Ответы к экзамену: Ответы на экзамен

Ответы на экзамен 2025 по Тепломассопереносу в наземном оборудовании теория + практика

Вопросы к экзамену по ТМП

1. Охлаждение КРТ с использованием жидкого азота методом криогенного барботажа. Основные расчетные уравнения, зависимости и характеристики. Преимущества и недостатки.
2. Температурная подготовка КРТ с использованием теплообменников и жидкого азота. Варианты реализации и их сравнительный анализ.
3. Схема охлаждения горючего с использованием теплообменника и жидкого азота на СК «Союз». Уравнение процесса охлаждения и его решение.
4. Решение уравнения процесса охлаждения горючего с использованием теплообменника и жидкого азота. Определение времени охлаждения и массы азота. Проблемные вопросы при реализации охлаждения КРТ в теплообменнике при тепловом взаимодействии с жидким азотом.
5. Температурная подготовка КРТ с использованием теплообменников и жидкого азота. Определение размеров секции теплообменника.
6. Охлаждение КРТ с применением жидкого азота и промежуточного теплоносителя. Варианты реализации и их сравнительный анализ.
7. Охлаждениe КРТ с использованием жидкого азота и теплообменника, размещенного непосредственно в емкости с КРТ. Основные расчетные уравнения, зависимости и характеристики.
8. Решение уравнений конвективного тепло- и массопереноса при соблюдении условий тройной аналогии.
9. Определение толщины ламинарного пограничного слоя и характеристик тепло- и массоотдачи из решения уравнений конвективного тепло- и массопереноса при соблюдении условий тройной аналогии.
10. Определение средних значений тепло- и массоотдачи при параллельном обтекании плоской поверхности.
11. Характеристики теплоотдачи для турбулентного пограничного слоя при параллельном обтекании плоской поверхности.
12. Определение характеристик теплоотдачи при взаимодействии неограниченного потока с плоской преградой.
13. Структура дозвуковой струи и ее геометрические характеристики.
14. Определение характеристик теплоотдачи при взаимодействии струйного потока, движущегося с дозвуковой скоростью, с плоской преградой.
15. Определение характеристик теплоотдачи при взаимодействии струйного потока, движущегося со сверхзвуковой скоростью, с плоской преградой. Экспериментальный метод определения теплоотдачи при натекании струи на преграду.
16. Определение тепловых потоков к поверхности, взаимодействующих с высокотемпературными потоками газа, движущегося со сверхзвуковой скоростью.
17. Способы тепловой защиты конструкций от высокотемпературных потоков газов. Классификация тепловой защиты и условия применения.
18. Определение характеристик конвективного охлаждения поверхностей при защите от высокотемпературных потоков газа
19. Определение характеристик пористого охлаждения поверхностей при защите от высокотемпературных потоков газа
20. Определение характеристик пленочного охлаждения поверхностей при защите от высокотемпературных потоков газа
21. Определение характеристик заградительного охлаждения поверхностей при защите от высокотемпературных потоков газа
22. Определение характеристик тугоплавких покрытий при защите поверхностей конструкций от высокотемпературных потоков газа
23. Основные свойства и требования к тугоплавким покрытиям. Определение температуры на поверхностях стенки с покрытием из тугоплавкого материала при конвективном охлаждении.
24. Определение характеристик аблирующих покрытий при защите поверхностей конструкций от высокотемпературных потоков газа
25. Теплофизические характеристики аблирующих покрытий.
26. Решение задач теплопередачи методом конечных разностей. Суть метода, его преимущества, недостатки и области применения. Разности вперед, назад и центральные разности.
27. Решение задач теплопередачи методами граничных элементов и суперчастиц. Суть методов, их преимущества, недостатки и области использования.
28. Решение задач теплопередачи методом конечных элементов. Преимущества и недостатки. Основные допущения. Функции формы прямоугольных и произвольных четырехугольных изопараметрических конечных элементов.
29. Скачок температуры на границе полупространства. Система уравнений и полученное решение. Область практического применения решения.
30. Изменение температурного поля во времени при начальном скачке температуры на границе полупространств из разных материалов. Практическое значение температуры на границе полупространств.
31. Что характеризуют собой число Био в задачах нестационарной теплопроводности? Решение задач охлаждения и нагревания тел при числе Био стремящемся к нулю. Физический смысл постоянной времени.
32. В чем состоит назначение пароизоляции и с какой стороны от теплоизоляции следует ее располагать?
33. Решение задач теплопередачи методом конечных элементов. Преимущества и недостатки. Основные допущения. Функции формы стержневых и треугольных изопараметрических конечных элементов.
34. Каким образом осуществляется гидроизоляция наземных и подземных сооружений от атмосферной и грунтовой влаги?

Задачи к экзамену

1. Определить массу жидкого азота для охлаждения горючего РГ1 массой 100 тыс. кг от начальной температуры 35 °С до температуры «минус» 35°С методом криогенного барботажа с расходом жидкого азота 3 кг/с. Горючее имеет удельную теплоемкость 1700 Дж/(кг °С), находится в емкости массой 30 тыс. кг, имеющей удельную теплоемкость 500 Дж/(кг °С), площадь поверхности 200 м² и коэффициент теплопередачи стенки емкости 10 Вт/(м² °С). Температура кипения азота «минус» 195 °С, удельная теплота кипения азота 199200 Дж/кг, удельная теплоемкость паров азота 1000 Дж/(кг °С). Температура окружающей среды 35 °С;

2. Определить время охлаждения горючего РГ1 массой 10 тыс. кг от начальной температуры 30 °С до температуры «минус» 30°С методом криогенного барботажа с расходом жидкого азота 0,5 кг/с. Горючее имеет удельную теплоемкость 1700 Дж/(кг °С), находится в емкости массой 3 тыс. кг, имеющей удельную теплоемкость 500 Дж/(кг °С), площадь поверхности 40 м² и коэффициент теплопередачи стенки емкости 1 Вт/(м² °С). Температура кипения азота «минус» 195 °С, удельная теплота кипения азота 199200 Дж/кг, удельная теплоемкость паров азота 1000 Дж/(кг °С). Температура окружающей среды 30 °С;

3. Определить время нагрева горючего РГ1 массой 10 тыс. кг от начальной температуры «минус» 40 °С до температуры «минус» 30°С при перемешивании топлива насосной станцией мощностью 25 кВт. Горючее имеет удельную теплоемкость 1600 Дж/(кг °С), находится в емкости массой 3 тыс. кг, имеющей удельную теплоемкость 500 Дж/(кг °С), площадь поверхности 40 м² и коэффициент теплопередачи стенки емкости 1 Вт/(м² °С).. Температура окружающей среды «минус» 40 °С. Контур циркуляции горючего при перемешивании имеет теплоемкость 100 кДж/°С, площадь поверхности 4 м², коэффициент теплопередачи 10 Вт/(м2 °С);

4. Определить суммарный коэффициент теплоотдачи на горизонтальной плоской поверхности кузова подвижной пусковой установки, движущейся со скоростью 36 км/ч и встречном ветре 20 м/с. Длина плоскости кузова 20м. Параметры влажного наружного воздуха Тн= 40°С, относительная влажность 0,4. Температура плоской поверхности кузова 10°С.

5. Определить длину поверхности растекания пленки воды при пленочном охлаждении с расходом 10 кг/с. Начальная температура воды 20°С. Характерный размер поверхности в поперечном направлении течению воды -1м. На поверхность воздействует газ со скоростью М=2,2 и температурой Т_f=2500 К. Давление газа на преграде 10 МПа. Свойства газа к=1,3, Pr=0,9. α_f=1000 кВт/(м²К).

6. Определить температуры на поверхностях стенки толщиной 0,02 м (λ=50 Вт/(м∙К) с покрытием из тугоплавкого материала толщиной 0,002 м (λ=0,2 Вт/(м∙К) при конвективном охлаждении водой. Температура воды 20°С, скорость -1м/с, вязкость 1∙10-6 м2/с, теплопроводность 0,6 Вт/(м∙К). Характерный размер поверхности по направлению течения воды 0,5 м. На поверхность покрытия воздействует газ со скоростью М=2,2 и температурой Тf=2000 К. Свойства газа к=1,2, Pr=0,729. αf=1000 кВт/(м2∙К). Пограничный слой – турбулентный.

7. Определить температуры на поверхностях стенки толщиной 0,01 м (λ=50 Вт/(м∙К) с покрытием из тугоплавкого материала толщиной 0,003 м (λ=0,5 Вт/(м∙К) при конвективном охлаждении водой. Температура воды 20°С, скорость -1м/с, вязкость 1∙10^-6 м²/с, теплопроводность 0,6 Вт/(м∙К). Характерный размер поверхности по направлению течения воды 0,4 м. На поверхность покрытия воздействует газ со скоростью М=2,2 и температурой Тf=2000 К. Свойства газа к=1,2, Pr=0,729. αf=1000 кВт/(м²∙К). Пограничный слой – ламинарный.

8. Определить температуры на поверхностях стенки толщиной 0,01 м (λ=20 Вт/(м∙К) с покрытием из тугоплавкого материала толщиной 0,001 м (λ=0,1 Вт/(м∙К) при конвективном охлаждении водой. Температура воды 20°С, скорость -1м/с, вязкость 1∙10-6 м2/с, теплопроводность 0,6 Вт/(м∙К). Характерный размер поверхности по направлению течения воды 1,0 м. На поверхность покрытия воздействует газ со скоростью М=2,2 и температурой Тf=2000 К. Свойства газа к=1,2, Pr=0,729. αf=1000 кВт/(м2∙К). Пограничный слой – ламинарный.

9. Определить температуры на поверхностях стенки толщиной 0,015 м (λ=15 Вт/(м∙К) с покрытием из тугоплавкого материала толщиной 0,0005 м (λ=0,5 Вт/(м∙К) при конвективном охлаждении водой. Температура воды 20°С, скорость -1м/с, вязкость 1∙10-6 м2/с, теплопроводность 0,6 Вт/(м∙К). Характерный размер поверхности по направлению течения воды 1,0 м. На поверхность покрытия воздействует газ со скоростью М=2,2 и температурой Тf=2000 К. Свойства газа к=1,2, Pr=0,729. αf=1000 кВт/(м2∙К). Пограничный слой – турбулентный.

10. Определить толщину тугоплавкого покрытия для обеспечения температуры на поверхностях стенки толщиной 0,012 м (λ=15 Вт/(м∙К) не выше 600 °С. Покрытие из тугоплавкого материала (λ=0,5 Вт/(м∙К) работает совместно с конвективным охлаждением водой. Температура воды 20°С, скорость -2м/с, вязкость 1∙10^-6 м2/с, теплопроводность 0,6 Вт/(м∙К). Характерный размер поверхности по направлению течения воды 1,0 м. На поверхность покрытия воздействует газ со скоростью М=2,9 и температурой Тf=2500 К. Свойства газа к=1,3, Pr=0,729. αf=1000 кВт/(м2∙К). Пограничный слой – турбулентный.

11. Определить толщину тугоплавкого покрытия для обеспечения температуры на поверхностях стенки толщиной 0,02 м (λ=50 Вт/(м∙К) не выше 500 °С. Покрытие из тугоплавкого материала (λ=0,2 Вт/(м∙К) работает совместно с конвективным охлаждением водой. Температура воды 20°С, скорость -1м/с, вязкость 1∙10-6 м2/с, теплопроводность 0,6 Вт/(м∙К). Характерный размер поверхности по направлению течения воды 0,40 м. На поверхность покрытия воздействует газ со скоростью М=3,2 и температурой Тf=2000 К. Свойства газа к=1,25, Pr=0,729. αf=1000 кВт/(м2∙К). Пограничный слой – ламинарный.

12. Определить длину растекания пленки воды при пленочном охлаждении с расходом 10 кг/с. Начальная температура воды 20°С. Характерный размер поверхности в поперечном направлении течению воды 1м. На поверхность воздействует газ со скоростью М=2,5 и температурой Тf=2000 К. Давление газа на преграде 1,9 МПа. Свойства газа к=1,2, Pr=0,9. αf=1000 кВт/(м2К). Пограничный слой – ламинарный.

13. Определить толщину теплозащитного покрытия для защиты поверхности от высокотемпературного потока газа (Тf=2000 К, к=1,27, Pr=0,9). Скорость газа М=2,3. Покрытие имеет начальную температуру 293 К, плотность 2500 кг/куб.м, удельную теплоемкость 1000 Дж/(кг К), степень черноты 0,9, rэфа=2100000 Дж/кг, температуру абляции 700 К. Время воздействия 5с, коэффициент теплоотадачи на поверхности покрытия 10000 Вт//(м2К)

14. Определить расход воды при пористом охлаждении конструкции. Начальная температура воды 20°С. На поверхность воздействует газ со скоростью М=2,2 и температурой Тf=2500 К. Давление газа на преграде 1,9 МПа. Свойства газа к=1,3, Pr=0,9. αf=1000 кВт/(м2К). Пограничный слой – турбулентный.

15. Определить время охлаждения горючего РГ1 массой 10 тонн от начальной температуры 30 °С до температуры «минус» 30°С методом внутреннего термостатирования с помощью встроенного змеевикового теплообменника с кипящим фреоном R22. Горючее имеет удельную теплоемкость 1700 Дж/(кг °С), находится в емкости массой 500 кг, имеющей удельную теплоемкость 500 Дж/(кг °С), площадь поверхности 30 м2 и коэффициент теплопередачи через стенки емкости 1 Вт/(м2 °С). Температура кипения фреона в теплообменнике «минус» 40 °С, площадь теплообменника 3 м2, коэффициент теплопередачи в теплообменнике 100 Вт/(м2 °С). Температура окружающей среды 30 °С.