2018-03-09
68КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ
ПО ТЕХНИЧЕСКОЙ ТЕРМОДИНАМИКЕ
Задача 1. По объемному составу смеси определить кажущуюся молекулярную массу, массовый состав, газовую постоянную, плотность, удельный объем, парциальные давления компонентов и постоянную теплоемкость смеси при нормальных физических условиях. Необходимые данные взять из табл.1.
Таблица 1.
| Объемные доли смеси, % | Последняя цифра шифра | |||||||||
| 0 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | |
| rО2 | 20 | 10 | 60 | 25 | 30 | 40 | 50 | 15 | 70 | 10 |
| rN2 | 30 | 20 | 10 | 25 | 30 | 20 | 10 | 15 | 10 | 20 |
| rCH4 | 30 | 60 | 10 | 20 | 20 | 20 | 10 | 30 | 10 | 35 |
| rC4H10 | 20 | 10 | 20 | 30 | 20 | 20 | 30 | 40 | 10 | 35 |
Задача 2. Смесь газов при абсолютном давлении Р1 и температуре t1 занимает объем V1. Эта смесь сначала политропно расширяется до Р2 и t2, а затем изобарно сжимается до первоначального объема. Определить Р, V, Т – величины в состояниях 1, 2, 3, работу и теплоту процессов, а также изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии смеси. Составить сводную таблицу результатов расчета. Изобразить процессы в Р, v- и Т, s- диаграммах.
Необходимые данные взять из табл. 2.
Таблица 2
| Послед-няя цифра шифра | Массовый состав смеси | Пред- послед-няя цифра шифра | Р1, МПа | V1, м3 | t1, ОС | Р2, МПа | t2, ОС | ||
| СО2 | Н2О | Н2 | |||||||
| 0 | 10 | 50 | 50 | 0 | 0,1 | 1 | 5 | 0,01 | 105 |
| 1 | 30 | 20 | 50 | 1 | 0,1 | 2 | 10 | 0,01 | 110 |
| 2 | 35 | 55 | 10 | 2 | 0,1 | 3 | 20 | 0,01 | 120 |
| 3 | 40 | 40 | 20 | 3 | 0,2 | 4 | 30 | 0,10 | 130 |
| 4 | 20 | 30 | 50 | 4 | 0,2 | 5 | 40 | 0,10 | 140 |
| 5 | 30 | 40 | 30 | 5 | 0,2 | 6 | 50 | 0,10 | 150 |
| 6 | 40 | 50 | 10 | 6 | 0,3 | 7 | 60 | 0,10 | 160 |
| 7 | 25 | 25 | 50 | 7 | 0,3 | 8 | 65 | 0,20 | 170 |
| 8 | 20 | 70 | 10 | 8 | 0,3 | 9 | 70 | 0,20 | 180 |
| 9 | 50 | 10 | 40 | 9 | 0,3 | 10 | 75 | 0,20 | 190 |
Задача 3. V1, м3, воздуха при начальном давлении Р1 и температуре t1 сжимается (до уменьшения объема в e раз). Определить объем, давление и температуру в конечном состоянии, а также работу сжатия, теплоту, изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии в процессах: а) изотермическом; б) адиабатном; в) политропном при показателе политропы n = 1,3.
Составить сводную таблицу результатов расчета и сделать выводы. Изобразить процессы в Р, v – и Т, s – диаграммах и показать на диаграммах площади, равные работе и теплоте. Данные для расчета приведены в
табл. 3.
Таблица 3
| Последняя цифра шифра | V1, м3 | e | Предпоследняя цифра шифра | Р1, МПа | t1, ОС |
| 0 | 20 | 10 | 0 | 0,1 | 20 |
| 1 | 15 | 9 | 1 | 0,2 | 25 |
| 2 | 10 | 8 | 2 | 0,3 | 30 |
| 3 | 15 | 7 | 3 | 0,4 | 35 |
| 4 | 0,2 | 6 | 4 | 0,5 | 40 |
| 5 | 0,3 | 5 | 5 | 0,6 | 45 |
| 6 | 0,2 | 6 | 6 | 0,7 | 50 |
| 7 | 0,4 | 4 | 7 | 0,8 | 60 |
| 8 | 0,2 | 6 | 8 | 0,9 | 70 |
| 9 | 0,1 | 5 | 9 | 1,0 | 80 |
Задача 4. По Р1 и t1 определить удельный объем, плотность, энтальпию, внутреннюю энергию; по таблицам и диаграмме – параметры водяного пара:
1) влажного насыщенного с Х=0,95 и t1=120 ОС;
2) перегретого с температурой t2 (табл. 6).
Определить также количество теплоты, подведенное к пару в пароперегревателе при постоянном давлении Р1, а также изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Изобразить процесс в Р, v -; h, s – и Т, s – диаграммах.
Задача 4а. Определить состояние (перегретый, сухой насыщенный или влажный пар) и параметры водяного пара (давление, температуру, удельный объем, плотность, энтальпию, энтропию и внутреннюю энергию)
по Р1 и Х. Определить количество теплоты, необходимое для М кг пара, чтобы при постоянном давлении нагреть его до температуры t2. Определить также изменение внутренней энергии, энтропии и работу изобарного процесса. Изобразить процесс в Р, v -, T, s – и h, s – диаграммах.
Определение параметров произвести по таблицам термодинамических свойств и диаграмме h, s водяного пара. Необходимые данные взять из табл.4.
Таблица 4.
| Последняя цифра шифра | Р1, МПа | Х | Предпоследняя цифра шифра | t2, °C | М, кг |
| 0 | 5 | 0.85 | 0 | 100 | 1 |
| 1 | 6 | 0.87 | 1 | 400 | 2 |
| 2 | 7 | 0.90 | 2 | 450 | 3 |
| 3 | 8 | 0.92 | 3 | 500 | 4 |
| 4 | 9 | 0.94 | 4 | 550 | 5 |
| 5 | 10 | 0.95 | 5 | 500 | 10 |
| 6 | 11 | 0.96 | 6 | 480 | 20 |
| 7 | 12 | 1.00 | 7 | 420 | 30 |
| 8 | 14 | 1.00 | 8 | 440 | 40 |
| 9 | 15 | 0.95 | 9 | 540 | 50 |
Задача 5. Водяной пар с начальными параметрами t1 и Р1 вытекает из суживающегося сопла в среду с противодавлением Р2. Определить скорость истечения в выходном сечении, а также секундный расход, если площадь выходного сечения f (табл. 5).
Процесс истечения представить в h, s – диаграмме.
Таблица 5
| Последняя цифра шифра | Р1, 105 Па | Предпоследняя цифра шифра | Р2, 105 Па | t1, °C | ¦, мм2 |
| 0 | 50 | 0 | 40 | 15 | 10 |
| 1 | 40 | 1 | 30 | 20 | 15 |
| 2 | 30 | 2 | 20 | 21 | 20 |
| 3 | 20 | 3 | 10 | 22 | 25 |
| 4 | 15 | 4 | 10 | 23 | 30 |
| 5 | 10 | 5 | 8 | 24 | 35 |
| 6 | 25 | 6 | 20 | 26 | 40 |
| 7 | 35 | 7 | 30 | 30 | 45 |
| 8 | 45 | 8 | 35 | 35 | 50 |
| 9 | 55 | 9 | 45 | 45 | 55 |
Задача 6. Водяной пар массой М (табл. 6) с начальными параметрами t1 и Р1 дросселируется до давления Р2. Определить параметры пара до и после дросселирования, изменение внутренней энергии и энтропии. Представить процесс дросселирования пара в h, s – диаграмме.
Таблица 6
| Предпоследняя цифра шифра | t1, °С | Р1, 105 Па | Последняя цифра шифра | Р2, 105 Па | М, кг/с |
| 0 | 200 | РH | 0 | 5 | 10 |
| 1 | 500 | 100 | 1 | 10 | 20 |
| 2 | 150 | 3.5 | 2 | 1 | 15 |
| 3 | 190 | 10 | 3 | 0.5 | 5 |
| 4 | 200 | 14 | 4 | 2 | 25 |
| 5 | 250 | 45 | 5 | 4 | 30 |
| 6 | 300 | 85 | 6 | 10 | 35 |
| 7 | 310 | 90 | 7 | 30 | 40 |
| 8 | 350 | 150 | 8 | 40 | 45 |
| 9 | 400 | 200 | 9 | 45 | 50 |
Задача 7. Паротурбинная установка работает по циклу Ренкина. В турбину поступает водяной пар с давлением Р1 и температурой t1 (таблица 7). Давление пара на выходе из турбины Р2. Расход пара М. Определить параметры Р, v, t, h, s, x узловых точек цикла, количество подведенной и отведенной теплоты, работу, термический коэффициент полезного действия и теоретическую мощность установки. Изобразить схему установки, представить цикл в координатах Р,v; T, s; h, S (без масштаба). Параметры узловых точек определить с помощью диаграмм и уточнить по таблицам (или расчетом, когда это требуется). Данные о параметрах свести в таблицу, форма которой приводится ниже:
| Состояние | Параметры точки | Р, 105 Па | V, м3/кг | t, °С | h, кДж\(кг×К) | S, кДж\(кг×К) | x |
| 1 | |||||||
| 2 | |||||||
| 3 | |||||||
| … | |||||||
| 6 | |||||||
Таблица 7
| Последняя цифра шифра | Р1, 105 Па | t1, °С | Предпоследняя цифра шифра | Р2, 105 Па | М, кг/с |
| 0 | 200 | н | 0 | 0,4 | 10 |
| 1 | 180 | н | 1 | 0,03 | 20 |
| 2 | 160 | 550 | 2 | 0,1 | 20 |
| 3 | 150 | 500 | 3 | 0,1 | 30 |
| 4 | 130 | 480 | 4 | 0,2 | 40 |
| 5 | 100 | 450 | 5 | 0,3 | 50 |
| 6 | 80 | 400 | 6 | 0,4 | 60 |
| 7 | 70 | 350 | 7 | 0,5 | 70 |
| 8 | 50 | 300 | 8 | 0,6 | 80 |
| 9 | 30 | 250 | 9 | 0,7 | 90 |
Задача 8. Паровая холодильная машина работает по циклу с дросселированием. Температура кипения в испарителе t0, температура конденсации tк. В компрессор поступает перегретый пар с температурой t1 = t0 + 10°С. Рабочее тело (табл. 8) перед регулирующим вентилем переохлаждается до tu = tк - 10°С. Определить параметры (P, v, t, s, x) узловых точек цикла, количество подведенной и отведенной теплоты, работу, теоретическую мощность привода компрессора, полную холодопроизводительность и холодильный коэффициент машины, если количество циркулирующего рабочего тела М. Изобразить схему установки, представить цикл в координатах P, v; T, s; и lgP, h. Параметры узловых точек определить с помощью диаграммы и уточнить по таблицам (или расчетом, когда это требуется, причем расчет привести в тексте). Обозначения узловых точек на схеме и диаграмме должны быть согласованы. Рекомендуется первым номером обозначать параметры пара на входе в компрессор. Данные о параметрах узловых точек свести в таблицу приведенной формы (см. табл. к задаче 7).
Таблица 8.
| Последняя цифра шифра | Рабочее вещество | Предпоследняя цифра шифра | t0, 0С | tk, 0С | М, кг/с |
| 0 | Аммиак | 0 | -30 | 20 | 0,2 |
| 1 | Хладагент 12 | 1 | -30 | 17 | 1 |
| 2 | Хладагент 12 | 2 | -29 | 18 | 2 |
| 3 | Хладагент 22 | 3 | -40 | 20 | 0,05 |
| 4 | Хладагент 22 | 4 | -39 | 21 | 0,08 |
| 5 | Хладагент С318 | 5 | -6 | 16 | 0,03 |
| 6 | Пропан | 6 | -40 | 20 | 0,5 |
| 7 | Пропан | 7 | -40 | 19 | 0,4 |
| 8 | Н-бутан | 8 | 0 | 20 | 0,06 |
| 9 | Хладагент 134а (см. диаграмму) | 9 | -26 | 30 | 0,1 |
Обозначения
Т – абсолютная (термодинамическая) температура, К;
t – температура, ОС;
Р – давление, Н/м2 (Па);
v – удельный объем, м3/кг;
V – объем, м3;
r - плотность, кг/м3;
u – удельная внутренняя энергия, Дж/кг;
U – внутренняя энергия, Дж;
h – удельная энтальпия, Дж/кг;
Н – энтальпия, Дж;
s – удельная энтропия, Дж/(кг·К);
S – энтропия, Дж;
М – масса, кг;
сv – удельная массовая изохорная теплоемкость, Дж/(кг·К);
ср – удельная массовая изобарная теплоемкость, Дж/(кг·К);
с´v – удельная объемная теплоемкость при постоянном объеме, Дж/(м3·К);
с´р – удельная объемная теплоемкость при постоянном давлении, Дж/(м
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. 4-е изд. –М.: Энергия, 1981. – 416 с.
2. Краснощеков В.А., Сукомел А.с. Задачник по теплопередаче. 4-е изд. – М.: - 1980. – 288с.
3. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шлейдлин А.К. Техническая термодинамика. – М.: Наука, 1979.
4. Баскаков А.П., Берг Б.П., Витт О.К. Теплотехника. – М.: энергоатомиздат. 1961.
5. Поршаков Б.П., Бикчентай Р.Н., Романов Б.А. Термодинамика и теплопередача в технологических процессах нефтяной и газовой промышленности. –М.: Недра, 1987.
