Контрольная работа по дисциплине “Теплотехника”

Т₄=Т₁× λ = 300,15 × 3,25 = 976 К;  t₂ = 703 ⁰C

р₄= р₁× λ =0,097×3,25 =0,315 МПа

Вычислим значения теплоты  в процессах 2-3 и 4-1:

q₁ = c_ν(Т₃–Т₂) = 0,717(1776–546,48) = 881,6 кДж/кг

q₂ = c_ν(Т₄–Т₁) = 0,717(976–300,15) = 485,6 кДж/кг

Найдем термический КПД   изохорного  цикла:

η_t =  = = 0,45 %

или

η_t = 1– = 1 – = 0,45 %

Из теории ДВС при постоянном объеме следует, что Т₃ – максимальная температура процесса. Тогда:

термический КПД цикла Карно:   

 = 1– = 1 – = 0,85 %

 

Ответ:  η_t = 0,45 % ; = 0,85 %

Сравнивая  термический КПД   изохорного  цикла и термический КПД цикла Карно, приходим к выводу, что несмотря на то, что значения максимальных и минимальных температур у циклов одинаковы, но:  > η_t ., т.к. из теории известно, что полезноиспользуемая  теплота   изохорного цикла меньше, а отведенная теплота  больше, чем у цикла Карно.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Задание  № 4

 

     4. Что следует понимать  под топливом? Какие горючие и окислители Вам известны?

 

Топливо — вещество, из которого с помощью определённой реакции может быть получена тепловая энергия.

Чаще всего, под топливом понимают вещество, способное гореть при наличии окислителя (например, дрова или дизельное топливо). В таком случае, смесь топлива с окислителем образует взрывчатое вещество. Виды топлив:

Твёрдые топлива

Древесина, древесная щепа, древесные пеллеты; горючий сланец;  сапропель; торф; уголь; битуминозные пески; порох.

Жидкие топлива

Просты в транспортировке, но при  этом велики потери при испарении, разливах и утечках.

Нефтяные  топлива: дизельное топливо (газойль, соляровое масло); топливо печное бытовое; керосин; лигроин; бензин, газолин.

Масла: сланцевое масло; отработавшее машинное масло; растительные (рапсовое, арахисовое) или животные масла (жиры).

Спирты: этанол; метанол; пропанол.

Жидкое  ракетное топливо.

Эфиры: (Изомеры) спиртов: метил-трет-бутиловый эфир (МТБЭ); диметиловый эфир (ДМЭ).

Жирных кислот: этерифицированные растительные масла (биодизель).

Эмульсии: водотопливная эмульсия; этиловый спирт в бензинах; масла в бензинах.

Синтетические топлива, производимые на основе процесса Фишера-Тропша: из угля (CTL); из биомассы (BTL); из природного газа (GTL).

Газообразные топлива

Ещё более транспортабельны, при  этом ещё большие потери, а также  при нормальных условиях ниже энергетическая плотность:

Пропан; бутан; метан, природный газ, метан угольных пластов, сланцевый газ, рудничный газ, болотный газ, биогаз, лэндфилл-газ, гидрат метана; водород; сжатый (компримированный) природный газ (CNG).

Продукты газификации твёрдого топлива: угля — (синтез-, генераторный, коксовый) газы, возможна подземная газификация углей; древесины.

Смеси: пропан-бутановая смесь (LPG); смесь водорода и природного газа (HCNG).

Аэрозоли: угольная пыль; алюминиевая, магниевая пыль.

Пены: газодизель (смесь природного газа с дизельным топливом); смесь водорода с бензином.

Суспензии: водоугольное топливо; водонитратное топливо («жидкий порох»).

Нетипичные топлива

Ядерное топливо; термоядерное топливо; ракетное топливо.

 

9. Изложите требования к микроклимату в сельскохозяйственных сооружениях.

 

Состояние воздушной среды в  современных сельскохозяйственных зданиях обеспечивается с помощью  систем кондиционирования микроклимата (СКМ). Однако традиционные СКМ и их оборудование являются довольно дорогостоящими, энергоемкими и сложными в эксплуатации. Поэтому актуальной остается проблема разработки и применения более простых, надежных, энергоэкономичных систем и устройств кондиционирования микроклимата для создания и поддержания требуемых технологических параметров воздушной среды, обеспечивающих снижение энергозатрат и повышение продуктивности сельскохозяйственного производства (на примере птичников), что помимо экономического как для государственных, так и для индивидуальных фермерских хозяйств имеет важное социальное значение.

Система кондиционирования микроклимата сельскохозяйственного здания должна представлять собой комплексное  применение активных (системы кондиционирования  воздуха) и пассивных (наружные ограждения) инженерных средств.

Активные инженерные средства и  системы должны быть основаны на применении рециркуляции и адиабатной обработки  воздуха, как наиболее эффективных  с точки зрения энергосбережения. Необходимость рециркуляции воздуха  обусловлена значительными перерасходами  теплоты в холодный период года и  холода в теплый период года. Это  связано с тем, что нормы воздухообмена  для теплого и холодного периодов года различаются в несколько  раз, при этом общая величина подачи воздуха остается постоянной. Применение рециркуляции должно сопровождаться очисткой воздуха от болезнетворных микроорганизмов, вредных веществ и пыли.

 

13.  Поясните, как рассчитывается тепловой баланс помещений?

 

Тепловой баланс объекта — термин, определяющий динамическое равновесие между теплом, которое объект поглощает и теплом, которое объект теряет. Можно определить тепловой баланс Земли или человеческого тела, тепловой баланс двигателя или котла, тепловой баланс помещения или здания.

Как правило, тепловой баланс определяет энергозатраты в зависимости  от величины потерь тепла. Чтобы определить тепловой баланс помещения или здания, необходимо учесть его теплопотери. Существует несколько причин потери тепла. Например, тепло уходит через  ограждения помещения, расходуется  на нагревание попадающего внутрь наружного  воздуха. Тепло может теряться через  полы, вентиляционные шахты и так  далее. Чтобы возместить потери тепла  в холодное время года, помещение  необходимо обеспечить притоком определенного  количества тепла, например, с помощью  парового отопления или электрообогрева. Таким образом, тепловой баланс рассчитывается с учетом достаточно большого числа  факторов.

Существует упрощенный метод расчета теплового баланса  помещений. Этот метод применяют, если расчет производится для небольших помещений, и планируется система вентиляции и кондиционирования на основе простого оборудования (например, сплит-система). В таком случае нет необходимости в долгих и сложных расчетов теплопотерь и теплопоступлений. Учитываются основные источники тепла:

1. Теплопоступления за счет разницы внешней и внутренней температуры, а также тепло солнечного излучения Q₁:

Q₁ = h*S*q ,

где h - высота потолка в помещении, S - площадь помещения, q - удельная теплота (выбирается в зависимости от естественной освещенности помещения. Если помещение затенено, то q = 30 Вт/кв.м., если средняя освещенность, то q = 35 Вт/кв.м., а для помещений с большим остеклением с солнечной стороны q = 40 Вт/кв.м.)

2. Теплопоступления от техники Q2: для офисных помещений - 300 Вт на каждый компьютер (или 30% от мощности другого оборудования. Конечно, если включено нагревательное оборудование, нужно учитывать его реальную мощность обогрева)
3. Теплопоступления от людей Q3: обычно считают, что при сидячей работе (в офисе) человек выделяет 100 Вт тепла, а при физических нагрузках                200-300 Вт.

К сумме  теплопоступлений, рассчитанных в пунктах 1 - 3, нужно прибавить примерно 20% на неучтенные притоки тепла.

Итак, Q = 1.2*(Q₁ + Q₂ + Q₃)

Замечание: Если в помещении используется дополнительное оборудование, которое выделяет тепло (электроплиты и т.д.), в расчете  нужно учесть его мощность. [7]

 

19.  Поясните,  каким образом подобрать вентилятор для принятой системы вентиляции?

 

Выбрать оптимальный вентилятор- значит определить его типоразмер и  частоту вращения, при которых  выполнялись бы все требования технического задания, включая минимальные значения массы, потребляемой мощности и создаваемого шума.

Эффективность вентиляции зависит от выбора вентилятора или  нескольких вентиляторов и правильно  подобранной производительности по вытяжке или нагнетанию воздуха. Требуемая производительность вентилятора  определяется путем умножения объема помещения подлежащего вентиляции на часовую кратность воздухообмена.

Исходными данными для  выбора вентилятора являются заданные значения производительности Qи полного Ру давления, а также условия его эксплуатации: параметры перемещаемой газовоздушной среды, класс взрывоопасности и др.

После выбора одного или  нескольких типов вентиляторов, пригодных  для перемещения заданной среды, их типоразмеры определяются по графикам аэродинамических характеристик.

Окончательный выбор вентилятора  и его частоты вращения производится по индивидуальным аэродинамическим характеристикам  выбранных вентиляторов путём сравнения  их параметров и определения оптимального варианта с учетом заданных условий.

Точка с заданным значением  производительности и полного давления не всегда располагается на кривой давления характеристики вентилятора. Для того, чтобы получить параметры  рабочего режима вентилятора в заданной сети (определить «рабочую точку» вентилятора), необходимо провести через эту точку  прямую, параллельную линиям постоянного  значения КПД. Точка пересечения  этой прямой с кривой зависимости  давления от производительности Ру (Q) определяет параметры рабочего режима вентилятора в заданной сети.

Далее выбирается двигатель  по кривой Nу, располагаемой выше точки рабочего режима. Возможна комплектация вентилятора двигателем большей мощности.

Для выбранного типоразмера  вентилятора определяют габаритные, присоединительные и установочные размеры.

 

 

 

 

21. Назовите особенности поддержания микроклимата в сооружениях защищенного грунта.

 

К сооружениям защищенного грунта относят парники, теплицы и утепленный грунт.

Создание в сооружениях защищенного  грунта наиболее благоприятного микроклимата для отдельных групп овощных  культур позволяет получать очень  высокие  урожаи овощей (в 5—10 раз выше, чем на огороде), а также выращивать рассаду для открытого грунта.

Под микроклиматом понимают складывающиеся климатические условия (параметры) в ограниченном пространстве сооружений защищенного грунта. В  состав микроклимата входит температура  воздуха и грунта, их влажность, освещенность, движение воздуха и его состав. Когда растущие тепличные культуры начинают принимать активное участие  в поддержании и изменении  микроклимата, он именуется термином «фитоклимат». Микроклимат теплицы не может быть постоянным. Он меняется в течение вегетации культур (по сезонам года), со сменой дня и ночи, при солнечной и пасмурной погоде, от проветривания сооружения. Разные культуры требуют своих оптимизированных параметров микроклимата. Температура воздуха в теплице начинает подниматься от ночного уровня в солнечные дни с проникновением первых лучей и до первых одного–двух послеполуденных часов, какое–то время может находиться на одном уровне, затем начинает медленно понижаться. При заходе солнца уровень температуры выше, чем при восходе. В пасмурные дни температура с утра до вечера может быть почти постоянной. При дождливой погоде нередко из–за омывающих кровлю и стены прохладных струй температура может снижаться до наружной. Пленочные теплицы в солнечную погоду подвержены более сильным температурным колебаниям между днем и ночью. Нагреваясь от солнечных лучей днем, объем теплицы значительно теряет тепло в ночные часы из–за его потерь через пленку. Менее подвержены колебаниям температуры теплицы остекленные, так как стекло задерживает тепло внутри, а также при надежной герметизации сооружения. 
Лучший тепловой режим устанавливается при наличии взрослых растений и при повышенном воздушном пространстве между верхушками растений и кровлей теплицы («буферная зона»). Ночная температура воздуха не может опускаться ниже наружной, а в теплые ночи она бывает выше последней. 
Биообогрев теплицы, безусловно, наилучшим образом оптимизирует температурный режим, не допуская падений до критических для культур нижних значений. При биообогреве можно не беспокоиться за тепловые показатели грунта. Растения, перекрыв листовым покровом площадь грунта, способствуют их стабилизации (постоянству температуры днем и ночью). Продолжительная пасмурная погода снижает температуру грунта, часто существенно. Вновь поднять ее до прежнего уровня бывает сложно. Влажность воздуха поддерживается поливами растений, разбрызгиванием воды по конструкциям, испарением с поверхности грунта и листьев растений. В пленочных теплицах она нередко выше из–за лучшей герметизации. Относительная влажность воздуха поднимается при каждом падении температуры и наоборот. 
Почвенную влажность лучше всего поддерживать постоянной периодичностью поливов, дозы которых должны меняться в соответствии с возрастом, состоянием растений и с погодными условиями. Температура и влажность воздуха теплицы в существенной степени поддерживаются режимами вентиляции (проветривания). Недопустимо в солнечные дни долго не проветривать теплицу, когда на ее стенках ночью оседает излишняя влага, видимая снаружи сплошным белым налетом, а также проявляющаяся капелью с кровли. Эти явления – прямой путь к поражению растений грибными болезнями, если инфекция присутствует поблизости вне теплицы, или массового заболевания культур при наличии болезнетворных очагов внутри. 
В жаркие дни теплица должна быть открытой длительный период дня, или даже круглые сутки, особенно для томатов. В пасмурные и прохладные дни возможна кратковременная вентиляция, если она помогает удалить излишнюю влажность. 
Но проветривание теплиц имеет отчасти и негативное последствие, удаляя (отнимая у растений) углекислый газ и снижая его концентрацию. Хотя с новыми порциями воздуха приходят и новые порции углекислоты, но естественного уровня. При этом растения могут существенно и не снижать фотосинтез. 
Повышенный уровень углекислого газа в теплице (в пределах десятикратного от естественного фона) служит не только воздушной пищей растений, но и средством поддержания теплового режима. Парниковый эффект в атмосфере, как известно, формируется углекислым газом. Хорошие световые условия нужны в теплице во всех случаях. Если интенсивная освещенность и служит иногда причиной перегрева листьев растений (чаще огурцов), то она же и стимулирует фотосинтез при пониженной наружной температуре. На создание лучших световых условий растениям направлено использование менее затеняющих конструкций теплиц, выбор местоположения на участке, схемы размещения растений, приемы их обрезки. При общем снижении уровня освещенности во всех теплицах по сравнению с открытым грунтом, чему способствуют покрывающие материалы и уровень их загрязнения по мере эксплуатации, в пленочных теплицах света всегда больше, чем в остекленных. 
Микроклимат теплиц никогда не будет благоприятным для культур без постоянного формирования его человеком.

 

 

 

 

Задача

          

 4.23.  Определить воздухообмен по углекислоте и влаговыделениям в телятнике, где содержится молодняк  от 5 месяцев и старше в количестве 130 телят со средней живой массой 210 кг. Параметры воздуха внутри телятника:  t_в = 19⁰С, =65%.     Параметры наружного воздуха: t_в = – 10⁰С,

 = 95 %.

Дано:    

Плотность воздуха в помещении ρ=1,2 кг/м³

t_в.т. = 19⁰С, =65%.    

t_в.н. = – 10⁰С, = 95 %.

n_ж = 130

m_ср= 210 кг

______________________

  -? ;  L_W -? 

 

 

 

Решение:

1. Воздухообмен по углекислоте в телятнике определяем по формуле:

₌  , м³/ч;

где n_ж – количество животных ;

      С_ж– количество углекислоты, выделяемое одним животным, л/ч

      С_ж , с учетом интерполяции для веса 210 кг = 74 л/ч  [3], табл. 12 стр.276

      С₁– предельно допустимая концентрация углекислоты в помещении, л/м³

     С₁ = 2,0 л/м³ в помещении для животных

     С₂– концентрация углекислоты в атмосферном воздухе, л/м³

     С₂ = 0,3 л/м³

₌ = 5659 м³/ч;

2. Воздухообмен, обеспечивающий допустимое содержание в воздухе водяных паров, определяем по формуле:

 

₌  , м³/ч;

 

где W – влаговыделения внутри помещения, л/ч ;

      ρ – плотность воздуха, кг/м³ (ρ =1,2 кг/м³)

      d_в и  d_н  – влагосодержание внутреннего и наружного воздуха, г/(кг.с.в.)           Влагосодержание определяем по Нd - диаграмме влажного воздуха, [3], стр.282

при   t_в.т. = 19⁰С, =65%,    d_в = 9 г/(кг.с.в.)          

t_в.н. = – 10⁰С, = 95 %,        d_н =0,5 г/(кг.с.в.)          

 

W = W_ж+ W_исп , л/ч ;

W_ж – влага ,выделяемая животными, г/ч ;

W_ж = W_i× n_i , л/ч ;

где W_i – выделение влаги ,одним животным, л/ч ;

W_i с учетом интерполяции для веса 210 кг= 235 л/ч [3], табл. 12 стр.276

Коэффициент, учитывающий  изменение влаговыделений в зависимости  от температуры воздуха в помещении, по данным табл. 13 стр.278 с учетом  интерполяции для температуры 19⁰С, равен 1,61