Примерные вопросы для зачета по «Теплофизике» 1. 2.

Примерные вопросы для зачета по «Теплофизике»
1. Поясните, почему циклы в тепловых двигателях совершаются в
направлении по часовой стрелке, а в холодильных машинах – против часовой
стрелки?
2. Покажите идеальный цикл Карно холодильной машины в T-sдиаграмме. Дайте понятие холодильного коэффициента. Как рассчитать
холодильный коэффициент цикла Карно?
3. Приведите схему и цикл в р-υ- диаграмме воздушной холодильной
установки. Нанесите на схему узловые точки цикла. Какими площадями в р-υ
-диаграмме характеризуются: а) работа, затрачиваемая на компрессор (ℓк), б)
работа, получаемая в детандере (ℓD), в) результирующая работа цикла (ℓ)?
4. Приведите цикл воздушной холодильной установки в T-s- диаграмме.
Укажите, в каких узлах установки совершаются процессы цикла. Поясните
физический смысл холодильного коэффициента цикла (ε), приведите
формулу для его расчета.
5. Приведите цикл воздушной холодильной установки в T-s- диаграмме.
Обозначьте температуру вырабатываемого холода (Тх) и температуру
окружающей среды (Тос). Покажите цикл Карно для данного интервала
температур. Сравните по удельной холодопроизводительности (q х) и
затрачиваемой работе(ℓ) обратимый цикл воздушной холодильной установки
и цикл Карно, сделайте выводы.
6. Приведите схему и цикл парокомпрессионной холодильной установки
в T-s- диаграмме. Нанесите узловые точки цикла на схему. Какими
площадями
в
T-sдиаграмме
характеризуются:
а)
удельная
холодопроизводительность (qx), б) теплота, отводимая в конденсаторе (qо)?
7. Приведите цикл парокомпрессионной холодильной установки в T-sдиаграмме. Укажите, в каких узлах установки совершаются процессы цикла.
Поясните физический смысл холодильного коэффициента цикла (ε),
приведите формулу для его расчета.
8. В цикле холодильной машины:
1) работа расширения больше работы сжатия,
2) работа сжатия больше работы расширения,
3) подводимая теплота больше отводимой,
4) отводимая теплота больше подводимой.
Укажите правильные ответы и дайте обоснование.
9. В T-s диаграмме на рис. приведены 2 цикла парокомпрессионной
холодильной машины (1234 и 12356). Приведите схемы установок, в которых
осуществляются данные
2
T
циклы. Какой цикл имеет
большой
холодильный
коэффициент и почему?
3
5
6
4
1
s
10. Возможно ли осуществить изотермические процессы подвода и
отвода тепла в циклах: а) парокомпрессионной холодильной установки,
б) воздушной холодильной установки?
11. Каково назначение теплового насоса? Дайте понятие отопительного
коэффициента. Как вычислить отопительный коэффициент идеального цикла
Карно?
12. Каков механизм передачи тепла теплопроводностью в газах? От
каких факторов зависит коэффициент теплопроводности газов? Сравните
коэффициенты теплопроводности легких и тяжелых газов.
13. Каков механизм передачи тепла теплопроводностью в металлах? Как
зависит коэффициент теплопроводности от температуры для чистых
металлов, для сплавов?
14. На рис. 1.4.2. приведены три идеальных цикла Карно. Для каких
устройств даны эти циклы?
T
3'
TT
Toc
Tx
3
q0
2'
3"
qT 2"
4"
qx 1"
s
2
4'
4
qT
qx 1
q0
1'
Рис. Идеальные циклы Карно
Обозначения:
Тх – температура охлаждаемого тела;
Тт – температура нагреваемого тела;
Тос – температура окружающей среды.
15. От каких факторов зависит коэффициент теплопроводности
строительных и теплоизоляционных материалов? В каких пределах он
изменяется? Приведите значения коэффициентов теплопроводности для
кирпича, стекловаты, асбеста.
16. Каков механизм передачи тепла теплопроводностью в жидкостях?
От каких факторов зависит коэффициент теплопроводности жидкостей?
Приведите пределы изменения  для жидкостей.
17. Дайте понятие коэффициента температуропроводности. Как он
обозначается, какую имеет размерность, что характеризует, от каких
факторов зависит? Рассчитайте коэффициент температуропроводности для
шлакобетона и льда при t=0оС.
18. Дайте понятие температурного поля. Приведите практические
примеры температурных полей:
1) стационарного одномерного, 2)
нестационарного одномерного,
3) стационарного трехмерного,
4)
нестационарного двухмерного.
t
стоит минус?
n
20. Запишите дифференциальное уравнение теплопроводности в
декартовых координатах, описывающее трехмерное стационарное
температурное поле без внутренних источников теплоты.
21. Что включают в себя условия однозначности? Для чего они нужны?
22. Как формулируются граничные условия первого, второго и третьего
рода? Для чего они присоединяются к дифференциальному уравнению?
23. Приведите математическое выражение закона Фурье:
а) для
2
теплового потока Q, Вт, б) для плотности теплового потока q, Вт/м . Какой
способ передачи тепла описывает закон Фурье? Чем объяснить знак (-) в
правой части уравнения Фурье?
24. Дайте понятие изотермической поверхности. Могут ли две
изотермические поверхности пересекаться? Какое направление называется
нормалью к изотермической поверхности? Сравните между собой градиенты
температуры по нормали и по любому другому направлению к
изотермической поверхности.
25. Какие процессы передачи теплоты и в каких телах или системах тел
описывают данные уравнения?
19. Почему в правой части уравнения q  

t1  t2  F ,

2) Q   (t ж  t ж ) F ,
1) Q 
1
2
3) Q   (t с  t ж ) F .
Приведите размерность и поясните физический смысл коэффициентов
, к, .
26. Температурное поле шаровой стенки с радиусами r1 и r2 и с
постоянными температурами на поверхностях t1 и
t2 описывается
уравнением
t  t1 
t1  t2
1 1

r2 r1
 1 1
  
 r1 r 
Получите расчетную формулу для предаваемой теплоты через шаровую
стенку (Q, Вт), используя закон Фурье
Q  
t
F.
r
Для шаровой стенки F=4  r2.
27. Как называются и что характеризуют величины (1) – (3)?
1)

,
F
2)
r
1
n 2 ,
2    r1
3)
1
.
F
Какова их связь с тепловым потоком Q, Вт и для какой формы тел они
справедливы?
28. Запишите уравнение, по которому можно рассчитать плотность
теплового потока q, Вт/м2, передаваемого от среды с температурой tж1 в среду
с температурой tж2 через трехслойную плоскую стенку. Приведите график
перепадов температур для условия:
α1>>α2, λ1>> λ2, λ1 >>λ3, λ2 >λ3.
29. Как рассчитать теплопередачу q, Вт/м2 через двухслойную плоскую
стенку, если известны: , 1, 2, t ж1 , 1 , t ж2 ,  2 ?
Как рассчитать температуру t2?
tж1
 
q
Какие из соотношений справедливы для дан1
t1
ной задачи?
t2
1)1  2 ,
2)2  1 , 3) 1  2 , 4) 2  1 .
t3
Поясните Ваш выбор.
tж2


2
30. Какие способы передачи теплоты и в каких системах тел описывают
уравнения (1) – (3)?
1)
2)
3)
Q   (t с  t ж ) F , Вт,
dt
Q  
F , Вт ,
dn
 TC  4  Tж  4 
Q   c0 
 
  F , Вт .
 100   100  
31. Запишите уравнение, по которому можно рассчитать линейную
плотность теплового потока (q, Вт/м), передаваемого от горячей воды с
температурой tж1 к окружающему воздуху с температурой tж2 через стенку
трубы, покрытой одним слоем тепловой изоляции. Приведите график
перепадов температур для условия: α1>>α2, λтр >>λиз.
32. Дайте понятие критического диаметра изоляции. Как изменятся
теплопотери (Q, Вт), если наложить изоляцию на трубу, наружный диаметр
которой: а) d2<dкр, б) d2=dкр , в) d2>dкр?
33. Назовите способы переноса теплоты, механизм которых описан
ниже. Теплота передается путем:
1) перемещения массы жидкости или газа;
2) контакта между частицами тела или между телами;
3) электромагнитных волн.
Как называется теплообмен, когда теплота передается одновременно
двумя или тремя способами?
34. Как рассчитать теплопотери (Q, Вт) через вакуумированную стенку
термоса, если известны температуры поверхностей (t1 и t2) со стороны
вакуума, а также необходимые свойства и размеры поверхностей?
35. Со всеми ли уравнениями для расчета плотности теплового потока
Вы согласны? Укажите размерность q.

t
q
tж1
1
t1
t2
1
t1  t
tж2
2

t
Ж
Ж
1) q  1  1 ,
 
1   2
2
Ж
2) q   1 ,

 2
t1  t 2
q

,
3)

2

плоская стенка толщиной 
4) q 
t2  t Ж 2
,
1
2
t Ж1  t 2
5) q  1  .

1 
Поясните физический смысл величин
 1 1
, , .
 1  2
36. Как рассчитать теплопотери (Q, Вт) из помещения в окружающую
среду через оконный проем с двойным остеклением, если известны
температура в помещении и снаружи (tЖ1, tЖ2), все необходимые размеры.
Приведите рисунок с обозначениями. Запишите расчетные формулы и
поясните порядок расчета.
37. Какими способами можно увеличить тепловой поток Q, Вт,
передаваемый через стенку от среды с температурой tж1 к среде с
температурой tж2 при условии, что α1>>α2?
38. Приведите примеры тел и систем с внутренними источниками тепла.
Поясните смысл величины qv, Вт/м3. Рассчитайте значение qv для проводника
электрического тока диаметром d=5мм, длиной =10м при напряжении
U=220В и силе тока I=2А.
39. Могут ли быть выражены в одинаковых единицах плотность
теплового потока и объемная мощность внутренних источников теплоты?
40. Возможна ли дивергенция потоков теплоты при отсутствии
внутренних источников (приемников) теплоты?
41. Записать формулу для определения температурного поля пластины
с внутренним источником тепловыделения при симметричных условиях
охлаждения.
42. Сформулировать
математическую
постановку
задачи
для
определения температурного поля пластины с внутренним источником
тепловыделения при несимметричных условиях охлаждения.
43. Запишите формулы для расчета температур t c1 и tc2 на
поверхностях пластины при несимметричных условиях ее охлаждения и
граничных условиях третьего рода, используя уравнение температурного
поля
t  tж 
где
qv 2 

x   x   М ,
2
1 

qv 
М
qv  2

 (t ж  t ж )
2
2
2
1


 
2
1
.
44. Стационарное температурное поле цилиндрического стержня и
трубы с внутренними источниками тепла описывается одинаковым
дифференциальным уравнением. Запишите это уравнение. На примере
цилиндрического стержня поясните физический смысл граничных условий.
45. При математическом описании процессов теплопроводности
цилиндрического стержня и трубы с внутренними источниками тепла
применяются уравнения:
 dt 
 dt 
 dt 
dt
   0 ,    0 ,    0 ,    0 .
 dr  r r
 dr  r r
 dr  r r
 dr  r 0
Поясните физический смысл уравнений.
46. Для цилиндрического стержня с внутренним тепловыделением дано:
qv, ℓ, d. Как рассчитать: а) тепловой поток (Q, Вт), рассеиваемый
поверхностью охлаждения стержня, б) плотность теплового потока (q,
Вт/м2), рассеиваемого с 1м2 поверхности охлаждения?
47. Для цилиндрической стенки (трубы) с внутренним тепловыделением
и охлаждением только по наружной поверхности дано: q v, r1, r2, ℓ. Как
рассчитать: а) тепловой поток (Q, Вт), рассеиваемый поверхностью
охлаждения трубы, б) плотность теплового потока (q, Вт/м2), рассеиваемого с
1м2 поверхности охлаждения?
48. Для цилиндрической стенки (трубы) с внутренним тепловыделением
и охлаждением только по внутренней поверхности дано: q v, r1, r2, ℓ. Как
рассчитать:
а) тепловой поток (Q, Вт), рассеиваемый поверхностью
охлаждения трубы, б) плотность теплового потока (q, Вт/м2), рассеиваемого с
1м2 поверхности охлаждения?
1
2
0