Контрольні питання

з курсу «Теплотехніка та теплові машини»

1. Предмет теплотехніка. Коротка історія розвитку. Роль вітчизня­них вчених у розвитку теплотехніки. Значення курсу в політехніч­ній підготовці вчителя технології.

2. Предмет і методи термодинаміки. Термодинамічна система. Основні термодинамічні параметри. Ідеальний газ і рівняння його стану.

3. Перший та другий закон термодинаміки, їх аналіз.

4. Дослідження ізотермічного процесу.

5. Дослідження ізобарного процесу.

6. Дослідження ізохорного процесу.

7. Дослідження адіабатного процесу.

8. Політропний процес. Узагальнене значення політропного процесу.

9. Водяна пара як реальний газ, основні її характеристики.

10. Побудова термодинамічних діаграм води і водяної пари

11. Отримання перегрітої пари.

12. Принципова схема і основні елементи паросилової установки.

13. Кругові процеси (цикли), прямі, зворотні і не зворотні. Корисна робота і термічний ККД цикла.

14. Цикл Карно, його термічний ККД.

15. Індикаторна діаграма та ідеальний цикл ДВЗ.

16. Індикаторні та ефективні параметри ДВЗ. Рівняння теплового балансу.

17. Ідеальний цикл ДВЗ із ізохорним підводом тепла (цикл Отто).

18. Ідеальний цикл ДВЗ із ізобарним підводом тепла (цикл Дизеля).

19. Ідеальний цикл ДВЗ із змішаним підводом тепла (цикл Тринклера).

20. Підвищення економічності роботи теплових машин. Регенерація тепла. Наддув і його роль у розвитку двигунобудування.

21. Способи розповсюдження тепла і види теплообміну.

22. Теплопровідність. Закон Фур'є, коефіцієнт теплопровідності. Тер­мічний опір.

23. Теплопровідність через плоску одношарову стінку.

24. Теплопровідність через плоску багатошарову стінку.

25. Теплопровідність через одношарову ціліндрічну стінку.

26. Теплопровідність через багатошарову ціліндрічну стінку.

27. Конвективний теплообмін. Рівняння Ньютона-Ріхмана, його аналіз. Суть теорії подібності і моделювання.

28. Теплопередача. Рівняння теплопередачі, його аналіз.

29. Класифікація теплообмінних апаратів. Рівняння теплового балансу теплообмінного апарату. Розрахунок поверхні теплообміну.

30. Випромінювання енергії. Основні закони випромінювання.

31. Теплообмін випромінюванням між двома поверхнями. Значення екранів. Вплив газів на теплообмін випромінюванням.

32. Паливо та його характеристики. Склад органічних палив. Паливо ДВЗ.

33. Теплогенератори. Топки для згоряння палива (слоєві, факельні, камерні).

34. Газотурбінні двигуни. Принципові схеми, характеристики, принцип їх роботи. Показники ГТД, галузі їх використання.

35. Реактивні двигуни, їх класифікація, основи їх роботи.

36. Повітряно-реактивні, рідинно-реактивні двигуни, їх будова, галузі застосування та перспективи розвитку.

37. Котельні агрегати, їх класифікація та призначення.

38. Будова та принцип дії котельного агрегату.

39. Котельна установка, будова та принцип її роботи.

40. Тепловий баланс котельної установки, її ККД.

41. Парові турбіни, їх класифікація.

42. Активний та реактивний принцип роботи парової турбіни.

43. Потужність і ККД парової турбіни.

44. Теплові електростанції, призначення, їх класифікація.

45. Паротурбінні електростанції (КЕС,ТЕЦ), їх призначення, схеми, основне обладнання.

46. Економічні показники електростанцій (собівартість теплової і електричної енергії, коефіцієнт використання палива, ККД).

47. Атомні електростанції, їх схеми, основне обладнання.

48. Атомні реактори (гомогенний, гетерогенний). Перспективи ядерної енергетики в Україні.

49. Перспективні методи отримання електричної енергії (МГД, термоелектричні, термоіонні генератори).

50. Холодильні машини, їх класифікація та призначення. Схеми та робота компресійної та абсобційної холодильних машин.

51. Відновлювальні джерела енергії та перспективи їх використання.

Задача 1

Визначити, яка кількість повітря (в кілограмах) засмоктується в двигун внутрішнього згоряння за 60 с, якщо його температура t=20⁰С. Тиск повітря Р=1,2 бар, об’єм V=20 м³. Газова стала повітря R=283,7 Дж/(кг · ⁰С).

Задача 2

Визначити кількість витраченого кисню при автогенному зварюванні, якщо тиск у кисневому балоні знизився з 150 ат до 100 ат. Ємність балона 50 л, температура навколишнього середовища 20⁰С.

Задача 3

Газ, що виходить із тракторного газогенератора, має температуру 400⁰С. Визначити, яку кількість теплоти потрібно відняти від 1м³ газу, щоб охолодити його при сталому тиску до 30⁰С. Склад генераторного газу: СО=20%; СО₂=12%; N₂=68%.

Задача 4

За який час нагрівається 200 л води в електричному водонагрівнику - термосі до температури кипіння, якщо початкова температура води дорівнює 20⁰С, а витрата електроенергії на нагрівання 1л води до температури 70⁰С становить 0,1 кВт/год. Теплоємність води С=4186,8 Дж/(кг · ⁰С), необхідна потужність 6 кВт.

Задача 5

Визначити, яку роботу виконають гальма автомобіля при зупинці, якщо швидкість руху досягла 60 км/год. Маса автомобіля 3000 кг, маса гальм 20 кг; температура їх підвищилась на 15⁰С, питома теплоємність сталі, з якої виготовлені гальма, дорівнює 0,46 кДж/(кг ·⁰С). Втратами теплоти у навколишнє середовище знехтувати.

Задача 6

Із газогенератора протягом однієї хвилини відсмоктується 10 м³ генераторного газу при температурі 220⁰С, внаслідок чого газ охолоджується до 40⁰С. Визначити, яка кількість газу за об’ємом виходить з холодильників.

Задача 7

Два кисневих балона однакового об’єму з’єднані трубопроводом. Визначити тиск, який встановився в балонах при температурі t=25⁰С, якщо до з’єднання параметри газу в першому балоні були р₁=8 МПа і t=30⁰С, а у другому р₂=6 МПа і t₂=20⁰С.

Задача 8

Визначити витрати метану в газопроводі діаметром d=800 мм, якщо швидкість газу =15 м/с, абсолютний тиск Р_абс=5 МПа і температура t=20⁰С.

Задача 9

Яка кількість повітря повинна бути подана компресором в балон ємністю 20 л, щоб при температурі 18⁰С і барометричному тиску 750 мм. рт. ст. тиск у ньому підвищився з 1 МПа до 2 МПа?

Задача 10

Визначити об’ємну подачу компресора при температурі 20⁰С і барометричному тиску 750 мм. рт.ст., якщо при нормальних фізичних умовах вона дорівнює 3 м³/хв.

Задача 11

При роботі дизельного двигуна в циліндр під час всмоктування входить 0,9 кг повітря при початковій температурі 20⁰С. Від стінок циліндра повітря нагрівається до 80⁰С. Визначити, на скільки збільшиться внутрішня енергія, що входить у циліндр.

Задача 12

Автомобіль, маса якого дорівнює 4000 кг, зупиняється під дією гальма при швидкості =10 м/с. Визначити кінцеві температури гальмівних колодок, якщо маса їх 30 кг, а питома теплоємність сталі, з якої вони виготовлені с=0,46 кДж/(кг·⁰С). Початкова температура t₁=15⁰С. Втратами теплоти в навколишнє середовище знехтувати.

Задача 13

Яка кількість теплоти відводиться від 1 кг димових газів в газоході котла, якщо при сталому тиску температура їх знижується від 600 до 200⁰С? Об’ємний склад димових газів: СО₂= 11%; О₂=7%; N₂=82%.

Задача 14

Визначити витрати повітря в системі охолодження дизеля потужністю N=40 кВт, якщо теплота, що відводиться складає 80% корисної потужності двигуна, а температура охолоджуючого повітря підвищується на 15⁰С.

Задача 15

При розщепленні 1 кг урана в реакторі атомної електростанції кількість теплоти, яка виділяється, оцінюється величиною 22,9·10⁶ кВт·год/кг. Визначити, яку кількість вугілля з теплотою згоряння 29300 кДж/кг треба витратити для одержання такої ж кількості теплоти.

Задача 16

У циліндр компресора засмоктано 9 л повітря. У кінці стиснення, яке відбувалось при сталій температурі, об’єм повітря становить 3 л. Початковий тиск повітря становив 1,8·10⁵ Па. Визначити, до якого рівня стискалося повітря у компресорі.

Задача 17

Шляхом адіабатного розширення слід охолодити генераторний газ у холодильнику від 220⁰ до 40⁰С. Яка при цьому виконується робота на 1 кг газу?

Задача 18

У дизельному двигуні повітря стискується за політропним процесом; при цьому об’єм повітря зменшується в 15 разів. Визначити температуру повітря наприкінці стиснення і витрачену роботу на стиснення, якщо початкова температура повітря 50⁰С, показник політропи n=1,3. Маса повітря 0,5 кг, газова стала R=283,7 Дж/(кг·⁰С).

Задача 19

Із парового котла щогодини надходить до пароперегрівника 1000 кг пари при тиску Р=35 ат із мірою сухості Х=0,98. Температура пари на виході з пароперегрівника 400⁰С. Знайти кількість теплоти, що одержує пара в пароперегрівнику, якщо процес нагрівання відбувається при сталому тиску.

Задача 20

Потрібно нагріти 3 м³ води за годину від 20⁰ до 80⁰С шляхом конденсації пари, яку пропускають по змійовику (конденсат з водою не змішується) при тиску Р=2·10⁵ Па і мірі сухості Х=0,9. Скільки кг пари потрібно витратити за годину, якщо температура конденсату дорівнює температурі пари?

Задача 21

Скільки кілограмів пари під тиском 10 бар і вологістю 3% можна одержати у паровому котлі після спалювання 1000 кг торфу теплотворністю 12,0 МДж/кг? ККД котельної установки η=0,8, а температура води, яка надходить в котел, t=10⁰С.

Задача 22

Визначити термічний ККД паросилової установки, яка працює за циклом Ренкіна, якщо початкові параметри пари Р₁=40 бар, t₁=440 ⁰С. Тиск у конденсаторі Р₂=0,035 бар.

Задача 23

У циклі паросилової установки з початковими параметрами пари 8,82 МПа та 535⁰С. Тиск у кінці процесу розширення 1,76 МПа. Визначити термічний ККД і роботу 1 кг пари.

Задача 24

Паросилова установка - турбіна потужністю N=15000 кВт – працює на перегрітій парі t₁=450⁰С при тиску 35 бар. Тиск у конденсаторі Р₂=0,04 бар. Визначити секундну витрату пари на турбіну. Втратами при розширенні пари в турбіні знехтувати.

Задача 25

Визначити зовнішню температуру цегляної кладки трубчатої печі, якщо її площа S=140 м², тепловий потік Q=120 кВт, температура кладки в середині печі t_в=1020⁰С. Цегляна кладка має два шари:

а) з вогнетривкої цегли товщиною δ₁=250 мм, коефіцієнтом теплопровідності λ₁=0,34 Вт/м⁰С;

б) червоної цегли δ₂=250 мм, λ₂=0,68 Вт/м⁰С.

Задача 26

Гаряче повітря переміщується по ізольованому стальному повітропроводу прямокутного перерізу і подається в пічку парового котла. Товщина стінки повітропровода δ =4 мм( λ=52,34 ), а товщина ізоляції δ= 180мм ( λ₂=0,179 ). Температура внутрішньої поверхні стінки t_вн=300 ⁰С, а зовнішньої поверхні ізоляції t₃=30 ⁰C. Визначити кількість теплоти, що передається, якщо поверхня повітропроводу дорівнює 60 м².