Технічна термодинаміка та теплові процеси технології будівельних матеріалів (стр. 1 из 15)
Міністерство освіти і науки України
Національний університет водного господарства і природокористування
В.Л. Шестаков
Задачі та вправи з технічної термодинаміки та теплових
процесів технології будівельних матеріалів
Навчальний посібник
Рекомендовано
Рівне - 2006
УДК 536.7: 621.036; 666.9.013
ББК 38.626.2 - 5873
Ш 52
Рекомендовано
Відповідальний редактор:
Рецензенти:
В.Л. Шестаков
Задачі та вправи з технічної термодинаміки та теплових процесів технології будівельних матеріалів. Навчальний посібник. - Рівне: НУВГП, 2006
ISBN 966-7447-99-5
Даний посібник призначений для студентів, які вивчають "Термодинаміка" та "Технологічне обладнання підприємств з виробництва будівельних матеріалів і виробів" за спеціальністю "" Технологія будівельних конструкцій, виробів і матеріалів. Посібник може бути використаний для теплотехнічних розрахунків в курсовому та дипломному проектуванні теплових агрегатів і технологічних ліній з виготовлення будівельних матеріалів, виробів і конструкцій.
Для студентів спеціальностей будівельного профілю, також хіміко-технологічних спеціальностей виробництва силікатних будівельних матеріалів.
ISBN 966-7447-99-5
УДК 536.7: 621.036; 666.9.013
ББК 38.626.2 - 5873
В.Л. Шестаков, 2006
НУВГП, 2006
Зміст
1.3 Теплоємність газів. Змішування.
1.4 Аналітичний вираз І законуну термодинаміки має вигляд:
1.5 Процес підведення або відбирання теплоти
1.6 Ентропія згідно із ІІ законом термодинаміки для обернених процесів складає
2.1 Теплопровідність у стаціонарному режимі при сталій температурі
2.4 Випромінювання газової фази
2.5 Фізичні властивості водяної пари
ІІ. Завдання до самостійної роботи
Передмова
Посібник містить в кожному розділі теоретичні посилання, приклади розв’язання задач і вправ, також перелік задач, вправ і тестів для самостійної роботи студентів і самоконтролю знань з технічної термодинаміки і теплотехніки.
В розділі 1 розглядаються теоретичні і практичні питання з технічної термодинаміки, в розділі 2-3 теплопередачі; розділ 3 присвячений розрахункам горіння палива, розділ 4 - розрахункам газодинамічного тракту руху гріючих газів, розділ 5 - теплообміну в теплових апаратах (печі, сушили, установки тепловологісної обробки) виробництва будівельних матеріалів і виробів.
Посібник включає необхідні графічні матеріали, таблиці за текстом та значний табличний матеріал в додатках про необхідні теплофізичні характеристики основних газів, повітря, водяної пари, основних видів палива родовищ України, характеристики місцевих опорів руху повітря тощо.
Приклади розрахунків в значній мірі адаптовані до теплотехнічних апаратів промисловості будівельних матеріалів та теплових ситуацій, що в них виникають.
Задачі і вправи базуються на сучасних технологіях теплової обробки матеріалів з використанням галузевого досвіду з виготовлення цементу, будівельної кераміки, залізобетону та ін.
Посібник може бути використаним для проведення теплотехнічних розрахунків в курсовому і дипломному проектуванні теплових агрегатів, комплектуючих технологічні лінії з виготовлення будівельних матеріалів, виробів і конструкцій.
І. Термодинаміка
Основні теоретичні положення. Приклади розв'язання задач з термодинаміки.
1.1 Параметри стану робочих тіл (газ, пара) визначаються температуроюt, тиском Р, об’ємом V і питомим об’ємом W
Абсолютний тиск в котлах складає: Рабс = Рман+В, у вакуумних установках - Рабс = В - Рман, де Рабс, Рман - показники тиску за показанням манометра або вакуумметра, В - атмосферний (барометричний) тиск.
Приведений показник ртутного барометра (до 00С) складає: В0=В (1-0,000172t), (1.1)
В - дійсне показання барометра при температурі t0С, 0,000172 - коефіцієнт об'ємного розширення ртуті.
Приклад 1-1. Визначити абсолютний тиск пари в котлі, якщо манометр показує Р=0,13 МПа, а атмосферний тиск по ртутному барометру складає В=680мм рт. ст. (90660Па) при t=250С.
Рабс = РМАН+В.
Показання барометра, приведене до 00С, складає
В0 = В (1-0,000172t) = 99660 (1-0,000172∙25) = 90270 Па.
Тоді абсолютний тиск пари в котлі
Рабс = 0,13 + 0,09 = 0,22 МПа.
Приклад 1-2. Тиск у паровому котлі Р = 0,04 МПа при барометричному тиску Во1 = 96660 Па (725 мм рт. ст). Чому дорівнює надлишковий тиск в котлі, якщо показання барометра підвищаться до В02 = 104660 Па (785 мм рт. ст), а стан пари залишиться таким, як був. Барометричний тиск приведений до 00С.
Абсолютний тиск в котлі
Рабс = 40000 + 96660 = 136660 Па.
Надлишковий тиск
Рнад = 136660 - 104660 = 0,032 МПа.
1.2 Рівняння стану
Якщо температура газу є сталою (T-const), то згідно закону Бойля-Маріотта РV = const.
Якщо тиск газу є сталим (Р = const), згідно закону Гей-Люссана
або 
Для газів, які мають однакову температуру і тиск, на основі закону Авогардо
(тут М - молекулярна маса газу), або MV = const.Нормальні умови відповідають тиску Р = 101325 Па, Т = 273,15 К (760 мм рт. ст., 00С). Об’єм 1 кмоля ідеальних газів = 22,4136
. Звідси 
н = М/22,4, кг/м3, а 
= 22,4/М, м3/кг.Характеристичне рівняння ідеального газу:
, або PV = MRT (1.2)Де R - газова стала, V - об’єм, M - маса газу.
Газовастала відносно 1 кг газу складає:
. Дж ⁄ (кг/∙K)Виходячи із характеристичного рівняння дійсним є
Приклад 1-3. Тиск газу за показанням манометра складає 0,3 МПа при температурі 60 0С, об’єм газу 2,5 м3. Визначити об’єм газу для нормальних умов.
Виходячи із рівняння
визначаємо V0: 
,Р0 = 760 мм рт. ст. (0,101МПа). Рнад = 0,3 + 0,101 = 0,401 МПа.
нм3Іноді технічні розрахунки спрощують, якщо тиск газу мало відрізняється від атмосферного:
V0 = V
.Приклад 1-4. Суміш газів має об'ємний склад (%): СО2 - 12, N2 - 74, H2O - 6, О2 - 7, СО - 1. Тиск суміші 0,1 МПа (750 мм рт. ст) Визначити молекулярну масу, газову сталу, густину суміші при температурі 10000С і парціальний тиск окремих газів.
1)
2)
3) із рівняння стану для 1 кг газу
Pv = RT, або
звідси 
4) Рі = Р∙аі (тут аі - об'ємна частка газу)
Р CO2 = 0.1∙0.12 = 0.012 МПа = 12 кПа,
Р N2 = 0.1∙0.74 = 0.074 МПа = 74 кПа,
Р Н2О = 0,1∙0,06 = 0,006 МПа = 6кПа,
Р О2 = 0,1∙0,07 = 0,007 МПа = 7кПа,
Р СО = 0,1∙0,01 = 0,001 МПа = 1 кПа.
Приклад 1-5. Балон із киснем ємністю 20 л перебуває під тиском 10 МПа при 150С. Після витрати частини кисню тиск знизився до 7,6 МПа, а температура впала до 100С. Визначити масу витраченого кисню.
Із характеристичного рівняння (1.2)
. Перед витратами маса кисню була 
, а після витрат 
.Витрати кисню склали 2,673 - 2,067 = 0,606 кг.
Приклад 1-6. Посудина ємністю V = 10 м3 заповнена 25 кг СО2. Визначити абсолютний тиск в посудині, якщо t = 270C.
Із характеристичного рівняння
Приклад 1-7. Атмосферне повітря має наступний масовий склад: mo2 = 23.2%, mN2 = 76.8%. Визначити об'ємний склад повітря, його газову сталу уявну молекулярну масу, парціальний тиск О2 і N2, якщо тиск повітря (барометричний) В = 101325 Па.
