Пары. Циклы паросиловых установок.
3.1 Определить, пользуясь i-S диаграммой, теплоту парообразования воды при давлении 10 бар.
3.2 Один кг. водяного пара нагревается при р=10 бар от t1=180 °С до t2=320 °C. Определить количество подводимой теплоты q, работу совершаемую паром и изменение его внутренней энергии.
3.3 Определить подводимую теплоту, работу, совершаемую водяным паром, и изменение его внутренней энергии при изотермическом расширении от состояния р1=20 бар, х=0,90 до давления р2=1 бар.
3.4 Параметры пара р=30 бар, t=280°C. Определить состояние пара, v,i,u,s.
3.5 Задано состояние пара р=20 бар, х=94. Определить остальные параметры (v,i,u,s).
3.6 1 кг. водяного пара расширяется адиабатно от начального состояния P1=20 6ap, t1=300°C до р2=0,5 бар. Найти значения i1, v1, i2, x2 и работу пара в процессе.
3.7 В конденсаторе паротурбинной установки при давлении р=0,06 бара степень сухости изменяется от х1 =0,9 до х2=0. Определить количество теплоты, отдаваемое одним килограммом пара в конденсаторе, пользуясь i-S диаграммой.
3.8 Определить КПД цикла Ренкина, если известно, что параметры пара на входе в турбину равны pl = 160 бар tl=550°C, а давление в конденсаторе р2=0,05 бар.
3.9 Определите на сколько процентов повысится КПД цикла Ренкина, если при давлении в конденсаторе р2=0,05 бар, температуре перегретого пара tl=500°C
повысить давление перегретого пара с 50 до 160 бар. Определите также степень сухости пара на выходе из турбины при приведенных условиях.
3.10 Определите на сколько процентов повысится КПД цикла Ренкина, если при давлении в конденсаторе р=0,06 бар и давлении перегретого пара р1 = 130 бар повысить температуру перегретого пара с 500°С до 600°С. Как изменится степень сухости пара на выходе из турбины?
3.11 Определите процентное повышение термического КПД цикла Ренкина, если при p1=120 бар, и t1=6ОО С давление в конденсаторе снизить с 0,1 бара до 0,05 бар.

Циклы поршневых двигателей и газотурбинных установок.
Идеальный компрессор.
5.1 Определить проценты повышения КПД и среднего давления цикла Отто при повышении степени сжатия с 6 до 10,5. Принять k=l ,4, λ и pa=idem.
5.2 Определить во сколько раз при прочных равных условиях (Cv, k, e, X, Va=idem)увеличится количество подведенной к 1 кг теплоты и среднее давление цикла. Отто при увеличении начального давления ра в 2,0 раза и начальной температуры Та в 1,3 раза. Во сколько раз увеличится масса рабочего тела и общее количество подводимой теплоты?
5.3 Определить процент повышения термического КПД цикла Отто при ε=10,5 в результате замены рабочего тела с 3-х атомного газа (k=l,33) на 2-х атомный
(k=l,4).
5.4 Определить процент снижения КПД цикла Дизеля при увеличении степени предварительного расширения с 1,2 до 3,0 и прочих одинаковых условиях. Принять k= 1,4; ε= 17,
5.5 Во сколько раз возрастут максимальное давление цикла и термический КПД цикла, если теплоту в количестве 1600 кДж/кг подводить при постоянном объеме, а не при постоянном давлении. Принять Cv=0,718 кДж/кг К, Ср= 1,005 кДж/кг К, ε=10, k=l,4, Ta=300K.
5.6 Определить в процентах повышение термического КПД цикла газовой турбины с подводом теплоты при постоянном давлении без регенерации в результате увеличения степени повышения давления в компрессоре с 3 до 8. Принять k=l,4.
5.7 Определить на сколько процентов повысится КПД цикла газовой турбины с подводом одинакового количества теплоты при p=const если предельную температуру цикла можно увеличить с 1000 К до 1200 К. Принять для цикла с Тmax=1000 К степень повышения давления Пк=3. Для обоих циклов начальная температура цикла 300 К, k=l,4, Ср= 1,005 кДж/кг К.
5.8 Определить мощность мотора для привода компрессора, если известно, что производительность компрессора Gk=0,35Kкг/c, степень повышения давления Пк=2,5. Принять КПД компрессора 0,75, n=1,3, температуру на входе Т1=300 К, газовую постоянную R=287 Дж/кг К.
5.9 Определить в процентах экономию в затрате работы при одноступенчатом
политропном сжатии (n=1,2), посравнению с сжатием адиобатным (k=1,4), если известно, что степень повышения давления равна 8.
5.10 Определить экономию в процентах в затрате работы и снижение максимальной температуры газа при двухступенчатом сжатии с промежуточным охлаждением газа по сравнению с одноступенчатым сжатием, если известно, что требуемая степень повышения давления Пк=11. Принять температуру на входе компрессора Т|=300К, n=1,25.
Течение и истечение газов и паров
6.1 Определите теоретическую скорость истечения азота и секундный расход газа, если pl=70 бар, р2=48 бар, t1=6ОС, f=10 мм2.
6.2 Определить теоретическую скорость истечения азота и секундный расход газа, eсли p1=80 бар, р2=20 бар, t1=60С, f=10 мм2.
6.3 Перегретый пар р1=120 бар и tl=600°C вытекает при отсутствии теплообмена в среду с р2=2 бара. Расход пара Мс=3,2 кг/с. Определить скорость истечения и величину выходного сечения насадка, если коэффициент скорости равен 0,948, а коэффициент сужения струи приблизительно 1.
6.4 Рассмотреть процесс мятия (дросселирования) водяного пара. Начальное состояние pl=18 бар, tl=360°C. Конечное давление 3 бара. Определить конечные параметры состояния пара и степень перегрева в начальном и конечном состояниях.
6.5 Определить теоретические значения скорости и секундного расхода выпускных газов в поршневом двигателе внутреннего сгорания в один из моментов начального периода выпуска (периода свободного выпуска), если известно, что в цилиндре давление равно 6 бара, Т1=1200 К, сечение в клапане равно 1 см2, а давление за выпускным клапаном равно 1,05 бара. Принять К=289Дж/кг К, k=l,33.Истечение принять квазистационным.
6.6 Часовой расход воздуха поршневым двигателем внутреннего сгорания равен 800 кг/ч. Определить диаметр сопла для измерения расхода воздуха, если известно, что коэффициент расхода равен 0,95, а понижение, давления в минимальном сечении сопла равно 80 мм Н20 . Принять pl=l бар, T1=298 К.
Теплообмен.
4.1 Плотность теплового потока через плоскую стенку толщиной δ=60 мм q=80 Вт/м . Определить разность температур и численное значение градиента, если она выполнена: а) из латуни (λ=70 Вт/мК ),б) из красного кирпича (λ=0,7 Вт/мК). Принять процесс переноса теплоты теплопроводностью одномерным.
4.2 Плоскую поверхность необходимо изолировать так» чтобы потери теплоты с единицы поверхности в единицу времени не превышали 400Вт/м2. Известно, что температура поверхности род изоляцией twl=460°C, температура внешней поверхности изоляции tw2=50°C. Определить толщину изоляции для случая когда коэффициент ее теплопроводности равен 0,12 Вт/м-К в предположении одномерности процесса переноса теплоты теплопроводностью.
4.3 Плоская стенка бака площадью 6 м2 покрыта двухслойной тепловой изоляцией. Стенка бака стальная толщиной 8 мм с коэффициентом теплопроводности λ1=46,5 Вт/мК. Первый слой изоляции толщиной δ2=60 мм с коэффициентом теплопроводности λ2=0,13 Вт/м*К. Второй слой изоляции толщиной δ1=10 мм представляет известковую штукатурку, коэффициент теплопроводности которой равен λ3=0,698 Вт/м К. Температура внутренней поверхности стенки бака tW1=260° С, а внешней поверхности изоляции tw2=0°С. Вычислить количество теплоты передаваемой за 1 с через стенку, а также температуры на границах слоев изоляции.
4.4 Змеевики пароперегревателя выполнены из труб жаропрочной стали диаметром dl/d2=32/42 мм с коэффициентом теплопроводности λ=14 Вт/м К. Температура внешней поверхности трубы tw2=400°C и внутренней поверхности twl=600°C Вычислить удельный тепловой поток через стенку на единицу ее длины q1.
4.5 Паропровод диаметром 150/160 мм покрыт слоем тепловой изоляции δ2=160 мм, коэффициент теплопроводности стенки трубы λ1=50 Вт/м*К и изоляции λ2=0,08 Вт/мК. Температура на внутренней поверхности паропровода twl=400°C и на наружной поверхности изоляции tw3=500C. Найти тепловые потери с одного метра паропровода и температуру на границе соприкосновения паропровода и изоляции.
4.6 По трубе диаметром d=60 мм и длиной 1=2,4 м течет воздух со скоростью 6 м/с. Определить тепловой поток от воздуха к трубе, если температура воздуха t1=800C, а поверхности трубы t2=30°C. Принять коэффициент теплопроводности воздуха Хв=3,05*10 Вт/м*К, коэффициент кинематической вязкости 21,09*10-6 м2/с, число Прандтля рr=0,692.
4.7 Через трубу диаметром 60 мм и длиной l=3,2 м со скоростью 0,8 м/с протекает вода. Определить коэффициент теплоотдачи, если средняя температура воды tf=50°C, а температура стенки tw=70°C.
4.8 Определить потерю теплоты свободной конвекцией неизолированным паропроводом диаметром 100 мм и длиной 1 м, если температура наружной стенки tw1=80°C, а температура окружающей среды (воздуха) t=20°C.
4.9 Определить плотность потока излучения при теплообмене между двумя близко расположенными пластинами, если у одной пластины Т1=800 К, коэффициент лучеиспускания С1=5,1 Вт/м2*К4, а у второй пластины Т2=200 К и С2=4,2 Вт/м2К4.
4.10 Определить поглощательную способность стали с матовой поверхностью, если известно, что коэффициент излучения равен 5,03 Вт/м2 К4.
4.11 В помещении свободно подвешен цилиндрический стальной котел без изоляции. Размеры котла d=0,6 м, 1=1,8. Температура наружной поверхности котла 180°С. Температура внутренней поверхности стенок помещения равна 27°С. Размеры помещения 1=8 м, Ь=4 м, h=4 м. Определить теплообмен излучением
между поверхностями котла и помещения, если известно, что коэффициент излучения поверхности котла С1=4,3 Вт/м2*К4, а поверхности стенки С2=3,2 Вт/м2*К4.