мокрого термометра происходит непрерывное испарение влаги интенсивность которого зависит от влажности воз13
духа. Чем суше воздух тем быстрее испарение со смачиваемого термометра и
этим ниже его показания так как воздух затрачивая теплоту на испарение влаги охлаждает резервуар термометра. По разности показаний сухого и мокрого
термометров пользуясь специальной таблицей прилагаемой к прибору определяют относительную влажность воздуха в (%).
Продолжительность наблюдений 10 15 минут.
Аспирационный психрометр (рисунок 15) более точный прибор по сравнению со статистическим. Его показания не зависят от колебаний скорости
движения окружающего воздуха потому что резервуары термометров заключенные в двойные трубчатые оправы во время измерения омываются принудительным потоком воздуха с постоянной скоростью. Поток создается аспиратором (вентилятором).
За 5 минут до начала наблюдений смачивают
дистиллированной водой б мокрого термометра с
помощью резинового баллончика с кибиткой
прилагаемой к прибору. Смочив водой термометр заводят ключом аспиратор и в течении 4
минут после его пуска регистрируют показания
сухого и мокрого термометров.
Относительную влажность воздуха находят
по разности показаний термометров используя
психрометрическую таблицу данного психрометра или же определяют по диаграмме Hd- влажноРисунок 16 Волосяной
гигрометр: 1 – регулиГигрометр. Гигрометр (рисунок 16) работает
ровочный винт; 2 – волос; на принципе деформации обезжиренного волоса
– рамка; 4 – шкала; 5 –
зависящий от влажности воздуха. При повышестрелка
нии влажности волос удлиняется и стрелка прибора перемещается вправо при понижении влажности волос укорачивается
стрелка отходит влево. Шкала прибора имеет 100 делений соответствующей
относительной влажности воздуха.
Волосяной гигрометр позволяет определять относительную влажность воздуха при температуре и ниже -10С.
4 Измерение расхода и скорости движения вещества
Расход измеряется в единицах производных от массы (кгс кгч) или от
Для определения мгновенного расхода жидкости газа или пара применяют
дроссельный и скоростной метод измерения. Средний расход вещества определяют при помощи мерных баков весов различных счетчиков.
Дроссельный метод измерения. Этот метод предполагает установку на
прямом участке трубопровода какого либо дроссельного прибора-диафрагмы
сопла сопла Вентури (рисунок 17) создающего некоторое сужение поперечного сечения.
Рисунок 17 Дроссельные приборы для измерения расхода: а – диафрагма; б –
сопло; в – сопло Вентури
В сужающем устройстве скорость движения потока увеличивается
вследствие чего по закону Бернулли происходит падение давления. Измеряя
перепад давлений в сужающем устройстве можно рассчитать расход измеряемой жидкости газа и пара.
Приборы для измерения скорости движения вещества. Для определения средней скорости потока применяются пневмометрические трубки
напорные трубки анемометры кататермометры.
Измерение скорости с помощью пневметрической трубки сводится к измерению динамического давления РД (скоростного напора) равного разности
полного Рn и статистического Рст давлений.
Полное давление можно измерить посредством открытой трубки Пито поставленной навстречу потоку а статистическое – при помощи трубки или отверстия в трубопроводе направленных перпендикулярно потоку. Если обе
трубки присоединить к противоположным концам дифманометра по разность
уровней жидкости р (рисунок 18) в нем покажет значение динамического давления.
Рисунок 18 Схема измерения динаРисунок 19 Двойная пневмометричемического давления в трубопроводе: ская трубка: 1 и 2 – осевое и радиаль1 и 2 – трубки полного и статистиченые отверстия
ского давления; 3 – дифференциальный манометр
Тогда скорость потока в данный сточке
где ’ – плотность рабочей жидкости в дифманометре кгм3; ср – плотность
среды в дифманометре над рабочей жидкостью кгм3.
При помощи двойной пневмометерической трубки (рисунок 19) можно измерять динамическое давление в любой точке поперечного сечения потока.
Приемником полного давления в нем является осевое отверстие 1 а – статистического давления радиальные отверстия 2.
Скорость движения воздуха в приточных и вытячиных отверстиях воздуховодов а также скорости свободных потоков в помещениях можно измерить
анемометрами (рисунок 20) и кататермометрами (рисунок 21).
Рисунок 21. Кататермометры а – цилиндрический; б – шаровой; 1 – нижний резервуар; 2 – капиллярная трубка; 3 –
Рисунок 20 Анемометры а – чашечный; б – крыльчатый: 1 – полусферическая чашка; 2 – счетный механизм;
Приборы для непосредственного измерения расхода вещества. Для измерения расхода газов или прозрачных жидкостей применяются ротаметры
(рисунок 22) являющийся расходомером обтекания. Перепад давления в нем
сохраняется постоянным а расходное поперечное сечение ротора витающего в
потоке измерения среды изменяется прямопропорционально расходу.
В зависимости от расхода ротор устанавливается на определенный высоте в стеклянной конической трубке расширяющейся к верху трубки ротаметра. Шкала ротаметра предварительно тарируется
а на цилиндрическом пояске ротора делаются косые
прорези для его центрирования в трубке.
Расход жидкости измеряются также при помощи расходомеров. Вращение крыльчатки или винтовой вертушки передается на счетчик прибора показывающий расход жидкости (м3ч).
Для измерения расхода жидкости или газа приРисунок 22 Схема рото- меняются объемные расходомеры показывающие
метра: 1 – стеклянная
суммарный расход вещества за данное время. Жидтрубка; 2 – ротор
кость или газ приводят в движение поршень или
овальные шестерни (у счетчиков жидкости) и роторы (у счетчиков газа) которые кинетически связанны с суммирующим счетным механизмом прибора.
Порядок выполнения работы
- изучить различные способы измерения параметров состояния термодинамических систем;
- ознакомиться с приборами установленными на лабораторных установках и стендах;
Отчет о работе должен содержать краткое изложение цели работы начертить схемы и описать принцип работы приборов.
Контрольные вопросы и задания
Какие основные параметры измеряют при контроле над работой теплотехнического оборудования?
Что собой представляют температура и давление?
Назовите приборы для измерения температуры.
Расскажите принцип действия стеклянных жидкостных термометров.
Расскажите принцип действия дилатометрических термометров.
Расскажите принцип действия манометрических термометров.
Расскажите принцип действия термометров сопротивления.
Расскажите принцип действия термоэлектрических термометров.
Расскажите принцип действия жидкостных манометров.
Расскажите принцип действия деформационных манометров.
Расскажите принцип действия грузопоршневых манометров.
Расскажите принцип действия электрических манометров.
Расскажите принцип действия психрометра.
Расскажите принцип действия гигрометра.
Назовите приборы для измерения расхода и скорости движения вещества.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2
ИССЛЕДОВАНИЕ ИЗМЕНЕНИЙ СОСТОЯНИЯ
Цель работы: изучение изменений параметров влажного воздуха в процессах протекающих в сушильной установке.
В результате выполнения работы должен быть изучен материал данной
темы и освоена методика экспериментально-графического определения параметров состояния влажного воздуха с использованием Hd-диаграммы.
Оборудование: сушильный электрический шкаф СЭШ-3М термометры
Атмосферный воздух используется в качестве рабочего тела в различных
технологических процессах например ля сушки сельскохозяйственной продукции в установках кондиционирования в системах обеспечения микроклимата в сельскохозяйственных производственных помещениях и др.
Давление влажного воздуха по закону Дальтона определяется по формуле
где Рвл.в. Рс.в. Рв.п.. - соответственно давление влажного воздуха парциальное давление сухого воздуха и парциальное давление водяного пара.
Основными характеристиками влажного воздуха являются его влагосодержание d и энтальпия H.
Так как при изменении состояния влажного воздуха количество сухого
воздуха в смеси не меняется то расчеты с влажным воздухом принято относить
к 1 кг сухого воздуха.
В настоящей работе в качестве опытной установки использован сушильный электрический шкаф СЭШ-3М который представляет собой небольшую
сушильную камеру защищенную слоем теплоизоляции с дверкой 4 для загрузки камеры (рисунок 1). Рабочая температура в сушильной камере обеспечивается электрическими нагревателями 7 и 8 помещенными в нижней части шкафа и поддерживается на заданном уровне с помощью терморегулятора состоящего из ртутного контактного термометра 1 и реле 13.
Нагреватель состоит из двух секций: основной 7 – мощностью 575 Вт и
дополнительный 8 – мощностью 522 Вт. Основная секция включена в цепь терморегулятора.
Выключатели нагревателей и гнезда контактного термометра расположены на панели шкафа. На крышке панели имеется окно для наблюдения за сигнальной лампой включения и выключения основного нагревателя.
Температура воздуха после нагревания измеряется хромель-копелевой
Рисунок 1 Сушильный электрический шкаф СЭШ-3М: 1 – контактный термометр; 2 и 3 – «сухой» и «мокрый» термометры; 4 – окно загрузочное; 5 – термопара; 6 – потенциометр; 7 и 8 – нагреватели; 9 – электродвигатель; 10 – вентилятор; 11 – включатель дополнительного нагревателя; 12 – включатель основного нагревателя; 13 – реле автоматического управления; 14 – подпятник; 15 –
Для определения относительной влажности сушилка снабжена двумя
одинаковыми ртутными термометрами 2 и 3 один из которых «мокрый». Баллончики термометров помещены в сушильную камеру в которой возможно
обеспечить нагрев окружающего воздуха и последующее увлажнение.
Баллончик «мокрого» термометра обернут батистом и непрерывно смачивается водой.
Методика определения основных параметров влажного воздуха
Перед началом опыта следует заполнить бюксы сырым материалом для
подсушивания и измерить их массу на весах ВЛКТ-500г-М с точностью 10 мг.
После необходимо по указанию преподавателя установить по контактному термометру 1 требуемую температуру в сушильной камере и установить выключатели основного 7 и дополнительного 8 нагревателей в положение «Вкл.».
Стационарный режим сушки характеризуется постоянством относительной влажности за сушилкой поэтому следует сразу же начать ее определение
«сухим» и «мокрым» термометрами.
Начальные параметры окружающего воздуха определяется по показаниям
«сухого» и «мокрого» термометров аспирационного психрометра. Чувствительный элемент мокрого термометра обернут батистом смачиваемой водой. За
минуты до начала измерений ткань смачивается водой с помощью резиновой
груши. Перед измерением заводится вентилятор и через каждые 30 секунд записываются показания «сухого» и «мокрого» термометров до тех пор пока показания «мокрого» термометра не достигнет минимума. По этим показаниям на
Hd- диаграмме влажного воздуха определяются параметры воздуха на входе в
По достижению стационарного режима в течении 15 минут через каждые
минуты записываем в журнал наблюдений показания всех термометров психрометра в сушильной камере показания термопары за калорифером потребляемую мощность сушильной установки массу высушиваемого материала в
начале и конце опыта барометрическое давление воздуха.
Параметры возду-матеха на входе в суриала
Мощность нагревателя
Таблица 1 Журнал наблюдений
воздуха за калорифером
Параметры воздуха в сушильной камере
Обработка результатов опыта
После окончания эксперимента необходимо усреднить результаты измерений и нанести процессы протекающие в сушилке на Hd-диаграмму (рисунок
Точка 0 характеризирует параметры
наружного воздуха. Чтобы определить температуру точки росы tр из точки 0 опускаем
перпендикуляр до пересечения с =100%
изотерма проходящая через эту точку определяет температуру точки росы.
Для нахождения парциального давления пара во влажном воздухе данного состояния из точки 0 опускаем линию d=
const т.е. точки 0 и 1 располагается на линии 0-1.
Разность энтальпии Н1-Н0 умноженная на массу сухого воздуха при нагревании
Рисунок 2 Процесс сушки на Hd- его в калорифере определяет тепловой поток
где mс.в. – масса сухого воздуха кг;
Н1 и Н0 – соответственно энтальпия нагретого и атмосферного воздуха кДжкг влажного воздуха.
где mводы – количество испаренной влаги кг;
d0 и d2 – соответственно влагосодержание атмосферного воздуха и воздуха после сушилки кгкг сухого воздуха.
где m – количество испаренной влаги во время эксперимента кг;
- продолжительность эксперимента мин.
где m1 и m2 – масса материала до сушки и после сушки кг.
Потери теплового потока в калорифере Фпот в кВт определяются как разность тепловой мощности электрического нагревателя и теплового потока на
нагрев воздуха в калорифере
где W – электрическая мощность нагревателя кВт.
Действительное количество теплоты Q в кДжкг затраченное на испарение 1 кг влаги определяется по формуле
В отчете по данной работе необходимо заполнить журналы наблюдений
определить к.п.д. сушилки и построить процессы на миллиметровой бумаге.
Перечислите основные параметры определяющие состояние влажного
Дайте определение абсолютной и относительной влажности воздуха.
Расшифруйте термин «влагосодержание» влажного воздуха и укажите
единицу его измерения.
Как определяется парциальное давление водяных паров при проведении
Как определяются парциальное давление сухого воздуха при проведении эксперимента.
На Hd-диаграмме влажного воздуха изобразите процессы нагрева сушки и охлаждения воздуха.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3
ИССЛЕДОВАНИЕ РАБОТЫ ПОРШНЕВОГО КОМПРЕССОРА
ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ПРОТИВОДАВЛЕНИЯ
Цель работы: изучение устройства рабочего процесса и методики испытания одноступенчатого поршневого компрессора. Определение показателей
Оборудование: компрессор ресивер газовый расходомер ваттметр термометр манометр
Компрессор – это машина для сжатия и подачи газов и паров. Компрессоры применяются в наддуве дизелей в пневматическом приводе тормозов тракторов и автомобилей в приводе пневмоинструментов в холодильных установках в газотурбинах и реактивных двигателях в строительстве металлургии
нефтехимии и других отраслях производства.
Рассмотрим процессы в одноступенчатом поршневом компрессоре (рисунок 1).
В теоретическом компрессоре принимаются следующие упрощения:
- вытеснение газов из цилиндров происходит полное при этом отсутствует зазор между поршнем и головкой цилиндра и не остается «вредного» объема
- нет потерь давления в клапанах процессы всасывания и нагнетания
идут по линии 4-1 и 2-3;
- утечки через зазоры и силы трения отсутствуют.
В теоретическом компрессоре без охлаждения цилиндра процесс сжатия
протекает по адиабате 1-2’. При идеальном охлаждении цилиндра - по изотерме
-2’’. Обычно цилиндр охлаждается потоком воздуха или воды тогда процесс
сжатия протекает по политропе 1-2.
На приводе компрессора при политропном сжатии затрачивается работа
W (заштрихованная площадь диаграммы). Минимальная работа затрачивается
при изотермическом сжатии (1-2’’). Максимальная - при адиабатном сжатии (12’).
В некоторых случаях например при наддуве автотракторных дизелей
турбокомпрессором не имеющим специального охлаждения в компрессоре
воздух подогревается теплотой отработавших газов и показатель сжатия (1-5)
больше чем показатель адиабаты (n1).
Работу на привод теоретического компрессора можно определить (рисунок 1.1 б)
W=пл. 1234=р2 V2 + pdV p1V1
После преобразования формулы
(1.1) для политропного сжатия
для адиабатного сжатия
для изотермического сжатия
В реальном компрессоре между
поршнем и головкой цилиндра имеется
зазор в котором остается «вредный»
объем сжатого газа (рисунок 1 в).
V0=4 10% от рабочего объема Vв.
Рисунок 1 Схема (а) диаграммы тео- Расширение газа оставшегося во
ретического (б) и реального (в)
«вредном» объеме (процесс АВ)
поршневого компрессора
уменьшает объем впускаемого газа до
величины Vвс. Утечки газов через зазоры уменьшают подачу компрессора.
Коэффициентом наполнения (подачи) называется отношение объема поступившего газа к рабочему объему цилиндра
Для поршневых компрессоров v=065 085.
Объемная подача (V1) компрессора оценивается по объему газа которая
подается в ресивер (потребителю) за единицу времени и приведен к параметрам
Массовая подача газа на впуске и нагнетании (если пренебречь утечками
через зазор поршень – цилиндр) определяется
где P1 – давление на впуске Па;
R – газовая постоянная Дж(кгК);
T1 – температура на впуске К.
Качественной характеристикой компрессора является степень повышения
Для одноступенчатого поршневого компрессора =4 8.
В лабораторной установке (рисунок 2) компрессор 3 засасывает воздух
через газовый счетчик 1 и подает его под давлением в ресивер 7. Компрессор
приводится в работу электродвигателем 4 через ременную передачу. На шкиве
компрессора закреплена крыльчатка вентилятора который охлаждает цилиндр
и головку компрессора. Мощность потребляемая электродвигателем компрессора измеряется ваттметром W.
Компрессор имеет число цилиндров Z=2 ход поршня S=85 мм диаметр
Ознакомиться с лабораторной
установкой и приборами. Записать в
таблицу 4.1 технические характеристики приборов.
Открыть вентиль 6 включить
электродвигатель и прогреть установку
Частично приоткрыть вентиль
до появления постоянного давления
Рисунок 2 Схема лабораторной уста- указанного преподавателем в задании
новки. 1 – газовый счетчик (расхо- на эксперимент. Тахометром измерить
дометр) 2- вакуумметр 3 – компрес- частоту вращения вала компрессора
сор 4 – электродвигатель 5 – предо- барометром – атмосферное давление и
хранительный клапан 6 – вентиль 7 температуру воздуха на входе. Заме– рессивер W – ваттметр t – термо- рить показания газового счетчика и
включить секундомер. Через Q м3 выключить секундомер. Занести в таблицу 4.2 время опыта и показания других
приборов (H t p2 Nф).
Изменяя закрытие вентиля повторить опыты при других давлениях в
Открыть полностью вентиль и выключить электродвигатель компрессора.
Обработать полученные результаты. Построить графики m=f(p2);
v=f(p2); k=f(p2); W=f(p2).
Сделать выводы по результатам работы:
- о характере изменения показателей;
- о причинах этих изменений;
- о том какие приборы лабораторной установки вносят большую погрешность в результат опыта и как повысить точность эксперимента.
Обработка результатов эксперимента
Рассчитываются следующие величины:
Объемная производительность компрессора по параметрам впуска.
где Q – изменение показаний газового счетчика за опыт м3;
- продолжительность опыта с.
Массовая подача компрессора
где - плотность воздуха по условиям на впуске кгм3
Рб – барометрическое давление Па;
R – газовая постоянная воздуха R=287 Дж(кгК);
Т – температура на впуске К
Коэффициент наполнения
где VТ – теоретическая производительность компрессора м3с;
D – диаметр цилиндра м;
Z – число цилиндров;
nк – частота вращения вала компрессора мин-1.
Мощность привода компрессора Вт при сжатии определяется по формуле (1.2). При расчете показатель политропы n =138.
Р1=Рб – давление на впуске Па
Р2=Рб+Ри – давление в рессивере Па.
Коэффициент полезного действия привода компрессора.
Nф – мощность одной фазы (показания ваттметра) Вт;
эд – кпд электродвигателя эд =086;
рп – кпд ременной передачи рп =082.
Относительная погрешность опыта
где Рб Т Ри Q nк Nф – абсолютные погрешности приборов
которыми измерялись соответствующие величины (см. введение).
Таблица 4.1 Технические параметры приборов
Таблица 4.2 Результаты наблюдения
Темперавала комтура t С
Таблица 4.3 Результаты обработки данных
Подача объем- массо- Коэфф.
КПД приводаПогрешкомпрессо- ность к
Каково назначение компрессора?
Какой объем компрессора называется «вредным» и как он влияет на
В каком случае подача компрессора окажется равной нулю?
Почему головку и цилиндр компрессора охлаждают?
При каких условиях затрачивается минимальная мощность на привод
при постоянной подаче компрессора?
Что собой представляет коэффициент наполнения?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОПРОВОДНОСТИ
МЕТОДОМ МОНОТОННОГО НАГРЕВА
Цель работы: изучить физический смысл и метод определения теплопроводности. Изучить зависимость теплопроводности от температуры.
Оборудование: нагревательная установка ИТ–λ–400
Теплопроводностью называется процесс теплообмена между микрочастицами тела при их непосредственном соприкосновении.
В чистом виде теплопроводность наблюдается в однородных твердых телах и неподвижных (в тонких слоях и порах) жидкостях и газах. Основной закон теплопроводности (закон Фурье) устанавливает: поверхностная плотность
теплового потока передаваемого теплопроводностью пропорциональна теплопроводности вещества и градиенту температуры.
где q - поверхностная плотность теплового потока Втм²;
- теплопроводность Вт(мК);
- градиент температуры – отношение элементарного изменения
температуры к изменению расстояния по нормам к изотермной поверхности
Изотермная поверхность – это поверхность состоящая из точек с одинаковой температурой.
Из уравнения (1.1) следует что теплопроводность численно равна плотности теплового потока при температурном градиенте равной единице (1 градус на 1 метр пути теплового потока).
Теплопроводность является физическим параметром вещества и зависит
от структуры пористости влажности температуры материала. Газы имеют минимальную теплопроводность равную 001 06 Вт(мК).
Теплообмен теплопроводностью объясняется передачей энергии между
движущимися микрочастицами: в газах – столкновением при движении атомов
и молекул; в жидкостях и неметаллических твердых телах – упругим колебанием молекул и кристаллов; в металлах– движением свободных электронов упругие колебания кристаллической решётки в теплопроводности металлов имеют
второстепенное значение.
Тепловой поток и количество теплоты передаваемый теплопроводностью определяются по зависимостям
где Ф - тепловой поток Вт;
Q - количество теплоты Дж;
А - площадь сечения перпендикулярная направлению распространения теплоты м²;
Экспериментально теплопроводность материала можно определить методом монотонного (с постоянной скоростью) нагрева образца.
Описание лабораторной установки и метода измерения
Установка ИТ–λ–400 состоит из блока питания и регулирования (БПР)
блока измерительного (БИ) и микровольтметра.
БПР обеспечивает монотонный со скоростью 01 градус в секунду
нагрев измерительной ячейки.
БИ имеет измерительную ячейку (рис. 5.1) верхняя часть которой может
подниматься по направляющей и отводится поворотом на 90º в сторону. Это
позволяет заменить испытуемый образец. В конструкции предусмотрены каналы и отверстия для подачи жидкого азота при охлаждении ядра ячейки в область отрицательных температур.
На медном основании 1 установлены пластины термометра 2 пластина
контактная 3 и образец 4. Образец сверху прижимают медным стержнем 5.
Температуры измеряются хромель-алюмелевой термопарами 9 которые защищены стальными трубками.
Тепловой поток поступает от основания 1 через пластины 2 3 образец 4
и поглощается стержнем 5.
Одновременно нагревателем разогревается охранный колпак 6 и поддерживаются адиабатические условия (нулевая разница температур и отсутствие
теплопотери боковыми поверхностями) между деталями 2 5 и колпаком 6.
размеры деталей подобраны так чтобы тепловые потоки аккумулируемые образцом были в 10 30 раз меньше теплового потока поглощаемого стержнем.
Рисунок 1 Схема измерительной ячейки прибора: 1 – основание тепломера; 2 – пластина тепломера; 3 – пластина контактная; 4 – образец; 5 – стержень; 6 – колпак охранный; 7 – прижим; 8 – нагреватели; 9 – термопары; 10 –
тепловая изоляция (фольга); Ф Фп Фо - тепловые потоки основания пластины
В этом случае температурное поле образца 4 оказывается близким к линейному стандартному и тепловой поток Ф0 проходящий через сечение образца можно записать
где 0 - перепад температур на образце К;
А - площадь поперечного сечения образца м²;
R0 - тепловое сопротивление образца (м²·К)Вт;
Rк - тепловое сопротивление контактов между образцом и стержнем
образцом и пластиной заделки термопар (м²·К)Вт;
mo и mc - массы образца и стержня кг;
co и cc - удельные теплоемкости образца и стержня Дж(кг·К)
- скорость разогрева измерительной ячейки Кс.
Тепловой поток Фт проходящий через среднее сечение пластины тепломера 2
к (05 mc m c m0c0 mC cC )
где т - перепад температуры на пластине тепломера К;
кТ - тепловая проводимость пластины тепломера ВтК;
mТ и mк - массы пластин тепломера и контактной кг;
сТ и ск - удельные теплоемкости пластин тепломера и контактной
Тепловой поток тепломера можно определить из Ф0 введя поправку на
Поправка обычно не превышает 5 10% поэтому ее можно определить
по ориентировочным данным теплоемкости образца:
На основании зависимостей 5.3 5.6 получим
O ; RO R А (1 ) O А (1 ) O
где n0 и nТ - перепады температур на образце и тепломере в делениях
Величины КТ и RК - являются постоянными установки (приведены в таблице 2) и определяются по градуировочным экспериментам с образцовыми эталонами теплопроводности из меди и кварцевого стекла.
Теплопроводность образца равна
где - теплопроводность Вт(мК);
ho - высота образца м.
Значения теплопроводности относится к средней температуре образца
где tc - температура измерения теплопроводности С;
At - чувствительность хромель-алюмелевой термопары КмВ;
no - перепад температуры на образце переведенный в мВ.
Для экспериментального определения теплопроводности методом монотонного нагрева образца на фиксированных уровнях температуры измеряются
в делениях перепады температур на образце n0 и пластине тепломера nТ.
Ознакомьтесь с конструкцией установки. Оттяните рукоятку движка
автотрансформатора блока БПР на себя (для расцепления зубчатого привода) и
поверните ее против часовой стрелки в исходное положение. Установите переключатель "ИЗМЕРЕНИЕ" в положение tc и переключатель "ТЕМПЕРАТУРА
Поднимите верхнюю половину корпуса измерительной линейки и отведите ее поворотом в сторону. Плоскости образца смажьте тонким слоем масла установите образец на контактную пластину тепломера и стержень (цифровой меткой к себе) на иглы термопары. Отпустите верхнюю половину корпуса
измерительной ячейки так чтобы вилка вошла в гнезда.
Включите блок питания включателем "СЕТЬ". Оттяните рукоятку автотрансформатора на себя и установите по вольтметру начальное напряжение 40
В. Включите кнопкой "НАГРЕВ" основной нагреватель. При достижении заданной температуры (при прохождении стрелки прибора через нулевую отметку) переключая рукоятку "ИЗМЕРЕНИЯ" в положение nТ и nО снимите значения перепадов температур в делениях шкалы и вновь поставьте рукоятку переключателя в положение tc. установите переключатель "ТЕМПЕРАТУРА" в следующее (согласно таблице 3) положение.
При достижении верхнего уровня температуры испытания выключите
НАГРЕВ" установите "ИЗМЕРЕНИЕ" в положение "УСТ.0" выключите блок
питания и регулирования. Откройте измерительную ячейку и проведите охлаждение ее до комнатной температуры.
Рассчитайте теплопроводность образца постройте зависимость теплопроводности от средней температуры =f(t). Сделайте выводы о характере и
причинах изменения теплопроводности от температуры и о путях повышения
точности эксперимента.
Рассчитайте поправку на теплоемкость тепловое сопротивление теплопроводность и среднюю температуру образца по формулам (1.6) (1.7) (1.8)
Удельная теплоемкость медного стержня (cс) постоянные лабораторной
установки (КТ и RК) чувствительность термопары (Аt) принимаются из таблицы
(1.2) по текущей температуре.стержня равна 4240 г. Характеристики
образца определяются измерениями диаметра высоты и массы.
Относительная погрешность определения теплопроводности
где h n d m - абсолютные погрешности высоты перепада температур диаметра массы принимаются равными половине цены деления соответствующих измерительных приборов.
Погрешности определения постоянных установки принимаются
Определите приборы дающие существенную часть общей ошибки измерения. Для повышения точности опыта необходимо эти приборы заменить на
другие приборы более высокого класса точности.
Таблица 1 Технические параметры установки
Таблица 2 Данные для расчета теплопроводности
Таблица 3 Результаты наблюдения и обработки данных
Объясните понятие теплопроводности.
Объясните понятие температурного градиента.
Объясните механизм теплопроводности в газах жидкостях и твердых
Объясните понятие монотонного нагрева.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛООБМЕННЫХ АППАРАТОВ С
РАЗЛИЧНЫМИ СХЕМАМИ ДВИЖЕНИЯ ТЕПЛОНОСИТЕЛЕЙ
Цель работы: освоение основ теплового расчета теплообменников определение среднего температурного напора и коэффициента теплопередачи.
Получение экспериментальной зависимости основных показателей теплообменника при работе по схемам прямотока и противотока.
Оборудование: установка для исследования теплообменных аппаратов
термометры насос нагреватель.
Теплообменные аппараты (теплообменники) – устройства предназначенные для передачи теплоты от одного теплоносителя к другому. В качестве теплоносителя в теплообменниках используется пар горячая вода продукты сгорания и др.
В сельском хозяйстве теплообменники применяются для нагревания воздуха используемого при сушке продуктов и обогреве теплиц и парников; для
нагревания воды идущей на технологические цели и отопление; для охлаждения молока и отводов тепла из систем охлаждения д.в.с. и т.д. Теплообменные
аппараты выполняются с простыми и сложными схемами движения теплоносителей.
К простым схемам относятся:
- прямоток – теплоносители движутся в одном направлении;
- противоток – теплоносители движутся в противоположном направлениях;
- перекрестный ток – теплоносители протекают во взаимно перпендикулярных направлениях. Например в радиаторе д.в.с.
Тепловой расчет теплообменных аппаратов основан на уравнениях теплового баланса и теплопередачи
mt1c p1 (t1 t1 ) mt 2c p 2 (t2 t2 ) ;
где Ф1 и Ф2 – тепловые потоки 1 (горячего) и 2 (холодного) теплоносителей Вт;
Ф – потери теплоты в окружающую среду (при хорошей изоляции
теплообменника ею можно пренебречь) Вт;
mt и mt – массовые расходы кгс;
ср1 и ср2 – массовые теплоемкости Дж(кгК) для воды ср = 4190
t1 и t1 - температуры горячего теплоносителя на выходе и входе в теплообменник С;
t2 и t2 - то же для холодного теплоносителя С;
А – величина поверхности теплообменника м2;
К – коэффициент теплопередачи Вт(м2К);
t – средний по поверхности теплообменника температурный напор.
При движении теплоносителей по схемам «прямоток» и
среднелогарифмический температурный напор определяют по
где t и tм – температурные напоры в разных концах
теплообменника наибольший и
напор вдоль поверхности теплообменника изменяется незначительно и выполняется отношение
то среднелогарифмический температурный напор можно заменить среднеарифметическим (с ошибкой не более 3%)
При перекрестном токе и сложных схемах движения теплоносителей
средний температурный напор вычисляется по формуле
где t – средний температурный напор подсчитанный для противотока;
м – поправочный коэффициент который зависит от схемы движения
теплоносителей и определяется по номограммам приведенным в литературе.
Рисунок 1 Схемы теплообменников и изменения температуры в них: а) прямоток; б)
Описание опытной установки
На лабораторной установке (рисунок 2) исследуется теплообмен для двух
случаев движения теплоносителей (воды) – прямотока и противотока. Установка состоит из теплообменника 4 бака 14 с электронагревателями 15 насоса 12 с
электромотором трубопроводов и измерительных приборов.
Теплообменник состоит из внутренних труб 5 диаметром d2d1=1076 мм
и длиной l=800 м помещенных в стальную наружную трубку.
Горячая вода под действием насоса 12 протекает по внутренним трубам 5
теплообменника охлаждается и поступает в бак 14 где вновь подогревается.
Для подогрева воды в баке смонтированы электронагреватели 15. Мощность
электронагревателя регулируется автоматически терморегулятором 13 с контактным термометром ТСП-100 так чтобы во время опыта температура воды на
входе в теплообменник поддерживалась постоянной.
Рисунок 2 Схема установки для исследования теплообменных аппаратов: 1 2 – ротаметры; 3 6 8 9 10 11
– вентили; 4 и 5 – корпус и внутренние трубки теплообменника; 7 – термометры; 12 – насос; 13 – терморегулятор; 14 – бак; 15 – нагреватель
Холодная вода поступает из водопровода в теплообменник через вентили
и 10 и может быть направлена в левую или правую часть теплообменника а
затем через ротаметр 1 сливается в канализацию.
При открытии вентилей 10 и 3 получается прямоток а вентилей 9 и 6 –
Расход холодной и горячей воды измеряется ротаметрами 1 и 2 установленными на вертикальных трубопроводах и регулируется вентилями 11 и 8.
Температуры горячей и холодной воды при входе и выходе ее из теплообменника измеряются лабораторными термометрами 7 установленными в заполненных маслом гильзах.
Ознакомьтесь с установкой проверьте наличие воды в баке.
Открыв вентили 10 и 3 подготовьте установку к испытанию на прямотоке. Включить электродвигатель водяного насоса.
По указанию преподавателя установить расход холодной и горячей воды с помощью вентилей 11 и 8 и получить установившийся тепловой режим
(постоянство температуры и расходов теплоносителей). Установившийся режим обычно достигается через 5 8 мин после пуска установки или через 3 5
мин после изменения расхода жидкости.
Выполнить 3 измерения температур и расходов с интервалами 2 3 мин
и занести в таблицу наблюдений.
Изменив расход одного из теплоносителей получите установившийся
тепловой режим и повторите измерения п. 4 для 4-х различных расходов.
Открыв вентили 6 и 9 и закрыв 3 и 10 подготовить установку к испытанию на противотоке. Расходы горячей и холодной воды должны быть такими
же как и на противотоке.
При установившемся режиме выполните по 3 измерения для 4-х расходов при противотоке по п. 4 и 5.
После окончания испытаний выключите электронагреватели и насос.
Закройте кран холодной воды.
Обработайте результаты испытаний и постройте графики изменений коэффициента теплопередачи в зависимости от расхода жидкости для прямотока
и противотока в одних и тех же осях координат.
Сделайте выводы по результатам лабораторной работы о том
- как и почему изменяется коэффициент теплопередачи К при увеличении
- какую схему движения теплоносителя выгоднее принять в условиях
- неточности измерений каких параметров сильно влияют на погрешности результатов опыта и как повысить точность опыта.
Для обработки можно использовать лишь данные полученные при установившемся тепловом режиме теплообменника. Расчеты ведут по средним значениям измеряемых величин. Расход теплоносителей определяют используя
тарировочные графики ротаметров.
Тепловой поток Ф определяется по правой части уравнения теплового баланса 1.1 (по холодному теплоносителю).
Коэффициент теплопередачи К определяют из зависимости (1.3) где А –
расчетная поверхность теплообмена в м2
где d – расчетный деаметр внутренних труб м; d=05(d1+d2);
n – число внутренних труб; n=7.
Средний температурный напор вычисляется по формуле (1.4) или если
выполняется условие (1.5) по формуле (1.6).
Относительная погрешность в определении коэффициента теплопередачи
находится по зависимости
где (t) – относительная ошибка средней разности температур.
Для среднеарифметической разности температуры:
где m d l - абсолютные ошибки измерения массового расхода
диаметра длины и температуры.
Таблица 1 Технические параметры приборов
Таблица 2 Результаты наблюдений
Перепад температур Q С
противоток прямоток схема
Таблица 3 Результаты обработки данных
Назначение теплообменных аппаратов.
Отличие схем движения теплоносителей – прямотока от противотока.
В каких случаях пользуются среднеарифметической и среднелогарифмической разностью температур?
Преимущества схемы движения теплоносителей противотоком перед
Как увеличить коэффициент теплопередачи теплообменника?
Признаки установившегося теплового режима в теплообменнике.
Сколько измерений необходимо сделать в каждом тепловом режиме и
сколько режимов необходимо получить для каждой схемы движения теплоносителей в данной работе?
Как уменьшить погрешность в определении коэффициента теплопередачи на данной установке?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА ТЕПЛОПЕРЕДАЧИ
Цель работы: изучить понятие и сущность коэффициента теплопередачи структуру полного термического сопротивления и влияние различных факторов на интенсивность теплопередачи. Получить экспериментальную зависимость коэффициента теплопередачи от скорости движения воздуха.
Оборудование: осевой вентилятор теплообменник термометр дифференциальный манометр.
Передача теплоты от одной подвижной среды к другой через разделяющую их твердую стенку называется теплопередачей.
Теплопередача - сложный процесс включающий в себя теплоотдачу от
горячей среды к стенке и от стенки к холодной среде. Здесь и далее под жидкостью понимается любая подвижная среда (газ пар жидкость движущийся сыпучий материал). Рассмотрим процесс теплопередачи через плоскую однослойную стенку толщиной с теплопроводностью λ в установившемся тепловом
режиме (рисунок 1). Через эту стенку передаётся тепловой поток Ф (Вт) от горячей жидкости с температурой Т1 - холодной – с температурой Т2:
где К - коэффициент теплопередачи Вт(м К);
А - поверхность стенки м2;
T - температурный напор К (0С); T=Т1-Т2=t1-t2.
Коэффициент теплопередачи равен количеству теплоты передаваемой через единицу площади перегородки от одной подвижной среды к
другой за единицу времени при разнице температур в один градус.
Величина обратная коэффициенту теплопередачи называется полным термическим сопротивлением или термическим сопротивление теплопередачи R.
Для однослойной плоской стенки
Рисунок 1 Изменение температуры в процессе теплопередачи
где α1 и α2 - коэффициенты теплоотдачи от
горящей среды к стенке и от стенки к холодной
α1 и 1α2 - термическое сопротивление
теплоотдачи Rα1 и Rα2;
λ - термическое сопротивление теплопроводности - Rλ.
В некоторых случаях термическое сопротивление R α1R α2 и R λ значительно
(в сотни раз) отличаются друг от друга. Тогда R (следовательно и К) определя38
ется наибольшим термическим сопротивлением а другие составляющие играют
Например. Рассмотрим теплопередачу через стальную стенку толщиной 2
мм от газов к кипящей воде если коэффициенты имеют следующие значения:
теплоотдача от газов к стенке α1=25 Вт(м2К);
теплопроводность стальной стенки λ=50 Вт(мК);
теплоотдача от стенки к кипящей воде α1=2000 Вт(м2К);
получаем: Rα1=1 α1=004 (м2К)Вт; Rα2=1 α2=00005 (м2К)Вт;
Rλ= λ=000250=000004 (м2К)Вт;
R=Rα1+Rλ+Rα2=004+000004+00005=00405 м2;
К=100405=2467 Вт(м2К).
В этом примере К=2467 α1=25 Вт(м2К). Следовательно без большой
погрешности величинами Rα2 и Rλ можно пренебречь и принять К= α1.
Установка (рисунок 2) состоит из теплообменника вентилятора и измерительных приборов. Теплообменник состоит из стальной трубы 4 кожуха 5
заполненного дистиллированной водой. В нижней части кожуха 5 в водяном
объеме смонтированы электронагреватель 9 с помощью которого вода доводиться до температуры кипения около 1000С.
Рисунок 2 Схема установки: 1-вентилятор; 2-заслонка; 3-термометры; 4внутренняя трубка; 5-кожух; 6-термоизолирующая вставка; 7дифферинциальный манометр; 8-диафрагма; 9-нагреватель
По внутренней трубе 4 обогреваемой кипящей водой вентилятором 1
продувается воздух. Температура воздуха на входе и выходе из обогреваемого
участка и температура кипящей воды в кожухе измеряются термометрами 3. На
входе в трубу 4 установлена диафрагма 8 которая вызывает падение давления
ρ измеряемое дифференциальным водяным манометром 7. Это падение давления пропорционально скорости и расходу воздуха регулируется заслонкой 2
установленной на другом конце трубы.
Ознакомиться с конструкцией лабораторной установки. Проверить
наличие воды в кожухе теплообменника и включить электронагреватель.
После закипания воды включить вентилятор и полностью открыть заслонку (наибольший расход воздуха).
Подождать появления стационарного теплового режима который характеризуется неизменностью показания всех термометров во времени при постоянном расходе воздуха такой режим наступает обычно через 3 5 минут
после включения вентилятора.
Измерить температуры перепад давления занести их в таблицу наблюдений. Измерения повторить 3 раза с интервалами 1 мин. Результаты измерения
занести в таблицу 8.2.
Изменяя положение заслонки провести измерения для 5-ти различных
расходов воздуха в соответствии с п. 8.4.4.
Выключить вентилятор и электронагреватель.
Обработать полученные результаты определить коэффициент теплопередачи и построить в общих осях координат графики К=() по опытным данным и α2=() по расчёту.
Сделать вывод о соответствии опытных и расчетных данных объяснить
вид полученной зависимости и указать пути снижения погрешности опыта.
Средняя температура потока воздуха в процессе теплообмена в 0С
t 2 =05 (t '2 +t"2 );
где t и t - температуры воздуха на входе и выходе С.
Плотность воздуха на входе и при средней температуре
где ρ0=1293 кгм3 - плотность воздуха при нормальных условиях;
Т2’ и Т2 - абсолютные температуры воздуха на входе и средняя К;
РБ - атмосферное давление кПа.
Массовый расход воздуха в кгс
где р - перепад давлений на диафрагме мм. вод. ст.
Тепловой поток передаваемый в теплообменнике воздуху Вт:
где ср=1000 Дж(кгК)-массовая теплоёмкость воздуха.
Коэффициент теплопередачи для тонкостенной трубы определяется из
уравнения (1.1) в котором А - площадь теплообмена определяется по внутреннему диаметру (d = 53 мм) и длине ( t1 и t2 температуры кипящей воды и средняя для воздуха. Средняя скорость воздуха в
где А1 - площадь сечения трубы теплообменника м .
По результатам обработки строится график К=().
Относительная погрешность при определении коэффициента теплопередачи определяется по формуле
где Б t (р) d l - абсолютное погрешности измерения атмосферного давления температуры перепада давления на диафрагме диаметра и длины (см. введение). Определение коэффициента теплопередачи расчетным путем
Для оценки эксперимента полученные по результатам опыта коэффициенты теплопередачи сравниваются со значениями К рассчитанными для каждого расхода воздуха на основе теории теплообмена. Для тонкостенной трубы
можно применить формулу (4.2).
В нашем случае термическое сопротивление теплоотдачи от кипящей воды к стенке 1α1 и термическое сопротивление стенки λ несравненно меньше
чем термическое сопротивление теплоотдачи от стенки воздуху 1α1. Поэтому
в условия нашего эксперимента можно принять
Для расчета воспользуемся теорией подобия. Воздух внутри трубы движется под действием вентилятора вынужденно. Для турбулентного движения
воздуха в каналах критериальное уравнение имеет следующий вид:
где Nu=αdλ - критерий подобия Нуссельта характеризующий интенсивность теплоотдачи в него входит искомая величина - коэффициент теплоотдачи
Re=dγ - критерий подобия Рейнольдса характеризующий режим
вынужденного движения жидкости или газа;
d - внутренний диаметр трубы м; d=53 мм;
λ - теплопроводность Вт(м2К);
γ - кинематическая вязкость м2с;
- средняя скорость потока воздуха мс;
l - коэффициент учитывающий изменение теплоотдачи на начальном участке трубы если ld50 то l берётся из приложения Г.
Для длинных труб (ld>50) принимается l=1.
Физические параметры воздуха (λ γ) берутся из приложения В по средней температуре воздуха t2.
Из уравнения (1.7) определяется критерии Нуссельта и затем коэффициент теплоотдачи
Расчетные значения α2=φ() строятся для сравнения на одном графике с
Таблица 2 Результаты измерений
Наименование величины
Средняя температура воздуха С
Коэффициент теплопередачи Вт(м2К)
Коэффициент теплоотдачи Вт(м К)
Средняя скорость воздуха мс
Относительная погрешность
Что называется теплопередачей из каких процессов простого теплообмена она состоит?
Физический смысл коэффициента теплопередачи.
Что называется полным термическим сопротивлением и из каких слагаемых оно состоит?
В каких случаях при определении К можно пренебречь отдельными составляющими термического сопротивления?
Каким способом в данной работе определяется расход воздуха?
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7
ИЗУЧЕНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ КОТЕЛЬНОЙ УСТАНОВКИ
Цель работы: изучить устройство котельного агрегата требования к
предохранительной и запорной арматуре контрольно-измерительным приборам вспомогательному оборудованию. Ознакомиться с расположением оборудования котельной установки правилами безопасной эксплуатации котельных
Оборудование: разрез котельной установки и плакаты
Котельная установка состоит из котельного агрегата и вспомогательного
оборудования. Котельный агрегат (котел) состоит из топки поверхностей
нагрева и устройств для получения пара или горячей воды требуемых параметров арматуры контрольных приборов и обмуровки.
Вспомогательное оборудование включает устройства для подготовки и
подачи в котельный агрегат топлива воздуха и питательной воды для удаления
золы шлака и дымовых газов.
В паровом котле находится вода под давлением при температуре выше
0С т.е. нагретая вода. При внезапной разгерметизации котла перегретая вода мгновенно вскипает. Объем образовавшегося пара примерно в 1500 раз
больше объема воды. Поэтому разгерметизация котла вызывает эффект взорвавшейся бомбы. Взрыв котла приводит к тяжелым последствиям разрушениям зданий и сооружений.
Для безопасной эксплуатации и регулирования работы котел оборудуется арматурой и контрольными приборами.
Арматуру котла можно разделить на виды:
- предохранительная (предохранительные и взрывные клапаны плавкие
пробки обратный питательный клапан);
- контрольная (водоуказательные приборы расходомеры и т.д.);
- запорная (задвижки вентили краны);
- регулирующая (заслонки шибер регуляторы расхода топлива и др.)
Предохранительная арматура котла дублируется и должна регулярно проверяться оператором и администрацией (представителями инженерной службы
Предохранительный клапан (ПК) защищает котел от повышения давления
выше установленного. ПК могут быть пружинными грузовыми рычажными и
На котле устанавливается не менее двух ПК. Один из них закрывается
кожухом пломбируется и называется контрольным ПК. Между котлом и ПК не
допускается установка никаких запорных устройств.
ПК имеет приспособление (рычажок тросик) для открытия его (продувки). Продувку ПК делает оператор котла не реже одного раза в сутки.
Для котлов очень низкого давления менее 20 кПа (02 ат) вместо ПК может устанавливаться гидрозатвор.
Таблица 1 Давление пробное и начала открытия клапанов в МПа
Вид котла и рабо- Пробное (при гидравличе- Предохранительные
Взрывной клапан защищает котел от разрушения при взрыве газов в топке и газоходах. В простейшем случае это окно закрытое листом асбеста в стене
топки направленной вверх или в дымовую трубу. При грубых нарушениях правил растопки и регулирования процесса горения в топке могут накопиться горючие газы и взрываться. Взрывной клапан срабатывает и предотвращает котел
и персонал от тяжелых последствий.
Плавкие пробки – защищают котел от взрыва при упуске воды (снижения
уровня воды ниже допустимого).
Плавкие пробки в котлах типа ДКВР заворачиваются в днище парового
барабана. При снижении уровня воды ниже допустимого они оплавляются и
пар начинает выходить в газоходы. Котел разгружается от давления. Плавкие
пробки на свежезалитые заменяются через 3 месяца.
Обратный питательный клапан защищает котел от упуска воды при неплотном закрытии или неисправности питательной задвижки.
Клапан пропускает воду в одном направлении в котел и устанавливается
на трубопроводе непосредственно у питательной задвижки со стороны насосов.
Водоуказательные приборы (ВП) – контролируют уровень воды в паровых котлах. В качестве ВП обычно используются водоуказательные стекла реже применяются водопробные краники на верхнем и нижнем допустимом
уровне воды. На котел устанавливают не менее двух комплектов ВП.
Водоуказательные стекла имеют краны и вентили для отключения от
котла и продувки и пробки для прочистки соединительных труб. На нижнем и
верхнем допустимом уровнях воды закрепляются метки-указатели допустимого
Проверку водоуказательных стекол проводит оператор раз в смену. Для
этого он делает продувку стекла паром затем водой и включение стекла в работу.
На котлах с паропроизводительностью более 700 кгчас устанавливается
автоматически действующие звуковые и световые сигнализаторы верхнего и
нижнего предельных уровней воды а также автоматика по прекращению подачи жидкого или газового топлива к горелкам или прекращению дутья твердом
топливе в случае снижения уровня воды ниже допустимого уровня («упуска»
При «упуске» воды категорически запрещается подпитка котла водой изза опасности взрыва котла. Поэтому при «упуске» котел аварийно останавливается.
Манометры устанавливаются на барабане парового котла на выходном
трубопроводе водогрейного котла до задвижки и перед регулирующим органом
на питательном трубопроводе.
Требования к манометрам установленным на котле:
Класс точности не ниже 25;
Рабочее давление находится в средней трети шкалы;
Метка на высшем рабочем давлении;
Диаметр шкалы позволяет легко читать показания с места оператора
(при установке на высоте до 2 5 м – не менее 160 мм);
Соединение манометра к котлу через сифонную трубку и трехходовой
Клеймо с отметкой о сроке проверки (до 12 месяцев) и пломба.
В паровых котлах манометр с паровым пространством котла соединяется
через сифонную трубку и трехходовой краник. В сифонной трубке образуется
конденсат который поддерживает постоянную температуру в манометре.
Для проверки манометра оператор один раз в смену поворачивает трехходовой кран (рисунок 4.1) в положение «б». Исправный манометр при этом
должен показать ноль. Представитель администрации контролирует рабочий
манометр раз за полгода с помощью эталонного манометра (рисунок 4.1 положение «в»).
Рисунок 1 Схемы проверки манометра: 1 – сифонная трубка; 2 – трехходовой кран; 3 – манометр; 4 – эталонный манометр. Положения крана: а – рабочее; б – проверка нуля; в – сверка с эталонным манометром; г – продувка сифонной трубки; д – сбор конденсата после продувки
Термометр устанавливается на выходе из котла на участке трубопровода
до задвижки. На водогрейных котлах второй термометр устанавливается на
Тягонапоромеры – контролируют разряжение и перепады давления на газовых котлах. По разряжению в топке можно отрегулировать процессы горения то есть найти оптимальное положение воздушной и тяговой заслонок.
Расходомеры – контролируют расходы топлива питательной воды котельной установки.
Вода из природных источников содержит примеси которые при выработке пара остаются и накапливаются в котловой воде. Эти примеси нарушают ра45
боту. Могут вызвать аварию котла. Для удаления примесей из воды используется методы и оборудование указанные в таблице 4.2.
Таблица 2 Способы обработки питательной воды
Основное оборудование
Отстаивание фильтра- Отстойники фильтры
Коагулирование и филь- Дозаторы + фильтры
химиче- Деаэраторы дозаторы
Соли образую- Осаждение ионный об- Дозаторы + отстойники сощие накипь
мен пропускание через лерастворитель + ионообмагнитное поле
менные фильтры противонакипные
Органические примеси – продукты жизнедеятельности или разложения
микроорганизмов водорослей растений и др. живых организмов а также
нефтепродуктов. При добавлении солей трехвалентных металлов органические
примеси слипаются в комочки (коагулируются) и затем удаляются фильтрованием или осаждением.
Накипь образует соли кальция и магния. Соли других металлов не образуют накипь и при чрезмерной концентрации выпадают в виде хлопьев рыхлого осадка.
При обработке воды методом ионного обмена ионы кальция и магния заменяются на ионы натрия или водорода что позволят обеспечить безнакипный
Для поддержания на допустимом уровне концентрации солей и удаления
рыхлых осадков часть котловой воды выпускают из нижних точек (делают
продувку котла) и подпитывают котел свежей питательной водой. Сроки и порядок продувки указывается в инструкции разработанной с учетом местных
условий эксплуатации котла.
Котел останавливается на чистку при достижении толщины накипи 05
мм. Чистка котла от накипи проводится механическим химическим (щелочным
или кислотным) способами.
Администрация обязана проводить техническое освидетельствование
котлов организовать 1 раз в год проверку знаний и получение допуска к работе
персонала постоянно контролировать работу котельной.
Техническое освидетельствование состоит их технического осмотра и
гидравлического испытания.
При техническом осмотре проверяется комплектность и исправность арматуры контрольных приборов и питательных устройств (см. п. 4.5). Дополнительно осматриваются через дверцы и лючки поверхность нагрева котла чтобы
убедиться в отсутствии деформации трещин следов подтеков.
Для гидравлического испытания отключаются предохранительные клапаны котел заполняется полностью холодной водой ручным насосом плавно
поднимается до пробного давления (см. таблицу 4.1) и выдерживается под этим
давлением. Если в течение 5 минут давление не снижается то котел выдержал
гидравлическое испытание.
Администрация проводит техническое освидетельствование перед первым пуском после каждой чистки и ремонта котла через каждые 12 месяцев
перед техническим освидетельствованием инспектором котлонадзора.
Изучите назначение устройство и взаимодействие деталей арматуры по
разрезам натуральным образцам и плакатам.
Обратите особое внимание на требования предъявляемые к арматуре и
контрольно-измерительным приборам комплектацию количество места присоединения их к котлу способу и срокам проверки.
- назначение общее устройство и действие вспомогательного оборудования: вентиляторов дымососов питательных насосов горелок для жидкого и газообразного топлива;
- способы подготовки питательной воды (водоподготовки) назначение и
общее устройство оборудования;
- обязанности администрации по обеспечению безопасности эксплуатации котлов содержание и периодичность технического освидетельствования
Составьте отчет в котором кратко укажите назначение требования к
комплектации способы и сроки проверки арматуры контрольноизмерительных приборов способы водоподготовки обязанности администрации по обеспечению безопасной эксплуатации котлов и содержание технического освидетельствования.
Из каких основных элементов состоит котельная установка и каково их
Какие контрольно-измерительные приборы устанавливаются на паровых и водогрейных котлах?
Какие требования предъявляются к манометрам?
Почему манометры соединяют с паровым пространством через сифонную трубку и 3-ходовой краник?
Какими приборами определяют разряжение в котельных агрегатах а
также давление воздуха в воздуховодах?
На какое давление срабатывания регулируется предохранительные клапаны паровых и водогрейных котлов?
Что называется упуском воды?
Почему при упуске воды нельзя подпитывать котел водой?
ЛАБОРОТОРНАЯ РАБОТА №8
ИЗУЧЕНИЕ КОНСТРУКЦИИ БЫТОВОГО КОНДИЦИОНЕРА И
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХОЛОДИЛЬНОГО КОЭФФИЦИЕНТА
ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЕГО ЦИКЛА
Цель работы: изучение конструкции бытового кондиционера и определение холодильного коэффициента преобразования его цикла
Оборудование: кондиционер потенциометр термопары.
Кондиционер включает в себя: холодильный агрегат состоящий из ротационного компрессора 1 конденсатора 2 фильтра-осушителя 14 капиллярной
трубки 13 расширителя 15 испарителя 11 и трубопроводов образующих герметично замкнутую систему. В качестве хладоагента используется “Хладон
”; из вентиляторов осевого 6 и центробежного 8 с общим электродвигателем
; пульта управления 12 с шума защитным устройством для регулирования режима работы. Все узлы кондиционера смонтированы на металлическом основании и закрыты пластиковым кожухом 10.
Кондиционер работает следующим образом. Компрессором 1 пары хладона R22 нагнетаются в конденсатор 2 представляющий собой теплообменник
в котором происходит охлаждение хладоагента окружающим воздухом и его
конденсация. Окружающий воздух засасывается осевым вентилятором 1 через
боковые решетки в стенках корпуса омывает наружные поверхности конденсатора и нагретый воздух удаляется в окружающую среду. Затем жидкий хладон
R22 проходит через фильтр-осушитель 14 капиллярную трубку 13 и поступает
в испаритель 11. В капиллярной трубке проходит дросселирование хладона
вследствие чего давление хладона падает до давления в испарителе 11 а жидкий хладон переходит в влажный насыщенный пар. Хладон охлаждает воздух
омывающий поверхность испарителя 11 который всасывается центробежным
вентилятором 8 через щели в испарителе и охлажденный воздух через поворотные решетки подается в помещение. Из испарителя 11 через расширитель 16
пары хладона отсасываются компрессором 11 и цикл повторяется.
Рисунок 1 Общее устройство лабораторной установки: 1 - компрессор; 2 – конденсатор; 3 – потенциометр; 4 – переключатель; 5 –
термопары; 6 – вентилятор осевой; 7 – электродвигатель; 8 – вентилятор центробежный; 9 –
клапан; 10 – кожух; 11 – испаритель; 12 – пульт
управления; 13 – трубка капиллярная; 14 –
фильтр осушитель; 15 – расширитель.
Таким образом кондиционер с одной стороны нагревает окружающий
воздух в конденсаторе а с другой - охлаждает в испарителе. В зависимости от
того что является конечной целью работы кондиционера(охлаждение воздуха
или его нагрев) он может функционировать как холодильная установка или
Рассмотрим цикл работы кондиционера в диаграммах рv и Тs (рисунок 2).
Рисунок 2 Диаграммы рv и Тs цикла кондиционера
При адиабатном сжатии 1-2 в компрессоре 1 давление хладоагента повышается от р1 до р2 а температура от Т1 до Т2. В результате чего влажный
насыщенный пар превращается в сухой насыщенный. Сухой насыщенный пар
(точка 2) поступает в конденсатор 2 где происходит конденсация пара при
р2=const и Т2=const. 2-3 - изобарно-изотермический процесс. Из конденсатора
выходит жидкий хладон в состоянии насыщения (точка 3). Жидкий хладон при
давлении р2 и температуре Т2 поступает в капиллярную трубку 14 где дросселируются до давления р1 и температуры Т1 (точка 4). Процесс дросселирования
является необратимым поэтому на диаграммах его изображают условно или
пунктиром. В испарителе 11 за счет теплоты отбираемой от воздуха жидкость
содержащаяся во влажном паре при р2=const и Т2=const испаряется и степень
сухости пара возрастает. На диаграммах р v и Т s изобарно-изотермный процесс 6 испарителя изображается линией 4-1. Из испарителя пары хладона
направляется в компрессор и цикл повторяется.
В разных режимах работы установки возможны случаи когда состояние
пара выходящего из компрессора может оказаться в области перегрева (рисунок 10.3 а) так и в области насыщения (рисунок 3 б).
Рисунок 3 Циклы кондиционера в Тs диаграмме: а) точка 2 в области перегрева; б) точка 2 в области насыщения
Если кондиционер работает с целью нагрева воздуха т.е. по циклу теплового насоса то его эффективность оценивается отопительным коэффициентом представляющим собой отношение количества теплоты Q1 сообщенного
воздуху в конденсаторе 2 к разности Q1-Q2 где Q2 теплота отведенная от воздуха в испарителе 11.
Если же кондиционер работает с целью охлаждения воздуха то есть по
циклу холодильной установки то его эффективность оценивается холодильным
коэффициентом представляющим собой отношение Q1 к Q1-Q2
Если числитель выражения 1 представить в виде (Q1-Q2)+Q2 то
Описание лабораторной установки
Установка для определения отопительного и холодильного коэффициентов цикла в кондиционере состоит из кондиционера БК-2000 (рисунок 1.1)
термопар 5 переключателя 4 и потенциометра для измерения ЭДС термопар.
Термопары установлены таким образом что они измеряют разность температур входа и выхода воздуха в испаритель 11 и конденсатор 2. Во время работы
кондиционера с помощью переключателя расположенного на пульте управления можно изменять режимы работы.
При высокой частоте вращения вентиляторов производительность по воздуху составляет Vи = 0139 м3с при низкой частоте - Vи = 00972 м3с.
Порядок выполнения опытов
Перед пуском кондиционера открыть поворотную решетку передней
панели. Проверить чтобы ручка переключателя находилась в положении
Перевести ручку переключателя в рабочее положение “Кондиц.”
“Сильно” что устанавливает производительность кондиционирования при высокой частоте вращения вентиляторов двигателя.
После установки ручку переключателя в положение “Кондиц.” переведите ручку регулятора температуры в положение “непрерывно”.
Разность температур воздуха на входе и выходе из кондиционера 2 и
испарителя 11 измеряем дифференциальными хромель-копелевыми термопарами 5 которые могут соединяться многоточечным переключателем ПМТ 2 с лабораторным потенциометром ПП-63 при установившимся режиме работы кондиционера.
Замеры повторяют на данном режиме три раза в течении цикла работы
компрессора то есть с момента включения компрессора в работу до следующего включения (примерно в течении двух минут с интервалом 15 секунд).
Замеры температур ведут в мВ. Чтобы перевести их в градусы Цельсия
воспользуемся градуировочной таблицей для хромель-копелевых термопар (см.
Результаты измерения и время замера занести в таблицу 1.
Перевести ручку переключателя в положение “Кондиционер” “слабо”
для установления режима 2 и повторить измерение по пунктам 4 7.
Определить среднеарифметические значения разности температур воздуха в конденсаторе tкср и в испарителе tиср.
Определить тепловой поток Фи (Вт) который передается от атмосферного воздуха к испарителю
где ср’ - объемная изобарная теплоемкость воздуха Дж(м3К). Для условий работы кондиционера в помещении ср = 07 кДж(м3С).
- среднеарифметическая разность температур воздуха на входе в
испаритель и выходе из него (из опыта) С;
Vи - расход охлажденного воздуха м3с; Vи= 0139 м3с и 00972 м3с
(из паспорта кондиционера) соответствующий режиму работы кондиционера.
Определить тепловой поток от кондиционера к воздуху помещения по
где Nком = 1100 Вт - мощность на привод компрессора (принимается из
паспорта кондиционера).
Кз = 11 - коэффициент запаса мощности ком = 085 - к.п.д. компрессора эл.дв. = 096 к.п.д. электродвигателя.
Определяем расход нагретого воздуха
где tкср - среднеарифметическая разность температур воздуха на входе в
конденсатор и выходе из него (из опыта) С.
По формулам 4.1 и 4.2 подставляя вместо Q1 и Q2 значения Фк и Фи
находим коэффициент трансформации (отопительный коэффициент) и холодильный коэффициент
6 Расчетные величины Фк Фи и заносим в таблицу 2 обработки результатов опыта.
Отчет по лабораторной работе должен содержать: название цель и задачи
работы схему опытной установки таблицы замеров опытных данных и резуль51
татов их обработки обработку данных с подстановкой в формулы исходных
цифровых величин выводы.
Таблица 1 Результаты наблюдений
Экспериментальные данные
Таблица 2 Результаты расчётов.
Из каких основных узлов состоит кондиционер? Их назначение.
Как изображается цикл кондиционера на диаграммах рv и Тs?
Как рассчитываются холодильный и отопительный коэффициенты? В
чем разница между ними?
Рудобашта С.П. Теплотехника [Текст] С.П. Рудобашта – М.: Колос
Баскаков А.П. Теплотехника [Текст] А. П. Баскаков и др.- М. : БАСТЕТ
Тихомиров К. В. Теплотехника теплоснабжение и вентиляция [Текст]:
учебник К. В. Тихомиров Э. С. Сергеенко. – 5-е изд. репр. – М.: БАСТЕТ
Быстрицкий Г. Ф. Основы энергетики [Текст]: учебник Г. Ф. Быстрицкий. - М.: ИНФРА-М 2006. - 277 с.
Захаров А.А. Практикум по применению теплоты и теплоснабжению в
сельском хозяйстве. – М.: Колос 1995. – 176с.
Бугай И.П. Коммунальные и бытовые отопительные котельные. – Киев:
Будивельник 1973.-223с.
Правила устройства и безопасной эксплуатации паровых и водогрейных
котлов. – С.-Петербург 2000.-222 с.
ПОДГОТОВКА К ИЗМЕРЕНИЯМ ПОТЕНЦИОМЕТРОВ ПП-63
Проверить установку стрелки гальванометра на «0».
Включить питание 6 (ПП-63) поставить переключатель 1 в положение
«К» и установить с помощью реостата 3 стрелку гальванометра на 0 т.е. установить рабочий ток потенциометра. У потенциометра ПП-63 для включения
гальванометра необходимо нажать на кнопку 5 «Грубо» затем «Точно»; верхняя ручка реостата 3 устанавливает ток грубо а нижняя – плавно.
Рисунок А1 Органы управления потенциометров ПП-63: 1 – переключатель
«контроль»-«измерение»; 2 – зажимы
для подсоединения термопар; 3 – реостат рабочего тока; 4 – переключатель
пределов измерения; 5 – кнопка гальванометра «грубо»-«точно»; Г – гальванометр; Р – реохорд
Установить переключателем 4 диапазон измерения начиная от 0 мВ и
поставить переключатель 1 в положение «И». С помощью реохорда Р вернуть
стрелку гальванометра на ) и по шкале против указателя прочитать значение
э.д.с. термопары с учетом положения переключателя 4.
По окончании измерения включить питание потенциометра (включатель
Термо Э.Д.С. хромель-алюмелевой термопары градуировка ХА мВ (АБС)
Физические параметры воздуха при В=760 мм. рт. ст.
Значение коэффициента f ( d )
Градуировочная таблица перевода мВ в С для хромель-копелевых термопар
Лицензия РБ на издательскую деятельность № 0261 от 10 апреля 1998 года.
Издательство Башкирский государственный аграрный университет.
Адрес издательства и типографии: 450001 г. Уфа ул. 50-лет Октября 34.