 |
Пример и методика решения задач
|
|
|
|
Задачи к экзамену ТГУ
1. Фильтр диаметром 0,8 м и высотой засыпки 1,5 м катионита КУ2 с емкостью 1700 г-экв/м3. Сколько поваренной соли потребуется для его регенерации?
2. Через фильтр диаметром 0,7 м и высотой засыпки 2 м катионита КУ2 с емкостью 1700 г-экв/м3 пропускают 15 т/час воды с жесткостью 6 мг-экв/л. Как часто придется регенерировать фильтр?
3. В 8 литрах Н2О растворено 5г NaCl, 2 г Mg(НСО3)2 и 0,5 г NaOH. Какова щелочность воды?
4. В 8 литрах Н2О растворено 3г NaCl, 2 г Mg(НСО3)2 и1,5 г CaCl2. Какова жесткость воды?
5. В паро-водяном теплообменнике нагревают 35 т/час воды от 60 до 90 оС. Определить расход пара атмосферного давления.
6. Рассчитать сколько воздуха нужно для сжигания 2 кг топлива с Ср=65% и Sр=3%, остальное зола.
7. Рассчитать сколько воздуха нужно для сжигания 3 кг топлива с Ср=65% и Нр=13%, остальное зола..
8. Рассчитать сколько воздуха нужно для сжигания 5 кг топлива с Нр=65% и Sр=3%, остальное зола.
9. Рассчитать сколько получится продуктов сгорания при сжигании 2 кг топлива с Ср=65% и Sр=3%, остальное зола.
10. Рассчитать сколько получится продуктов сгорания при сжигании 3 кг топлива с Ср=65% и Нр=13%, остальное зола.
11. Рассчитать сколько получится продуктов сгорания при сжигании 5 кг топлива с Нр=65% и Sр=3%, остальное зола.
12. Рассчитать сколько воздуха нужно для сжигания 0,45 кг метана.
13. Рассчитать сколько получится продуктов сгорания при сжигании 0,45 кг метана.
14. Определить расход каменного угля для водогрейного котла, в котором 100 т воды в час нагревается от 70 до 150 оС с КПД 80%.
15. Определить расход природного газа для водогрейного котла, в котором 140 т воды в час нагревается от 70 до 130 оС с КПД 90%.
16. Определить расход условного топлива для водогрейного котла, в котором 130 т воды в час нагревается от 70 до 120 оС с КПД 90%.
|
|
|
17. Определить расход воздуха для газового водогрейного котла, в котором 130 т воды в час нагревается от 70 до 120 оС с КПД 90%.
18. Определить расход продуктов сгорания для газового водогрейного котла, в котором 230 т воды в час нагревается от 70 до 140 оС с КПД 90%.
19. Определить расход воздуха для угольного водогрейного котла, в котором 130 т воды в час нагревается от 70 до 150 оС с КПД 80%.
20. Определить расход продуктов сгорания для угольного водогрейного котла, в котором 130 т воды в час нагревается от 70 до 150 оС с КПД 82%.
21. Определить расход пара на атмосферный деаэратор, в который подается 20 т/час воды с температурой 55 оС.
22. Рассчитать расход пара и воды из расширителя продувки, в который поступает 10 т/час воды из барабана парового с температурой 194оС.
23. Определить расход пара атмосферного давления на паро-водяной теплообменник, в котором 130 т воды в час нагревается от 70 до 90 оС.
24. Рассчитать температуру в конденсатном баке, если в него приходят потоки конденсата: 3 т/час Т=45оС, 2кг/с Т= 60оС, 4 м3/час Т=54 оС.
25. Рассчитать поверхность пароводяного теплообменника, в котором паром с атмосферным давлением греют 95 т/час воды от 5 до 60 оС. Коэффициент теплопередачи 2500 Вт/(м2*оС).
26. Определить расход греющей воды с температурой 105 оС для нагрева в теплообменнике 130 т/час сетевой воды от 70 до 90 оС.
27. Определить диаметр трубопровода, по которому идет сетевая вода к теплообменнику мощностью 2 Гкал/час и нагревается в нем от 70 до 95 оС. Рекомендуемая скорость движения воды 1,5 м/с.
28. Определить расход пара из электрочайника объемом 3л и мощностью электронагревателя 1,5 кВт.
29. Определить за какое время с момента включения выкипит вся вода из электрочайника объемом 2 л и мощностью электронагревателя 1,2 кВт.
30. Определить поверхность теплообменника для нагрева в 130 т/час сетевой воды от 70 до 90 оС паром атмосферного давления, если коэффициент теплопередачи для паро-водянного теплообменника равен 2500 Вт/(м2*оС).
|
|
|
31. Определить поверхность теплообменника для нагрева в 110 т/час сетевой воды от 70 до 90 оС греющей водой с температурой 105/80 оС, если коэффициент теплопередачи для водо-водянного теплообменника равен 1500 Вт/(м2*оС).
Знать примерные значения ряда величин из физики за 8 класс:
теплоемкость воды 4,19 кДж/(кг*град) и воздуха-1 кДж/(кг*град), теплоту парообразования воды 2,3 МДж/кг, (таблицу Менделеева принесу на экзамен), массовую и объемную концентрацию кислорода в воздухе, коэффициенты избытка воздуха при сжигании природного газа (1,1 – 1,3) и каменного угля (1,3-1,5) в топке (в уходящих газах больше), теплоту сгорания для природного газа 44 МДж/кг и теоретическое количество воздуха для горения 18 кг/кг (или 10 м3/м3) и каменного угля (для разных углей теплота сгорания различная, но примерно половина от природного газа - 22 МДж/кг и воздуха нужно примерно половину - 9 кг/кг).
Теплотехник должен решать эти задачи так же легко и просто, как приведенную ниже задачу. Причем важно получить правильный численный результат – по инженерным расчетам делают конструкцию какого либо устройства, и правильная методика расчета не снимает ответственности с конструктора, допустившего арифметическую ошибку.
Пример и методика решения задач
Рассчитать, какое расстояние пройдет человек за 2 часа, если его скорость 5 км/час.
Размерность результата (км) получается только, если в расчете подставлять исходные величины с их размерностями. Затем следует сократить одинаковые размерности исходных данных и получить размерность результата. Иначе для улитки, которая 2 часа ползет со скоростью 5 м/час можно получить по той же формуле тот же результат 10, но размерности и фактические расстояния будут различаться в 1000 раз. В этой простейшей задаче с двумя исходными величинами, скорее всего, никто не ошибется, но, если параметров в расчете больше и решение не столь очевидно, то ошибки без подстановки размерностей неизбежны.
Причем, подстановка в расчет исходных данных с размерностями позволяет обнаружить ошибку в самой формуле. Предположим, я забыл правильную формулу и хочу считать по не правильной формуле:
|
|
|
.
Но такой размерности у расстояния быть не должно, значит, где-то есть ошибка. И по анализу размерностей легко понять, как нужно изменить формулу, чтобы размерность результата стала правильной.
Можно провести физические расчеты, не глядя на размерность. Скорее всего, так и учили в школе. При этом все исходные данные до расчета приводятся к основным единицам измерения системы СИ без кратных и дольных единиц. В данном случае: скорость 5 км/час = 1,389 м/с, а время 2 часа = 7200 с. Соответственно и результат получится с размерностью соответствующей системе СИ без кратных и дольных единиц, т.е. 10 000 м.
Так считать обычно дольше, и, кроме того, для контроля правильности расчетных формул, все равно, желательно подставить все размерности исходных величин. Затем необходимо сократить одинаковые размерности и проверить соответствие размерностей величин в правой и левой частях формулы.
Для уменьшения вероятности ошибки лучше не выводить общую зависимость с большим числом исходных данных, а рассчитывать промежуточные значения скоростей, расходов, площадей и т.д.
Вопросы из школьного курса физики для решения этих задач
1. Основные единицы в системе СИ и их размерность
2. Производные единицы измерения, относящиеся к энергетике, и их размерность
· Сила, Работа, Энергия, Мощность
· Давление
· Плотность
· Количество теплоты
· Удельная теплоемкость
· Теплота парообразования
· Теплопроводность
· Теплоотдача
· Теплопередача
· Теплота сгорания
3. Основные теплофизические свойства воды: плотность, теплоемкость, температуру насыщения, теплоту парообразования.
4. Наиболее распространенные внесистемные единицы измерения тепловой и электрической энергии и мощности.
5. Что такое тепловой и материальный баланс?
6. Что такое КПД и как его рассчитать по прямому и обратному балансу?
7. Как определить массовый и объемный расход среды через трубу известного диаметра с известной скоростью.
Очень желательно знать уравнения для расчета теплообменного аппарата. В теплотехнических расчетах наиболее применимы 3 уравнения:
|
|
|
