Задачник по термодинамике (555278), страница 31
Текст из файла (страница 31)
13.! !. Определить размеры и массу термоэлектрпческогс генератора из теллурида свинца с электропроводпостьк р-тиеа РвТе + 0,3 "з !ча; п.типа РвТе + 0,01;з Рвз, мощностью 10 Вт и иапряккеиием )га„=- 3 В при Т, = = — 873 К и Т, =. 293 К, если коэффициент теплопередачи )а, г, Рис 1З.З Рис 1ЗЛ /с = 232,6 Вт/(м' К), удельное электрическое сопротив лепие материала р = 5 ° 10-' Ом м, коэффициеи" т. э.
д, с. а = 6 10 — з В/К, теплопроводиосзь Х =: 2 Вт/(м ° К), плотность материала термоэлемептов р„= = 8150 кг/мз (рис. 13.4). Р е ш е и и е. Коэффициент добротности термоэлемента, состоящего из двух столбиков, а аз/(2Х, 2р) (6 . 10 з )з/(2 . 2, 2, 5 . 10-з) 0 д . РО з 1/К Так как оптимальное значение параметра нагрузки лт =- /7/г = (1,2 ... 1,4), принимаем т = 1,3. Термически!! и, д. генератора ги/(м+ 1! 880 Ч~ = Ч/к 1+ (из+!1/(аТ,) — ЬТ/(ЗТ, ри+ 1)) 87З вЂ” 9 91% ! + (1,3 + !)/(О,Ч !Π†'873) †5/12 873 (1,3+ !)) Теплота, подводимая к горячим спаям, (;1, = М/Ч, 10/0,0991 = 101 Вт, а отводимая от холодных — (;)з =: а~ — й/ = 101 — 10 =- 9! Вт. !7! Г!лощадь спаев термоэлемента определяется из условий охлаждения / = Яэ/Ы (Т, — Т,)! =- 9!/1232,6 (873 — 293)1=6,74 см'.
Сила тока Уе,, — — (/е„ //4 =- Еп„„л/(/7 + г), где п„„, — число последовательно включенных элементов, тогда и„„,, =(/а,, (т+ !)/!а(Т,— Т.) т! = = 3 (1,3 -1-1)Д6 10-' (873 — 293) 1,31 16 шт, Внутреннее сопротивление батареи термоэлементов г =й/т = Ц„,/!'%п) =3 /(1О 1,3) =0,692 Ом, Высота термобатареи 1 определяется из соотношения г = 2р!и„„„/(Л п,„р); с учетом того, что / = /,п„,„п„,р, получим 1 = г//(2рп„*„,) = 0,692 ° 6,74/(2 ° 5 ° 10-' ° 1бз) = = 1,82 см. Масса батареи р„/! = 8,15 6,74 1,82 = 100 г. 13.12. Определить скорость звука ионизованного воздуха при температуре Т = — 104 К. 13.13.
Сравнить скорость волн Альфвена для ртути н ионизованного воздуха на высоте !00 км. 13.14. Определить дебаевский радиус для плазмы прн температуре 10' К, если в одном кубическом метре содержится 1О" молекул. 13.!5. Определить длину свободного пробега молекул воздуха при стандартных условиях и на высоте 100 км (ц = 2 ° !О ' Г!а ° с; р =- 2 10 — ' г/см', а =- 400 и/с). 13.16. Определить напряжение на электродах МГД-генератора, работающего на аргоне А~ с присадкой цезия Сл (гс,= 0,002), в режиме холостого хода, если начальная температура Т, = 2500 К, число М =- 0,5, расстояние между электродами д = 0,1 м и магнитная индукция В = 1 Тл.
13.17. Определить минимально возможную длину МГД- генератора, если начальное давлеш*,е р, == 0,169 МПа, от- 172 ношение давлений р,/р, = 0,6, скорость течения ш == = 4б5 м/с;магнитная индукция В = 1 Тл и электропровод- ность а = 190 1/(Ом ° м). 13.18. Найти выражение для максимально возможной длины МГД-генератора. 13,19. Как изменится объемная мощность МГД-генератора прн увеличении электропроводности рабочего тела в 2 раза? скорости течения плазмы в 2 раза? магнитной индукции в 2 раза? 13. 20. Определить расход ар гона в МГД- генераторе мощностью 45 кВт, если температура аргона изменяется от Т, = 2500 К до Т, == 2000 К.
ЧАСТЬ ВТОРАЯ ТЕОРИЯ ТЕПЛОМАССООБМЕНА гллвл и ТЕПЛОПРОВОДНОЮТЬ 2 14.1. Теплопроводность при стационарном режиме !4.1. Нрн работе сушильной камеры ее стены толщиной 0,25б м, выполпешпле пз слоя красного кирпича () = = 0,7! Вт/(и ° К)1 н слоя строительного войлока !Х = = 0,047 Вт/(и К)1, имели температуру С, =- !20'С и С, = 38'С на внутренней и внешней поверхностях соответ- ственно.
Увеличение толщины войлока па 0,028 м снизило тепловые потери вдвое и Сэ на 10'С прн неизменной Определить толщину ккрпнчяого слоя н максимальные тем- пературы войлока в обоих случаях. 14.2. Образец материала для определения Х методом плас- тины выполнен в форме диска диаметром г( =0,5 м, толщи- ной 6 =- 0,03 м и помещен между холодильником н плос. ким рабочим электронагревателем (РН) мощностью = !бО Вт.
Имеются охранные нагреватели снизу и по кольцу вокруг РН для предотвращения растекания теплоты в нижнем и боковом направлениях. Определить Х с исполь- зованием значений температуры поверхностей образца ('С): С, == !О, С, = 45 и С1 -= 25, С; = 58, характеризующих два возможных одномерных стационарных поля в образце при отключенном нижнем (охранном) нагревателе, но неиз- менном значении СС. Температура окружающей среды С, = = 25'С. Термосопротивлением между образцом и РН пре- небречь.
Р е ш е н и е. Здесь справедливы соотношения 4Я/(псС') =) (Са — С1)lб-1-(Сэ Сс)/Й =Д(С$ — С1)/б+ + (С' — С,)/К где Сс — термосопротивление между РН и средой. Значит, 4 180/(п0,5') = (45 — 10) )/б + (45 — 25)/Сс=(58 — 25) эс хХ/б + (58 — 25)Я, 174 или 814,8 = 35Л/6 4- 20/й = 33 (Л/6 + 1//7). Это соотношение представляет собой систему из двух уравнений относительно Л'6 и /7. Из него следует, что /7 = = 0,304 м ° К/Вт; Л = 21,33 0,03 = 0,64 Вт/(м ° К) (ас.
фалы). !4.3. Оценить погрешность расчета Л для асбестовогс картона [Л, = О,!6 Вт/(м ° К) и для стали 12Х18Н9Т [Л.= =!6 Вт,'(м . К)! по формуле Л = Л, 4Д6/!ппэ (/э — /, с использованием значений, характеризующих указанньн в задаче 14.2 стационарные поля при отключенном ннжнеь нагревателе. В обоих случаях минимальную температур» в образце считать равной /, = 25 'С, !4.4. На внутренней поверхности (площадью 30 м') кир пичной стенки толщиной 0,25 м поддерживается температу ра !8 "С; используется печь, к.
и. д. которой 80 %. Установ лено, что при одинаковых условиях охлаждения [темпе ратура наружного воздуха — 25 'С, а = 6,0 Вт/(и- "° К) ~ дополнительное применение пробковой изоляции толщиной 0,055 и дает суточную экономию 9,5 кг топлива с низшей теплотворной способностью 20 000 кДж/кг. Определить плотность теплового потока и суточный расход топлива прн наличии изоляции, а также значение Л для изоляции; длн кирпича Л = 0,71 Вт/(м К). 14.5. Кипящая вода воспринимает теплоту от дымовых газов через стальную стенку парового котла толщиной !5 мм, Температура газов 900'С, температура воды 200'С, коэффи.
циенты теплоотдачи равны 120 Вт/(м' К) и 2300 Вт/(мэ К) соответственно; для стали Л = 48 Вт/(м ° К). Постепенно отложение сажи !Л, = 0,12 Вт/(м ° К)! и накипи [Лэ =. 1,3 Вт/(м ° К)1 привело к снижению плотности теплового потока д в 2,2 раза и к повышению средней температуры стенки на 58 "'С по сравнению с первоначальными эначе. пнями. Оценить толщины слоев сажи и накипи, вычислит, д и коэффициент теплопередачи К. !4.6. При работе судового огнетрубного котла на внут- ренней поверхности его стального [Л = 48 Втl(м ° К)1 кор- пуса толщиной 35 мм поддерживается практически постс- янная температура !„.
Коэффициент теплоотдачи к окружающему воздуху пропорционален (!я — 1„,.)мз, где 1,„ =: = 25 'С и 1„ — температура воздуха и наружной повер>- ности теплообмена соответственно. Известно, что после нанесения на корпус слоя совелита [Л = 0,09 Вт/(м К'! толщиной !30 мм !ч понизилась со 195 до 40'С. Определить 1, и потери теплоты через 1 м' площади поверхности корпуса в обоих случаях. 14.7. В пластинчатом воздухоподогревателе через поверхность нагрева площадью 130 м' от горячих газов к воздуху передается тепловой поток 3,5 ° 10'Вт. Толщина стальных (Х = — 48 Вт/(м К)1 листов подогревателя 2 мм, среднее значение их температуры 513 К. Оценить коэффициент теплопереда и>, а также средние значения температуры газов и разности между температурами поверхностей листа.
Для коэффициентов теплоотдачи использовать формулу а = 0,9Г> ш»'» 3 >'» Т»эы, где и> — средняя скорость, м/с; Т вЂ” температура воздуха (газа), К; г! — эквивалентный диаметр канала, м. Принять пР' >/-мэ =- 5,0. 14.8. Змеевики пароперегревателя выполнены нз труб диаметром»/,/г/> = 40/30 мм; материал труб — сталь ! 2Х18Н9Т, Л = 22,4 Вт/(м . К). Найти максимальную /я и среднюю ! (в радиальном сечении) температуры участка трубы, если известно, что температура на расстоянии 2 мм от наружной поверхности составляет /,= 530'С, а тепловой поток на единицу длины д> = 60 100 Вт/м.
Р е ш е н и е. Здесь справедлива формула >/> = 2Ы (!„— /)/!п (д,/д). Ве применение дает прн >1„= 36, /= /»: 60100 = 2п ° 22,4 ((я — 530)Лп (40/36), откуда !„— -- 575 'С. С учетом той же формулы получаем », >/»» 1»» »= [>» )» ).=»„"»>»>>2»» „!» >» — ,>]х »> рс2/(г$ — г)) =!»> +(4>/(2пР!1((гэ(1п гэ — 0,5) — г',()пг,— в 0,5>!/(гэ — г;> — 1п гэ) = 575+ (60 ! 00/>2л22,4)! г,' х ([20' (!п 20 — 0,5) — 15э (!п 15 — 0,5)1/(20' — 15э>— — !п 20) =519,4'С.
!4.9. В приборе для определения 7 жидкостей по методу аиагретой нитиэ диаметр и длина платиновой нити 0,15 мм и 80 мм соответственно; внутренний и наружный диаметры кварцевой трубки 1 и 3 мм. Вычислить ) и среднюю температуру !масла, заполня>ощего кольцевой зазор между нитью и трубкой, если при прохождении тока 0,636 А электросопротивление нити равно 6.7 Ом, а температура внешней по- !76 верхности трубки 35'С.
Принять, что для кварца Л„=: =- 1,63 Вт/(м К); удельное электросопротивление плати пы 1,03 10 ' (1+ 0,0038 1) Ом м. 14.10. Определить потери тепловой мощности паропро водам (наружный диаметр 0,1 м, длина 20 м) прн движении по нему насыщенного водяного пара давлением 2,8 МПа; температура окружакхцего воздуха 30 С. Двухслойная нзо. ляпни паропровода изготовлена нз 79,5 кг ньювсля (Л .= --- 0,082 Вт/(м ° К), р =.
405 кг/мз! и 605 кг асбозурптз (Л -.- 0,15 Вт/(м К), р =-= 700 кг/мз!. Установлено, что из. иенские порядка наложения слоев привело бы к увелнчснпю тепловых потерь на 16"а. 14.11. Железобетонная (Л = 1,3 Вт/(м ° К)! дымовая тру ба диаметром 1,4/0,9 м футероаана внутри слоем огнеу пора !Л .= 0,58 Вт/(м ° К)! толщиной 0,15 м. Замечено, что прн постоянстве температуры окружающего воздуха и соответ. ствующего коэффициента теплоотдачи (а .— — 14 Вт/(м' ° К)! повышение температуры внутри поверхности футсровкн (/4) на 37 К приводит к повышению температуры наружно~! поверхности трубы (1,) на !О К. Определить разность межд ~ температурами соприкасающихся поверхностей, обусловленную несовершенством их теплового контакта, когд г (14 — 1,) = 380 К. Оценить относительную погрешност > расчета теплового патока через трубу на формуле для плоской стенки с использованием внутреннего диаметра трубь, 14.12, Необходимо уменьшить тепловые потери через стальную !Л, =- 48 Вт/(м ° К)! трубу диамстром г(,Ы, =-= =- 29/25 мм, по которой движется насыщенный пар.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
