Контрольная работа по "Теплотехнике"

Содержание

Вопросы

12. В  чем отличие вечных двигателей  первого и второго рода?..........................................................................................................................3

18. Средства интенсификации и  средства уменьшения теплопередачи. Роль оребрения………………………………………………………………………….6

24. Теплота  сгорания топлива. Единицы измерения……………………………8

 

Задача 1…………………………………………………………………………….9

Задача 2……………………………………………………………………...……15

Задача 3…………………………………………………………………….……..19

Список литературы………………………………………………………………23

Приложение………………………………………………………………………24

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

12. В чем  отличие вечных двигателей первого  и второго рода?

 

Вечный двигатель первого рода - воображаемое устройство, способное бесконечно совершать работу без затрат топлива или других энергетических ресурсов. Согласно закону сохранения энергии, все попытки создать такой двигатель обречены на провал. Невозможность осуществления вечного двигателя первого рода постулируется в термодинамике как первое начало термодинамики.

Вечный двигатель второго рода - воображаемая машина, которая, будучи пущена в ход, превращала бы в работу всё тепло, извлекаемое из окружающих тел. Невозможность осуществления вечного двигателя второго рода постулируется в термодинамике в качестве одной из эквивалентных формулировок второго начала термодинамики.

Первое определение второго  закона термодинамики было дано в 1850 г. Рудольфом Клаузиусом: “Невозможен  процесс, единственным конечным результатом  которого была бы передача теплоты  от менее нагретого тела к более нагретому”.

В 1851 г. У. Томсон (лорд Кельвин) предложил  другую формулировку этого закона (постулат Кельвина): “Невозможно осуществить  круговой процесс, единственным результатом  которого было бы превращение в работу теплоты отнятой у какого-либо теплового резервуара, без всяких изменений в других телах”. Постулат Кельвина можно представить в следующем виде (по В. Оствальду): “Невозможно построить циклически действующую тепловую машину, которая производила бы работу за счет охлаждения какого-либо тела без всяких изменений в других телах”. То есть невозможно создать циклически действующую тепловую машину, энергетическая диаграмма которой представлена на рис. 1.

 

 

3

Рис. 1 Энергетическая диаграмма вечного двигателя второго рода

Такую машину называют вечным двигателем второго рода. В отличие от вечного двигателя первого рода, в котором работа производится из ничего, вечный двигатель второго рода производит работу A в точности равную количеству тепловой энергии Q1, заимствованной у источника тепла. Поэтому закон сохранения энергии для вечного двигателя второго рода выполняется. Однако попытки построить такую машину всегда терпели неудачу. Объясняется это тем, что работа за цикл тепловой машины определяется площадью цикла и эта площадь отлична от нуля только в том случае, если процесс расширения рабочего вещества идет по кривой, расположенной выше, чем процесс сжатия.

Рис. 2. Произвольный цикл тепловой машины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4

При этом кривой 1a2 – более высокие  температуры источников тепла, от которых рабочее вещество получает тепло, чтобы расширяться, а кривой 2b1 соответствуют более низкие температуры приемников тепла, которым рабочее вещество отдает тепло при сжатии. Если же процесс расширения рабочего вещества идет по кривой 1a2, а сжатия – по кривой 2a1 , то работа за цикл равна нулю. Поэтому, чтобы за цикл тепловая машина производила

положительную работу, необходимо располагать двумя группами качественно разных источников тепла: одна группа источников тепла по пути расширения 1a2 имеет температуры более высокие, чем другая группа источников тепла, расположенных по пути 2b1 сжатия рабочего вещества и имеющих температуры более низкие. Так что одного источника тепла (даже с переменной температурой) недостаточно, чтобы в циклически действующей тепловой машине получать положительную работу, т. е. вечный двигатель второго рода невозможен.

5 
18. Средства интенсификации и средства уменьшения теплопередачи. Роль оребрения

 

Теплопередачей называется передача теплоты от одной подвижной среды (жидкости или газа) к другой через разделяющую их однородную или многослойную твердую стенку любой формы. Теплопередача (сложный теплообмен) включает в себя теплоотдачу от более горячей жидкости к стенке, теплопроводность в стенке, теплоотдачу от стенки к более холодной жидкости.

Для уменьшения теплопередачи используют теплоизоляционные материалы.

Теплоизоляционные материалы обладают рядом теплотехнических свойств, знание которых необходимо для правильного выбора материала конструкции и проведения теплотехнических расчетов. Важнейшим из них является теплопроводность.

Теплопроводность - передача тепла внутри материала вследствие взаимодействия его структурных единиц (молекул, атомов, ионов и т.д.), и при соприкосновении твердых тел.  Количество теплоты, которое передается за единицу времени через единицу площади изотермической поверхности при температурном градиенте, равном единице, называется теплопроводностью (коэффициентом теплопроводности). Теплопроводность (l) измеряют в Вт/(м К).

На величину теплопроводности пористых материалов, каковыми являются теплоизоляционные  материалы, оказывают влияние плотность  материала, вид, размеры и расположение пор, химический состав и молекулярная структура твердых составных частей, коэффициент излучения поверхностей, ограничивающих поры, вид и давление газа, заполняющего поры.

 

6

Для интенсификации теплопередачи  используют оребрение, причем ребристой делают поверхность с большим термическим сопротивлением. Отношение оребренной поверхности к гладкой называется коэффициентом оребрения. К выбору количества ребер и их длины следует относиться внимательно, проводя экспериментальные исследования, в противном случае большое количество ребер и их большая длина утяжелит конструкцию, увеличит стоимость, но не улучшит теплопередачу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

7 
24. Теплота сгорания топлива. Единицы измерения

         

Основной, как бы интегрирующей, технологической характеристикой топлива является теплота сгорания, которая показывает, какое количество тепла выделяется при сгорании 1 кг твердого или жидкого топлива или 1м³    газообразного топлива.

Теплота сгорания твердых и жидких топлив определяется с помощью прибора, носящего название калориметрической бомбы, а газообразного топлива - с помощью прибора Юнкерса. Бомба представляет собой стальной  герметический сосуд, заполненный кислородом под давлением 3,0 МПа. В сосуде (бомбе) сжигают навеску топлива в 1 гр. Бомбу помещают в сосуд с водой и по приращению температуры воды вследствие выделяемого  при сжигании навески топлива тепла определяют теплоту его сгорания.

Теплоту сгорания газообразного топлива  определяют в приборе Юнкерса, который  представляет собой по существу небольшой водяной котел, в котором сжигают исследуемый газ. Измеряют расход газа, расход воды, разность температур воды на входе и выходе из прибора и определяют теплоту сгорания:

 кДж/кг

кДж/кг – единицы измерения теплоты сгорания топлива.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

8