Вариант 6 КУРСОВАЯ + ЛАБЫ / Курсовая / Билеты.Экзамен по теплофизике

Билеты на экзамен по теплофизике

Теоретические вопросы

1. Влажный воздух. Основные определения. (насыщенный, ненасыщенный, перенасыщенный воздух, туман) Относительная и абсолютная влажность. Температура точки росы. Приборы, измеряющие влажность воздуха.

I-d диаграмма влажного воздуха. Основные термодинамические процессы изменения состояния влажного воздуха. Смешивание двух потоков воздуха. Расчет и построения в I-d диаграмме влажного воздуха

2. Теплопередача через однослойную и многослойную плоскую стенку в стационарных условиях при граничных условиях I и III рода. Коэффициент теплоотдачи, коэффициент теплопроводности, коэффициент теплопередачи, термическое сопротивление. Чем отличаются граничные условия I рода от граничных условий III рода.

3. Виды лучистых потоков (падающая лучистая энергия, поглощательная, отражательная, пропускательная способности). Абсолютно черное тело, абсолютно белое тело, прозрачное тело (привести примеры). Что определяет величина результирующего излучения Е_рез? Если Е_рез <0, то что происходит?

4 Теплопроводность в плоской и цилиндрической стенках при граничных условиях I и III рода. Чем процесс теплопроводности отличается от процесса теплоотдачи (теплоотвода).

5. Перенос массы (понятие плотности массы, уравнение сохранения массы) Вектор переноса массы в движущейся среде (стационарный и нестационарный режим). Понятие массопроводности. (примеры и уравнения массопроводности).

6. Лучистый теплообмен между серыми телами (формулы: тепловой поток излучения между двумя серыми телами, приведенная степень черноты, свойство взаимности угловых коэффициентов). Изобразить спектральное излучение серого тела и сравнить со спектральным излучением а.ч.т.

7. Понятие теплоемкости газа. Понятие изохорной и изобарной теплоемкости. Почему изобарная теплоемкость всегда больше изохорной? Понятие внутренней энергии газа (для реального и идеального). Почему изменение внутренней энергии идеального газа зависит только от изменения температуры? Зависит ли изменение внутренней энергии газа от характера протекания процесса? Почему?

8. Изотермическая влагопроводность в гигроскопических телах. (понятия парциальной плотности влаги, влажностного поля, вектора переноса влаги). Закон сохранения влаги.

9. Теплоотдача при движении среды в турбулентном режиме около плоской стенки (Схема, формулы, определяющие процесс движения)

10. Теплообмен при свободной конвекции. Теплоотдача в ограниченном и неограниченном пространстве.

11. Законы теплового излучения: закон Планка и Стефана – Больцмана. Можно ли этот закон применить к реальным телам? Как закон Стефана – Больцмана взаимосвязан с законом Планка?

12. Что такое степень черноты тела, что она характеризует?

13. Понятие теплопроводности (температурное поле, изотермическая поверхность, градиент температуры, вектор теплового потока, коэффициент теплопроводности). Почему вектор переноса тепла q и вектор grad t противоположны по направлению? Какая физическая природа коэффициента температуропроводности? Основные уравнения теплопроводности. (ур. теплопроводности, ур. для стационарных и нестационарных условий). Как коэффициент теплопроводности связан с другими параметрами среды и от каких параметров он зависит?

14. Внешняя работа газа. Работа газа для изобарного равновесного процесса в PV координатах. Зависит ли работа газа от характера процесса? Почему? Зависит ли изменение внутренней энергии газа от характера процесса? Почему?

15. Теплоотдача при поперечном обтекании труб при их шахматном и коридорном расположении.

16. Изохорный процесс. (изображение в P-V и Т-S координатах, когда процесс идет с подводом или отводом теплоты, основные формулы) На что расходуется подведенная теплота в изохорном процессе? Взаимное расположение изохор и изобар в Т-S координатах.

17. Теплоотдача при движении среды в ламинарном режиме около плоской стенки (Схема, формулы, определяющие процесс движения)

18. Изобарный процесс. (изображение в P-V и Т-S координатах, когда процесс идет с подводом или отводом теплоты, основные формулы) На что расходуется подведенная теплота в изобарном процессе? Взаимное расположение изохор и изобар в Т-S координатах.

19. Схема распределения падающей лучистой энергии (собственное, падающее, поглощенное, отраженное, эффективное, результирующее излучение тела) От каких параметров зависит эффективное излучение тела?

20. Изотермический процесс. (изображение в P-V и Т-S координатах, когда процесс идет с подводом или отводом теплоты, основные формулы) На что расходуется подведенная теплота в изотермическом процессе? Взаимное расположение изотермы и адиабаты в P-V координатах.

21. Теплоотдача при ламинарном режиме течения среды в трубах. (Схема, формулы, определяющие процесс движения)

22. Адиабатный процесс. (изображение в P-V и Т-S координатах, когда процесс идет с подводом или отводом теплоты, основные формулы) На что расходуется подведенная теплота в изотермическом процессе? Взаимное расположение изотермы и адиабаты в P-V координатах.

23. Экраны. Зачем нужны экраны?

24. Понятие конвективного теплообмена и массообмена. Физическая схема конвективного переноса тепла и массы. Чем характеризуется интенсивность конвективного теплообмена, массообмена? Как осуществляется перенос теплоты в процессе теплопроводности, конвекции? Критерии подобия, определяющие процесс движения. Физический смысл критериев Eu, Re, Pe, Pr. Соотношение Льюиса.

25. Теплоотдача при турбулентном режиме течения среды в трубах (Схема, формулы, определяющие процесс движения)

26. Понятие эффективности оребрения. Как изменится температура по длине ребра, если: 1) увеличить коэффициент теплоотдачи 2) уменьшить теплопроводность оребренной стены. Чем больше изменяется температура по высоте ребра, тем меньше теплоты отдается в окружающую среду. Чем это объясняется?

27. Прямой и обратный цикл Карно(изображение в PV координатах). Холодильный коэффициент. Почему к.п.д. необратимого цикла всегда меньше к.п.д. обратимого?

28. Теплообменные аппараты. Основные понятия. (классификация, принцип действия, основные параметры) Конструкторский расчет рекуперативных теплообменников

29. Законы теплового излучения: закон Ламберта, закон Кирхгофа. Как закон Ламберта взаимосвязан с законом Планка?. Как закон Кирхгофа взаимосвязан с законом Стефана – Больцмана и с законом Планка ?

30. Поверочный и конструкторский расчет рекуперативных теплообменников

ЗАДАЧИ

Плоская стальная стенка, толщиной 15 мм покрыта слоем теплоизоляции из стекловолокна. Определить толщину теплоизоляции, если температуры на поверхностях стенки составили -5 ⁰С и 15 ⁰С соответственно, коэффициент теплопроводности стали 46,5 Вт/(м ⁰С), коэффициент теплопроводности стекловолокна 0,048 Вт/(м ⁰С). Тепловой поток через 1 м² изолированной стальной стены составляет 48 Вт/м²

Трубопровод диаметром d₁/d₂ = 44/51 мм, по которому течет масло, покрыт слоем бетона толщиной 80 мм. Коэффициент теплопроводности материала трубы 50 Вт/(м ⁰С), Коэффициент теплопроводности бетона 1,28 Вт/(м ⁰С). Температура масла на данном участке трубопровода 200 ⁰С, температура окружающего воздуха 20 ⁰С. Коэффициент теплоотдачи от масла к стенке трубы 100 Вт/(м^{2 0}С) и от внешней поверхности бетона к окружающему воздуху 10 Вт/(м^{2 0}С). Определить потери теплоты с 1 м оголенного трубопровода и с трубопровода покрытого бетоном.

Паропровод диаметром d₁/d₂ = 160/170 мм покрыт слоем изоляции толщиной δ=100 мм с коэффициентом теплопроводности, зависящим от температуры: λ_из = 0,062(1+0,363*10^-2 t) Вт/(м ⁰С). Определить потери теплоты с 1 м паропровода и температуру на внутренней поверхности трубопровода, если температура наружной поверхности трубы 300 ⁰С, а температура внешней поверхности изоляции не должна превышать 50 ⁰С

Металлическая поверхность нагрета до температуры 927 ^оС и имеет коэффициент излучения (лучеиспускания) 3,5 Вт/м²К⁴. Определить: 1) плотность потока собственного излучения на поверхности, 2) длину волны, которая соответствует максимуму интенсивности излучения

Дано: кирпичная обмуровка парового котла (стенка) толщиной 250 мм. Вычислить температуры на поверхностях стенки, если, температура газов (с одной стороны стенки) 700 ⁰С и воздуха в котельной (с другой стороны стенки) 30 ⁰С. Коэффициент теплоотдачи от газов к поверхности стенки 23 Вт/(м^{2 0}С) и от стенки к воздуху 12 Вт/(м^{2 0}С). Коэффициент теплопроводности стенки 0,7 Вт/(м ⁰С).

Требуется охладить жидкость от 120 до 50 ^оС, для чего используется вода с температурой 10 ^оС. Конечная температура воды 24^оС. Определить необходимую поверхность охлаждения при прямотоке и противотоке, если коэффициент теплопередачи 1000 Вт/м^{2 о}С и передаваемый тепловой поток 14 кВт.

Боковая стена кабины локомотива выполнена из стального листа, толщиной 9 мм, с коэффициентом теплопроводности 46,5 Вт/(м ⁰С), и покрыта тепловой изоляцией. Тепловая изоляция представляет собой стекловолокно, коэффициент теплопроводности которого 0,04 Вт/(м ⁰С). Толщина теплоизоляции 60 мм. Вычислить температуры на поверхности стены с внутренней стороны кабины и с внешней стороны, если температура наружного воздуха - 20 ⁰С, температура в кабине 20 ⁰С. Коэффициент теплоотдачи к внутренней поверхности стенки 7,5 Вт/(м^{2 0}С); коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стены, обдуваемый ветром 20 Вт/(м^{2 0}С).

Определить поверхность нагрева рекуперативного теплообменника при прямоточном и противоточном движении теплоносителей. Теплоносителем является газ с начальной температурой 600 ^оС и конечной 300 ^оС. Необходимо нагреть 40000 м³/ч воздуха (объем при нормальных физических условиях) от 30 до 250 ^оС. Принять коэффициент теплопередачи 20 Вт/м^{2 о}С, теплоемкость воздуха постоянная

Определить тепловой поток через 1 м² изолированной кирпичной стены помещения толщиной (300 мм). Толщина теплоизоляции 120 мм. Коэффициент теплопроводности кирпича 0,8 Вт/(м ⁰С), коэффициент теплопроводности изоляции 0,048 Вт/(м ⁰С). Температура воздуха внутри помещения 20 ⁰С, коэффициент теплоотдачи к внутренней поверхности стенки 7,5 Вт/(м^{2 0}С); температура наружного воздуха - 30 ⁰С, коэффициент теплоотдачи от наружной поверхности стены, обдуваемый ветром 20 Вт/(м^{2 0}С).

Дано: трубопровод диаметром d₁/d₂ = 150/165 мм покрыт слоем изоляции толщиной 60 мм, проложенный на открытом воздухе, внутри трубы протекает вода со средней температурой 90 ⁰С и температура окружающего воздуха минус 14 ⁰С. Коэффициент теплопроводности изоляции 0,15 Вт/(м ⁰С) Коэффициент теплопроводности материала трубы 50 Вт/(м ⁰С). Коэффициент теплоотдачи от воды к стенке трубы 1000 Вт/(м^{2 0}С) и от поверхности изоляции трубы к окружающему воздуху 8 Вт/(м^{2 0}С). Определить температуры на внешней поверхности трубы (температура, где соприкасаются изоляция и труба) и на внешней поверхности изоляции.

Стальной паропровод с диаметром 80/85 мм и температурой на наружной поверхности 180 оС покрывается слоем минеральной ваты толщиной 50 мм. Найти суточную потерю теплоты паропроводом длиной 30 м, если температура наружной поверхности изоляции 32 оС Определить количество лучистой энергии, переданное в результате лучистого теплообмена между двумя серыми телами расположенными параллельно друг другу, если температура первого тела составляет 100 0С, а степень его черноты 0,6; температура второго тела составляет 3 0С, а степень его черноты 0,5.

Определить характер обработки воздуха в системе обеспечения микроклимата и представить его в I-d диаграмме (построить точку смеси и определить ее температуру). Рассчитать энтальпию и влагосодержание смеси. Дано: Система обеспечения микроклимата помещения – это система кондиционирования в летний период, температура воздуха в помещении 23 ⁰С при его относительной влажности 55 %, температура наружного воздуха 44 ⁰С при его относительной влажности 20 %, общий расход воздуха через систему кондиционирования 0,2 кг/с, расход наружного воздуха 0,08 кг/с.

Смешиваются два потока влажного воздуха с начальными параметрами: температура первого потока воздуха составляет 24 0С, его относительная влажность 60%, температура воздуха второго потока составляет 6 0С, его относительная влажность 80%. Определить температуру и относительную влажность смешенного воздуха, если количественное соотношение первого и второго потоков составляет 1:3 соответственно.

В холодильной установке необходимо охладить жидкость, расход которой составляет 275 кг/ч, от начальной температуры 130 ⁰С до конечной температуры 40 ⁰С. Теплоемкость жидкости 3,05 кДж/(кг⁰С). Для охлаждения используется вода с начальной температурой 5⁰С. Расход охлаждающей воды составил 1100 кг/ч, теплоемкость воды 4,19 кДж/(кг⁰С). Определить среднелогарифмический температурный напор и поверхность охлаждения при противотоке, если коэффициент теплопередачи составляет 1200 Вт/м²⁰С.

Между двумя серыми телами, расположенными параллельно друг другу установлен экран. Определить количество лучистой энергии, переданное в процессе лучистого теплообмена от одного тела к другому, а также определить температуру экрана, если температура первого тела 50 0С, степень его черноты 0,8; температура второго тела 20 0С, степень его черноты 0,9.
.

Смешиваются два потока влажного воздуха с начальными параметрами: температура первого потока воздуха составляет 18 0С, его относительная влажность 50%, температура воздуха второго потока составляет 40 0С, его относительная влажность 30%. Определить температуру и относительную влажность смешенного воздуха, если количественное соотношение первого и второго потоков составляет 1:5 соответственно.