Wrocław, 14 stycznia 2014
Zadania powtórzeniowe do przedmiotu
Wymiana ciepła
1. Odczytaj z tablic termodynamicznych temperaturę nasycenia pary wodnej: a) o ciśnieniu równym 0.2 MPa, b) o temperaturze równej 323 K. Wypisz wartości następujących parametrów termodynamicznych: entalpii, entropii i objętości właściwej dla: a) wody ciekłej w stanie nasycenia i b) pary wodnej nasyconej suchej, odnoszące się do podanych warunków.
2. W naczyniu zamkniętym znajduje się 5 m3 pary wodnej nasyconej suchej o ciśnieniu p1=15 bar.
Określ ciśnienie pary, stopień suchości i ilość ciepła przekazaną do otoczenia w wyniku izochorycznego ochłodzenia tej pary o 70 K. Przemianę, której podlega para przedstaw na wykresie p-v pary wodnej.
3. Dla powietrza wilgotnego o temperaturze 25 C i wilgotności względnej 20 % określ: entalpię, zawartość wilgoci, temperaturę punktu rosy, ciśnienie cząstkowe pary i gazu suchego, stopień nasycenia, gęstość, jeżeli p=0.1 MPa.
4. Określ zawartość wilgoci w powietrzu o temperaturze 21 C w stanie nasycenia pod ciśnieniem p=0.5 bar i 2 bary.
5. Powietrze wilgotne o temperaturze 30 C i pod ciśnieniem 0.102 MPa ma temperaturę punktu rosy wynoszącą 25 C. Oblicz wilgotność względną i bezwzględną oraz zawartość wilgoci w powietrzu. Do jakiego ciśnienia należy sprężyć powietrze, aby w temperaturze 30C stał się ono nasycone.
6. Powietrze o parametrach t1=25 C, p1=1bar i x1=15 g/kg p.s. sprężono z równoczesnym odprowadzeniem zeń ciepła do parametrów t2=60 C, p2=6bar. Proszę podać wilgotność względną powietrza na końcu procesu sprężenia.
7. Stan istniejącego powietrza oznacza się parametrami: p=1 bar, temperaturą 25 C i wilgotnością względną =40 %. Określić temperaturę punktu rosy dla tego powietrza.
8. Przed spotkaniem powietrze w sali konferencyjnej o wymiarach 20104.20 miało temperaturę 18 °C i wilgotność względną 30 %. Po pierwszej serii wystąpień temperatura powietrza wzrosła do 25 °C a wilgotność względna zwiększyła się o 25 %. Jak zmieniła się ilość pary wodnej w powietrzu?
9. W przypadku obróbki powietrza do celów klimatyzacyjnych strumień powietrza I o parametrach p=1bar, tI=10 C i I=0.2 został zmieszany izobarycznie ze strumieniem II o parametrach tI=20
C i I=0.5, przy czym stosunek masowy strumieni wynosi mI/mII=1/5. Do jakiej temperatury należy podgrzać strumień zmieszany, ile doprowadzić ciepła w grzejniku i ile doprowadzić wody o temperaturze tw=30 C na jednostkę (1kg) masy powietrza suchego, aby po nawilżeniu
parametry powietrza były takie same jak parametry strumienia II t.j. tI=20 C i I=0.5. Przedstaw rozwiązanie zadania na wykresie i-x.
10. Wykreśl na wykresie i-x kierunek nawilżania powietrza wodą o temperaturze 90 C. Jak zmienią się parametry powietrza o ciśnieniu 1 atm., temperaturze 18 C i =0.35 po nawilżeniu wodą o temperaturze 90 C. W procesie nawilżania dostarczono 3 g pary wodnej na każdy 1 kg powietrza suchego. Rozwiąż zadanie dla przypadku nawilżania powietrza parą wodną o temperaturze 110
C.
11. W suszarni znajduje się wilgotny materiał, z którego należy odprowadzić 2000 kg wody.
Temperatura zewnętrznego powietrza używanego do suszenia wynosi t1=15C, przy wilgotności
1=40%. Przed wejściem do suszarni powietrze podgrzewa się do temperatury t2 i opuszcza ono suszarnię mając temperaturę t3=30C i wilgotność względną 3=80%. Określ temperaturę t2 do której należy podgrzać powietrze przed wejściem do suszarni oraz ilość powietrza, jaką należy przepuścić przez suszarnię, zakładając izentalpowy przebieg procesu suszenia w suszarni. Proces suszenia odbywa się pod stałym ciśnieniem p=1bar.
12. Oblicz opór cieplny przegrody, współczynnik przenikania ciepła oraz wartość strumienia ciepła przenikającego przez płaską ściankę stalową grubości 1=20 mm i współczynniku przewodzenia ciepła 1=60 W/mK, o wymiarach 1 m 1.2 m jeżeli:
a) temperatura gazu po jednej stronie ścianki wynosi t01=1127 C, zaś temperatura wrzącej wody po drugiej ścianki wynosi t02=227 C, współczynnik przejmowania ciepła od gazu do ścianki wynosi 1 =100 W/m2K, a od ścianki do wrzącej wody 2 =5000 W/m2K .
b) w procesie eksploatacji powierzchnia ogrzewana po stronie gazu pokrywa się warstwą sadzy o grubości 2=3 mm i współczynniku przewodzenia ciepła 2=0.09 W/mK,
Proszę określić ponadto temperaturę powierzchni ścianki pokrytej warstwą sadzy. Jak zmienił się współczynnik przenikania ciepła wskutek pojawienia się sadzy? Jak zmienia się temperatura wewnątrz warstwy materiału ścianki a jak wewnątrz warstwy sadzy?
13. Stalowy przewód parowy, wykonany z rury o wymiarach d1/d2 =180/200 mm, o współczynniku przewodzenia ciepła 1=50 W/mK, jest pokryty dwoma warstwami izolacji o grubościach
2=3=50 mm i współczynnikach przewodzenia ciepła 2=0.18 W/mK i 3=0.06 W/mK.
Temperatura pary przepływającej wewnątrz rury t01=427C, temperatura powietrza na zewnątrz rury wynosi t02=27 C. Współczynniki przejmowania ciepła wynoszą: od pary do powierzchni ścianki przewodu 1=200 W/m2K i od powierzchni izolacji do powietrza 2=10 W/m2K. Oblicz straty ciepła do otoczenia z 1m bieżącego przewodu, oraz temperatury powierzchni poszczególnych warstw. Ile wynosi liniowy opór cieplny przegrody a ile liniowy współczynnik przenikania ciepła przez ściankę przewodu?
14. W podgrzewaczu wody, wykonanym z rur gładkich, podgrzewa się m2=5000kg/h wody, od temperatury t2’=30 C do t2’’=100 C za pomocą gazu, który ochładza się od temperatury t1’=350C do t1’’=150 C. Współczynnik przenikania ciepła dla podgrzewacza wynosi k=20 W/m2K. Oblicz powierzchnię ogrzewalną dla współprądowego i przeciwprądowego przepływu czynników.
dr hab. inż. Monika Maciejewska
