Galagan_teploteh (1)

11.В закрытом сосуде емкостью V = 5 м3 содержится воздух при повышенном давлении р1 = 0,15 Мпа и температуре t1 = 120°F.

Врезультате охлаждения сосуда воздух, содержащийся в нем, теряет 205 кДж. Принимая теплоемкость воздуха постоянной, определить, какое давление и какая температура устанавливаются после этого в сосуде .

12.В калориметрической бомбе емкостью 300 см3 находится кислород при давлении р1 = 2,6 Мпа и температуре t1 = 22° С. Найти температуру кислорода t2 после подвода к нему теплоты в количестве 4,19 кДж, считая зависимость теплоемкости от температуры постоянной

13.Вода в количестве 5 л нагревается опущенным в нее электрокипятильником мощностью 600 Вт. За какое время вода нагреется до кипения, если ее начальная температура 30 °С? Предположить, что потери теплоты в воздух отсутствуют.

14.Газ массой 1,5 кг находится в цилиндре с подвижным поршнем. К газу извне подводится 20 кДж теплоты, и он совершает работу, равную 26 кДж. Найти изменение удельной внутренней энергии газа.

Задачи на закрепление темы «Теплопроводность»

1.Измерениями найдено, что через стенку холодильной камеры проникает тепловой поток плотностью 25,0 Вт/м2, темпе-

ратура в средней плоскости изоляционного слоя, состоящего из минераловатных плит толщиной =80 мм, —10°С, а на наружной поверхности изоляционного слоя 10 °С. Определить теплопроводность изоляционного слоя. Полученную величину сравнить с табличными данными . Процесс изобразить в виде эскиза

2.Цилиндрический аппарат диаметром d = 2 м и высотой h=5 м (рис.8) покрыт слоем теплоизоляции из асбеста толщиной 75 мм. Температура стенки аппарата t = 146°С, температура наружной поверхности изоляции t1= 40°С. Определить расход теплоты (тепло-

141

вой поток), теряемой через слой этой теплоизоляции
		q
		d
	t
t1	h
		Рисунок 8 – Схема аппарата

3. Бак испарителя холодильной установки можно изготовить из углеродистой стали у.ст=45,4 Вт/(м-К)] или из не-

ржавеющей стали н.ст =17,5 Вт/(м-К)]. В обоих случаях толщина стенки бака одинакова ( =6 мм). Известно, что плотность теплового потока от окружающего воздуха к баку 525 Вт/м2. Сравнить разности между температурами внутренней и наружной поверхностей стенки для двух вариантов конструкции. На сколько изменится тепловой поток если один бак сделать по площади больше другого в 3 раза. И из какого из двух материалов он должен быть сделан, если это кастрюля для супа; сосуд для хранения молока.

4.Стенка печи (рис.9) состоит из двух слоев: огнеупорного

кирпича толщиной 500 мм и строительного кирпича толщиной 250 мм. Температура внутри печи 1300оС, в окружающем пространстве – 25оC. Определить:

а) потери теплоты с 1 м2 площади стенки; б) температуру на границе огнеупорного и строительного кирпичей.

В) потери теплоты с 5,5 м2 площади стенки Коэффициент теплоотдачи от печных газов к стенке равен

α1= 34,8 Вт/(м2∙К), от стенки к воздуху – α2= 15,2 Вт/(м2∙К), коэф-

фициент теплопроводности огнеупорного кирпича

1=1,16

Вт/(м∙К), строительного кирпича – 2= 0,58 Вт/(м∙К).

142

t4	t3	t2
q		q
t5		t1

2 1

Рис.9 – Схема передачи теплоты

5. Определить полный тепловой поток через стенку (схема рис.10) парового подогревателя, в котором греющий конденсирующий пар при давлении 3,61 ∙кПа подогревает воздух. Средняя температура воздуха t=30oC; толщина стальной (Сталь 40) теплопередающей стенки =4 мм; коэффициенты теплоотдачи для пара

1=120 Вт/м2К и воздуха 2=11 Вт/м2К учесть наличие ржавчины на обеих сторонах стенки. Тепловое сопротивление одного слоя ржавчины составляет R = 4,3∙10-4 м2∙К/Вт . Принимаем площадь теплопередающей поверхности 1м2

Пар	q		Воздух
			q
	t1		t4=30оС

t2 t3

Рис.10 – Схема передачи теплоты

6. Безопасная глубина промерзания воды в садках для рыбы на колхозном рыбозаводе не более 1,5 м, теплопроводность льда=2,25 Вт/(м-К), отвод теплоты от поверхности льда в окружающий воздух может достигать 40 Вт/м2.

143

7. Рассчитать, какую максимальную толщину снега необходимо насыпать , чтобы рыба не могла погибнуть, если температура льда снаружи будет -35oC, теплопроводность снега 0,35 Вт/(м-К).

8. Стенка дома сложена из ледяных блоков=2,25 Вт//(м-К)]. Толщина стенки 0,9 м, плотность теплового потока 116,3 Вт/м2. На наружной поверхности стенки сохраняется постоянная температура —40 °С. Какой физический процесс будет происходить со льдом на внутренней поверхности стенки? При какой толщине стенки он прекратится? Какая температура установится на внутренней поверхности стенки?

9.Температура на внутренней поверхности стенки специальной печи 550 °С, на глубине 90 мм от наружной поверхности 152 °С. Толщина стенки 510 мм . Материал — строительный кирпич = 0,29 Вт/(м-К)]. Определите температуру в толщине стенки на глубине 60 и 210 мм от наружной поверхности. Изобразите процесс на рисунке

10.Рыба может жить зимой в озере только при температуре воды не ниже +1 oC. Глубина озера 3 метра. Определите на сколько

замерзнет озеро и сможет ли в нем жить рыба, если температура воздуха снаружи будет – 45oC, теплопроводность льда=2,25 Вт/(м-К), теплоотдача воздуха к поверхности льда достигает 40 Вт/м2 К, от льда к воде теплоотдача составляет 105 Вт/м2 К. Как изменится толщина льда если сверху на него насыплется 1 метр снега, теплопроводность снега 0,35 Вт/(м-К).

11. Температура на внутренней поверхности стенки специальной печи 900 °С, на глубине 190 мм от наружной поверхности 300 °С. Толщина стенки 1000 мм. Материал – строительный кирпич= 0,29 Вт/(м-К)]. Определите температуру в толщине стенки на глубине 600 и 300 мм от наружной поверхности. Изобразите процесс на рисунке

144

ПРИЛОЖЕНИЕ №1

ФОРМУЛЫ ДЛЯ РАСЧЕТА ГАЗОВЫХ СМЕСЕЙ

Таблица №1.

Таблица 2

Плотность и коэффициенты теплопроводности некоторых материалов

145

Материал	Плотность	Теплопроводность
	ρ, кг/м3	λ, Вт/(м∙К)
Асбест	600	0,151
Асбоцементная плита	300	0,087
Асфальт	1900…2000	0,070…0,080
Бетон	1900…2200	0,900…1,300
Битум	950…1000	0,302…0,348
Бумажная изоляция	200…250	0,070…0,080
Бутовая кладка	1700…2200	0,900…1,400
Стекловата	130	0,038
Шлаковата	250	0,076
Вата минеральная	200	0,052…0,064
Войлок минеральный	200	0,064
Войлок строительный	160	0,046…0,058
Газобетон теплоизоляционный	400…600	0,110…0,060
Дерево	500…800	0,140…0,230
Железобетон	2200…2400	1,400…1,500
Земля и насыпи	1600…1800	0,700…0,930
Камыши в щитах	250…300	0,070…0,090
Совелит	450	0,097
Текстолит	1380	0,240
Шлакобетон	1000…1500	0,400…0,700
Штукатурка цементная	1800	0,990…1,160
Алюминий	2700	202
Кладка кирпичная	1700	0,696…0,812
Опилки древесные	250…300	0,090…0,120
Лед	920	2,330
Пенобетон	550…570	0,140…0,170
Плиты пробковые	150…180	0,045…0,060
Плиты минераловатные	350	0,075
Плиты древесноволокнистые	400	0,054
Пенопласт	30	0,0464

146

Таблица 3

Теплофизическиесвойства водяного пара на линии насыщения

230	27,9	13,99	2803,	1813,0	3,63	4,09		0,806	17,36	1,24	1,54
	8		2		)				Па, с
		/кгм			К	,		м,		м,
	Па,		кДжкг/
t,°С				кДжr,кг/			/(ВтмК)	с /		с /
	10p		h		с	10		10а	10	10	Рг
		3			кДжкг/(	3		2		2
	5-	п,	п					6	6	6
			,
					,
					р
0	0,00	0,0048	2501,	2501,0	1,86	1,61		1790	8,75	1805	1,02
	61		0
		5
10	0,01	0,0094	2519,	2477,4	1,86	1,69		968	9,15	973,7	1,00
	23	0	4
20	0,02	0,0173	2537,	2453,8	1,86	1,76		548	9,50	549,4	1,00
	34		7
30	0,04	0,0304	2555,	2430,2	1,87	1,84		268	9,80	266,7	1,00
	24		9
40	0,07	0,0512	2574,	2406,5	1,88	1,93		201	10,30	201,4	1,00
	37		0
50	0,12	0,0830	2591,	2382,5	1,91	2,01		127	10,75	129,4	1,02
	34		8
60	0,19	0,130	2609,	2358,4	1,93	2,10		83,5	11,20	86,0	1,03
	92		5
70	0,31	0,198	2626,	2333,8	1,96	2,20		56,8	11,65	58,8	1,04
	16		8
80	0,47	0,293	2643,	2308,9	1,98	2,30		39,6	11,85	41,1	1,04
	36		8
90	0,70	0,423	2660,	2283,4	2,02	2,35		27,4	11,90	29,4	1,07
	11		3
100	1,01	0,597	2676,	2257,2	2,14	2,37		18,58	12,27	20,02	1,08
	3		3
110	1,43	0,826	2691,	2230,0	2,18	2,49		13,83	12,46	15,07	1,09
			4
120	1,98	1,121	2706,	2202,8	2,21	2,59		10,50	12,85	11,46	1,09
			5
130	2,70	1,496	2720,	2174,3	2,26	2,69		7,972	13,24	8,85	1,11
			7
140	3,61	1,966	2754,	2145,0	2,32	2,79		6,130	13,54	6,89	1,12
			1
150	4,76	2,547	2746,	2114,3	2,40	2,88		4,728	13,93	5,47	1,16
			7
160	6,18	3,258	2758,	2082,6	2,48	3,01		3,722	14,32	4,39	1,18
			0
170	7,92	4,122	2768,	2049,5	2,58	3,13		2,939	14,72	3,57	1,21
			9
180	10,0	5,157	2778,	2015,2	2,71	3,27		2,339	15,11	2,93	1,25
	3		5
190	12,5	6,397	2786,	1978,8	2,86	3,42		1,872	15,00	2,44	1,30
	5		4
200	15,5	7,862	2793,	1940,7	3,02	3,55		1,492	15,99	2,03	1,36
	5		1
210	19,0	9,588	2798,	1900,5	3,20	3,72		1,214	16,38	1,71	1,41
	8		2
220	23,2	11,62	2801,	1857,8	3,41	3,90		0,983	16,87	1,45	1,47
	0		5

Продолжение таблицы 3

147

240	33,4	16,76	2803,	1766	3,88	4,29	0,658	17,75	1,06	1,61
	8		0
250	39,7	19,98	2801	1716	4,16	4,52	0,544	18,24	0,913	1,68
	8
260	46,9	23,72	2796	1661	4,47	4,80	0,453	18,83	0,794	1,75
	4
270	55,0	28,09	2790	1604	4,82	5,12	0,378	19,32	0,688	1,82
	5
280	64,1	33,19	2780	1543	5,23	5,49	0,317	19,91	0,600	1,90
	9
290	74,4	39,15	2766	1476	5,69	5,83	0,261	20,59	0,526	2,01
	5
300	85,9	46,21	2749	1404	6,28	6,27	0,216	21,28	0,461	2,13
	2
310	98,7	54,58	2727	1325	7,12	6,84	0,176	21,97	0,403	2,29
	0
320	112,	64,72	2700	1238	8,21	7,51	0,141	22,85	0,353	2,50
	90
330	128,	77,10	2666	1140	9,88	8,26	0,108	23,93	0,310	2,86
	65
340	146,	92,76	2622	1027	12,35	9,30	0,081	25,20	0,272	3,35
	08						1
350	165,	113,6	2564	893	16,24	10,70	0,058	26,58	0,234	4,03
	37						1
360	186,	144,0	2481	720	23,03	12,79	0,038	29,13	0,202	5,23
	74						6
370	210,	203,0	2331	438	56,52	17,10	0,015	33,73	0,166	11,10
	00						0

148

149

Таблица 5

Физические свойства сухого воздуха при Р = 760 мм.рт.ст. = 98 кПа

Температура, оС	Плотность ,	Теплоемкость	Теплопроводность	Вязкость	Число
	кг/м3	С, кДж/(кгК)	·102, Вт/(м к)	динамиче-	Прандтля
				ская	Pr
				·106,Па с
–20	1,395	1,009	2,28	16,2	0,716
–10	1,342	1,009	2,36	16,7	0,712
0	1,293	1,005	2,44	17,2	0,707
10	1,247	1,005	2,51	17,6	0,705
20	1,205	1,005	2,59	18,1	0,703
30	1,165	1,005	2,67	18,6	0,701
40	1,128	1,005	2,76	19,1	0,699
50	1,093	1,005	2,83	19,6	0,698
60	1,060	1,005	2,90	20,1	0,696
70	1,029	1,009	2,96	20,6	0,694
80	1,000	1,009	3,05	21,1	0,692
90	0,972	1,009	3,13	21,5	0,690
100	0,946	1,009	3,21	21,9	0,688
120	0,898	1,009	3,34	21,9	0,688
140	0,854	1,013	3,49	23,7	0,684
160	0,815	1,017	3,64	24,5	0,682
180	0,779	1,022	3,73	25,3	0,681

Свойства водяной пар в состоянии насыщения по температуре Таблица7

Температу-	Давле-	Теплота паро-	Энталь-	Энталь-	Плот-
ра t0С	ние, Р,	образования r,	пия пара	пия жид-	ность ρ,
	кПа	кДж/кг	i΄, кДж/кг	кости i,	кг/м3
				кДж/кг
10	1,23	2476,9	2518,7	41,99	0,0094
20	2,34	2453,0	2536,7	83,86	0,0173
30	4,24	2429,6	2555,1	125,66	0,0304
40	7,35	2405,7	2573,1	167,45	0,0511
50	12,35	2381,8	2591,1	209,26	0,0830
60	19,92	2357,6	2608,7	251,09	0,1301
70	31,10	2332,9	2625,9	292,97	0,1979
80	47,40	2307,7	2642,6	334,92	0,2929
90	71,0	2282,2	2658,9	376,94	0,4229
		150