З а д а ч и

1.1. Найти приращение энтропии 2,5 кг воздуха: а) при нагревании его в изобарном процессе от 20 до 400 ⁰ С; б) при нагревании его в изохорном процессе от 20 до 880 ⁰ С: в) при изотермическом расширении с увеличением его объема в 15 раз. Теплоемкость в процессах принимать при средних температурах.

1.2. В результате сгорания 0,01 кг топлива в ДВС при v = const температура рабочего тела изменилась от t ₂ = 365 ⁰ С до t₃ = 2150 ⁰ С. Определить изменение внутренней энергии и энтальпии в процессе горения, если молярная масса продуктов горения _см = 28,7 кг/моль и средняя теплоемкость с_{v ср} = 0,83 кДж/(кг·К). Сколько подведено теплоты при горении?

1.3. Газовая смесь задана массовыми долями = 0,26; 0,18 и = 0,56. Каков объем занимает 0,02 кг этой смеси, находящейся при нормальных физических условиях? До какого давления необходимо адиабатно сжать смесь, чтобы ее температура достигла t₂ = 380 ⁰ C?

1.4. Кислород m = 1 кг из начального состояния 1 изотермически сжимается до состояния 2, а затем в изохорном процессе охлаждается до состояния 3, в котором р ₃ = р ₁. В точке 2 параметры кислорода t ₂ = 1200 ⁰ C; p ₂ = 6 МПа, в точке 3 температура t ₃ = 300 ⁰ С. Определить недостающие параметры в точках 1, 2 и 3. Изобразить процесс 1-2-3 в pv и Ts – координатах.

1.5. Воздух из начального состояния 1 (р ₁ = 4 МПа и t ₁ = 1600 ⁰ C) изохорно охлаждается до температуры t ₂ = 200 ⁰ C, а затем изотермически сжимается до состояния 3, в котором р₃ = р₁. Определить недостающие параметры состояния в точках 1, 2 и 3 и показать процесс 1-2-3 в pv и Ts – координатах.

1.6. Воздух массой 4 кг с начальным давлением p ₁ = 0,2 МПа и начальной температурой t ₁ = 17 ⁰ C сжимается адиабатно до конечного давления p ₂ = 1,2 МПа. Определить объем и температуру воздуха в конце сжатия, изменение внутренней энергии и работу сжатия.

1.7. Какое минимальное время потребуется, чтобы вскипятить 0,7 литра воды кипятильником мощностью 400 Вт в открытом сосуде при нормальных технических условиях? Потерями тепла в окружающую среду и на нагрев сосуда пренебречь.

1.8. Смесь газов при температуре в камере сгорания 2400 К имеет парциальные давления: = 1,56 МПа; = 0,93 МПа и = 0,51 МПа. Определить плотность продуктов сгорания и теплоемкость смеси газов с_{р см.}

1.9. Газовая смесь при t =15 ⁰C имеет следующий массовый состав: = 0,07; = 0,21 и = 0,72. До какого давления нужно сжать эту смесь, чтобы ее плотность достигла 28 кг/м ³?

1.10. Газовая смесь, заданная парциальными давлениями:

= 0,2МПа и расширяется Теплоемкость смеси при постоянном давлении с_{р см} = 1,2 кДж/(кг К). Определить показатель адиабаты.

1.11. В калориметр, содержащий 1,5 литра воды при температуре

17 ⁰ С, опустили стальной образец массой 0,65 кг нагретый до 100 ⁰ С. Определить среднюю в диапазоне изменения температуры теплоемкость стали, если в калориметре установилась одинаковая температура для воды и образца и равная 21⁰ С.

1.12. Определить техническую работу в ДВС для 1 кг продуктов сгорания при их адиабатном расширении для условий: Т ₃ = 2250 К; давление изменяется от p₃ = 7,3 МПа до p ₄ = 0,25 МПа, молярная масса продуктов сгорания µ = 27,3 кг/моль, показатель адиабаты к = 1,31.

1.13. Перегретый водяной пар с давлением р ₀ = 12,5 МПа и температурой t ₀ = 550 ⁰C через сверхзвуковое геометрическое сопло поступает к лопаткам турбины. Вычислить скорость пара на срезе сопла, если адиабатное расширение происходит до давления 0,1 МПа. Теплоемкость пара c_p = 1988 Дж/(кг·К).

1.14. В баллоне емкостью 40 л содержится азот при давлении р ₁= 8 МПа и температуре t₁ = – 25 ⁰ С. Определить количество теплоты, которое следует подвести к азоту, чтобы повысить его температуру до t ₂ = 18 ⁰ C. Каково будет конечное давление азота в баллоне?

1.15. Продукты сгорания топлива дизельного двигателя охлаждаются в окружающей атмосфере от t ₁ = 390 ⁰ C до t ₂ = 15 ⁰ C. Какое количество теплоты отводится от двигателя каждым килограммом выхлопных газов, если их состав включает = 0,18, = 0,68 и = 0,14?

1.16. К 1кг рабочего тела в испарителе бытового холодильника с холодильным коэффициентом = 2,5 подведено от охлаждаемых продуктов q = 68 кДж/кг теплоты. Определить удельную работу компрессора и энтропию рабочего тела на выходе из испарителя, если на входе она равна s = 6,41 кДж/(кг ·К), а температура в испарителе t = – 15 ⁰ С.

1.17. Газообразный фреон с молярной массой 120 кг/моль в количестве 0,2 кг нагнетается компрессором в объем 2,85 литра до давления

1,6 МПа. Определить температуру сжатого фреона.

1.18. Проба продуктов сгорания, отобранная из цилиндра ДВС при температуре 2250 ⁰ С и давлении 5,8 МПа и находящаяся в герметичном газоотборнике объемом V=2,5 л., охлаждена до 20 ⁰ С. Продукты сгорания имеют: = 26,8 кг/моль и с_p = 1,16 кДж/(кг·К). Вычислить количество отведенной теплоты при охлаждении продуктов сгорания и конечное давление.

1.19. В поршневом компрессоре 4 литра всасываемого воздуха при температуре 20 ⁰ С политропно сжимаются от р ₁ = 0,1 МПа до

р ₂ = 0,38 МПа.. Показатель политропы n = 1,28. Вычислить температуру в конце сжатия и работу, затраченную на сжатие воздуха.

1.20. Воздух из резервуара с постоянным давлением р₀ = 10 МПа и температурой T₀ = 288 К вытекает в атмосферу с давлением р_а = 0,1 МПа через трубку с внутренним диаметром 10 мм. Определить скорость адиабатного истечения воздуха из трубки и его начальный массовый расход.

1.21. Определить температуру заторможенного воздуха на поверхности космического корабля, движущегося в плотных слоях атмосферы со скоростью 3000 м/с. Термодинамическую температуру воздуха принять равной –50 ⁰ С.

1.22. Определить, на сколько минут хватит аквалангисту воздуха, содержащегося в двух баллонах по 6 литров каждый при абсолютном давлении 15 МПа, если аквалангист делает 20 вдохов в минуту и при каждом вдохе потребляет 2,5 литра воздуха при р = 0,1 МПа?

1.23. Температура в газогенераторе рабочего тела равна 1100 ⁰ С. Вычислить значение показателя адиабаты к, если массовые доли газовой смеси составляют: _CO = 0,6; = 0,1 и = 0,3.

1.24. Один килограмм воздуха с начальными р₁ = 1,2 МПа и

t₁ =19 ⁰C политропно расширяется до давления р₂ = 2,7 ⁵ Па и температуры Т₂ =265 К. Определить количество теплоты, отведенной в процессе расширения.

1.25. Электрогенератор с выходной мощностью 25 кВт и КПД 96% охлаждается воздухом. Какова массовая секундная подача воздуха, если температура в машинном отделении 20 ⁰ С, а температура воздуха на выходе из электрогенератора 36 ⁰ С?