Министерство Российской Федерации по делам гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и

Министерство Российской Федерации по делам
гражданской обороны, чрезвычайным ситуациям и
ликвидации последствий стихийных бедствий
ФГБОУ ВПО Воронежский институт ГПС МЧС России
КАФЕДРА ФИЗИКИ
А.Н. Перегудов, Ю.В. Складчикова
Термодинамика, теплопередача и гидравлика
Задания и методические указания
по выполнению контрольной работы
слушателями отделения заочного обучения
Воронеж 2013
Авторский коллектив: А.Н. Перегудов, Ю.В. Складчикова
Рецензенты:
Термодинамика, теплопередача и гидравлика: Методические указания и контрольные задания. / А.Н. Перегудов, Ю.В. Складчикова. – Воронеж:
В учебном пособии даны методические указания и контрольные задания по термодинамике, теплопередаче и гидравлике для слушателей заочного обучения
ФГБОУ ВПО МЧС России.
2
Содержание
Предисловие
4
Рабочая программа курса термодинамика, теплопередача и гидравлика
5
Методические указания к выполнению контрольных работ
20
Варианты заданий
36
Задачи
38
Приложение
54
Литература
64
3
Предисловие
Данное пособие содержит контрольное задание и тематику теоретических
разделов рабочих программ по дисциплинам: «Теплотехника», «Техническая термодинамика»,
«Теплопередача»,
«Гидравлика».
Цель
настоящего
учебно-
методического пособия оказать помощь слушателям в изучении курса дисциплины «Термодинамика, теплопередача и гидравлика».
Представлена необходимая справочная информация – таблицы термодинамических и теплофизических свойств газов и жидкостей.
Предназначено для студентов заочной формы обучения.
Подготовлено на кафедре «Физики».
Дисциплина «Термодинамика, теплопередача и гидравлика» относится к
блоку общепрофессиональных дисциплин (ОПД), которая изучает способы получения, преобразования, передачи и использования теплоты, принципы работы
тепловых и холодильных машин, тепло- и парогенераторов и теплообменных аппаратов, расчет сосудов и трубопроводов, принцип и параметры работы гидравлических машин, насосов, компрессоров.
Теоретическими основами «Термодинамика, теплопередача и гидравлика»
являются техническая термодинамика, теория тепло и массообмена, или теплопередача и гидравлика.
Термодинамика – наука о закономерностях превращения энергии. Ее основы заложены в XIX в., когда в связи с развитием тепловых двигателей возникла
необходимость изучения закономерностей превращения теплоты в работу. В основу термодинамики положены два основных закона, установленных опытным
путем. Первый закон термодинамики характеризует количественную сторону
процессов превращения энергии, а второй закон устанавливает качественную сторону (направленность) процессов, происходящих в физических системах.
Теплопередача – учение о процессах распространения тепла, осуществляемого тремя различными элементарными способами: теплопроводностью, конвекцией и тепловым излучением. Часто процессы теплообмена происходят между
различными средами, разделенными твердой стенкой. Процесс передачи тепла от
горячей среды к холодной через разделяющую их стенку называется теплопере4
дачей. Процесс теплопередачи осуществляется различными способами теплопереноса, протекающими одновременно.
Гидравлика – наука, изучающая законы равновесия и движения жидкостей и
разрабатывающая методы применения их к решению инженерных задач. Законы
гидравлики применяются при решении многих инженерных задач, связанных с
проектированием, строительством и эксплуатацией различных гидротехнических
сооружений, трубопроводов и машин.
Основная задача изучаемого курса – дать необходимую подготовку будущему инженеру, который должен уметь грамотно и эффективно использовать
тепловое и гидравлическое оборудование, применяемое в данной отрасли, совершенствовать его, выявлять и использовать вторичные энергоресурсы (ВЭР).
Раздел Теплотехника
1. Техническая термодинамика
Энергетика и её значение в народном хозяйстве. Тепловые установки и их
роль в энергетике страны. Топливные ресурсы России как база отечественной
теплоэнергетики. Атомная энергетика и перспективы её развития.
1.1. Основные понятия и определения
Предмет, задачи и метод термодинамики. Термодинамическая система (закрытая и открытая). Рабочее тело (идеальный газ и реальные газы). Термодинамические параметры состояния, термодинамический процесс. Равновесный параметр, равновесный процесс.
Вопросы для самоконтроля:
1. Чем отличается идеальный газ от реальных газов?
2. Размерности термодинамических параметров p, v, T, u, h, s и их физический смысл.
1.2. Идеальный газ
Уравнение состояния идеального газа. Газовая постоянная. Универсальная
газовая постоянная. Смеси идеальных газов. Способы задания состава газовых
смесей. Определение средней (кажущейся) молекулярной массы газовой постоянной смеси и парциального давления её компонентов.
Уравнения состояния реальных газов. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Приве5
денные уравнения состояния реальных газов. zπ- диаграмма. Элементы теории ассоциации. Вириальные коэффициенты и их физическое содержание.
Вопросы для самоконтроля:
1. Уравнение состояния идеального газа (Клапейрона-Менделеева).
2. Уравнение состояния реальных газов.
3. Определение газовой постоянной R, газовых смесей Rсм. Универсальная
газовая постоянная μR. Размерности.
1.2.1. Первый закон термодинамики
Закон сохранения и превращения энергии. Теплота и работа как различные
формы передачи энергии. Понятие о внутренней энергии. Аналитическое выражение работы в процессе. рv-диаграмма и её свойства. Аналитические выражения
и формулировки Первого закона термодинамики.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что такое теплота, работа, внутренняя энергия?
2. Первый закон термодинамики, формулировка. Аналитические выражения Первого закона термодинамики.
3. Аналитическое выражение работы. Представление работы в pvдиаграмме.
1.2.2. Теплоемкость газов
Физическая сущность теплоемкости. Удельные теплоемкости, их размерности. Температурная зависимость теплоемкости. Средняя и истинная теплоемкости.
Элементы молекулярно-кинетической теории теплоемкости идеальных газов. Зависимость теплоемкости от характера процесса подвода тепла. Изохорная и изобарная теплоемкости. Уравнение Майера. Теплоемкость смеси идеальных газов.
Вопросы для самоконтроля:
1. Массовая, объемная и мольная удельные теплоемкости и их размерности.
2. Определение средних теплоемкостей.
3. Теплоемкость смеси идеальных газов.
1.2.3. Термодинамические процессы изменения состояния идеального
газа
Изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный и политропный про6
цессы. Уравнение процессов. Теплота и работа в процессах. Изображение процессов в pv- и Ts-диаграммах. Свойство Ts-диаграмма.
Вопросы для самоконтроля:
1. Уравнение изохорного (v=const), изобарного (p=const), изотермического
(T=const), адиабатного (dq=0) и политропного процессов и их изображение на
pv- и Ts-диаграммах.
2. Расчетные соотношения для определения q, l, Δu, Δh и Δs в этих процессах.
1.2.4. Второй закон термодинамики
Несимметричность взаимопревращения теплоты и работы. Принцип работы
периодически действующей тепловой установки. Выводы (постулаты) Карно об
условиях преобразования теплоты в работу. Круговые термодинамические процессы или циклы. Прямой и обратный циклы. Термический коэффициент полезного действия (к.п.д.). Обратимый цикл Карно и его к.п.д. Условия проведения
обратимых циклов. Обобщенный (регенеративный) цикл Карно.
Необратимый цикл Карно и его к.п.д. Сущность Второго закона термодинамики и его формулировки. Общие математические свойства произвольных обратимых и необратимых циклов. Аналитическое выражение Второго закона термодинамики – интегралы Клаузиуса. Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах. Статистические толкование Второго закона термодинамики, физический смысл энтропии. Понятие о качестве энергии. Потеря работоспособности вследствие необратимости. Максимальная работа и понятие об эксергии. Выражение Первого и Второго законов термодинамики с использованием эксергии.
Эксергетический к.п.д.
Вопросы для самоконтроля:
1. Основные постулаты Карно. Формулировка Второго закона термодинамики Карно.
2. Понятие о круговых процессах – циклах. Термический к.п.д. цикла.
3. Обратимый цикл Карно и его к.п.д. Необратимый цикл Карно и его к.п.д.
4. Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах.
5. Что такое эксергия? Понятие о качестве энергии.
1.2.5. Дифференциальные уравнения термодинамики
7
Значение дифференциальных уравнений термодинамики.
Дифференциальное уравнение состояния. Дифференциальные выражения
для теплоты, внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Дифференциальные соотношения для теплоемкостей. Применение дифференциальных уравнений к идеальным газам.
Вопросы для самоконтроля:
1. Понятие о термических и калорических параметрах.
2. Понятие о коэффициентах изобарного расширения, изохорной упругости
и изотермической сжимаемости.
1.3. Реальные газы
1.3.1. Водяной пар, состояния и параметры
Опыт Эндрюса. Процессы парообразования в pv- и Ts-диаграммах. Термодинамические параметры кипящей жидкости, влажного и сухого насыщенного
пара. Теплота парообразования. Параметры перегретого пара. Таблицы термодинамических свойств водяного пара (ТСВП) на линии насыщения и перегретого
пара. hs-диаграмма водяного пара. Расчет теплоты и работы в основных термодинамических процессах с помощью hs-диаграммы и таблиц ТСВП.
Вопросы для самоконтроля:
1. pv- и Ts-диаграммы водяного пара. Состояние водяного пара. Сухой
насыщенный пар, влажный насыщенный пар, кипящая жидкость и перегретый
пар.
2. Таблицы термодинамических свойств водяного пара.
3. hs-диаграмма. Основные термодинамические процессы с водяным паром.
Расчет q, l, Δu, Δh и Δs по hs-диаграмме.
1.3.2. Влажный воздух
Определение влажного воздуха. Абсолютная и относительная влажности
воздуха, влагосодержание. Психрометр. Температура точки росы. Определение энтальпии и влагосодержания влажного воздуха по Hd-диаграмме, сушка воздухом.
Вопросы для самоконтроля:
1. Относительная влажность и влагосодержание воздуха.
2. Температура точки росы.
8
3. Hd-диаграмма влажного воздуха.
4. Сушка воздухом влажных материалов.
1.4. Сжатие газов в компрессорах
Назначение и классификация компрессоров. Принцип работы компрессора.
Работа идеального одноступенчатого поршневого компрессора и изображение ее
в pv- и Ts-диаграммах. Изотермическое, адиабатное и политропное сжатие. Многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением. Определение мощности,
затрачиваемой на привод компрессора.
Вопросы для самоконтроля:
1. Работа одноступенчатого идеального поршневого компрессора.
2. Многоступенчатое сжатие с промежуточным охлаждением.
1.5. Термодинамика открытых систем
1.5.1. Течение идеальных и реальных газов
Уравнение Первого закона термодинамики для движущегося газа – потока.
Адиабатное истечение из сосуда неограниченных размеров. Скорость истечения.
Критическое отношение давлений. Расчет скорости истечения и секундного массового расхода для критического режима. Воздействие на поток геометрии канала. Сопло, диффузор. Сопло Лаваля. Скорость истечения водяного пара. Влияние
потерь на скорость истечения.
Вопросы для самоконтроля:
1. Уравнение Первого закона термодинамики для газового потока.
2. Истечение газа из сосуда. Скорость истечения и секундный расход.
3. Воздействие на параметры потока геометрии канала. Сопло. Диффузор.
1.5.2. Дросселирование газов и паров
Изменение параметров рабочего тела при дросселировании. Понятие об эффекте Джоуля-Томсона. Температура инверсии, кривая инверсии. Техническое
применение процесса дросселирования. Условное изображение процесса дросселирования водяного пара в hs-диаграмме. Потеря работоспособности водяного
пара при дросселировании.
Вопросы для самоконтроля:
1. Дросселирование газов и паров. Эффект Джоуля-Томсона.
9
2. Характер изменения температуры газов при дросселировании.
1.6. Циклы двигателей внутреннего сгорания (ДВС)
Изображение циклов ДВС в pv – и Ts-диаграммах. Анализ и сравнение
поршневых двигателей внутреннего сгорания с подводом теплоты при v=const,
p=const и смешенным подводом теплоты. Определение термического к.п.д. циклов и влияние параметров цикла ДВС на величину к.п.д.
Циклы газотурбинных установок (ГТУ). Преимущества ГТУ по сравнению с
поршневыми ДВС. Изображение циклов ГТУ в pv – и Ts-диаграммах. Анализ
цикла ГТУ с подводом теплоты при p=const и регенеративного цикла. Определение термического к.п.д. и методы его повышения.
Вопросы для самоконтроля:
1. Преобразование тепловой энергии в механическую.
2. Циклы ДВС с подводом тепла при v=const, p=const и смешанным подводом тепла.
3. Циклы ГТУ. Преимущества перед поршневым ДВС.
1.7. Циклы паросиловых установок (ПСУ)
Цикл Карно и его недостатки. Основной цикл ПСУ – цикл Ренкина. Принципиальная схема ПСУ. Изображение идеального цикла Ренкина в pv–, Ts- и hsдиаграммах. Определение термического к.п.д. цикла Ренкина. Способы повышения экономичности ПСУ. Цикл с вторичным перегревом пара, регенеративный
цикл и парогазовые циклы. Основы теплофикации. Понятие о внутреннем, относительном и эффективном к.п.д. ПСУ.
Вопросы для самоконтроля:
1. Циклы паросиловых установок. Циклы Карно и Ренкина. Их достоинства
и недостатки.
2. Способы повышения к.п.д. циклов ПСУ.
1.8. Циклы холодильных машин
Обратные циклы. Принципы работы холодильных установок и тепловых
насосов. Понятия о холодильном коэффициенте и холодопроизводительности.
Циклы воздушной холодильной машины и абсорбционной холодильной установки. Цикл паровой компрессионной холодильной установки, принципиальная схе10
ма и изображение цикла в pv–, Ts-диаграммах. Принципиальная схема работы
«теплового насоса». Понятие о коэффициенте трансформации. Использование
тепловых насосов для утилизации тепловых вторичных энергоресурсов (ВЭР).
Вопросы для самоконтроля:
1. Принцип работы холодильных установок. Холодильный коэффициент.
2. Принцип работы «теплового насоса». Коэффициент трансформации.
1.9. Парогенерирующие устройства – котельные установки, схемы
Паровой котел и вспомогательное оборудование (топка, барабан, пароперегреватель, экономайзер, воздухоподогреватель). Понятие о топливе, виды топлива. Состав топлива. Теплота сгорания. Условное топливо. Характеристика твердого, жидкого и газообразного топлив. Проблема экономии топлива. Основы теории
горения топлива. Определение теоретически необходимого количества воздуха.
Стехиометрические уравнения химических реакций. Коэффициент избытка воздуха. Определение объема продуктов сгорания. Теоретическая температура продуктов сгорания. Ht-диаграмма продуктов сгорания.
Вопросы для самоконтроля:
1. Котельные установки. Назначение топки, барабана пароперегревателя,
экономайзера, воздухоподогревателя.
2. Состав топлива. Теплота сгорания.
3. Основы теории горения. Химические реакции горения. Расход воздуха на
горение.
1.10. Термодинамика необратимых процессов
Предмет и метод термодинамически необратимых процессов. Основные феноменологические соотношения. Уравнение Гиббса. Поток энтропии. Обобщенные потоки и обобщенные силы. Скорость изменения энергии Гиббса и энергии
Гельм-гольца. Минимум производства энтропии в стационарном состоянии. Феноменологические соотношения.
Вопросы для самоконтроля:
1. Понятие о равновесных и неравновесных, обратимых и необратимых
процессах.
2. Понятие об энтропии, как термодинамическом параметре, характери11
зующем протекание необратимых процессов (переноса теплоты, массы, количества движения).
1.11. Вторичные энергоресурсы (ВЭР)
Виды ВЭР. Источники ВЭР. Экономическая эффективность использования
ВЭР. Утилизационные установки, котлы утилизаторы. Методы утилизации низкопотенциальных ВЭР. Принципы экономии энергоресурсов.
Вопросы для самоконтроля:
1. Понятие ВЭР. Виды ВЭР.
2. Методы утилизации ВЭР. Котлы-утилизаторы.
2. Теория теплообмена
Роль процессов переноса теплоты и массы. Понятия о теплопроводности,
конвективном теплообмене, теплообмене излучением. Понятие о массообмене.
Вопросы для самоконтроля:
1. Теплопроводность, физическая сущность и механизм переноса теплоты
в жидкостях и газах, в твердых телах и металлах.
2. Конвективный перенос тепла, механизм
3. Перенос теплоты излучением, механизм.
4. Физическая сущность и механизм массообменных процессов.
2.1. Теплопроводность
Основные понятия: температурное поле, температурный градиент, тепловой
поток, плотность теплового потока. Закон Фурье. Коэффициент теплопроводности. Дифференциальное уравнение теплопроводности. Условия однозначности:
геометрические, физические, временные и граничные условия I, II и III рода.
Вопросы для самоконтроля:
1. Закон теплопроводности Фурье. Физическое содержание и размерности
величин, входящих в закон Фурье.
2. Коэффициент теплопроводности жидкостей и газов, металлов и изоляционных материалов.
2.1.1. Стационарная теплопроводность: через одно и многослойную плоские стенки, через одно и многослойную цилиндрические стенки (при граничных
условиях I рода).
12
Вопросы для самоконтроля:
1. Уравнения теплопроводности через плоские и цилиндрические стенки.
Однослойная стенка.
2. Уравнения теплопроводности через многослойные плоские и цилиндрические стенки.
2.2. Конвективный теплообмен
Основные факторы, определяющие интенсивность конвективного теплообмена. Закон Ньютона-Рихмана. Дифференциальные уравнения конвективного
теплообмена. Условия однозначности. Основы теории подобия. Масштабные преобразования. Дифференциальные уравнения в безразмерном виде. Числа подобия.
Теоремы подобия. Уравнения подобия. Моделирование.
Вопросы для самоконтроля:
1. Коэффициент теплоотдачи, его зависимость от параметров процесса.
2. Что характеризуют числа подобия?
3. Обобщение опытных данных, установление явного вида зависимости
между числами подобия. Уравнение подобия.
4. Выбор уравнений подобия при расчете коэффициента теплоотдачи.
2.2.1. Теплоотдача при свободном движении среды вдоль вертикальной
плоской стенки
Ламинарный и турбулентный режимы движения среды. Расчетные соотношения. Теплоотдача при вынужденном движении среды вдоль плоской стенки.
Ламинарный и турбулентный режимы движения среды. Расчетные соотношения.
Вопросы для самоконтроля:
1. Понятия о тепловом и гидродинамическом пограничных слоях. Их роль в
процессе теплообмена.
2. Влияние режимов движения среды на теплообмен.
2.2.2. Теплоотдача при вынужденном движении среды в каналах цилиндрической формы (в трубах)
Ламинарный, переходный и турбулентный режимы движения. Расчетные
соотношения. Теплоотдача при поперечном омывании одиночной трубы и пучков
труб. Расчетные соотношения.
13
Вопросы для самоконтроля:
1. Зависимость коэффициента теплоотдачи от характера формирования
пограничного слоя.
2.2.3. Теплоотдача при изменении агрегатного состояния вещества. Кипение. Конденсация
Механизм процесса кипения, условия зарождения паровых пузырьков и их
влияние на интенсивность теплообмена. Режимы кипения (пузырьковый, пленочный). Расчетные соотношения для определения для расчета коэффициента теплоотдачи. Теплоотдача при конденсации пара. Пленочная и капельная конденсация.
Факторы, определяющие интенсивность теплообмена при конденсации. Расчет
коэффициентов теплоотдачи.
Вопросы для самоконтроля:
1. Роль паровых пузырьков в интенсивности теплоотдачи при кипении.
2. Влияние пленки конденсата на интенсивность теплоотдачи при конденсации.
3. Влияние неконденсирующегося газа на теплообмен.
2.3. Теплообмен изучением
Основные законы черного излучения. Степень черноты. Теплообмен излучением между плоскопараллельными твердыми стенками. Снижение тепловых
потерь излучением. Свойство экранов. Теплообмен излучением между твердыми
телами произвольной формы. Особенности теплового излучения газов. Теплообмен излучением в котельных топках. Расчетные соотношения.
Вопросы для самоконтроля:
1. Понятия о собственном, эффективном и результирующем излучении.
2. Теплообмен излучением между телами.
2.4. Теплопередача
Теплопередача через одно и многослойную плоские стенки. Теплопередача
через плоские и цилиндрические стенки (при граничных условиях III рода). Критический диаметр изоляции цилиндрической стенки. Интенсификация теплопередачи.
Вопросы для самоконтроля:
1. Основное уравнение теплопередачи. Коэффициент теплопередачи.
14
2. Уравнения теплопередачи через плоские и цилиндрические стенки.
3. Тепловая изоляция труб.
4. Интенсификация теплопередачи оребрением.
2.5. Теплообменные аппараты
Классификация. Основные уравнения теплового расчета теплообменных
аппаратов. Средняя разность температур между теплоносителями.
Вопросы для самоконтроля:
1. Уравнение теплового баланса.
2. Уравнение теплопередачи.
3. Понятие о поверочном и проектном тепловых расчетах теплообменных
аппаратов.
2.6. Основы массообмена
Определение потоков массы и энергии. Уравнения переноса, коэффициенты
переноса. Аналогия процессов переноса. Концентрационная диффузия. Термо- и
бародиффузия. Конвективная диффузия. Дифференциальные уравнения тепломассообмена. Диффузионные числа подобия. Уравнения подобия массообменных
процессов. Массообменные аппараты.
Вопросы для самоконтроля:
1. Аналогия процессов переноса теплоты, массы, количества движения.
2. Движущая сила массообменных процессов.
3. Числа подобия и уравнения подобия массообменных процессов.
Раздел Гидравлика
1. Основы гидростатики
Вводные сведения. Основные определения. Основные физические свойства
жидкостей и газов. Силы, действующие на жидкость. Гидростатическое давление
и его свойства.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что изучает гидростатика?
2. Что изучает гидродинамика?
3. Перечислите физические свойства жидкости.
4. Перечислите свойства гидростатического давления.
15
2. Уравнение Эйлера
Дифференциальное уравнение равновесия жидкости. Основное уравнение
гидростатики. Закон Паскаля. Относительный покой жидкости. Определение величины давления. Техника экспериментов по гидродинамике.
Вопросы для самоконтроля:
1. Перечислите виды давления.
2. Как определить абсолютное, избыточное, вакуумметрическое давление?
3. Какая поверхность называется свободной?
4. Приборы для измерения расхода, давления, скорости.
3. Давление жидкости на стенки
Определение силы и центра давления на плоские стенки. Определение силы
и центра давления на криволинейные стенки. Эпюры гидростатического давления.
Плавание тел. Относительный покой жидкости в равномерно вращающемся вокруг вертикальной оси цилиндрическом сосуде.
Вопросы для самоконтроля:
1. Что такое эпюра давления?
2. Принцип построения эпюр давления
3. Сила гидростатического давления.
4. Координаты центра давления.
4. Основы кинематики
Движение жидкости. Уравнение неразрывности. Дифференциальное уравнение движения идеальной жидкости. Кинематические характеристики движения
жидкости. Расчёт основных характеристик потока.
Вопросы для самоконтроля:
1. Уравнение расхода.
2. Основные характеристики потока.
3. Эквивалентный диаметр и гидравлический радиус.
5. Уравнение Бернулли
Движение реальной жидкости. Уравнение Бернулли для элементарной
струйки идеальной жидкости. Геометрический и энергетический смысл уравнения
Бернулли. Уравнение Бернулли для потока реальной жидкости. Практическое
16
применение уравнения Бернулли. Расходомер Вентури.
Вопросы для самоконтроля:
1. Уравнение Бернулли.
2. Геометрический смысл уравнения Бернулли.
3. Энергетический смысл уравнения Бернулли.
4. Расходомер Вентури, нормальная диафрагма.
6. Движение реальной жидкости
Режимы движения жидкости. Теория подобия. Ламинарный режим. Турбулентный режим. Критерии подобия. Исследование режимов движения жидкости.
Вопросы для самоконтроля:
1. Ламинарный режим.
2. Турбулентный режим.
3. Критерий Рейнольдса.
4. Гидродинамическое подобие.
7. Потери напора
Виды потерь напора. Гидравлическое сопротивление при ламинарном режиме. Распределение скоростей при ламинарном и турбулентном режимах. Расчет
местных потерь напора. Расчет потерь напора по длине. Гидравлическое сопротивление при турбулентном режиме. График Никурадзе. Местные потери напора.
Вопросы для самоконтроля:
1. Потери напора по длине трубопровода.
2. Влияния режима движения на величину потерь напора. График
Никурадзе.
3. Потери в местных сопротивлениях.
4. Формула Борда.
8. Гидравлический расчёт трубопроводов и рукавных систем
Гидравлический расчёт трубопроводов. Классификация трубопроводов и
основные расчётные формулы. Повышение пропускной способности трубопроводов. Расчёт газопроводов при перепадах давления. Сложный кольцевой трубопровод. Трубопроводы с насосной подачей жидкостей.
Вопросы для самоконтроля:
17
1. Короткие и длинные трубопроводы.
2. Простые и сложные трубопроводы.
3. Упрощенные формулы расчета трубопроводов
4. Повышение пропускной способности трубопроводов.
9. Истечение жидкости через отверстие и насадки и короткие трубы
Истечение жидкости через отверстия и насадки. Классификация отверстий.
Истечение из малого крупного отверстия в тонкой стенке. Истечение жидкости из
насадок. Истечение жидкости через короткие трубопроводы. Расчет истечения
жидкости и опорожнения резервуаров.
Вопросы для самоконтроля:
1. Классификация насадков.
2. Большое и малое отверстия в толстых и тонких стенках.
3. Основные формулы расчета истечения при постоянном напоре.
4. Основные формулы расчета истечения при переменном напоре.
10. Гидравлические струи
Расчет сплошной струи. Классификация струй. Траектория сплошной струи.
Формулы для расчета сплошной струи. Реакция и давление струи. Распыленные
струи и способы их получения.
Вопросы для самоконтроля:
1. Классификация струй.
2. Реакция и давление струи.
3. Способы распыления.
11. Материальный и энергетический баланс потока
Материальный и энергетический баланс потока. Неустановившееся движение жидкости. Определение потерь напора потока жидкости.
Вопросы для самоконтроля:
1. Неустановившееся движение.
2. Определение потерь потока при неустановившемся движении.
12. Гидравлические машины
Классификация насосов. Характеристики насосов. Гидропривод. Вентиляторы. Регулирование работы на сеть.
18
Вопросы для самоконтроля:
1. Уравнение Эйлера для центробежных машин.
2. Основные характеристики работы насоса.
3. Рабочая точка.
4. Способы регулирования работы насоса на сеть.
13. Гидравлический удар
Расчет повышения давления при гидроударе. Расчет гидравлического удара.
Гидравлический удар в трубопроводах. Физические основы явления гидроудара.
Повышение давления при гидроударе.
Вопросы для самоконтроля:
1. Формула Жуковского.
2. Фаза удара.
3. Прямой и непрямой гидравлический удар.
19
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ
КОНТРОЛЬНЫХ РАБОТ
По дисциплине «Термодинамика, теплопередача и гидравлика» слушателизаочники должны выполнить одну контрольную работу. Задание на контрольную
работу состоит из 100 вариантов. Две последние цифры номера шифра слушателязаочника определяют вариант задания на контрольную работу (табл. 1). Например, 13/24. Вариант задания 24. По таблице 1 определяем номера задач: 8, 16, 35,
57(в), 62(а), 91(б), 99(г). Работа должна быть выполнена разборчивым подчерком,
грамотно и аккуратно оформлена. В тетради необходимо оставлять поля. Работы,
выполненные не по своему варианту, рассматриваться не будут. При выполнении
контрольных работ необходимо:
− выписать условие задачи;
− решение сопровождать краткими пояснениями, в которых показать, какая
величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в
формулу и откуда они берутся (например, из условия задачи, из справочника,
определены ранее);
− проставить размерности (в системе СИ (SI – system international));
− задачи сопровождать соответствующими схемами или диаграммами;
− сформулировать краткие выводы по результатам расчетов.
Выполненные задания должны быть своевременно сданы на проверку.
Слушатели-заочники, не представившие в срок на проверку контрольную работу
без уважительной причины, на экзаменационную сессию не вызываются.
Контрольная работа принимается, если она не содержит ошибок принципиального характера, и защищается при личной беседе с преподавателем. Если работа выполнена неверно, она возвращается с указаниями для исправления. Не
разрешается вносить исправления в первоначальный текст. Новое решение прилагается к выполненному ранее.
Правила оформления титульного листа контрольной работы приводится в
приложении 15 настоящего пособия.
20
Примеры решения задач
Пример 1. К двум точкам горизонтального трубопровода присоединен
U-образный стеклянный дифманометр, заполненный ртутью (рис. 1). Разность
уровней ртути в дифманометре h=26 мм. какова разность давлений в этих точках,
если по трубопроводу проходит вода?
Рисунок 1 - U-образный стеклянный дифманометр
Решение: Из условия равенства давлений на уровне а-а слева и справа
р1  h1 g  р2  h2  g  h  м g
находим, заменяя h2 через h1  h
р1  р2  h(  м   ) g
где  - плотность жидкости в трубопроводе,  м - плотность жидкости в дифманометре.
По условию задачи h=0,026 м,  м =13600 кг/м3
Для воды  =1000 кг/м3
р1  р2  0,026(13600  1000)9,81  3220 Па
Пример 2. Определить кинематическую вязкость воды при температуре 17 ˚С.
Решение: По справочным данным вязкость воды при 10 ˚С и 20 ˚С соответственно равна  10  1,31  106 м2 / с и  20  1,01 106 м2 / с
Для определения искомой величины используем метод линейной интерполяции по следующей формуле:
21
 17   10 
 20  10
20  10
 17  (1,31 
(17  10)   20 
 20  10
20  10
(20  17) ;
1,01  1,31
(17  10))  106  1,1  106 м2 / с .
20  10
Пример 3. По трубе постоянного сечения из открытого резервуара (рис. 2)
вода вытекает в атмосферу под постоянным напором H. На середине трубы длиной L и диаметром d установлен кран K. Определить скорость и расход вытекающей воды. Построить напорную и пьезометрическую линии. При определении потерь напора принять коэффициенты трения λ = 0,04; входа ξвх = 0,5; крана ξкр = 5.
Рисунок 2 – Истечение из резервуара по длинной трубе
Решение: Для решения задачи воспользуемся уравнением Бернулли, записанном для сечений 1-1 и 2-2, проведённых по уровню жидкости в резервуаре и на
выходе жидкости из трубы
H 
22
2g
 hпот , h  h  h ;
пот
l
м.с.
где hl - потери по длине, м; hм.с. - потери в местных сопротивлениях, м.

Потери по длине определяют по формуле Дарси – Вейсбаха hl   l 2 , а в
d 2g
2
местных
сопротивления


l 2
H  2 
  2 ,
2g
d 2g
2g
2
2
2
–
по
формуле
откуда
22
Вейсбаха
hм.с.   
22
2g
.
Тогда
2 
2 gH
29,815,0


 1,45 м / c.
l
25
1   
10,04
5,5
d
0,025
Расход вытекающей из трубы жидкости определим по уравнению расхода
Q  2  S2  2
d2
3,14  0,0252
 1,45
 7,13  104 м3 с .
4
4
Пьезометрическая линия выражает собой характер изменения удельной потенциальной энергии (положения и состояния) в каждом сечении потока жидкости
в трубе (от входа до выхода из неё).
Напорная линия выражает собой характер изменения удельной механической энергии (потенциальной и кинетической) в каждом сечении потока жидкости
в трубе (от входа до выхода из неё).
Для построения напорной линии определим потери напора на различных
участках трубопровода:
в сечении a  a (на входе в трубу) ha a
22
1, 452
 hвх   вх
 0,5
 0,054 м;
2g
2  9,81
в сечении б  б (потери на входе в трубу и на половине трубы до крана) –
22
2
2
l 2
25 1,45
hб б  hвх  h l  вх

 0, 054  0, 04
 0, 054  2,15  2, 20 м;
2
g
2
d
2
g
2

0,025
2

9,81
2
в сечении в  в (потери на входе в трубу, на половине трубы и в кране) –
hв в  hвх  h l  hкр  вх
2
22
l 22
22

  кр

2g
2d 2 g
2g
1,452
 0 ,054  2 ,15  5
 2 ,74 м;
2  9 ,81
в сечении г  г (потери на входе в трубу, на половине трубы, в кране и на второй
половине трубы) –
l 22
2
l 22
  кр 2  

2
2
2g
2d 2 g
2g
d 2g
 0,054  2,15  0,54  2,15  4,89 м.
h22  hвх  h l  hкр  h l  вх
22

По уровню жидкости в резервуаре проводим напорную плоскость, определяющую первоначальный запас энергии жидкости в резервуаре.
23
Откладывая от напорной плоскости в указанных сечениях соответствующие
им значения потерь напора получим точки А, Б, С, Д, принадлежащие напорной
линии. Соединяя эти точки, получим напорную линию.
Диаметр трубопровода не изменяется, следовательно постоянен и скоростной напор в каждом сечении трубопровода
2
1,452

 0,107 м.
2 g 2  9,81
Пьезометрическая линия пройдёт ниже напорной, параллельно ей отстоит
от неё на величину скоростного напора
22
1,452

 0,107 м.
2 g 2  9,81
На рисунке 3 в масштабе выполнены построения напорной и пьезометрической линий.
Рисунок 3 – Построение напорной и пьезометрической линий
Пример 4. Определить режим течения воды температурой 15 ˚С в трубе
прямоугольного сечения с размерами сторон 2040 мм, если расход равен 1 л/с.
Решение: По справочным данным вязкость воды при 10 ˚С и 20 ˚С соответственно равна  10  1,31  106 м2 / с и  20  1,01 106 м2 / с
24
15 
 20  10
2

1,01  1,31 6
 10  1,16  106 м2 / с
2
3
Расход воды Q  1 л / с  0,001 м / с .
Скорость движения воды  
d экв 
Re 
4Q
4  0,001

 1,59 м / с
  а  b 3,14  0,04  0,02
4  S 4  a  b 2  0,04  0,02


 0,027 м
П
2a  2b 0,04  0,02
  d экв 1,59  0,027

 37009 турбулентный

1,16 106
Пример 5. Определить силу избыточного давления и центр давления на
наклонную крышку, которая закрывает круглую трубу диаметром 1 м водовыпуска из пожарного водоема. Угол наклона крышки 600. Ось водовыпуска находится
на глубине 2 м.
Рисунок 4 – Схема пожарного водоема
Решение: Силу давления на крышку определим аналитическим способом
как произведение гидростатического давления в центре тяжести крышки на ее
площадь
Р=ρ∙g∙H∙ω
Площадь крышки, имеющей форму эллипса
ω = πab
а и b – полуоси эллипса.
а = 0,5; b = a/sin α = 0,5/0,866 = 0,577 м.
ω = 3,14 ∙ 0,5 ∙ 0,577 = 0,906 м2.
Тогда
Р = 1000 ∙ 9,81 ∙ 2 ∙ 0,906 = 17,17 кН.
25
Расстояние до центра тяжести эллипса
lцт = H/sin α = 2/0,866 = 2,3 м.
Координата центра давления
lцд= lцт + I0/(lцт ∙ ω)
Момент инерции эллипса
I0 = πab3/4 = 3,14 ∙ 0,5 ∙ 0,5773/4 = 0,075 м4
Тогда
lцд = 2,3 + 0,075/(2,3 ∙ 0,906) = 2,336 м.
Задача 6. Открытая вертикально расположенная цилиндрическая емкость
диаметром d = 3 м заполнена нефтью, высота столба которой Н1 равна 2 м над отверстием в дне емкости. Определить, за какое время уровень нефти в емкости Н2
станет равным 1 м, если коэффициент расход равен µ = 0,68, а диаметр отверстия
dотв = 50 мм. Сколько понадобится времени, чтобы емкость полностью опорожнилась?
Решение. Время истечения жидкости из отверстия определяется по формуле:

2S

  So  2 g

Hн  Hк

где S – площадь горизонтального сечения резервуара, м2:
d2
3,14  32
S

 7,065 м 2
4
4
Нн и Нк – начальный и конечный уровень жидкости в сосуде соответственно, м;
Площадь отверстия:
 do2
3,14  0,052
So 

 0,001963 м 2 .
4
4
Уровень нефти в емкости понизится с 2 м и станет равным 1 м за время:

2  7,065

0,68  0,001963  2  9,81


2  1  990 с  16,5 мин
Для полного опорожнения емкости требуется время:

2  7,065

0,68  0,001963  2  9,81
26


2  0  3380 с  56 мин 20 c
Пример 7. Определить высоту вертикальной сплошной струи, если вода
выходит через насадок диаметром 19 мм при напоре 30 м.
Решение: высоту вертикальной сплошной струи определим по формуле
Люгера:
Нв = Н/1+φН
Коэффициент φ
φ = 0,25/d + (0,1d)3 = 0,25/19+(0,1·19)3 = 9,67·10-3
Тогда
Нв = 30/1+9,67·10-3 ·30 = 23,25 м.
Пример 8. 2 м3 водяного пара при постоянном давлении 0,85 МПа нагревается от 100 до 3000С. Определить конечный объем пара, количество сообщенного
тепла и работу, совершаемую паром при нагревании, принимая теплоемкость
температуры нелинейной.
Решение: Переведем дано в СИ
V1 = 2 м3;
p = 0,85 МПа = 0,85.106 Па – const;
t1 =1000C, T1 = 373 K;
t2 = 3000C, T2 = 573 K.
Задача на исследование изобарного процесса.
p = const;
V1/V2 = T1/T2;
Q = m.Cрm.(T2 – T1);
L = p.(V2 – V1).
Из уравнения Клапейрона:
m = p.V1/(R.T1);
где R= 461,8 Дж/(кг.К) по приложению 2.
С pm 
C0t2p  t2  C0t1p  t1
t2  t1
;
300
.
.
где по приложению 5: C0100
p  1,8728 кДж/(кг К); C 0 p  1,9192 кДж/(кг К).
Определим конечный объем пара:
27
V2 = V1.T2/T1 = 2.573/373 = 3,07 м3.
Определим массу пара
m = p.V1/(R.T1) = 0,85.106.2/(461,8.373) = 9,87 кг.
Вычислим среднюю удельную теплоёмкость пара в интервале от 100 до
300ºС:
С pm 
1,9192  300  1,8728  100
 1,9424 кДж/(кг.К).
300  100
Определим количество теплоты, сообщенной пару:
Q = 9,87.1,9424.(573 - 373) = 3830 кДж.
Определим работу, совершаемую паром:
L = 0,85.106.(3,07 – 2) = 910000 Дж = 910 кДж;
[L] = Па.м3 =
Н
 м3  Н  м  Дж.
2
м
Вычертим график процесса (рис. 5).
Рисунок 5 – График процесса к примеру 8
Пример 9. Баллон с кислородом О2 емкостью 40 л при давлении газа
12 МПа и начальной температуре 220C оказался в зоне очага пожара. Определить,
до какой температуры нагреется газ, если установлено, что он может получить
600 кДж тепла, а также каково при этом будет давление кислорода. Теплоемкость
газа принять постоянной.
Решение: Переведем дано в СИ
28
V = 40 л = 0,04 м3;
p1 = 12 МПа = 12.10 6 Па;
t1 = 220C, T1 = 295 K;
Q = 600 кДж = 6000000 Дж.
Задача на исследование изохорного процесса, V = const.
1) Определим массу кислорода в баллоне:
m = p1.V/(R.T1);
где R = 259,8 Дж/(кг.К) по приложению 2.
m = 12.106.0,04/(259,8.295) = 6,28 кг.
2) Определим температуру кислорода в конце процесса нагревания:
Q = m.Cvm.(T2 – T1),
откуда
T2  T1 
Q
Cv 20,93
; Cvm 

 0,654кДж / (кг  К ),
m  Cvm

32
где: µ = 32 кг/кмоль; µСv = 20,93 кДж/(кмоль.К) – приложения 2 и 3, тогда
T2 =295+
600
 441 К ; t2  168 C.
6,28  0,654
3) Определим конечное давление кислорода в баллоне:
p1 T1
p1  T2 12  106  441
 ; p2 

 17,94  106 Па.
p2 T2
T1
295
4) Вычертим график процесса (рис. 6).
Рисунок 6 – График процесса к примеру 9
29
Ответ: t2  168 C; p2  17,94 МПа.
Вывод: в процессах при постоянном объеме все сообщенное количество
тепла идет только на нагревание газа; при этом давление газа увеличивается прямо пропорционально изменению его абсолютной температуре:
T2 p2
 ;
T1 p1
441 17,94  106

 1,495; следовательно, при организации тушения пожаров сле295
12  106
дует предусматривать мероприятия по охлаждению закрытых аппаратов, емкостей с газами и парами с целью предотвращения возможного их взрыва.
Пример 10..В теплообменнике типа «труба в трубе» нагреваемая вода температурой 40 0С движется со скоростью 1,5 м/с по кольцевому каналу. Наружный
и внутренний диаметры канала равны 26 и 20 мм, длина канала – 1,4 м. Средняя
температура наружной поверхности внутренней трубы равна 70 °С. Определить
тепловой поток, подводимый к нагреваемой воде.
Решение. Записываем расчетное уравнению в следующем виде
Nu Ж 
0,4 
0,017 Re0,8
Ж PrЖ 
PrЖ 

 PrC 
0,25
 d2 
 
 d1 
0,18
.
Выписываем свойства воды из приложения 1:
– при t Ж = 40 0С, Ж = 0,635 Вт/(м.К);  Ж = 0,66·10-6 м2/с; PrЖ = 4,33;
– при tС = 70 0С, PrC = 2,55.
Рассчитываем:
– эквивалентный диаметр кольцевого канала
d Э  d 2  d1  26  20  6 мм; d Э  0,006 м;
– числа подобия
Re Ж 
Nu Ж  0,017 13640
0,8
1,5  0,006
 13640 ;
0,66  106
0,4 
4,33 
 4,33 

 2,55 
– коэффициент теплоотдачи
30
0,25
 26 
 
 20 
0,18
 74,3 ;
  Nu Ж
Ж
dЭ
 74,3
0,635
 7860 Вт/(м2.К);
0,006
– линейную плотность теплового потока по формуле
ql    7860  0,02  (70  40)  14830 Вт/м;
– тепловой поток по уравнению
Q  ql  l  14830  1,4  20800 Вт.
Пример 11. Трансформаторное масло поступает в маслоохладитель с температурой t1 = 80 °С, а охлаждающая вода t2 = 20 °С. Расход трансформаторного
масла G1 = 0,3 кг/ч, его теплоемкость Ср1 = 1,905 кДж/(кг·К); расход воды
G2 = 0,55 кг/ч, ее теплоемкость Ср2 = 4,178 кДж/(кг·К); коэффициент теплопередачи от масла к воде К = 1000 Вт/(м2·К); а передаваемый тепловой поток Q = 23 кВт.
Рассчитайте площадь теплообмена маслоохладителя, если теплоносители движутся по противоточной схемам.
Решение: Используя уравнение теплового баланса, определяем температуры носителей на выходе
Q
23  103
t3  t1 
 80 
 39,8 C ;
G1  C p1
0,3  1,905  103
t4  t2 
Q
23  103
 20 
 30 C
G2  C p 2
0,55  4,178  103
t1=80 оС
t4 =30 оС
масло
t3=39,8 оС
вода
t2 =20 оС
t м  t3  t2  39,8  20  19,8 оС
tб  t1  t4  80  30  50 оС
Поскольку отношение
tб
50

 2,5 >2, применяем для расчета среднего
t м 19,8
температурного напора следующую формулу:
31
tср 
tб  t м 50  19,8

 32,6 оС .
t
50
ln б
ln
t м
19,8
Площадь теплообмена маслоохладителя:
F
Q
23000

 0,7 м2 .
K  tср 1000  32,6
Пример 12. Железобетонная плита на известняковом щебне подвергается
одностороннему обогреву в условиях стандартного температурного режима. Толщина плиты 0,22 м, толщина защитного слоя арматуры 0,025 м. Начальная температура плиты равна 20 0С. Определить температуру на поверхности арматуры через 1 ч обогрева и сделать вывод о возможности обрушения конструкции, если
критическая температура арматуры равна 470 0С.
Дано: железобетон на известняковом щебне; δ = 0,22 м; х = 0,025 м;
t0 = 20 °С; τ = 1 ч; tкр = 470 0С. t x ,  ?
Решение. По приложению 6 определим физические параметры бетона на
известняковом щебне при температуре 450 °С:
t  1,25  9,6 104  tср  1,25  9,6 104  450  0,818 Вт / ( м  К );
сt  0,77  6,3 104  tср  0,77  6,3 104  450  1,054кДж / ( кг  К );
ρ = 2190 кг/м3.
Определим коэффициент температуропроводности:
at 
Проверяем условие:
3,6  t
3,6  0,818

 0,00127 м2 / ч.
ct   1,054  2190

2  at  
 0,6;
0,22
 3,1  0,6; следовательно,
2  0,00127 1
температурное поле можно рассчитать по уравнению нестационарной теплопроводности для полуограниченного тела.
Определим величину аргумента функции Крампа для х = 0,025 м:
0,62 
A
2 
x
at
0,025
0,00127
 0,66.
2 1
0,62 

32
По приложению 13 находим значение функции Крампа: f(A) = 0,6494.
Определим температуру на поверхности арматуры через 1 ч обогрева:
t x,  1220  (1220  t0 )  f ( A)  1220  (1220  20)  0,6494  451 С.
Температура на поверхности арматуры плиты через 1 ч обогрева равна
451 °С. Обрушения плиты через 1 ч обогрева в условиях стандартного температурного режима не произойдет, т.к. температура на поверхности арматуры меньше критической: 451 °С < 470 °С.
Пример 13. В помещении, размеры которого 30×12×4 м, возможно горение
разлитого бензина на площади 30 м2. Определить, пользуясь номограммой,
среднеобъемную температуру среды при пожаре через 9 мин, принимая коэффициент избытка воздуха равным 2, а коэффициент неполноты сгорания 0,95.
Дано: l = 30 м; b = 12 м; h = 4 м; f = 30 м2; τ = 9 мин; αm = 2; η = 0,95. tf = ?
Решение: По приложению 11 находим параметры, характеризующие горение бензина:
M = 160 кг/(м2.ч); Qнр = 41870 кДж/кг.
Определим площадь поверхности теплообмена в помещении:
F = 2·l·b+2·l·h+2·b·h = 2·30·12 + 2·30·4 + 2·12·4 = 1056 м2.
Определим плотность теплового потока:
q
  Qнр  М  f
3,6  F

0,95  41870  160  30
 50200 Вт / м 2 .
3,6  1056
Пользуясь номограммой для определения среднеобъемной температуры
среды при пожаре в помещениях [2, рис. 58, стр. 159], определяем искомую температуру в следующей последовательности:
- на левой оси ординат номограммы находим точку, соответствующую
q  50200 Вт / м 2 ; параллельно линиям типа 1 с учетом визуальной интерполяции
проводим прямую до пересечения с осью температур при αm = 1 и находим
t = 9500C;
- затем эквидистантно кривым типа 2 (т. е. сохраняя характер кривизны с
учетом визуальной интерполяции) проводим линию до пересечения с ординатой,
33
соответствующей значению αm = 2;
- полученную точку пересечения параллельно оси абсцисс проецируем на
ординату, соответствующей времени 30 мин, а затем эквидистантно линиям типа
3 опускаемся до пересечения с ординатой, соответствующей времени 9 мин;
- полученную точку пересечения проецируем параллельно оси абсцисс на
ось температур и читаем ответ: t = 5200C.
Ответ: среднеобъемная температура среды в помещении при данных условиях горения бензина равна 5200С.
Пример 14. Определить излучательную способность и тепловой поток
стенки площадью 6 м2, если степень ее черноты   0,9, а температура 1300 С .
Дано: F = 6 м2;   0,9 ; t = 1300ºС, T = 1573 K. E = ? Ф = ?
Решение: Определяем излучательную способность стенки:
E =  C0 (T/100)4,
здесь C0 = 5,77 Вт/(м2 К4), отсюда
E = 0,9·5,77·(1573/100)4 = 317931,2467 Вт/м2  317,93 кВт/м2.
Определяем тепловой поток стенки:
Ф = EF = 317,93·6 = 1907,58 кВт.
Ответ: E = 317,93 кВт/м2, Ф = 1907,58 кВт.
Пример 15. Определить, во сколько раз уменьшится плотность теплового
потока между двумя плоскопараллельными поверхностями, степень черноты которых 1  0,65 и  2  0,9, если между ними установить однослойный экран из полированного алюминия.
Дано: 1  0,65 ;  2  0,9 ; Экран – полированный алюминий.
q12
=?
q1экр
2
Решение: Находим приведенную степень черноты данной системы тел «поверхность 1 – поверхность 2»:
12 
1
1

1
1
2

1
34
1
1
1

1
0,65 0,9
 0,606.
Находим приведенную степень черноты данной системы тел «поверхность 1
– экран»:
1э 
1
1

1
1
э
1
Принимаем по приложению 8 для полированного алюминия при t = 575 С :
 э  0,057.
1э 
1
1
1

1
0,65 0,057
 0,055,
Находим приведенную степень черноты данной системы тел «экран - поверхность 2»:
 э 2 
1
э
Определим
1   2   э , q1экр
2 

1
1
2
эффективность

1
1
1
1

1
0,057 0,9
действия
 0,057.
тепловых
экранов,
1э   э2
1

 q , отсюда
12
1э   э2 12
q12 12  (1э   э2 ) 0,606  (0,055  0,057)


 21,65 раза.



0,055

0,057
q1экр
1 э
э 2
2
Ответ:
q12
= 21,65 раза.
q1экр
2
35
когда
ВАРИАНТЫ ЗАДАНИЙ
Таблица 1
0
Предпоследняя цифра номера зачетки
1
2
3
4
Последняя цифра номера зачетки
0
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
7
8
12
40
11
13
25
26
27
28
31
41
38
33
34
37
39
35
51(а) 52(а) 53(а)
54(а)
55(а)
56(а)
57(а) 58(а)
76
77
78
75
80
70
69(д) 71(г)
90(к) 89(б) 81(б)
84(в) 86(б)
87(г)
90(е) 87(б)
101(б) 94(е) 95(г)
97(д) 99(ж) 100(б) 98(б) 96(и)
21
22
11
6
10
26
9
15
34
39
23
24
25
40
27
28
50
49
48
47
46
45
44
43
52(б) 53(б) 54(б) 55(б) 56(б) 57(б)
58(б)
59
78
76
79
74
66
65(а)
72
63(а)
87(а) 90(в) 81(а)
84(а)
82(а)
86(г)
89(а) 84(г)
102(б) 99(а) 94(в) 102(в) 91(д) 92(е)
99(в) 100(в)
20
6
2
9
8
15
14
1
29
19
18
17
16
24
34
13
38
33
32
42
35
31
41
26
53(в) 54(в) 55(в)
56(в) 57(в)
58(в)
60(а) 61(а)
69(а) 68(б) 71(а)
63(б) 62(а) 69(б)
73
67(д)
88(б) 82(д) 83(б) 89(д) 91(б) 85(а)
87(в) 85(б)
97(ж) 96(а) 92(в) 101(а) 99(г) 101(и) 93(ж) 91(е)
3
8
6
1
4
9
5
2
11
12
13
14
15
16
17
18
48
30
31
47
23
24
46
27
51(г) 52(г)
53(г)
54(г)
55(г)
56(г)
57(г)
58(г)
79
72
67(а)
68(в) 71(б) 62(в)
64(а)
70
86(а) 84(б) 82(б) 86(и) 81(з)
91(к) 92(ж) 90(и)
100(к) 100(а) 102(б) 97(б) 96(д)
99(з)
95(б) 98(е)
16
19
4
27
17
11
3
23
30
29
28
37
26
25
24
31
45
32
49
43
43
37
36
44
53(д) 54(д) 55(д) 56(д) 57(д) 58(д)
51(а) 52(б)
77
71(д) 69(в)
65(б) 61(б) 64(б)
69(г) 65(д)
89(в) 85(в) 83(ж) 87(д)
85(г)
89(г)
88(в) 89(и)
98(а) 97(к) 91(а)
98(и) 90(ж) 96(з) 101(д) 102(г)
36
8
9
36
42
59
73
90(а)
97(в)
29
38
42
51(в)
68(а)
93(б)
96(к)
12
35
50
62(б)
69(г)
82(з)
97(а)
10
19
25
51(д)
66
84(е)
99(к)
7
22
47
54(а)
61(в)
86(д)
91(з)
9
10
14
32
51(б)
75
88(а)
99(б)
7
30
41
52(в)
80
83(а)
95(д)
11
36
49
63(в)
74
81(ж)
93(а)
7
20
45
52(д)
67(б)
82(г)
94(а)
21
31
50
55(б)
67(в)
93(д)
98(ж)
Продолжение табл. 1
5
Предпоследняя цифра номера зачетки
6
7
8
9
0
1
4
30
21
39
40
42
52(а) 51(в)
60(г) 67(г)
81(в) 83(и)
99(д) 96(б)
10
9
28
34
50
45
58(б) 62(б)
67(а) 65(а)
91(и) 81(г)
101(в) 95(ж)
3
1
11
18
31
50
65(г) 61(д)
71(д) 69(в)
82(в) 86(к)
93(г) 92(д)
1
17
31
22
50
32
55(г) 54(д)
67(б)
73
83(д) 93(и)
96(г) 100(д)
5
9
16
39
41
42
63(а) 55(д)
69(г) 64(в)
90(з) 82(е)
100(е) 98(д)
Последняя цифра номера зачетки
2
3
4
5
6
7
8
9
24
6
5
19
7
20
11
8
38
22
27
29
23
26
28
25
44
37
36
35
34
33
32
31
54(б)
55(а)
62(г)
63(д)
54(в) 55(в) 56(а) 57(а)
58(д) 68(д) 71(а)
78
60(д)
72
63(д) 65(в)
84(д)
88(г) 89(ж) 82(к)
85(д) 86(е) 90(б) 91(г)
93(в) 95(и) 100(з) 98(в)
92(а) 94(б) 100(г) 97(з)
8
7
6
5
4
3
2
1
33
19
20
17
29
18
35
16
44
48
41
47
43
46
42
49
63(г)
51(б) 52(в)
53(а)
60(в) 61(г) 62(д) 64(г)
71(б) 60(б) 69(а)
74
69(б) 64(в) 68(а) 71(в)
89(е) 82(ж) 92(б) 88(д) 91(ж) 81(к) 83(в) 86(ж)
96(в) 99(и) 97(г)
93(е)
94(и) 101(е) 102(д) 90(д)
16
2
17
5
20
19
3
15
32
12
21
13
37
29
14
33
44
47
32
34
46
40
36
41
64(д)
59
53(б) 60(а)
56(б) 57(в) 60(б) 61(б)
79
63(б) 61(а)
70
68(г)
67(г) 64(а) 65(г)
90(г)
81(д)
83(г)
95(з)
89(з) 91(а) 92(к) 83(з)
97(е) 100(ж) 94(ж) 101(ж) 96(ж) 99(е) 98(з) 101(к)
16
4
22
18
2
13
3
11
33
12
35
23
37
38
29
40
43
34
48
36
49
45
34
46
56(в)
57(б) 58(а)
51(г)
52(г) 53(в) 62(а) 60(в)
64(б) 68(д) 65(б) 61(в)
68(б) 71(г)
75
80
92(з)
85(а)
87(г)
82(и)
81(е) 88(а) 89(к) 86(з)
98(г)
94(г)
93(з) 101(з) 100(и) 97(и) 95(е) 92(и)
8
14
30
6
10
7
18
14
12
38
40
13
17
15
35
39
43
44
45
46
47
48
49
50
54(г)
53(г)
51(д)
58(г)
56(д) 57(д) 60(г) 56(г)
67(в)
65(в)
57(г)
68(в)
64(г) 71(в) 63(в) 69(д)
86(в)
83(к) 95(в) 81(и)
92(в) 83(е) 93(к) 89(а)
95(к)
96(е) 102(а) 94(з) 101(к) 98(к) 94(д) 101(в)
37
Задачи
Задача 1-10. Определить величину вакуума и абсолютное давление во всасывающей линии ацетиленового компрессора А по показаниям ртутного вакуумметра (рис. 7), если атмосферное давление pатм = 105 Па. Ртуть в левом колене
поднялась на высоту hрт. Так как соединение паров ртути с ацетиленом опасно в
пожарном отношении, над ртутью налито масло, высота столба которого hм.
Плотность ртути ρ = 13,6 · 103 кг/м3; плотность масла ρ = 800 кг/м3.
Рисунок 7 - Ртутный вакуумметр.
Номер
задачи
Высота столба
ртути hрт, м
Высота столба
масла hм, м
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
0,55
0,50
0,58
0,53
0,45
0,64
0,57
0,59
0,60
0,62
0,30
0,35
0,28
0,32
0,40
0,29
0,30
0,34
0,40
0,23
Задача 11-20. Определить величину силы гидростатического давления Р
воды на затвор АВ высотой l шириной в и точку приложения ее результирующей
уцд (hцд), если угол наклона стенки равен α , а глубина погружения затвора Н
(рис. 8). Построить эпюру давления на затвор и решить задачу аналитическим и
графоаналитическим способами.
Рис 8 – Затвор, расположенный на глубине
38
Наименование величин и единицы
измерений
l, м
в, м
H, м
, град
Номер задачи
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
2,5
2
6
60
2
1,5
5
45
3
2
8
30
1,2
2,2
6
60
1,5
1,7
7
45
2,2
2,1
9
30
2,8
1,3
6
60
1,7
2,5
8
45
2,6
2,3
9
30
2,5
1,8
10
60
Задача 21-30. По трубопроводу, включающему прямолинейный горизонтальный участок длиной L и диаметром 33·10-3 м, внезапное расширение трубопровода с диаметра 33·10-3 м до 64·10-3 м и внезапное сужение трубопровода с
диаметра 64·10-3 м до диаметра 25·10-3 м, протекает вода с расходом
Q = 0,6·10-3 м3/c и температурой t. Прямолинейный участок трубопровода и местные сопротивления ограничены соответствующими пьезометрами (рисунок 9),
показания которых h1, h2, h3, h4, h5, h6. Определить значения коэффициента трения
λ на прямолинейном участке трубопровода и коэффициентов местных сопротивлений для внезапного расширения ζрасш и внезапного сужения ζсуж. Построить пьезометрическую и напорную линии. Определить режимы движения воды на каждом участке трубопровода.
Номер задачи
L, м
t, 0C
h1, м
h2, м
h3, м
h4, м
h5, м
h6, м
21
3,6
10
1,56
1,49
1,47
1,48
1,48
1,33
22
3,7
20
1,57
1,50
1,48
1,49
1,49
1,34
23
3,8
30
1,58
1,51
1,49
1,50
1,50
1,35
24
3,9
40
1,78
1,74
1,71
1,72
1,72
1,58
25
4,0
50
1,79
1,75
1,72
1,73
1,73
1,59
26
4,1
40
1,80
1,76
1,73
1,74
1,74
1,60
Рисунок 9 – Участок трубопровода
39
27
4,2
30
1,33
1,26
1,24
1,25
1,25
1,11
28
4,3
20
1,34
1,27
1,25
1,26
1,26
1,12
29
4,4
10
1,35
1,28
1,26
1,27
1,27
1,13
30
4,5
50
1,32
1,25
1,23
1,24
1,24
1,10
Задача 31-40. Определить расход, максимальную и среднюю скорость воздушной струи, выходящей из круглоцилиндрической трубы диаметром d0 в воздух с начальной скоростью u0 на расстоянии х1 от выходного сечения.
Номер
задачи
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
Диаметр трубы
d0, м.
0,25
0,20
0,21
0,22
0,23
0,24
0,30
0,32
0,34
0,28
Начальная скорость
воздуха u0, м/с
8
10
9
7
6
5
11
12
14
15
Расстояние х1 от выходного сечения, м.
3
4
5
6
4
3
7
8
9
10
Задача 41-50. Определить величину избыточного давления в начале магистральной линии длиной L, м, состоящей из пожарных рукавов, диаметром D, мм
при расходе воды Q, л/с. Время перекрывания воды составляет τ секунд. Напор в
начале рукавной линии составляет H, м.
Номер Длина магиТип рукавов ма- Диаметр Расход Время пере- Напо
задачи стральной ли- гистральной ли- рукавов, воды, крытия во- р, H,
нии, L, м.
нии
D, мм
Q, л/с ды, τ, сек.
м.
41
220
прорезиненный
66
15
3
75
42
320
латексированный
77
20
5
70
43
280
непрорезиненный
66
18
4
85
44
300
прорезиненный
89
30
2
90
45
260
латексированный
66
22
3
80
46
200
непрорезиненный
77
35
4
60
47
240
прорезиненный
150
50
5
100
48
180
непрорезиненный
77
32
6
65
49
160
латексированный
77
17
7
75
50
340
прорезиненный
150
70
6
80
Задачи 51 (а, б, в, г, д). Определить массу метана (CH4), находящегося в
аппарате емкостью 500 л, если давление газа по манометру равно: а) 291 кПа;
б) 196 кПа; в) 392 кПа; г) 0,6 МПа; д) 0,78 МПа. Температура газа 17 °С. Барометрическое давление при данной температуре равно 99975 Па.
40
Задача 52 (а, б, в, г, д) Определить удельный объем и плотность метана
(CH4), находящегося под давлением 98642 Па, если его температура равна:
а) 14 °С, б) 17 0 С, в) 19оС, г) 20°С, д) 24°С.
Задача 53 (а, б, в, г, д). Плотность этилена (C2H4) при нормальных условиях
1,25 кг/м3. Определить плотность этилена, если его давление 0,1 МПа, а температура соответственно равна: а) 10 °С, б) 16 °С, в) 18 °С, г) 22 °С, д) 27 °С.
Задача 54 (а, б, в, г, д). Баллон с кислородом емкостью 60 л при давлении
8 МПа оказался в зоне очага пожара. Масса кислорода 7 кг. Определить, каково
будет давление кислорода, если его температура через некоторое время повысилась до: а) 230 °С; б) 277 °С; в) 380 °С ; г) 450 °С; д) 560 °С. Сделать вывод, возможен ли взрыв баллона, если допустимое давление для него 15 МПа.
Задача 55 (а, б, в, г, д). В аппарате емкостью 0,8 мэ находился аммиак (NH3)
при давлении 800 кПа и температуре 18 °С. В результате аварии газ вышел наружу. Определить массу вышедшего газа, и какой объем займет аммиак, если его
температура осталась неизменной, а давление снизилось до: а) 0,1 МПа; б) 99 кПа;
в) 98000 Па, г) 0,097 МПа; д) 96 кПа.
Задача 56 (а, б, в, г, д). Массовый состав смеси следующий: двуокись углерода – 18 %, кислород – 12 %, азот – 70 %, Определить, до какого давления нужно
сжать эту смесь, чтобы при температуре 80 °С 8 кг ее занимали объем равный:
а) 0,6 м3; б) 0,8 м3 ; в) 1,2 м3; г) 2 м3; д) 2,5 м3.
Задача 57 (а, б, в, г, д). Определить объемный состав, газовую постоянную
и объем смеси, если ее массовый состав следующий: метан – 48,7 %, этилен –
16,8 %, окись углерода – 14,6 %, кислород – 4,7 %, азот – 15,2 %. Давление смеси
0,1 МПа, масса смеси 6 кг, температура смеси соответственно равна: а) 14 °С;
б) 17 °С, в) 22 °С; г) 25°С;.д) 27 °С.
Задача 58 (а, б, в, г, д). В помещении объемом 150 м3 при давлении воздуха
0,1 МПа и температуре 17 °С произошло истечение ацетилена (С2Н2). Определить
массовые и объемные доли смеси ацетилена с воздухом, а также сделать вывод о
возможности образования взрывоопасной концентрации, если пределы воспламенения ацетилена 2,5 и 81 % по объему. Масса ацетилена равна: а) 7 кг; б) 4 кг;
в) 3 кг; г) 1,5 кг; д) 1 кг.
41
Задача 59. Газовая смесь имеет следующий объемный состав: двуокись углерода – 12 %, кислород – 7 %, азот – 75 %, пары воды – 6 %. Определить удельную теплоемкость смеси при постоянном давлении, считая теплоемкость газов,
входящих в смесь, постоянной.
Задача 60 (а, 5, в, г, д). Азот, находящийся при постоянном давлении
0,2 МПа и температуре 22°С, занимал объем равный: а) 0,5 м3: б) 2 м3; в) 3 м3;
г) 4,5 м3; д) 6 м3. В результате пожара температура газа увеличилась до 317 °С.
Определить, какой объем займет при этом газ и полученное количество тепла,
принимая зависимость теплоемкости от температуры прямолинейной. Вычертить
график процесса.
Задача 61 (а, б, в, г, д). 2 м3 ацетилена с начальной температурой 15 °С
расширяются при постоянном давлении в результате получения газом 900 кДж
теплоты. Определить конечную температуру и объем газа в конце расширения.
Теплоемкость ацетилена принять постоянной. Давление газа в процессе соответственно равно: а) 0,15 МПа, 6) 0,2 МПа; в) 0,24 МПа; г) 0,3 МПа; д) 0,4 МПа. Вычертить график процесса.
Задача 62 (а. б, в, г, д). 0,25 кг кислорода при начальном давлении 0,1 МПа
сжимается в компрессоре изотермически до давления 20 МПа. Определить конечный объем, затрачиваемую работу и количество отводимого тепла, если температура газа равна: а) 27 °С; б) 32 °С; в) 44 °С; г) 50 °С; д) 62 °С. Вычертить график
процесса.
Задача 63 (а. 6, в, г, д). 0,5 м3 воздуха при температуре 27 °С и начальном
давлении 500 кПа расширяется изотермически. Определить конечное давление,
совершаемую газом работу и количество сообщенной теплоты, если объем газа
увеличился в: а) 3 раза: б) 3,5 раза; в) 5 раз; г) 2,8 раза; д) 4 раза. Вычертить график процесса.
Задача 64 (а, б. в, г, д). Установлено, что в результате пожара баллон с кислородом емкостью 60 л может получить количество тепла равное: а) 200 кДж; б)
350 кДж; в) 400 кДж; г) 500 кДж; д) 650 кДж. Определить, до какой температуры
нагреется газ и каково при этом будет его давление, если известно, что начальная
температура кислорода 17 °С, начальное давление. 15 МПа, а удельную теплоем42
кость при постоянном объёме, равную 0,654 кДж/(кг К), можно принять постоянной. Вычертить график процесса.
Задача 65 (а. 6. в, г, д). Баллон с этиленом емкость 40 л при давлении
6 МПа и начальной температуре 20 СС оставлен у системы парового отопления.
Через некоторое время температура газа поднялась до: а) 32 °С; б) 40 °С; в) 45 °С;
г) 27 °С, д) 57 °С. Определить, каково будет давление газа при этом и количество
полученной теплоты, принимая удельную теплоемкость этилена постоянной. Вычертить график процесса.
Задача 66. Какое количество тепла надо сообщить 1,2 кг двуокиси углерода
(СО2) при постоянном объеме для повышения давления от 0,1 до 0,3 МПа, если
объем сосуда 0.65 м3. Зависимость теплоемкости от температуры – прямолинейная. Вычертить график процесса.
Задача 67 (а, б, в, г, д) Какое количество тепла необходимо отвести от баллона с водородом емкостью 80 л, чтобы температура газа понизилась от 600 °С
до: а)27°С; б) 38 °С; в) 46 °С; г) 52 °С, д) 60 °С. Каково при этом установится давление в баллоне? Масса газа 0,5 кг. Теплоемкость водорода принять постоянной.
Задача 68 (а б, в, г, д). 1 м3 воздуха при постоянном давлений 0,16 МПа подогревается от 100 °С до: а) 200 °С; б) 300 °С; в) 400 °С; г) 500 °С; д) 600 °С.
Определить конечный объем воздуха и количество затраченного тепла, принимая
зависимость теплоемкости от температуры нелинейной. Вычертить график процесса.
Задача 69 (а, б, в, г ,д). Азот при давлении 0,9 МПа и температуре 100 °С
нагревается в аппарате при постоянном объеме 6 м3 до. а) 200°С, б) 250 °С;
в) 300 °С; г; 350 °С, д) 400 °С. Определить конечное давление газа и количество
подведенной теплоты, принимая зависимость теплоемкости от температуры нелинейной. Вычертить график процесса.
Задача 70. 5 м3 кислорода при давлении 98,6 кПа и температуре 20 °С изотермически сжимается до давления 0,8 МПа Определить конечный объем, затраченную работу и количество отведенного тепла. Вычертить график процесса.
Задача 71. (а, б, в, г, д). 100 м3 окиси углерода (СО) при температуре 327 °С
и постоянном давлении 0;7 МПа охлаждаются до: а) 17 °С; б) 23 °С, в) 27 °С;
43
г) 35 °С; д) 45° С. Определить количество отведенной теплоты, принимая зависимость теплоемкости от температуры прямолинейной. Вычертить график процесса.
Задача 72. В воздухоподогревателе котельной установки воздух нагревается от 50 до 200 °С при постоянном давлении. Определить количество теплоты,
необходимое для нагревания 1 кг воздуха и удельную работу расширения, принимая теплоемкость постоянной, зависящей от температуры прямолинейно и зависящей от температуры нелинейно. Сделать вывод, какой зависимостью теплоемкости от температуры необходимо пользоваться для получения более точных расчетов? Вычертить график процесса.
Задача 73. 1 кг воздуха сжимается в цилиндре адиабатно, объём воздуха
при этом уменьшается в 14 раз. Определить конечную температуру и конечное
давление воздуха, если начальная температура его 100 °С, а начальное давление
0,1 МПа. Показатель адиабаты принять равным 1,4. Вычертить график процесса.
Задача 74. 2 кг азота при давлении 0,1 МПа и температуре 15 °С адиабатно
сжимаются в цилиндре до давления 0,7 МПа. Определить конечную температуру
и работу, затраченную на сжатие, принимая показатель адиабаты равным 1,4. Вычертить график процесса.
Задача 75. 3 м3 метана (СH4) при температуре 150 °С расширяются политропно. При этом давление газа изменяется от 0,54 до 0,12 МПа, а объем увеличивается до 10 м3. Определить показатель политропы, конечную температуру и совершенную газом работу. Вычертить график процесса,
Задача 76. 1кг воздуха совершает прямой цикл Карно в пределах температур 627 °С и 27 °С При этом наибольшее давление равно 5 МПа, а наименьшее –
0,1 МПа. Определить параметры состояния воздуха в характерных точках цикла и
количество отведенной теплоты, принимая показатель адиабаты 1,4. Построить
данный цикл графически.
Задача 77. Определить параметры характерных точек для цикла двигателя
внутреннего сгорания с подводом тепла при постоянной объеме и термический
к. п. д. цикла, если известно: рабочее тело – воздух массой 1 кг, в точке 1 давление равно 0,1 МПа, а температура 80 °С; степень сжатия равна 6, степень повышения давления 1,8; показатель адиабаты принять равным 1,4. Построить диа44
грамму цикла. Сравнивая температуру в момент выхлопа с температурой воспламенения некоторых распространенных горючих материалов, сделать вывод о степени пожарной опасности данного двигателя.
Задача 78. В результате аварий из аппарата наполненного кислородом при
давлении 0,12 МПа и температуре 50 °С, происходит истечение газа наружу.
Площадь отверстия 10 мм2. Давление среды, в которую происходит истечение,
равно 96000 Па. Определить теоретическую скорость истечения кислорода и секундный массовый расход газа. Показатель адиабаты принять 1,4. Начальную
скорость истечения принять равной нулю.
Задача 79. Для ликвидации горения продукта в реакторе предусмотрена подача азота. Определить требуемую площадь выходного сечения сопла, через которое будет происходить истечение газа в реактор, если известно: давление азота
0,5 МПа, давление среды в реакторе 0,3 МПа, температура азота 27 С, требуемый
секундный расход газа 0,2 кг/с. Показатель адиабаты принять 1,4.
Задача 80. Через образовавшееся в результате аварии в корпусе аппарата отверстие площадью 20 мм2 происходит истечении этилена в объем помещения. Давление газа 5 МПа, температура газа в аппарате 20 С, давление среды, в которую
происходит истечение, 0,1 МПа. Определить критическую скорость истечения и
максимальный массовый расход этилена, принимая показатель адиабаты 1,29.
Задача 81(а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к). Определить требуемую толщину теплоизоляции стального трубопровода, чтобы температура на наружной поверхности
теплоизоляции не превышала 80 °С. Материал – асбоцементные скорлупы (полуцилиндры). Диаметр трубопровода 0,15 м. Плотность теплового потока и температура на внутренней поверхности теплоизоляции соответственно равны:
Задача
а
Плотность тепло300
вого потока, Вт/м
Температура
внутренней по- 120
верхности,°С
б
в
г
д
е
ж
з
и
к
325
350
360
380
400
450
500
560
600
130
140
145
150
160
170
180
200
210
Задача 82 (а, б, в, г: д, е, ж, з, и, к). Определить коэффициент теплообмена
при естественной конвекции между дымовыми газами и вертикальной стенкой
45
помещения высотой 3 м, если температура дымовых газов и поверхности стенки
соответственно равны:
Задача
а
Температура ды150
мовых газов, °С
Температура стен50
ки, °С
б
в
г
д
е
ж
з
и
к
225
300
340
400
460
500
540
600
680
75
100
160
200
240
300
360
400
420
Задача 83 (а, б, в, г; д, е, ж, з, и, к). Противопожарная закрытая отступка
печи имеет размер 0,13 м. Определить плотность теплового потока от поверхности печи к поверхности деревянной перегородки в конвективном теплообмене,
если температура поверхности печи и поверхности перегородки соответственно
равны:
Задача
Температура
поверхности
печи, °С
Температура
поверхности
перегородки,°С
а
б
в
г
д
е
ж
з
и
к
95
115
130
150
170
180
200
220
230
250
45
45
50
50
50
60
60
60
70
70
Задача 84 (а, б, в, г; д, е). В цистерне пожарного автомобиля для подогрева
воды выхлопными газами смонтирован трубопровод. Дымовые газы при средней
температуре 300°С движутся со скоростью 10 м/с. Отношение l/dнар > 50. Определить коэффициент теплообмена конвекцией между дымовыми газами и внутренней поверхностью трубопровода, если его внутренний диаметр равен: а) 25 мм,
б) 38 мм: в) 45 мм; г) 60 мм, д) 80 мм, е) 90 мм.
Задача 85 (а, б, а, г, д). Расположение теплоотдающей поверхности нетеплоемкой печи и поверхности деревянной перегородки представляет собой случай
плоскопараллельных поверхностей. Степень черноты поверхности печи 0,8; степень черноты поверхности древесины 0,9. Определить плотность теплового потока и сделать вывод о возможности воспламенения древесины, если критическая
плотность облучения древесины 12800 Вт/м2, температура самовоспламенения
530 К, а температура излучающей поверхности печи равна: а) 620 К; б) 700 К;
в) 780 К; г) 830 К, д) 870 К.
46
Задача 86. (а, б, а, г, д, е, ж, з, и, к). Определить эффективность применения теплового экрана из полированного алюминия, установленного между стенкой печи из шамотного кирпича и деревянной конструкцией, если температура
поверхности кирпичной кладки и поверхности деревянной конструкции соответственно равна:
Задача
Температура
кирпичной
кладки, °С
Температура
деревянной
конструкции,°С
а
б
в
г
д
е
ж
з
и
к
700
780
820
850
890
900
940
960
980
1000
350
360
370
380
400
350
360
370
390
400
Предельно допустимая температура для материала экрана 873 К. Значения
степени черноты указанных материалов принять по приложению 8.
Задача 87 (а, б, а, г, д). Определить требуемое количество экранирующих
слоев из шлифованной листовой стали для защиты деревянной конструкции от
лучистой тепловой энергии, если степень черноты излучающей поверхности 0,8,
плотность теплового потока от излучающей поверхности равна а) 32000 Bт/м2;
б) 45000 Вт/м2 , в) 52000 Вт/м2; г) 56000 Вт/м2, д) 60000 Вт/м2. Степень черноты
материала экрана, сосновой шероховатой древесины и критическую плотность
теплового потока для древесины выбрать по приложениям 8, 9.
Задача 88 (а, б, в, г, д). Дать заключение о достаточности противопожарного разрыва между двумя штабелями сосновой шероховатой древесины, если возможные размеры факела при пожаре 6×12 м, температура факела 1300 К, предельно допускаемая температура древесины 530 К, величина противопожарного
разрыва в м соответственно равна: а) 4: б) 6, в) 8; г) 10; д) 12. Коэффициент безопасности 1,2; степень черноты древесины и критическую плотность облучения
выбрать по соответствующим приложениям.
Задача 89 (а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к) Определить требуемую величину противопожарной разделки дымохода из красного кирпича (рис. 10). исходя из условия,
что температура в месте соприкосновения разделки с горючим материалом перекрытия не должна превышать 80 °С; температура нагреваемой среды (окружаю47
щего воздуха) равна 10 °С; температура нагретой среды (отходящих газов) соответственно равна:
Задача
Температура
нагретой
среды, °С
а
б
в
г
д
е
ж
з
и
к
420
460
490
510
530
550
570
600
670
700
Рисунок 10 – Схема к задаче 89
Задача 90 (а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к) Определить температуру на наружной
поверхности дымохода из красного кирпича и сделать вывод с точки зрения пожарной безопасности, если толщина стенки дымохода равна 0,25 м; температура
окружающего воздуха 15 °С, температура отходящих газов соответственно равна:
Задача
Температура
отходящих
газов, °С
а
б
в
г
д
е
ж
з
и
к
210
350
380
420
480
530
580
630
680
700
Задача 91 (а, б, в, г, д, е. ж, з, и, к). Определить требуемую толщину бетонной стены, если коэффициент теплопроводности бетона равен 0,84 Вт/(м·К); температура нагреваемой среды 20 °С, температура на необогреваемой поверхности
стены не должна превышать 160 °С, температура нагретой среды при возможном
пожаре соответственно равна:
Задача
а
Температура
600
нагретой среды,
б
в
г
д
е
ж
з
и
к
670
720
780
810
860
900
950
1000
1100
48
°С
Задача 92 (а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к). Определить, удовлетворяет ли требованиям пожарной безопасности противопожарная стена из красного кирпича, оштукатуренная с двух сторон цементно-песчаной штукатуркой толщиной 0,02 м
(рис. 10), если температура нагребаемой среды 20 С, толщина кирпичной кладки и
температура нагретой среды при пожаре соответственно равны:
Задача
а
Толщина
кирпичной
0,12
кладки, м
Температура
нагретой
700
среды, °С
б
в
г
д
е
ж
з
и
к
0,12
0,25
0,25
0,25
0,38
0,38
0,38
0,51
0,51
900
800
950
980
850
900
970
1000
1100
Задача 93 (а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к). Определись температуру на наружной
поверхности асбоцементной трубы (рис. 12), используемой в качестве дымохода
металлической печки-времянки, если внутренний диаметр трубы 0,15 м, наружный диаметр трубы 0,19 м, температура окружающего воздуха 25°С, коэффициент
теплопроводности материала трубы принять 0,13Вт/(м·К); температура отходящих
газов соответственно равна:
Задача
Температура
отходящих
газов, °С
а
б
в
г
д
е
ж
з
и
к
460
500
530
570
600
640
680
700
720
760
Рисунок 11 – Схема к задаче 92
Рисунок 12 – Схема к задаче 93
49
Задача 94 (а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к) Деревянная стена защищена слоем кирпичной кладки (рис. 13). Температура самовоспламенения древесины 270 С.
Определить температуру в точке соприкосновения кирпичной кладки с деревянной стеной и сделать вывод, возможно ли самовоспламенение древесины, если
начальная температура кирпичной кладки 20 °С, толщина кирпичной кладки,
время прогрева и температура обогреваемой поверхности соответственно равны:
Задача
а
б
в
г
д
е
ж
з
и
к
Толщина кирпичной клад- 0,06 0,12 0,25 0,06 0,12 0,25 0,12 0,12 0,25 0,38
ки, м
Время прогре0,75 1,5
2
1
2
2,5
2
2,5
3
4
ва, ч
Температура
обогреваемой
800 800 800 900 900 950 850 950 1000 1000
поверхности, °С
Рисунок 13 – Схема к задаче 94.
Задача 95 (а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к). Определить предел огнестойкости перегородки из красного кирпича, считая ее полуограниченным телом, если начальная
температура конструкции 20°С, температура на необогреваемой поверхности
стенки не должна превышать 160°С, а температура обогреваемой поверхности и
толщина перегородки соответственно равны:
Задача
Температура
обогреваемой
поверхности, °С
а
б
в
г
д
е
ж
650
700
750
800
900
850
950
50
з
и
к
1000 1100 1200
Толщина пере0,12 0,25 0,38 0,12 0,25 0,38 0,12
городки, м
0,25
0,38
0,25
Задача 96 (а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к). Определить требуемую толщину защитного слоя арматуры железобетонного перекрытия из песчаного бетона, если
начальная температура конструкции 20°С, температура на поверхности арматуры
не должна превышать 470°С, время прогрева и температура обогреваемой поверхности соответственно равны:
Задача
а
Время прогре0,75
ва, ч
Температура
обогреваемой
700
поверхности, °С
б
в
г
д
е
ж
з
и
к
1
1,5
2,5
0,75
1
1,5
2,5
1
1,5
700
700
800
800
900
900
900
950
980
Задача 97 (а, 6, в, г, д, е, ж, з, и, к) Определить предел огнестойкости стенки из бетона на гранитном щебне, считая ее полуограниченным телом, если
начальная температура 20°С, температура на необогреваемой поверхности стенки
не должна превышать 160°С, температура обогреваемой поверхности и толщина
стенки соответственно равны:
Задача
а
б
в
г
д
е
ж
з
и
к
Температура
обогреваемой
800 800 800 900 900 900 1000 1100 1000 1100
поверхности, °С
Толщина стен0,05 0,12 0,15 0,12 0,15 0,17 0,15 0,17 0,2
0,2
ки, м
Задача 98 (а, 6, в, г, д, е, ж, з, и, к) Панель сплошного сечения из песчаного
бетона подвергается одностороннему нагреву в условиях стандартного температурного режима. Определить температуру на необогреваемой поверхности панели
и сделать вывод о соответствии требованиям пожарной безопасности, если
начальная температура панели 20°С, толщина панели и время нагрева соответственно равны:
Задача
а
Толщина па0,06
нели, м
Время нагре0,75
ва, ч
б
в
г
д
е
ж
з
и
к
0,08
0,1
0,12
0,15
0,17
0,2
0,22
0,12
0,15
1
1,5
2
2,5
3
4
5
2,5
4
51
Задача 99 (а, б, в, г, д, е, ж, з, и3 к) Плита перекрытия из бетона на гранитном щебне толщиной 0,22 м подвергается нагреву в условиях стандартного температурного режима. Начальная температура плиты 20°С. Определить температуру на поверхности арматуры, если толщина защитного слоя арматуры и время
нагрева соответственно равны:
Задача
а
Толщина защит0,02
ного слоя, м
Время нагрева, ч 0,25
б
в
г
д
е
ж
з
и
к
0,02
0,02
0,03
0,03
0,03
0,04
0,04
0,04
0,02
0,5
0,75
0,5
0,75
1
0,75
1
1,5
1
Принимая критическую температуру арматуры равной 470°С, Сделать вывод о возможности обрушения конструкции.
Задача 100 (а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к) Определить предел огнестойкости перегородки из бетона на известняковом щебне, считая ее полуограниченным телом,
подвергающейся одностороннему нагреву в условиях стандартного температурного режима, если начальная температура конструкции 20°С, температура на необогреваемой поверхности не должна превышать 160°С, толщина перегородки
соответственно равна:
Задача
Толщина перегородки, м
а
б
в
г
д
е
ж
з
и
к
0,06
0,08
0,1
0,12
0,15
0,17
0,18
0,2
0,22
0,25
Задача 101 (а, б, в, г, д, е, ж, з, и, к) В помещении, размеры которого
50×12×6м, возможно горение на площади 20 м2. Вид горючего вещества, коэффициент избытка воздуха и время горения соответственно равны:
Задача
А
Б
В
Г
Д
Е
Ж
З
И
Горючее вещество или
материал
Ацетон
Дизельное топливо
Этиловый спирт
Мазут
Нефть
Резина
Хлопок разрыхленный
Древисина
Каучук натуральный
Коэффициент
избытка воздуха
2
1,5
3
2
1,5
3
2
4
3
52
Время горения,
мин
5
10
8
15
12
30
60
45
30
К
Книги на древесных стелажах
1,5
60
Пользуясь диаграммой, определить среднеобъемную температуру среды
при пожаре через указанное время горения. Коэффициент неполноты сгорания
принять равным 0,95.
Задача 102(а, б, в, г, д). Компрессор, в котором производят сжатие кислорода, оборудован трубчатым теплообменным устройством змеевикового типа.
Расход охлаждаемого кислорода 0,025 кг/с, расход охлаждающей жидкости 0,03
кг/с. Площадь поверхности теплообмена составляет 0,1 м2. Коэффициент теплопередачи равен 58 Вт/(м2·К) Среднюю удельную теплоёмкость при постоянном
давлении принять для кислорода 0,92 кДж/(кг·К), для охлаждающей жидкости
2,45 кДж/(кг·К). Определить температуры теплоносителей на выходе из теплообменника, если температуры на выходе соответственно равны:
Задача
Температура кислорода при входе, °С
Температура охлаждающей жидкости
на входе, °С
а
б
в
г
д
45
50
70
85
60
18
20
27
40
24
53
Приложение 1
Зависимость физических свойств воды от температуры
t, С
0
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
ρ,
кг/м3
1000
1000
998
996
992
988
983
978
972
965
958
951
943
935
С, кДж/(кг·К)
4,23
4,19
4,19
4,18
4,18
4,18
4,18
4,19
4,19
4,19
4,23
4,23
4,23
4,27
ν·106,
м2/с
1,79
1,31
1,01
0,81
0,66
0,556
0,478
0,415
0,365
0,326
0,295
0,268
0,244
0,226
µ·106,
Па·с
1790
1310
1000
804
657
549
470
406
355
315
282
256
231
212
λ·102,
Вт/(м·К)
55,1
57,5
59,9
61,8
63,4
64,8
65,9
66,8
67,5
68,0
68,3
68,5
68,6
68,6
Pt, кПа
Pr
0,61
1,23
2,34
4,24
7,37
12,33
19,92
31,15
47,34
70,09
101,31
143,32
198,65
270,27
13,7
9,52
7,02
5,42
4,31
3,54
2,98
2,55
2,21
1,95
1,75
1,58
1,43
1,32
Приложение 2
Молярные массы, плотности при нормальных условиях и газовые постоянные важнейших газов
Вещество
Воздух
Кислород
Азот
Водород
Водяной пар
Окись углерода
Двуокись углерода
Ацетилен
Этилен
Аммиак
Метан
Химическое Молярная масса Плотность
обозначение
µ, кг/кмоль
ρ кг/м,
O2
N2
H2
H2O
СО
CO2
C2H2
C2H4
NH3
CH4
28,96
32,00
26,03
2,016
18,016
28,01
44,01
26,036
28,052
17,032
16,032
54
1,293
1,429
1,251
0,090
0,804
1,250
1,977
1,177
1,251
0,771
0,717
Газовая
постоянная
R, Дж/(кгК)
287,0
259,8
296,8
4124,0
461,8
296,8
188,9
319,3
296,6
488,3
518,8
Приложение 3
Значения молярных теплоемкостей при постоянном давлении и постоянном объеме (С = const)
Газы
Одноатомные
Двухатомные
Трех- и многоатомные
Теплоемкость, кДж/(кмоль К)
µ Ср
20,93
29,31
37,68
µСv
12,56
20,93
29,31
Приложение 4
Средняя, удельная теплоемкость газов
(линейная зависимость от температуры Cm= a+b·tср, где tср = ( t 1 + t 2)/2
Газы
O2
N2
СО
H2O
CO2
Воздух
Теплоемкость, кДж/(кмоль К)
Ср- при постоянном давлении
Сv- при постоянном обьеме
С = 0,9127+ 0,0002544 tср
С = 0,6527 + 0,0002544 tср
С = 1,0258 4 0,0001676 tср
С = 0,7289 + 0,0001676 tср
С = 1,0304 + 0,0001915tср
С = 0,7335 + 0,000191 tср
С = 1,8401 + 0,0005856tср
C = 1,3783 +0,0005856 tср
С = 0,8725 + 0,0004810tср
С = 0,6837 + 0,0004810 tср
С = 0,9952 + 0,0001869tср
С = 0,7084 + 0,0001869 tср
Приложение 5
Средняя удельная теплоемкость при постоянном давлении
(нелинейная зависимость от температуры)
t, ºC
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
O2
0,9148
0,9232
0,9353
0,9500
0,9651
0,9793
0,9927
1,0048
1,0157
1,0258
1,0350
Теплоемкость C0, кДж/(кгК)
N2
СО
CO2
H2O
1,0392
1,0396
0,8148
1,8594
1,0404
1,0417
0,8658
1,8728
1,0434
1,0463
0,9102
1,8937
1,0488
1.0538
0,9487
1,9192
1,0567
1,0634
0,9826
1,9477
1,0660
1,0748
1,0128
1,9778
1,0760
1,0861
1,0396
2,0092
1,0869
1,0973
1,0639
2,0419
1,0974
1,1091
1,0852
2,0754
1,1078
1,1200
1,1045
2,1097
1,1179
1,1304
1,1225
2,1436
55
Воздух
1,0036
1,0061
1,0115
1,0191
1,0284
1,0387
1,0496
1,0605
1,0710
1,0815
1,0907
Приложение 6
Физические параметры некоторые материалов
Материал
t, ºC
ρ, кг/м3
t  0    tср
1
Асбестовый картон
Асбестовая ткань
Асбестовый
шнур
Асбоцементные
сегменты, плиты
и скорлупы
Бетон на гранитном щебне
Бетон на известняковом щебне
2
3
10001300
В т/ ( м · К )
4
ct  c0    tср
КДЖ/(КГ·К)
5
0,157 +1,86 10 -4𝑡ср
-
0,123+1,86·10 -4𝑡ср
-
Бетон песчаный
Газобетон на молотом песке
Керамзитобетон
Вата стеклянная
Вермикулитовые
плиты
Войлок шерстяной
Древесные опилки
Древесина:
поперек волокон
вдоль волокон
Кирпич силикатный
Кирпич шамотный
0-600
0-500
0-200
700-900
0,14+ 2,32·10 -4𝑡ср
-
0-450
400
0,087 + 1,28 10 4
𝑡ср
-
2220
1 ,4 2 - 1 1 10 -4𝑡ср
077 + 6,3 10 -4𝑡ср
2190
1,25-9,6 10 -4𝑡ср
0,77+6,3 10 -4𝑡ср
1900
1,05 - 5,8·10 -4𝑡ср
0,77 + 6,3 10 -4𝑡ср
480
0,093 + 7·10 -5𝑡ср
0,92 + 6,3 10 -4𝑡ср
750
0,186 + 8,1 10 -5𝑡ср
0,92 + 6,3·10 -4𝑡ср
950
0,23 + 13,3 10 -5𝑡ср
0,84 + 5,8·10 -4𝑡ср
1030
0,256 + 7,5·10 -5𝑡ср
0,84 + 3,9 10 -4𝑡ср
1380
0,385 + 8,1 10 -5𝑡ср
0,92 + 6,3·10 -4𝑡ср
130
0,04+ 3,5 10 -4𝑡ср
-
0-600
250
0,081 + 2,32 10 -4𝑡ср
-
0-90
300
0,046 + 1,98 10 -4𝑡ср
-
20
150-250
0,07 - 0,093
-
20
20
Свыше
100
Свыше
100
500-600
500-600
0 ,163- 0 ,174
0,44- 0 ,52
2,8
2,8
1730
079 + 3,5·10 -4𝑡ср
0,84 + 6,3 10 -4𝑡ср
1800-1900
0,835 + 5,8 10 -4𝑡ср
0,88 + 2,3·10 -4𝑡ср
свыше
100
свыше
100
свыше
100
свыше
100
свыше
100
свыше
100
свыше
100
свыше
100
0-450
56
1
Кладка из красного кирпича
Минеральная вата
Перлитобетон
Песок сухой
Стекло обыкновенное
Сталь углеродистая
Торфоплита
Штукатурка цементно-песчаная
Штукатурка
известково-песчаная
2
3
4
5
-
1700
0,814
0,88
0-600
200
0,049 + 1,84·10 -4𝑡ср
-
1090
0,29+ 1,16 10 -4𝑡ср
0,84 + 5,84·10 -4𝑡ср
1380
0,35
0,8
2500
0,75 +0,00116·t cp
0,67
Свыше
100
0-40
20-80
0-800
7800
58 - 0 ,042·𝑡ср
0-100
425
0,069 + 1,16 10 -4𝑡ср
0,47 + 2,1 · 10 4
𝑡ср
-
20
1800
1-1,15
0,84
0
1600
0.7
0,84
Приложение 7
Средняя удельная теплоемкость при постоянном объеме
(нелинейная зависимость от температуры)
t, ºC
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
O2
0,6548
0,6632
0,6753
0,6900
6,7051
0,7193
0,7327
0,7448
0,7557
0,7658
0,7750
Теплоемкость C0, кДж/(кгК)
N2
СО
CO2
H2O
0,7423
0,7427
0,6259
1,3980
0,7427
0,7448
0,6770
1,4114
0,7465
0,7494
0,7214
1,4323
0,7519
0,7570
0,7599
1,4574
0,7599
0,7666
0,7938
1,4863
0,7691
0,7775.
0,8240
1,5160
0,7792
0,7892
0,8508
1,5474
0,7900
0,8009
0,8746
1,5805
0,8005
0,8122
0,8964
1,6140
0.8110
0,8231
0,9157
1,6483
0,8210
0,8336
0,9332
1,6823
57
Воздух
0,7164
0,7193
0,7243
0,7319
0,7415
0,7519
0,7624
0,7733
0,7842
0,7942
0,8039
Приложение 8
Степень черноты полного излучения некоторых материалов
Материал и характер поверхности
Алюминий полированный
Асбестовый картон
Асбошифер
Бумага
Вольфрамовая нить
Вода
Дерево строганное
Красный кирпич шероховатый
Краски:
алюминиевые разной давности
масляные различных цветов
Лак белый эмалевый на железной шероховатой пластине
Лак черный блестящий, распыленный
по железу
Латунь полированная
Медь полированная
Оцинкованное листовое железо:
очень блестящее
серое, окисленное
Сталь листовая, шлифованная
Толь кровельный
t, ºC
225-575
24
20
20
3300
0-100
20
20
ε
0,09-0,057
0,96
0,96
0,8-0,9
0,39
0,95-0,96
0,9
0,93
100
100
0,27-0,67
0,92-0,96
23
0,91
25
0,88
245-375
115
0,028-0,039
0,023
28
24
940-1100
20
0,228
0,276
0,52-0,61
0,93
Приложение 9
Критическая плотность облучения и предельно допускаемая температура
нагрева некоторых горючих материалов
Материал
Гранитоль, дермантин, лидерин
Древесина сосновая шероховатая
Древесина сосновая, окрашенная масляной краской
Картон серый
Пластик слоистый (типа гетинакс)
Стеклопластик на основе полиэфирной смолы ГН-1
Торф брикетный
Торфоизоляционные плиты, древесноволокнистые плиты,
пенопласты ПXB-1 и ФФ
Хлопок волокно
Древесина, всех сортов (кроме сосновой), пенопласт ПС-4
58
Тдоп, К
313
353
353
373
393
373
353
qкр, Вт/м2
12800
17450
10800
15300
15300
13250
353
-
393
373
7460
Приложение 10
Физические параметры сухого воздуха при В = 101325 Па
t, ºC
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
200
250
300
350
400
ρ,
кг/м3
1,295
1,205
1,128
1,060
1,000
0,946
0,898
0,854
0,815
0,779
0,746
0,674
0,615
0,566
0,524
Ср,
кДж/(кмоль К)
1,005
1,005
1,005
1,005
1,009
1,009
1,009
1,013
1,017
1,022
1,026
1,038
1,047
1,059
1,068
λ·10-2,
Вт/(м·К)
2,44
2,59
2,75
2,89
3,04
3,20
3,33
3,48
3,63
3,77
3,92
4,26
4,60
4,89
5,20
v·10-6 ,м2/с
13,28
15,06
16,96
18,97
21,09
23,13
25,45
27,80
30,09
32,49
34,85
40,61
48,33
55,46
63,09
Pr
0,707
0,703
0,699
0,696
0,692
0,688
0,686
0,684
0,682
0,681
0,680
0,677
0,674
0,676
0,678
Приложение 11
Физические параметры дымовых газов при В = 101325 Па
t, ºC
ρ ,к г / м
0
100
200
300
400
500
600
700
800
900
1000
1100
1200
1,295
0,950
0,748
0,617
0.525
0,457
0,404
0,363
0,330
0,301
0,275
0,257
0,240
3
Ср,
кДж/(кмоль К)
1,043
1,068
1,097
1,122
1,151
1,185
1,214
1,239
1,264
1,290
1,306
1,323
1,340
λ·10-2,
Вт/(м·К)
2,28
3,12
4,00
4,83
5,68
6,54
7,40
8,25
9,13
9,98
10,90
11,75
12,62
59
v·10-6,
м2/с
12,20
21,54
32,80
45,81
60,38
76,30
93,61
112,1
131,8
152,5
173,4
197,1
221,0
Pr
0,72
0,69
0,67
0,65
0,64
0,63
0,62
0,61
0,60
0,59
0,58
0,57
0,56
Приложение 12
Значения параметров, характеризующих горение некоторых
веществ и материалов
Горючие материалы и вещества
𝑝
М, кг/(м2 ч)
𝑄𝐻 , кДж/кг
156
160-200
216
54
150
48
160
4200
20
126
85
58
52
40
24
15
24
96-120
28800
41870
33500
13800
41870
42000
41870
16700
13400
38700
41870
25000
39000
33500
20900
15700
13800
27200
Ацетон
Бензин
Диэтиловый эфир
Древесина (бруски, мебель)
Дизельное топливо
Каучук натуральный
Керосин
Кинопленка целлулоидная
Книги на деревянных стеллажах
Мазут
Нефть
Органическое стекло
Полистирол
Резина
Текстолит
Хлопок разрыхленный
Штапельное волокно разрыхленное
Этиловый спирт
V0, м3/кг
7,26
11,6
8,64
4,2
11,2
10,0
11,36
4,5
4,2
10,44
10,8
6,6
10,0
9,97
5,5
3,75
4,2
6,69
Приложение 13
Значения функции Крампа
А
1
0,00
0,02
0,04
0,06
0,08
0,10
0,12
0,14
0,16
0,18
0,20
0,22
0,24
А
3
0,50
0,52
0,54
0,56
0,58
0,60
0,62
0,64
0,66
0,68
0,70
0,72
0,74
f(A)
2
0,0000
0,0216
0,0451
0,0676
0,0901
0,1125
0,1348
0,1569
0,1790
0,2009
0,2227
0,2443
0,2657
60
f(A)
4
0,5205
0,5379
0,5549
0,5716,
0,5879
0,6039
0,6194
0,6346
0,6494
0,6638
0,6778
0,6914
0,7047
Продолжение приложения 13
1
0,26
0,28
0,30
0,32
0,34
0,36
0,38
0,40
0,42
0,44
0,46
0,48
1,00
1,02
1,04
1,06
1,08
1,10
1,12
1,14
1,16
1,18
1,20
1,22
1,24
1,26
1,28
1,30
1,32
1,34
1,36
1,38
1,40
1,42
1,44
1,46
1,48
2
0,2869
0,3079
0,3286
0,3491
0,3604
0,3893
0,4090
0,4284
0,4475
0,4662
0,4847
0,5027
0,8427
0,8508
0,8586
0,8661
0,8733
0,8802
0,8868
0,8931
0,8991
0,9048
0,9103
0,9155
0,9205
0,9252
0,9297
0,9340
0,9381
0,9419
0,9456
0,9460
0,9523
0,9554
0,9583
0,9611
0,9638
3
0,76
0,78
0,80
0,82
0,84
0,86
0,88
0,90
0,92
0,94
0,96
0,98
1,50
1,52
1,54
1,56
1,58
1,60
1,62
1,64
1,66
1,68
1,70
1,72
1,74
1,76
1,78
1,80
1,90
2,00
2,10
2,20
2,30
2,40
2,50
2,60
2,70
61
4
0,7175
0,7300
0,7421
0,7538
0,7651
0,7761
0,7867
0,7969
0,8068
0,8163
0,8254
0,8312
0,9661
0,9684
0,9706
0,9726
0,9745
0,9763
0,9786
0,9796
0,9811
0,9826
0,9838
0,9850
0,9861
0,9872
0,9882
0,9892
0,9928
0,9953
0,9970
0,9981
0,9989
0,9993
0,9996
0,9998
0,9999
Приложение 14
Основные соотношения между внесистемными единицами измерения и
единицами Международной системы (СИ)
Величина
кгс/см2, (ат)
бар
мм рт. ст.
мм вод. ст
м вод. ст.
кгс
л
см3
кгс м
кал
ккал
(кгсм)/с
л.с.
ккал/ч
ккал/(м2 ч)
ккал/(кг 0C)
ккал/(мч°С)
Соотношение с
единицей СИ
9,8·104 Па, (Н/м2)
105 Па
133,3 Па
9,8 Па
9800 Па
9,8 H
1 10-3м3
1 10-6м3
9,8 Дж, (Нм)
4,1868 Дж
4,1868 кДж
9,8 Вт, (Дж/с)
735,5 Вт
1,163 Вт
1,163 Вт/м2
4,1868 кДж/(кгК)
1,163 Вт/(мК)
ккал/(м2ч°С)
1,163 Вт/(м2К)
Внесистемная единица
Давление
Сила, вес
Объем
Работа, энергия, количество теплоты
Мощность
Тепловой поток
Плотность теплового потока
Удельная теплоемкость
Коэффициент теплопроводности
Коэффициенты теплообмена и теплопередачи
62
Приложение 15
Правила оформления титульного листа контрольной работы
МИНИСТЕРСТВО РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ДЕЛАМ
ГРАЖДАНСКОЙ ОБОРОНЫ, ЧРЕЗВЫЧАЙНЫМ СИТУАЦИЯМ И
ЛИКВИДАЦИИ ПОСЛЕДСТВИЙ СТИХИЙНЫХ БЕДСТВИЙ
Воронежский институт Государственной противопожарной службы
МЧС России
Кафедра физики
Выполнил:
слушатель 11 группы ОЗО
с-т. внутренней службы
Иванов Иван Иванович
Домашний адрес:
394000, Воронежская область
Подгоренский район, с. Ивановка
Улица Советская, д. 5
Шифр № 13/34, Вариант №34
Воронеж 2013
63
Литература
1.
Теплотехника. Техническая термодинамика. Теплопередача. Метод.
указания/ Казан. гос. технол. ун-т; Сост. И.З.Вафин, М.С.Курбангалеев,
А.А.Мухамадиев, И.Х.Хайруллин. Казань, 2006. 54 с.
2.
Башкирцев М.П., Бубырь Башкирцев М.П., Бубырь Н.Ф., Минаев
Н.А., Ончуков Д.Н., Основы пожарной теплофизики. Стройиздат, 1984.
3.
Башкирцев М.П. Задачник по теплопередаче в пожарном деле. ВШ
МВД СССР, 1971.
4.
Абросимов Ю.Г. Гидравлика. Учебник. – М.: Академия ГПС МЧС
России, 2005. – 312 с.
5.
М.В.Слуцкая. Гидравлика. Лабораторный практикум. Воронеж, ВПТУ
МЧС России, 2008.
6.
Метревели В.Н. Сборник задач по курсу гидравлики с решениями.
Учебное пособие для вузов. М.: Высшая школа, 2008. - 192 с.
7.
Сборник задач по машиностроительной гидравлике Учеб. пособие
для машиностроительных вузов. Под ред. И.И. Куколевского, Л.Г. Подвидза. - 5-е
изд. - М.: Изд-во МГТУ им.Н.Э. Баумана, 2002.- 448 с.
64