Правила проведення та порядок виконання практичних робіт

РОБОЧИЙ ЗОШИТ

Для виконання практичних робіт

з дисципліни «Теплотехніка»

Державний вищий навчальний заклад

“Харківський коледж будівництва, архітектури та дизайну“

Робочий зошит

Для виконання практичних робіт

З дисципліни «Теплотехніка»

Спеціальність: 5.05060103 «Монтаж і обслуговування теплотехнічного

устаткування та систем теплопостачання»

Розглянуто на засіданні циклової комісії теплотехнічних дисциплін

Протокол № 10 від 18 травня 2011 р.

Голова циклової комісії

Христоєва О.В.

Харків

2011 р.

Христоєва О.В. Робочий зошит для виконання практичних робіт з дисципліни «Теплотехніка» - Х.:

Харківський коледж будівництва, архітектури та дизайну,2011. – с.

Робочий зошит розроблено з метою надання практичної допомоги студентам при виконанні практичних робіт з дисципліни «Теплотехніка».

Робочий зошит містить інструкційні карти для проведення 9 практичних робіт, короткі методичні вказівки з дисципліни, таблиці та додатки.

Робочий зошит розглянуто і схвалено цикловою комісією теплотехнічних дисциплін і призначено для студентів коледжу.

Зміст

Вступ

1. Практична робота № 1

Тема: Визначення параметрів стану ідеальних газів та складу суміші ідеальних газів

2. Практична робота № 2

Тема: Процеси зміну стану газів

3. Практична робота № 3

Тема: Визначення параметрів вологого повітря за допомогою i-d діаграми

4. Практична робота № 4

Тема: Розв’язання задач по утворенню водяної пари то задач стану і дроселювання газів та пари

5. Практична робота № 5

Тема: Теплопровідність

6. Додатки

7. Список використаних джерел

Вступ

Дисципліна «Теплотехніка» вивчається на ІІ курсі протягом ІV семестру. Загальна кількість годин – 72 (аудиторні заняття), з них 10 г. – практичні роботи. Науково-методичну основу дисципліни складають закони фізики та хімії, знання з дисципліни «Вища математика». Дисципліна «Теплотехніка» є базою для вивчення студентами спеціальності «Монтаж і обслуговування теплотехнічного устаткування та систем теплопостачання» санітарно-технічних устаткувань будівель, опалення, котельних установок, теплових мереж, вентиляції і кондиціювання повітря.

Для закріплення теоретичних знань і набуття необхідних вмінь і навичок передбачається проведення практичних занять.

Теплотехнічний розрахунок конструкцій визначення параметрів пари та вологого повітря основан на знанні законів і положень термодинаміки та теорії теплообміну. Тому при виконанні практичних робіт розглянуті тільки ті питання, які потребують студенти спеціальності «Монтаж і обслуговування теплотехнічного устаткування та систем теплопостачання».

В процесі проведення практичних робіт з дисципліни передбачається застосування наочних приладь (плакатів, моделей, таблиць), каталогів, зразків трубопроводів та теплообмінного обладнання, вимірювальних приладів.

При викладанні дисципліни передбачається використання прогресивних підходів до ведення навчального процесу, сучасних педагогічних технологій на основі досягнень психології і педагогіки, інформатизації і комп’ютерізації навчального процесу.

Загальні відомості з організації та виконання

Практичних робіт

Мета практичних робіт – поглиблення та розширення знань, які були отримані студентами на теоретичних заняттях.

Виконання практичних робіт сприяє свідомому використанню отриманих знань на практиці, забезпечує активне та тверде їх засвоєння, вчить вірно їх використовувати при проведенні необхідних розрахунків.

Правила проведення та порядок виконання практичних робіт.

Проведення практичних робіт відбувається після відповідної теми. Студенти повинні передчасно готуватися до практичної роботи, щоб розібратися в сущності виконуємих робіт та бути готовими відповідати на надані питання.

Перед виконанням практичної роботи студенти повинні уважно вислухати пояснення викладача, зрозуміти мету роботи, сутність поставленного завдання та запам’ятати послідовність виконання роботи. Після вступного пояснення викладач розбиває учбову групу на окремі варіанти, які ведуть самостійну роботу.

Практичні роботи виконуються в робочому зошиті синіми чорнилами.

Термін виконання: 90 хвилин.

Практична робота № 1

Тема. Визначення параметрів стану ідеальних газів та складу суміші ідеальних газів.

Мета роботи: навчитись визначати термодинамічні параметри ідеальних газів та визначати склад суміші ідеальних газів.

Обладнання та інструменти: інструкційна карта, таблиці, мікрокалькулятор.

Література

1. Гуржий А.А., Огородников П.И. Теплотехніка, курс лекцій – Київ: издательство ДОМ «Слово», 2008 р.

2. Прибытков И.А. Теоретические основы теплотехники. Учебник для студентов учреждений сред.проф.образования. – М: издат.центр «Академия», 2004 р.

3. КолієнкоА.Г. Термодинаміка: навчальний посібник. – Львів: ЕКО інформ, 2006. – 130 с.

Методичні вказівки

1. Рівняння стану системи (Менделєєва - Клайперона)

PV = mRT

де Р – тиск газу, Па (абсолютний), Р = Р_а

V, m – об’єм та маса робочого тіла відповідно за заданих значень тиску Р_а і температури Т.

При термодинамічних розрахунках використовують такі теплові властивості робочих тіл, як:

- теплоємність С, кДж/кг ^. к, кДж/км³к, кДж/к моль ^. к;

- теплота q, кДж/кг, ккал/кг;

- робота l, кДж/кг, ккал/кг;

- внутрішня енергія V, кДж/кг, ккал/кг;

- ентальпія і, кДж/кг, ккал/кг;

- ентропія s, кДж/кгК, ккал/ кг ^. к;

- теплота випаровування і конденсації r, кДж/кг, ккал/кг;

- теплота згорання палива Q^Р_м, кДж/кг, кДж/мм³, ккал/кг, ккал/мм³.

Усі вказані величини віднесені до 1 кг, або 1 м³ робочого тіла, і тому мають назву питомих характеристик.

Питома середня теплоємність робочого тіла (РТ) – кількість теплоти, необхідна для зміни температури 1 кг (масова Ст), або 1 м³ (об’ємна Ст) робочого тіла на 1°С від t₁ до t₂. Залежно від виду термодинамічного процесу, в якому відбувається зміна температури, у розрахунках використовують ізохорну Стυ, ізобаричну Стр і політропну Стп теплоємності.

Для m (кг) робочого тіла кількість теплоти розраховують згідно із залежністю

де q – питома кількість теплоти, віднесена до 1 кг РТ, кДж/кг.

Для об’єму V, м³, кількість теплоти визначають через її питому кількість q', віднесену до 1 м³ робочого тіла

Якщо об’єм РТ (V) виразити через його масу, то

де , ρ – густина робочого тіла за відомих значень тиску Р і температури Т робочого тіла, кг/м³.

Під час теплообміну між кількома робочими тілами або робочим тілом і навколишнім середовищем кількість теплоти, що віддає більш нагріте тіло Q₁, дорівнює кількості теплоти, яку отримує менш нагріте тіло, Q₂.

Q₁ = Q₂; Q₁ – Q₂ = 0

– це рівняння теплового балансу.

Кількість теплоти, що виділяється під час повного згорання палива, називають теплотою згорання палива Q^Р_м.

Величину теплоти згорання використовують для визначення витрати палива В, мм³, за відомою величиною кількості теплоти Q, кДж, що витрачається для здійснення будь-якого термодинамічного процесу.

η – ККД перетворення теплоти згорання палива в теплоту робочого тіла.

Величину роботи L для тіла масою м, кг, визначаємо за формулою

L = m ^. l, кДж

Величину внутрішньої енергії для ідеального газу з температурою t незалежно від виду процесу обчислюють за формулою

, кДж/кг

t – температура ідеального газу, °С,

Стυ – ізохорична середня масова теплоємність газу, кДж/кг ^. к

Поняття «ентальпія» розуміють як повну енергію робочого тіла, що складається із внутрішньої енергії V і потенціальної енергії, рV

i = V + pV =V + RT

Ентальпію ідеального газу визначаємо за залежністю , кДж/кг

де Стр – ізобарична теплоємність,

Т – температура робочого тіла.

Ентропія визначається за формулою

кДж/кг ^. к

та характеризує стан робочого тіла.

До суміші ідеальних газів входять компоненти, які хімічно не взаємодіють і підлягають закону стану ідеального газу.

Склад газової суміші визначається кількістю кожного з компонентів і задається масовою або об’ємною часткою.

Масова частка – це відношення маси окремого газу m₁, що міститься у суміші, до маси всієї суміші m

g₁ = m₁/m, g₂ = m₂/m, g_n = m_n/m

∑g_i = 1

Об’ємною часткою називають відношення об’єму кожного компонента, що входить до суміші V₁, до об’єму всієї суміші V

r₁ = V₁/V, r₂ = V/₂/V, r_n = V_n/V

∑r_i = 1

Об’ємна і мольна части рівнозначні. Тиск суміші газів дорівнює сумі парціальних тисків компонентів, з яких складається ця суміш (закон Дальтона)

Парціальний тиск кожного з компонентів суміші визначають за відомим тиском суміші та об’ємною часткою компонентів

Завдання № 1

Стиснутий до ___________атм азот, що міститься у балоні об’ємом V= ____ м³, випускають в атмосферу. Початкова температура азоту ______⁰С. Коли тиск досягне _______ атм, вентиль в балоні закривають. Температура азоту в ньому зменшується до ______⁰С. Визначити массу випущеного азоту.

Вирішення

Складаємо рівняння стану (Менделєєва – Клайперона ) для азоту до й після випускання його з балона зі сталим об’ємом V= ____ м³

P_nV = m_n RT_n; P_kV = m_k RT_k;

де m_n, m_k – початкова й кінцева маси азоту в балоні. З рівнянь стану маємо

m_n = P_nV / RT_n; m_k = P_kV / m_k RT_k

Тоді масу випущеного в атмосферу азоту визначають за залежністю

=

де R – газова стала для азоту

Відповідь_____________________

Завдання № 2

Яка кількість балонів ємністю ________ л необхідна для перевезення _________кг кисню, якщо при температурі _______⁰ С тиск газу в балоні _______МПа (по манометру).

Барометричний тиск 760 мм.рт.ст. (0,101 МПа).

Вирішення

Маса кисню в одному балоні згідно рівняння Менделєєва – Клайперона

PV = mR_огT

Звідки

де Р – абсолютний тиск кисню, МПа

Р = Р_надл+ Р_бар =

V – об'єм балону м³

Температура Т = t + 273,15 = К

Численне значення газової сталої віднесеної до 1 кг газу (питома газова стала)

Газова стала кисню

Тому маса одного балону

Необхідна кількість балонів

де m – маса кисню

Відповідь__________________

Завдання № 3

Склад сухого атмосферного повітря по масі О₂ = _______% та N_{2 =} __________%. Визначити середню молекулярну масу та газову сталу повітря, об’ємні долі та парціальний тиск компонентів при тиску повітря Р_см = _________Па.

Вирішення

Середня молекулярна маса повітря

де – масові частки кисню та азоту.

Газова стала повітря

де μ_см – молярна маса повітря.

Об’ємний склад повітря:

Об’ємні долі компонентів

де – молярна масса кисню

– об’ємна доля кисню

де μ_повітр – молярна маса повітря.

де – молярна масса азоту

– об’ємна доля азоту

Парціальний тиск компонентів

Р_см – тиск повітря

Відповідь__________________

Завдання № 4

В котельному агрегаті при спалюванні паливо утворюється тепловий потік q = ________ кД/кг при температурі t₁ = __________ ⁰C, для утворення перегрітої пари с t₁' = __________ ⁰C. Визначити змінення ентропії.

Вирішення

Змінення ентропії системи, яка складається з продуктів згорання та пари:

де q – тепловий потік

t₁, t₁' – температури продуктів згорання та перегрітої пари, К

Відповідь__________________

Питання для самоперевірки

1. Які є види термодинамічних параметрів та одиниці їхнього вимірювання?

2. Що таке ентальпія РТ? Як визначають ентальпію для ідеального газу?

3. Ентропія є функцією процесу чи стану РТ?

4. Що таке теплоємність?

5. Як визначається склад газової суміші?

6. Чому дорівнюють об’ємна та масова частки компонентів?

7. Як визначити парціальний тиск газу

______

______

______

______

Оцінка____________________

Практична робота № 2

Тема. Процеси зміну стану газів.

Мета роботи: розглянути ізохорний, ізобарний, ізотермний, адіабатний та політропний процеси; навчитись визначати параметри газу в цих процесах.

Обладнання та інструменти: інструкційна карта, таблиці, мікрокалькулятор.

Література

1. Гуржий А.А., Огородников П.И. Теплотехніка, курс лекцій – Київ: издательство ДОМ «Слово», 2008 р.

2. Прибытков И.А. Теоретические основы теплотехники. Учебник для студентов учреждений сред.проф.образования. – М: издат.центр «Академия», 2004 р.

3. КолієнкоА.Г. Термодинаміка: навчальний посібник. – Львів: ЕКО інформ, 2006. – 130 с.

Питання для самоперевірки

1. Надати опис ізохорного ізобарного, ізотермного та адіабатного процесів.

2. Записати рівняння Менделєєва – Клайперона.

3. Як визначити склад суміші?

4. Як визначається теплоємність газів? Теплоємність при постійному тиску та при постійному об’ємі, зв'язок між ними.

5. Сформулюйте перший закон термодинаміки.

6. Сформулюйте другий закон термодинаміки.

7. Поняття ентропії та ентальпії.

8. Процеси зміни стану ідеальних газів.

Методичні вказівки

Основні цілі вивчення процесів зміни параметрів ідеального газу:

· виявити закономірності зміни основних параметрів стану робочого тіла (тиску Р, питомого об’єму V абсолютної температури Т);

· визначити основні характеристики процесів (ентальпії i, змінення ентропія ∆S, теплотu q , змінення внутрішньої енергії ∆U);

· з’ясувати особливості реалізації умов першого закону термодинаміки.

Основними термодинамічними процесами є:

- ізохорний за постійного об’єму газу V = const;

- ізобаричний під постійним тиском газу P = const;

- ізотермічний за постійної температури газу T = const;

- адіабатний за відсутності підведення і відведення теплоти dq = 0, , де К – показник адіабати

- політропний, реальні процеси, що проходять зі зміною всіх можливих параметрів згідно з рівнянням

,

де n - показник політропи, постійна величина для заданого процесу.

Основні характеристики процесів визначають згідно із залежностями, наведеними у таблиці № 1. Індексами «К» і «n» у таблиці позначено кінцевий та початковий стани робочого тіла.

Таблиця 1