Задачник по термодинамике

у л ЗИЙчник ПО ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИВЮМИКЕ И ТЕОРИИ ТЕПЛОМЬССООБМЕИЮ Под редакцией В,И. Крутова и ГедПетражицкою лсопувгено Министерством вмсимго и среднего специального образование СССР в аачестве учебного пособии длн студентов виергоиашнностронтельиых спецнввьностеб вузов Яв МОСКВА нВыаиая ииаоа в 1986 Г»БК 3!.31 3-15 УЛК 536.7 Задачник по технической термодинамике и тео- 3-15 рии тепломасообмена: Учеб. пособие дли зиергомашиностроит. спец. вузов / В. Н. Афанасьев, С. И. Исаев, И.

А. Кожинов и др.; Под ред. В. И. Крутова и Г. Б. Петражицкого. — Мл Высш. шк., 1986. — 383 сл ил. Книга садср кнт задачи, нгабхадныые для практического ус»синяя курсов Гехянческзя хсрмадннамн«з» и «теория тсяламассаабмсза». Все *»дачи яме~аз атветм, а типовые приведены с решениями. Значительное зьнмзнис уделена численным мстолам рсшспяя с помо. Шью ЭВМ. В задачник включены дсзять домашних заданий с методическими указаниями па нх яыпалнсаню. 23030!ОООΠ†6 3 001(01) 66 КБ 13 — 16 — 36 ББК 31.3! 6П2.2 © Издательство «Высшая школа», !936 В.

Н. Афанасьев, С. И. Исаев, И. А. Кожинов, Н. К. Корнейчук, В. И. КаФанов, В. И. Крутов, А. И. Леонтьев, Б. М, Миронов, ! В. М. Никитин 1, И. Б. Павлова, Г. Б. Петражицкий, А. М. Пылаев, Е. и. Федотов, В. И. Хвостов, А. Г. Чукаев, Е. В. Шишов, ,В.,П. Юсов .- -- у~~--ФО т"л),. Я Рецензенты хифедри тсирепгческих основ тсдлотгьткики Московского ордена Ленина и ордена Октябрьской Революции чнерге, и ~еского института (зан кафедрой д-р техн наук, проф. В В.

Сычев); «З.р техн. наук, ираф. и. К, Кошкин 1москонгкнп ордена Ленина и ордена Октябрьской Реиолюцнн аьняционп~зй институт им. Серго Орджонилидзе) ПРЕДИСЛОВИЕ В «Основных направлениях экономического н социального развития СССР на 1986 — 1990 годы и на период дз 2000 года», утвержденных ХХЧП съездом КПСС, поставлены задачи повышения эффективности и интеисификаци« всех отраслей народного хозяйства; решение которых пстребует ускоренного внедрения во все сферы промышле»- ности и сельскохозяйственного производства последних дсстижений науки и техники.

Важная роль в решении этих задач принадлежит энергетике, в теоретическую базу которой входят термодинамика и теория тепломассообмена. Термодинамика является теоретической основой ряда специальных дисциплин и играет определяющую роль при подготовке инженеров широкого профиля. Содержание задачника соответствует утверждениыи учебным программам по курсам «Техническая термодинамика» и «Теория тепломассообмеиа» для эиергомашиностроительных специальностей вузов.

Для закрепления теоретических знаний, полученных на лекциях, в программах пред1- смотрено проведение практических занятий и выполнен»е домашних заданий. Издание задачника, янляющегося учепным пособием, связано с необходимостью практического у:- воения методов расчета термодинамических процессов и циклов, а также процессов тепло- и массообмена. Методы решения большей части задач, составляющих содержание задачника, основаны на законах термодинамики и, в частности, на первом законе, являющемся конкретной формулировкой всеобщего закона сохранения и превращ ь ния энергии, открытие которого способствовало утверждс нию в науке диалектического метода познания природы и материалистического подхода к изучению явлений.

При составлении задач особое внимание обращалось иа их техническое приложение. Типовые задачи приведены с решениями. В соответствии с учебными программами в сборник вклке чены задачи по газовым процессам при переменной теплое«и кости, работоспособности термодинамических систем и эксергии, истечению из сосуда ограниченной вместимости, термодинамике безмашиниого преобразования энергии, численным методам решения задач иестационариой теплопроводности с помощью ЗВМ, контактному теплообмеиу, теплообмену прн течении жидкометаллических теплоносителей, расчету теплообмена методами теории пограничного слоя, теплообмену при больших скоростях и температурах газового потока, теплообмену при кипении и конденсации, а также радиационному теплообмену в поглощающих и излучающих средах, которым в существующих задачниках по.термодинамике и теплопередаче уделялось относительно мало внимания.

Эта тематика непосредственно связана с авиационной и космической техникой, ядерной энергетикой, техникой безмашинного преобразования энергии, а также рядом других областей новой техники и охватывает широкий круг актуальных задач. Одной из методических особенностей задачника является применение программ иа языке ФОРТРАН для численного решения практически важных задач, не поддающихся решению точными методами. В задачник включены также девять домашних заданий, охватывающих основные разделы курсов, и необходимые для решения задач справочные данные.

Задачник написан коллективом преподавателей кафедры теоретических основ теплотехники Московского ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного знамени высшего технического училища им. Н. Э. Баумана. Задачи сгруппированы по главам. Последовательность расположения глав, форма изложения материала и содержание задач согласованы с учебниками «Техническая термодинамика» (211, «Теория тепломассообмена» (19) и «Курс химической термодинамики» !6), написанными коллективом той же кафедры, которые при подготовке задачника принимались в качестве базовых. Материал книги распределен между авторами следующим образом: С И.

Исаев (гл. 8, 9 9.4, 11.3); И. А. Кожинов (9 4.2, 14.2); Н. К. Корнейчук (гл. 7); В. И. Кофанов (95.2, гл. 13, $ 15.1, гл. 20, ДЗ-4) (ДЗ вЂ” домашнее задание); В. И. Крутов (гл. 1); Б. М. Миронов (гл. 6, ч 19.1); В. М. Никитин (Э 11.2, 15.3, 18.!); И. Б. Павлова (гл. 1О); Г. Б. Петражицкий ($ 14.3, гл. (7, ДЗ-7); А. М.

Пылаев (9 14.1, 14.4, ДЗ-6); Е. И. Федотов (Приложение); В. И. Хвостов (33.2, 19.2, ДЗ-2); А. Г. Чукаев (ДЗ-5); Е. В. Шишов (гл. 2, $5.1); В. П. Югов ($15.2, ДЗ-1, ДЗ-8); 9 18.2 написан В. Н. Афанасьевым и Б. М. Мироновым, ДЗ-3— С. И. Исаевым и А, М. Пылаевым, 3 3.1, 1!.! — В. И. Кру- товым и И. Б. Павловой, 3 4.1, 4.3 — А. И. Леонтьевым ~ А. Г. Чукаевым, ДЗ-9 — Б. М. Мироновым и А. Г. Чукаевым, гл. 16 — И. Б.

Павловой и Е. В. Шишовым, 5 9.1, 9.2, 9.3 — Г. Б. Петражицким и А. М. Пылаевым, гл. 12-- В. И. Хвостовым и А. Г. Чукаевым совместно. Библиотека программ (см, Приложение) для расчета параметров состсяния реального газа (азота) составлена В. П. Юговым.

Авторы выражают глубокую благодарность кафедре теоретических основ теплотехники МЭИ (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. В. В. Сычев) и д-ру техн. наук, проф. В. К, Кошкину за рецензирование задачника и ценные замечания, которые позволили повысить качество рукописи. Замечания и пожелания по улучшению книги просим присылать по адресу: 101430, Москва, ГО) -4, Неглинная дл., д. 29/14, издательство «Высшая иааькм. Аеподы ЧАСТЬ ПЕРВАЯ ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА Глава ! ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОИ СИСТЕМЫ. УРАВНЕНИЕ СОСТОЯНИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗАа 1.1. Определить барометрическое давление при 0'С в гектопаскалях (гПа), если ртутный барометр при 30 аС показывает 755 мм рт. ст. Р е ш е и и е. При измерении давления высотой столба жидкости необходимо учитывать изменение ее плотности в зависимости от температуры среды.

При отклонении температуры среды (следовательно, жидкости в приборе) от ОаС следует вводить поправку на показание прибора. Для ртути эти поправки имеют следующие значения: Температура среды, ГС ~5 ~10 ~15 -~-20 ч-25 ч-ЗО Поправка в мм иа 1000 мм рт.

ст.... 0,57 1,72 2,59 3,45 4,31 5,17 Если ртутным барометром измерено давление при температуре среды (, 'С, то Ва = В (1 ~ х/1000), где „— барометрическое давление при температуре 0'С, мм рт. ст.;  — барометрическое давление при температуре (, 'С; х — поправка, мм рт. ст. (П р и м е ч а н и е. В тех задачах, в которых температура среды не указывается, барометрическое давление следует считать уже приведенным к 0*С). Для данной задачи В, =- 755 (1 — 5,17/1000) = 751,1 мм рт. ст. Так как 1 гПа = !00 Па, то 1 гПа соответствует 750.06 10 ' мм рт. ст. (табл. 1.1). Следовательно, барометрическое давление, приведенное к О "'С и выраженное в гектопаскалях, составляет 751,1/(750,06.10 ') = 1001,4 гПа.

1.2. Для условий задачи 1.1 выразить приведенное барометрическое давление в следующих едияицах: ат, атм, мм вод. ст., кгс/м', бар, * При расчсте параметров состоиниа реальных газов целесообразно исвользоиать ЭВМ. В Приложении приведена библиотена фОРТРА~.программ дла расчета термодинамнческих и тевлофнзнческих свойств азота в диапазоне температур 55 в 1500 К и давле. иий О,! — 100 МПа. Таблннл Кило~ ремм- сила на кналратима метр (кгс/м') тскиичсскаи атмосфера (ат) Паска.ее (па) ФИЛГ Н СК4 а атмосфера (атм) Елниина 9,80665 1 9,80665 (О' 1 01235 !Оа ! 1Оа 133,322 9,80665 1 !04 0,)0)072.)ом ! 1,03323 1,01972 13,56. ) 0-' !.!О ' 1 ктс/м' ! Па 1 ат ! атм ! бар 1 мм рт. с), 1 мм вол.

ст. 0,96783 1О-' 0,986923 10 а 0,96783 ! 1,01972 !3,16 !О 4 0,96784 (О ' 1 0,101972 1 1О' !.ОЗЗ2З 10 10197,2 13,595 ! //родолжение табл. !. ( Миллиметр нолниого столба (мм еои. ст.) Миллиметр ртутного столба (им рт. ст) Елннина Бар 735,55 1О 4 750,06 !О а 735,55 760 750,06 1 735,55.10 ' 1 асс/м 1 Па 1 ат 1 атм 1 бар 1 мм рт, ст. 1 мм аал. ст. 9,80665.

1О-а 1 10-' 0,980665 1,0! 325 1 0,001333 0,980665 10 4 1 О,!О!972 1. 104 1,03323 10' ! 0197 Л 13,595 1 1,8. В процессе сжатия в компрессоре давление воздуха в некоторые моменты составляло 4 100 кгс/м', 6000 кгс/аа и 0,8 кгс/см'. Выразить наибольшее из указанных давл(- ний в мегапаскалях (МПа), а наименьшее — в мм рт. ст. Вычислить среднее арифметическое трех значений давл(- ния и выразить его в физических атмосферах и барах. 1.4. В трубке манометра ! (рис. 1.1), соединяющейся с окружающей средой, имеется столб воды высотой 50 мч (избыточное давление).