Техническая термодинамика

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
"Санкт-Петербургский государственный университет
промышленных технологий и дизайна"
Высшая школа технологии и энергетики
Кафедра теплосиловых установок и тепловых двигателей
ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Методические указания
к выполнению контрольных работ
для обучающихся Института безотрывных форм обучения
Санкт-Петербург
2019

Контрольная работа 1 включает три вопроса и три задачи.
Номер варианта определяется по таблицам, в зависимости от двух последних цифр учебного шифра.

Варианты. Как выбрать

Номера задач выбираются по двум последним цифрам зачетной книжки.

Для первой контрольной работы необходимо выполнить 3 задачи и 3 вопроса.

Вопрос 1. Дайте определение идеального и реального газа. Какой практический интерес представляет введение понятия идеального газа?

Вопрос 2. Что собой представляет механический и электрический эквиваленты тепла, их численное значение и размерность в старых и новых единицах измерения?

Вопрос 3. Что такое рабочее тело? Почему в качестве рабочего тела используются вещества в газообразном или парообразном состоянии?

Вопрос 4. Что такое термодинамическая система, равновесное и неравновесное состояния, равновесный и неравновесный термодинамический процессы?

Ответ на вопрос в виде скана с учебника!

Вопрос 5. Что такое параметр состояния? Какие параметры приняты в технической термодинамике за основные и почему? Являются ли основные параметры независимыми?

Вопрос 6. Что такое уравнение состояния? Как можно графически изобразить уравнение состояния? Что такое термодинамическая поверхность?

Вопрос 7. Что такое теплота и как она вычисляется? Функцией чего она является?

Вопрос 8. Что такое работа? Функцией чего она является? Как она вычисляется?

Вопрос 9. Что такое внутренняя энергия? Функцией чего она является и как может быть аналитически вычислена?

Ответ на вопрос в виде скана с учебника!

Вопрос 10. Что такое термодинамическая диаграмма состояний? Какие диаграммы имеют наибольшее практическое применение и почему? В какой диаграмме работа изображается площадью под кривой процесса?

Вопрос 11. Как может быть вычислена плотность газа, входящего в состав смеси? Какими способами может быть задана смесь идеальных газов?

Вопрос 12. Как вычисляется парциальное давление газов, входящих в смесь, если она задана объёмными и массовыми долями?

Вопрос 13. Как вычисляется плотность идеальных газов, если смесь задана объёмными и массовыми долями?

Вопрос 14. Как, зная кажущуюся молекулярную массу смеси идеальных газов, можно вычислить их удельную газовую постоянную? Что такое кажущаяся молекулярная масса смеси газов?

Вопрос 15. Что такое парциальное давление газа, входящего в смесь? Как подсчитывается парциальное давление, если газовая смесь задана объёмными и массовыми долями?

Вопрос 16. Что такое кажущаяся (фиктивная) молекулярная масса смеси идеальных газов? Как она подсчитывается?

Ответ на вопрос в виде скана с учебника!

Вопрос 17. Дайте вывод выражения для определения газовой постоянной смеси идеальных газов.

Вопрос 18. Что такое парциальный объём газа в смеси? Чему равна сумма парциальных объёмов газов, входящих в смесь?

Вопрос 19. Что такое объёмный и массовый составы смеси идеальных газов и как можно перейти от одного к другому?

Вопрос 20. Сформулируйте закон Дальтона. Для каких газов он справедлив? Какими способами может быть задана смесь идеальных газов?

Ответ на вопрос в виде скана с учебника!

Вопрос 21. Почему теплоёмкость при постоянном давлении больше, чем теплоёмкость при постоянном объёме? Какова связь между этими теплоёмкостями?

Вопрос 22. От каких параметров зависит теплоёмкость идеального газа? Как определяется изменение энтальпии и внутренней энергии идеального газа, если известна истинная и средняя теплоёмкость при постоянном давлении и при постоянном объёме?

Вопрос 23. Сущность квантовой теории теплоёмкости. В чём её преимущество перед молекулярно-кинетической теорией? От чего зависит теплоёмкость идеального газа, вычисленная на основании квантовой теории теплоёмкости?

Вопрос 24. В чём сущность молекулярно-кинетической теории теплоёмкости? Какие значения теплоёмкости получаются по этой теории? Основные недостатки молекулярно-кинетической теории теплоёмкости.

Вопрос 25. Какая теплоёмкость – средняя от 0⁰C до t⁰C или истинная при t⁰C -больше и почему? Покажите это также на частном примере, когда истинная теплоёмкость может быть описана полиномом второй степени вида: c=a+bt+dt₂

Вопрос 26. Как, зная среднюю теплоёмкость от 0⁰C до t⁰C, вычислить среднюю теплоёмкость в интервале температур от t₁ до t₂? Какая теплоёмкость - от 0⁰C до t₁⁰, от 0⁰C до t₂⁰ или от t₁ до t₂ – будет иметь наибольшее значение и почему? Проиллюстрируйте это на графике.

Вопрос 27. Какова связь между истинной и средней теплоёмкостью? Как вычисляется тепло в процессе через истинную и среднюю теплоёмкость?

Вопрос 28. Почему теплоёмкость зависит от вида процесса? Дайте значения теплоёмкости для основных процессов изменения состояния. Выведите уравнение Майера. Для какого газа оно справедливо?

Вопрос 29. Функцией чего является теплоёмкость реального и идеального газов? Что такое истинная и средняя теплоёмкость?

Вопрос 30. Что такое теплоёмкость? К каким единицам количества принято относить теплоёмкость? Связь между различными видами теплоёмкости.

Вопрос 31. Какой процесс называется изохорным? Соотношение между параметрами в изохорном процессе, вычисление тепла и работы в процессе. Чему равен показатель политропы в изохорном процессе? Как вычисляется приращение энтропии в процессе?

Вопрос 32. Какой процесс называется изобарным? Соотношение между параметрами в изобарном процессе, вычисление тепла, работы и приращения энтропии в процессе. Физический смысл удельной газовой постоянной. Чему равен показатель политропы в изобарном процессе?

Вопрос 33. Какой процесс называется изотермическим? Соотношение между параметрами в изотермическом процессе, вычисление тепла, работы и приращения энтропии в процессе. Почему в изотермическом процессе идеального газа внутренняя энергия не изменяется? Теплоёмкость и показатель политропы в изотермическом процессе.

Вопрос 34. Какой процесс называется адиабатным? Соотношение между параметрами в адиабатном процессе, вычисление тепла и работы в процессе. Чему равны показатель политропы и теплоёмкость этого процесса?

Вопрос 35. Покажите на основании аналитического выражения первого закона термодинамики q=Δu+l , в каких процессах сжатия и расширения температура идеального газа будет увеличиваться и в каких уменьшаться?

Вопрос 36. Дайте определение политропного процесса. Почему и в каком случае частные процессы изменения состояния (изобарный, изохорный, адиабатный и изотермический) являются процессами политропными?

Вопрос 37. Линия какого процесса – изохорного или изобарного – будет идти круче в Ts− диаграмме и почему?

Вопрос 38. Линия какого процесса – адиабатного или изотермического – будет идти круче в p, v − диаграмме и почему? За счёт чего совершается работа в процессе адиабатного и изотермического расширения?

Вопрос 39. В каких пределах изменяется теплоёмкость в политропных процессах? Изобразите график изменения теплоёмкости от показателя политропы. Физическая сущность отрицательной теплоёмкости.

Ответ на вопрос в виде скана с учебника!

Вопрос 40. Покажите в p, V − диаграмме области, в которых политропные процессы расширения и сжатия протекают при q>0 и q<0,  Δu>0 и Δu<0 . Объясните, почему это так.

Вопрос 41. Выведите дифференциальное выражение, связывающее производную от энтропии по температуре с теплоёмкостью. Как графически определяются величина и знак теплоёмкости в Ts − диаграмме?

Вопрос 42. В чём сущность статистического толкования второго закона термодинамики? Физический смысл энтропии. Связь между энтропией и термодинамической вероятностью состояния.

Вопрос 43. Как изображается в Ts − диаграмме тепло процесса? Каким образом при помощи аналитического выражения второго закона можно определить знак тепла в процессе? Изобразите в Ts − диаграмме процесс с подводом тепла и обоснуйте его.

Вопрос 44. Как изменяется работоспособность изолированной системы при протекании в ней необратимых процессов? Как подсчитать это изменение работоспособности?

Вопрос 45. Как может измениться энтропия в изолированной системе при протекании в ней различных термодинамических процессов? Дайте примеры.

Вопрос 46. Почему энтропия является параметром состояния? Покажите, что для обратимых круговых процессов ∫dq/T=0, а для необратимых ∫dq/T<0. Напишите аналитическое выражение второго закона термодинамики.

Ответ на вопрос в виде скана с учебника!

Вопрос 47. Почему произвольным обратимым циклом, осуществляемым между двумя источниками тепла, будет регенеративный (обобщённый) цикл Карно? Чему равен термический к.п.д. этого цикла?

Вопрос 48. Покажите, что термический к.п.д. идеального обратимого цикла Карно nt= 1-T₂/T₁ не зависит от свойств рабочего тела, при помощи которого совершается цикл.

Вопрос 49. Почему при наличии двух источников тепла единственно возможным обратимым циклом является цикл Карно?

Вопрос 50. В чём сущность второго закона термодинамики? Дайте основные формулировки этого закона и покажите их общность.

Вопрос 51. Что такое приведённое уравнение состояния? Практическая важность этого уравнения. Сформулируйте закон соответственных состояний.

Вопрос 52. Опыт Эндрюса с углекислотой. Изобразите изотермы реального газа в p,v − диаграмме. Дайте анализ характерных линий и областей в этой диаграмме.

Вопрос 53. Изобразите в p,v − диаграмме изотермы, вычисленные по уравнению Ван-дер-Ваальса. Нанесите на эту же диаграмму верхнюю и нижнюю пограничные кривые. Дайте анализ протекания изотерм при различных температурах и сравните их с действительными изотермами.

Вопрос 54. Что такое критическое состояние вещества и чем оно интересно? Как могут быть вычислены константы a и b в уравнении Ван-дер-Ваальса через критические параметры?

Вопрос 55. Дайте элементарный вывод уравнения Ван-дер-Ваальса. Каков физический смысл величин a и b в этом уравнении?

Вопрос 56. Что собой представляет уравнение Ван-дер-Ваальса, если его выразить по убывающим степеням удельного объёма? Какие значения могут иметь корни этого уравнения для различных изотерм? Какие участки изотерм Ван-дер-Ваальса могут быть практически получены и какие из них лишены физического смысла и почему? (Анализ изотерм Ван-дер-Ваальса проведите с помощью p,v − диаграммы.)

Вопрос 57. В чём сущность теории ассоциации реальных газов? Дайте элементарный вывод уравнения состояния реальных газов Вукаловича и Новикова.

Вопрос 58. Изобразите изотермы реального газа в pv − p − диаграмме. Что такое точка Бойля? Что такое линия Бойля и как аналитически может быть она вычислена? Как построить в диаграмме pv − p линию pv= RT, т.е. линию, отражающую совокупность состояний реального газа, в которых он соответствует уравнению состояния идеального газа?

Вопрос 59. Какие факторы и как влияют на изотермическую сжимаемость реального газа по сравнению с идеальным газом? Покажите, как протекают изотермы реального газа в pv − p − диаграмме и поясните их характер на основе предыдущего вопроса.

Вопрос 60. Что такое термические коэффициенты? Перечислите их. Какой практический интерес они представляют? Дайте вывод зависимости, связывающей термические коэффициенты между собой.

Задача 01
Компрессор подаёт сжатый воздух в резервуар, при этом давление в резервуаре, измеренное манометром, повышается от p₁=0 до p₂=0,8 МПа, а температура – от 20 до 27℃. Определить массу воздуха, поданного компрессором в резервуар, если объём баллона V=5м³, а барометрическое давление B=750 мм.рт.ст. (Задачу решить в единицах СИ).

Ответ: Δm=46,319кг

Задача 02
Насколько больше в баллон, объём которого V=40 л, вмещается кислорода, чем водорода, при температуре t=15℃ и давлении по манометру p=15 МПа, если барометрическое давление B=750 мм. рт. ст.? (Задачу решить в единицах СИ).

Ответ: Δm=68кг.

Задача 03
Из баллона ёмкостью V= 60 л выпускается воздух в атмосферу, при этом давление воздуха, измеренное манометром, уменьшается с p₁=5 МПа до p₂=0,1 МПа. Определить массу выпущенного воздуха, если температура его изменилась от t₁=27℃ до t₂=20℃, а барометрическое давление B=750 мм. рт. ст. (Задачу решить в единицах СИ).

Ответ: Δm=3,411кг

Задача 04
Баллон ёмкостью 40 л с открытым вентилем имеет массу M₁=80 кг. После того как компрессором в него был добавлен воздух, масса баллона увеличилась до M₂=86 кг. Определить конечное давление воздуха в баллоне, если температура воздуха в начале и в конце процесса сохранялась постоянной, равной t=20℃, а барометрическое давление B=750 мм. рт. ст. (Задачу решить в единицах СИ).

Ответ: p₂=12,71 МПа

Задача 05
Воздушный баллон, рассчитанный на предельное абсолютное давление p_расч=25 МПа, заполнен воздухом с избыточным давлением p₁=14,9 МПа. При пожаре в помещении, где находился баллон, температура воздуха в нём повысилась до t₂=500℃. Выдержит ли баллон возросшее давление, если известно, что температура воздуха в баллоне до пожара была t₁=0℃, а барометрическое давление B=750 мм. рт. ст. (Задачу решить в единицах СИ).

Ответ: p₂=42,47 Мпа; баллон (взорвется/не взорвется)

Задача 06
В цилиндре диаметром d=80 мм содержится 100 г воздуха при избыточном давлении p=0,2 МПа и температуре t₁=27℃. Наружное давление B=750 мм. рт. ст. До какой температуры следует нагреть воздух в цилиндре, чтобы движущийся без трения поршень поднялся на 60 мм при постоянном давлении в цилиндре? (Задачу решить в единицах СИ).

Ответ: t₂=30⁰C

Задача 07
Определить подъёмную силу воздушного шара объёмом V=1000 м³ на высоте H=3 км, если абсолютное давление водорода, заполняющего шар, p=0,071 МПа, температура водорода равна температуре окружающего воздуха T_B=268 К, а плотность воздуха на этой высоте p=0,91 кг/м³.

Ответ: F=8289H

Задача 08
Какое количество воды можно вытеснить из цистерны подводной лодки, находящейся на глубине h=40м, если для этого применяется сжатый воздух из баллона объёмом V=40л при избыточном давлении воздуха p₁=24,9 МПа и температуре t₁=27℃, если барометрическое давление B=750 мм. рт. ст.? (Задачу решить в единицах СИ.)

Ответ: ΔV=1,99 м³

Задача 09
Баллон с воздухом объёмом 40л имеет избыточное давление p₁=13,9 МПа при температуре t₁=−23⁰C. Определить избыточное давление воздуха в баллоне p₂, после того как температура его стала t₂=+27⁰C, а также количество воздуха, которое необходимо выпустить, чтобы при температуре t₃=+27⁰C давление снова упало до p₁. Барометрическое давление принять B=750 мм. рт. ст. (Задачу решить в единицах СИ.)

Ответ: p₂=16,7 Мпа; Δm=1,3кг

Задача 10
В воздухоподогреватель котельной установки поступает 5м³/с воздуха при температуре t₁=25⁰C и избыточном давлении 500 мм. вод. ст. Определить скорость воздуха после подогревателя, если площадь поперечного сечения воздуховода F=4м². Температура подогретого воздуха t²=200⁰C. Барометрическое давление 𝐵=750 мм.рт.ст. (Задачу решить в единицах СИ.)

Ответ: w₂=0,393 м/с

Задача 11
Определить газовую постоянную и плотность газовой смеси, а также парциальное давление отдельных компонентов, если смесь состоит из 14% CO₂, 73% N₂, 6% O₂ и 7% H₂O по объёму. Абсолютное давление смеси p=0,2 МПа, а температура 𝑡=300⁰C.

Ответ: R_см=279 Дж/(кг·К); p_см=1,251 кг/м³; p_CO2=0,028 МПа;
p_N2=0,146 Мпа; p_O2=0,012 Мпа; p_H2O=0,014 МПа

Задача 12
1 кг воздуха состоит из 23,2 мас. ч. кислорода и 76,8 мас. ч. азота. Определить объёмный состав воздуха, среднюю молекулярную массу, газовую постоянную, а также парциальное давление кислорода и азота в мегапаскалях, если барометрическое давление B=0,1 МПа.

Ответ: r_O2=0,21; r_N2=0,78; μ_см=28,9 кг/кмоль; R_см=287 Дж/(кг·К); p_O2=0,021 Мпа; p_N2=0,079 МПа.

Задача 13
Определить молекулярную массу, газовую постоянную, плотность и удельный объём при нормальных физических условиях, а также объёмный состав смеси, если задан её массовый состав: 7% N₂, 8% H₂, 51% CH₄, 5% O₂, 19% CO и 10% CO₂.
Ответ: μ=11,765 кг/кмоль; R_см=0,518 кг/м³; V_см=1,93 м³/кг; r_N2=0,029; r_H2=0,471; r_CH4=0,375; r_O2=0,018; r_CO=0,08; r_CO2=0,027

Задача 14
В 1 м³ сухого воздуха содержится по объёму 21% O₂ и 79% N₂. Определить массовый состав воздуха, молекулярную массу и газовую постоянную его, а также парциальное давление кислорода и азота в мегапаскалях, если барометрическое давление B=0,1 МПа.

Ответ: g_O2=0,23; g_N2=0,77; μ=28,9 кг/кмоль; R_см=288 Дж/(кг·К);
p_O2=0,021 Мпа; p_N2=0,079 МПа

Задача 15
Продукты сгорания имеют следующий объёмный состав: CO₂ − 12,2%, O₂ − 7,1%, CO − 0,4% и N₂ − 80,3%. Определить массовый состав, газовую постоянную, плотность и удельный объём смеси, если абсолютное давление смеси p=0,5 МПа, а температура t=27⁰C.

Ответ: C_CO2=0,178; C_O2=0,075; C_Co=0,004; C_N2=0,743; R_см=275 Дж/(кг·К); p_см=6,06 кг/м³; Y_см=59,5 Н/м³

Задача 16
Смесь состоит из 7 кг водорода и 93 кг окиси углерода. Определить газовую постоянную и плотность смеси, а также парциальное давления водорода и окиси углерода, если абсолютное давление смеси p=0,4 МПа, а температура t=15⁰C.

Ответ: R=564,7 Дж/(кг·К); p=2,46 кг/м³; p₁=2,045·10⁵Па; p₂=1,995·10⁵Па

Задача 17
Смесь состоит из 6 кмоль азота и 4 кмоль углекислого газа. Определить газовую постоянную и плотность смеси при нормальных физических условиях, а также её массовый состав.

Ответ: R=242,3 Дж/(кг·К); p=1,51 кг/м³; g_N2=0,49; g_CO2=0,51

Задача 18
Смесь состоит из 18% H₂, 24% CO, 6% CO₂ и 52% N₂ по объёму. Определить газовую постоянную, плотность и массовый состав смеси, если абсолютное давление смеси p=0,4 МПа, а температура t=35⁰C.

Ответ: R_см=342,4 Дж/(кг·К); p_см=3,79 кг/м³; g_H2=0,015; g_CO=0,277; g_CO2=0,109; g_N2=0,599

Задача 19
Генераторный газ состоит на 57% H₂, 23% CH₄, 6% CO₂, 2% CO и 12% N₂ по объёму. Определить среднюю молекулярную массу, газовую постоянную, плотность смеси, а также массовые доли компонентов при p=0,1 МПа и t=17⁰C.

Ответ: μ_см=11,38 кг/кмоль; R_см=730,6 Дж/(кг·К); p_см=0,472 кг/м³; m_H2=0,1; m_CH4=0,32; m_CO2=0,23; m_CO=0,05; m_N2=0,30

Задача 20
Определить массовый и объёмный состав смеси водорода с азотом, если газовая постоянная её R=922 Дж/кг∙К. Определить также парциальное давление компонентов, если абсолютное давление смеси p=0,2 МПа.

Ответ: r_H2=0,73; r_N2=0,27; m_H2=0,16; p_N2=0,054; p_H2=0,146 МПа; p_N2=0,054 МПа

Задача 21
2 кг азота с начальными температурой t₁=100⁰C и абсолютным давлением p₁= 0,9 МПа нагреваются при постоянном объёме до температуры t₂=500⁰C. Определить конечное давление газа, количество подводимого к нему тепла и изменение его энтропии.

Ответ: p₂=2,548 МПа; Q=614,34 кДж; ΔS=0,56кДж/К

Задача 22
3 кг воздуха с начальными температурой t₁=12⁰C и абсолютным давлением p₁=0,9 МПа нагреваются при постоянном объёме до температуры t₂=375⁰C. Определить конечное давление газа, количество подводимого к нему тепла и изменение его энтропии.

Ответ: p₂=2,046 МПа; Q=805,7кДж; ΔS=0,60 кДж/(кг·К)

Задача 23
5 м³ кислорода с начальными температурой t₁=75⁰C и абсолютным давлением p₁=0,1 МПа нагреваются при постоянном объёме так, что его абсолютное давление повышается до p₂=0,3 МПа. Определить конечную температуру газа, количество подводимого к нему тепла и изменение его энтропии.

Ответ: t₂=771⁰C; Q=2,50 МДж; ΔS=0,71кДж/(кг·К)

Задача 24
6 кг окиси углерода с начальными температурой t₁=240⁰C и абсолютным давлением p₁=0,5 МПа охлаждаются при постоянном объёме до температуры t₂=130⁰C. Определить конечное давление газа, количество отводимого от него тепла и изменение его энтропии.

Ответ: p₂=0,393 МПа; Q=-501,4 кДж; ΔS=0,1833кДж/(кг·К)

Задача 25
7 м³ углекислого газа с начальными температурой t₁=570⁰C и абсолютным давлением p₁=0,7 МПа охлаждаются при постоянном объёме так, что его абсолютное давление повышается до p₂=0,3 МПа. Определить конечную температуру газа, количество отводимого от него тепла и изменение его энтропии.

Ответ: t₂=88⁰C; Q=7890 кДж; ΔS=-1,46 кДж/(кг·К)

Задача 26
6 кг водорода с начальной температурой t₁=0⁰C и абсолютным давлением p₁=0,1 МПа нагреваются при постоянном давлении до температуры t₂=200⁰C. Определить начальный и конечный объём газа, количество подводимого к нему тепла и изменение его энтропии.

Ответ: V₁=67,56 м³; V₂=117,06 м³; Q=17170 кДж; ΔS=7,86 кДж/(кг·К)

Задача 27
1 кг азота с начальной температурой t₁=130⁰C и абсолютным давлением p₁=0,2 МПа нагревается при постоянном давлении до температуры _t2=350⁰C. Определить начальный и конечный объём газа, количество подводимого к нему тепла и изменение его энтропии.

Ответ: v₁=0,598 м³/кг; v₂=0,924 м³/кг; q=233,2 кДж/кг; Δs=0,452 кДж/(кг·К)

Задача 28
4 м³ кислорода с начальной температурой t₁=70⁰C и абсолютным давлением p₁=0,3 МПа нагреваются при постоянном давлении до температуры t₂=320⁰C. Определить начальный и конечный объём газа, количество подводимого к нему тепла и изменение его энтропии.

Ответ: V₂=9,915 м³; Q=3,24 МДж; ΔS=7094,5 Дж/К

Задача 29
3 кг окиси углерода с начальной температурой t₁=270⁰C и абсолютным давлением p₁=0,7 МПа охлаждаются при постоянном давлении до температуры t₂=120⁰C. Определить начальный и конечный объём газа, количество отводимого от него тепла и изменение его энтропии.

Ответ: V₁=0,69 м³; V₂=0,5 м³; Q=456,46 кДж; ΔS=-0,34 кДж/(кг·К)

Задача 30
6 м³ метана с начальной температурой t₁=310⁰C и абсолютным давлением p₁=0,6 МПа охлаждаются при постоянном давлении до температуры t₂= 190⁰C. Определить конечный объём газа, количество отводимого от него тепла и изменение его энтропии.

Ответ: V₂=4,76 м³; Q=-4332 кДж; ΔS=-0,70 кДж/(кг·К)

Задача 31
4 кг воздуха расширяются изотермически при температуре t=50⁰C так, что его объём возрастает в 3,5 раза, а давление становится равным p₂=0,1 МПа. Определить начальный и конечный объём газа, количество подводимого к нему тепла и изменение его энтропии.

Ответ: V₁=1,059 м³; V₂=3,708 м³; Δs=359,5 Дж/(кг·К); Q=464,5кДж

Задача 32
3 м³ метана с начальным абсолютным давлением p₁=0,2 МПа при температуре t=70⁰C расширяются изотермически до объёма 5,7 м³. Определить количество газа, участвующего в процессе, количество подводимого к нему тепла и изменение его энтропии.

Ответ: m=3,37 кг; Q=385 кДж; Δs=333,5 Дж/(кг·К)

Задача 33
4 кг углекислого газа с начальным абсолютным давлением p₁=0,8 МПа при температуре t=50⁰C расширяются изотермически с подводом тепла в количестве 50 кДж. Определить начальный и конечный объём газа, а также изменение его энтропии.

Ответ: V₁=0,307 м³; V₂=0,377 м³; ΔS=39,1 Дж/(кг·К)

Задача 34
5 м³ кислорода с начальным абсолютным давлением 0,1 МПа при температуре t=20⁰C сжимаются изотермически с отводом тепла в количестве 20 кДж/кг. Определить количество газа, участвующего в процессе, а также его конечный объём и изменение его энтропии.

Ответ: M=6,57 кг; V₂=3,845 м³; ΔS=68,3 Дж/(кг·К)

Задача 35
6 кг окиси углерода сжимаются изотермически при температуре t=60⁰C так, что его объём уменьшается в 2,3 раза, а давление становится равным p₂=0,25 МПа. Определить начальный и конечный объём газа, количество отводимого от газа тепла и изменение его энтропии.

Ответ: V₁=5,458 м³; V₂=2,373 м³; Q=-494,1 кДж; ΔS=-247,3 Дж/(кг·К)

Задача 36
2 кг азота с начальной температурой t₁=300⁰C и абсолютным давлением p₁=0,8 МПа адиабатно расширяются с понижением давления до p₂=0,5 МПа. Найти начальный и конечный объём газа, конечную температуру и работу расширения и изменение энтальпии газа.

Ответ: V₁=0,425 м³; t₂=228⁰C; V₂=0,595 м³; L=107 кДж; Δh=-74,88 кДж/(кг·К)

Задача 37
3 м³ углекислого газа с начальной температурой t₁=400⁰C и абсолютным давлением p₁=0,5 МПа адиабатно расширяются до объёма 5 м³. Определить конечные температуру и давление газа, работу расширения и изменение энтальпии газа.

Ответ: t₂=295⁰C; p₂=0,253 МПа; L=712 кДж; Δh=-99,65 кДж/кг

Задача 38
2 кг метана с начальной температурой t₁=400⁰C и абсолютным давлением p₁=0,6 МПа адиабатно расширяются так, что внутренняя энергия его уменьшается на 50 кДж. Определить начальный и конечный удельный объём газа, а также конечные температуру и давление его. Найти также изменение энтальпии газа.

Ответ: V₁=1,166 м³; t₂=384⁰C; V₂=1,254 м³; p₂=0,544 МПа; Δh=-33,6 кДж/кг

Задача 39
1 кг кислорода с начальной температурой t₁=20⁰C и абсолютным давлением p₁=0,1 МПа адиабатно сжимается с повышением давления до p₂=0,4 МПа. Определить начальный и конечный удельный объём газа, конечную температуру его, изменение внутренней энергии и изменение энтальпии газа.

Ответ: v₁=0,772 м³/кг; v₂=0,287 м₃/кг; t₂=162⁰C; Δu=-93,00 кДж/кг; Δh=93,01 кДж/кг

Задача 40
4 м³ окиси углерода с начальной температурой t₁=30⁰C и абсолютным давлением p₁=0,2 МПа адиабатно сжимаются так, что внутренняя энергия каждого килограмма газа увеличивается на 10 кДж. Определить количество газа, а также конечные параметры и изменение его энтальпии.

Ответ: M=8,89 кг; t₂=31,5⁰C; V₂=3,95 м³; p₂=0,204 МПа;  Δh=1,57 кДж/кг; Δh(t)=1,59 кДж/кг

Задача 41
В процессе политропного расширения 2 кг воздуха к нему подводится 600 кДж тепла. При этом внутренняя энергия его увеличилась на 300 кДж. Определить показатель политропы, работу расширения, а также конечные параметры воздуха, если начальная температура его t₁=30⁰C, а абсолютное давление p₁=0,5 МПа. Изобразить процесс в pv − и Ts − диаграммах.

Ответ: V₂=1,3 м³; p₂=0,227 МПа; L=300 кДж; t₂=239,5⁰C

Задача 42
1 кг азота, имея начальную температуру t₁=400⁰C и абсолютное давление p₁=1,3 МПа, в политропном процессе совершает работу L=400 кДж/кг, при этом внутренняя энергия его уменьшается на ∆𝑢 = 200 кДж/кг. Определить показатель политропы, участвующее в процессе тепло, а также конечные параметры азота. Изобразить процесс в pv − и Ts − диаграммах.

Ответ: n=1,2; t₂=130,5⁰C; p₂=0,06 МПа; v₂=2 м³; q=200 кДж/кг

Задача 43
В процессе политропного сжатия 3 кг окиси углерода к нему подводится Q=300 кДж тепла и затрачивается работа L=450 кДж. Определить показатель политропы, изменение внутренней энергии, а также конечные параметры газа, если начальная температура его t₁=27⁰C, а абсолютное давление p₁=0,1 МПа. Изобразить процесс в pv − и Ts − диаграммах.

Ответ: n=1,67; t₂=1043⁰C; p₂=3,99 МПа; V₂=0,294 м³; ΔU=750 кДж

Задача 44
4 м³ воздуха, имея начальную температуру t₁=60⁰C и абсолютное давление p₁=0,13 МПа, сжимаются политропно до давления p₂=0,65 МПа. Определить количество подведённого тепла, работу сжатия, изменение внутренней энергии и энтропии, если показатель политропы n=1,3. Представить процесс в pv − и Ts − диаграммах.

Ответ: L=-780 кДж; Q=-195 кДж; ΔU=585 кДж;  Δs=-89 Дж/(кг·К)

Задача 45
3 м3 азота, имея начальную температуру t₁=4⁷⁰C и абсолютное давление p₁=0,6 МПа, расширяются политропно до абсолютного давления _p2=0,15 МПа, при этом объём азота становится равным V₂=10 м³. Определить показатель политропы, конечную температуру, работу, участвующее в процессе тепло и изменение энтропии газа. Процесс изобразить в pv − и Ts − диаграммах.

Ответ: m=1,15; t₂=-6⁰C; L=200 кДж; Q=125 кДж; ΔS=0,22 кДж/(кг·К)

Задача 46
В процессе политропного сжатия кислорода затрачивается работа L=400 кДж, причём в одном случае от кислорода отводится 600 кДж, а в другом – кислороду сообщается 200 кДж тепла. Определить показатели обеих политроп. Процессы изобразить в pv − и Ts− диаграммах.

Ответ: в виде диаграмм

Задача 47
В процессе политропного расширения воздуху сообщается 120 кДж тепла. Определить изменение внутренней энергии воздуха и энтальпию его, а также произведённую работу, если объём воздуха увеличился в 40 раз, а абсолютное давление его уменьшилось в 15 раз. Изобразить процесс в pv − и Ts− диаграммах.

Ответ: ΔU=48,36 кДж; Δh=67,70 кДж/кг; L=71,64 кДж

Задача 48
Углекислый газ с начальной температурой t₁=70⁰C и абсолютным давлением p₁=0,1 МПа необходимо довести до абсолютного давления p₂=0,14 МПа так, чтобы отношение подведённого к газу тепла к совершённой газом работе составляло 10. Считая процесс политропным, определить теплоёмкость указанного процесса и конечную температуру газа. Изобразить процесс в pv− и Ts − диаграммах.

Ответ: c_n=0,747 кДж/(кг·К); T₂=597 К
 

Задача 49
В процессе расширения кислорода были зафиксированы три равновесных состояния, для которых параметры имеют следующие значения: 1) p₁=2 МПа, t₁=487⁰C; 2) p₂=1 МПа, v₂=0,213 м³/кг; 3) v₃=0,3 м³/кг, t₃=576⁰C. Доказать, что этот процесс является политропным, и определить показатель политропы.

Ответ: n=0,89

Задача 50
В центробежном компрессоре воздух политропно сжимается от абсолютного давления p₁=0,09 МПа и температуры t₁=5⁰C до давления p₂=0,44 МПа и температуры t₂=210⁰C. Определить величину показателя политропы сжатия, подведённое тепло (на 1 кг), изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Изобразить процесс в pv− и Ts − диаграммах.

Ответ: ответ в виде диаграммы

Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное
учреждение высшего образования
"Санкт-Петербургский государственный университет
промышленных технологий и дизайна"
Высшая школа технологии и энергетики
Кафедра теплосиловых установок и тепловых двигателей
ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Методические указания
к выполнению контрольных работ
для обучающихся Института безотрывных форм обучения
Санкт-Петербург
2019

Контрольная работа 2 включает 4 вопроса и 4 задачи.
Номер варианта определяется по таблицам, в зависимости от двух последних цифр учебного шифра.

Варианты. Как выбрать

Номера задач выбираются по двум последним цифрам зачетной книжки.

Для второй контрольной работы необходимо выполнить 4 задачи и 4 вопроса.

Вопрос 1. Есть ли принципиальное различие между парами и газами и в чём оно заключается?

Вопрос 2. Что называется влажным, сухим насыщенным и перегретым паром? Каковы основные свойства пара, находящегося в этих состояниях?

Вопрос 3. Какой параметр применяется для определения состояния влажного пара вместо температуры и почему?

Вопрос 4. Что такое фаза и что называется фазовым превращением? Приведите формулу правила фаз Гиббса и разъясните её.

Ответ на вопрос в виде скана с учебника!

Вопрос 5. Дайте вывод уравнения Клапейрона-Клаузиуса для теплоты парообразования и покажите, как его можно использовать для определения тепла плавления и сублимации твёрдых тел.

Вопрос 6. Покажите, как изображается в Ts− диаграмме энтальпия кипящей воды, сухого насыщенного пара и перегретого пара.

Вопрос 7. Свяжите вопрос о крутизне изобар перегретого пара в Ts − диаграмме с изменением его теплоёмкости.

Вопрос 8. Изобразите в Ts диаграмме водяного пара расположения нижней пограничной кривой относительно какой-либо сверхкритической изобары. Дайте пояснения к графику.

Вопрос 9. Объясните, почему изобары воды в Ts диаграмме располагаются левее нижней пограничной кривой, а также покажите область, в которой это правило нарушается.

Вопрос 10. За счёт чего происходит изменение внутренней энергии в изотермическом процессе водяного пара и как его подсчитать при заданных начальных и конечных параметрах p, v, h

Вопрос 11. Покажите с помощью Ts− диаграммы, как будет меняться влажность пара в адиабатных процессах сжатия, если в первом случае процесс протекает при значении энтропии меньше критического, а во втором – больше критического.

Вопрос 12. Покажите с помощью Ts диаграммы, как будет меняться влажность пара в изохорных процессах нагревания, если в первом случае процесс протекает при объёме меньше критического, а во втором – больше критического.

Вопрос 13. Что такое теплота парообразования? Какие две части можно рассматривать в ней и почему?

Вопрос 14. Как при помощи таблиц водяного пара можно определить, в каком состоянии находится вода, если известны её параметры? Покажите, в чём условность верхней границы области жидкости в pv диаграмме.

Вопрос 15. Что такое процессы испарения и кипения? Чем они отличаются друг от друга? Являются ли давление и температура при кипении независимыми параметрами?

Вопрос 16. Как могут быть вычислены параметры в области влажного пара?

Вопрос 17. Изобразите p,v диаграмму для воды и водяного пара и покажите, как в этой диаграмме изображаются характерные линии. Поясните, на какие области можно разделить p,v диаграмму. Какие состояния откладываются на нижней и верхней пограничных кривых? Что такое степень сухости и влажность пара?

Вопрос 18. Как могут быть графически построены линии постоянной сухости в pv-,Ts-,hs- диаграммах?

Вопрос 19. Изобразите в hs диаграмме воды и водяного пара нижнюю и верхнюю пограничные кривые. Покажите, какой характер и почему будут иметь изобары в области влажного и перегретого пара.

Вопрос 20. Изобразите hs диаграмму воды и водяного пара. Каков характер нижней и верхней пограничных кривых в этой диаграмме? Где будет располагаться критическая точка?

Вопрос 21. Что такое температура точки росы и как её можно определить?

Вопрос 22. Что называется влажным воздухом? Какой влажный воздух считается насыщенным и какой - ненасыщенным?

Вопрос 23. Что такое влагосодержание влажного воздуха и в каких единицах оно измеряется? Какие максимальные значения может иметь влагосодержание и в каких случаях?

Вопрос 24. Почему влажный воздух, представляющий собой смесь сухого воздуха и водяного пара, можно считать с достаточной степенью точности идеальным газом? Что такое абсолютная влажность влажного воздуха?

Вопрос 25. Почему, если температура влажного воздуха больше температуры насыщения водяного пара, соответствующей полному давлению влажного воздуха, относительная влажность будет зависеть только от влагосодержания?

Вопрос 26. Что такое относительная влажность влажного воздуха? Чему может быть равно максимальное давление водяного пара в смеси? Какие при этом должны соблюдаться условия?

Вопрос 27. Как можно подсчитать объём влажного воздуха, приходящийся на 1 кг сухого воздуха?

Вопрос 28. Что такое температура мокрого термометра? Почему её можно называть температурой адиабатного насыщения влажного воздуха?

Вопрос 29. Почему процесс испарения в идеальной сушилке изображается в hd диаграмме линией h=const

Вопрос 30. Изобразите hd диаграмму влажного воздуха. Дайте её описание.

Вопрос 31. Какое допущение позволяет процессы в потоке, движущемся с конечной скоростью, считать обратимыми?

Вопрос 32. Напишите уравнение первого закона термодинамики для потока в развёрнутой форме и дайте анализ размерностей входящих в него величин.

Вопрос 33. На что затрачивается работа расширения рабочего тела при осуществлении термодинамического процесса в потоке?

Вопрос 34. Что такое работа проталкивания и как она вычисляется?

Вопрос 35. Что такое техническая работа потока? В каких случаях она положительна, а в каких - отрицательна?

Вопрос 36. Что такое располагаемая работа потока? Как она выражается математически и как изображается в pv диаграмме?

Вопрос 37. Из каких составляющих слагается в общем случае располагаемая работа потока и когда отдельными составляющими можно пренебречь?

Вопрос 38. Изобразите в pv диаграмме адиабатный процесс повышения давления воды в насосе, считая её несжимаемой. На что расходуется в этом случае техническая работа привода?

Вопрос 39. Упростите уравнение первого закона термодинамики применительно к адиабатному расширению рабочего тела в идеальном двигателе. Изобразите этот процесс в pv-диаграмме и покажите на графике совершаемую в нём техническую работу.

Вопрос 40. Что такое располагаемое теплопадение? Можно ли его полностью использовать на совершение технической работы в реальном двигателе?

Вопрос 41. Какие условия должны быть соблюдены для того, чтобы техническая работа была максимальной?

Вопрос 42. Какие процессы необходимо осуществить в потоке, чтобы переход его в состояние равновесия с окружающей средой был обратимым?

Вопрос 43. Изобразите в Ts диаграмме график обратимого перехода газового потока в состояние равновесия с окружающей средой и поясните его.

Вопрос 44. Изобразите в Ts диаграмме график обратимого перехода потока перегретого пара в состояние равновесия с окружающей средой и поясните его.

Вопрос 45. Что такое эксергия потока? Изобразите в pv диаграмме график обратимого перехода газового потока в состояние равновесия с окружающей средой и покажите на этом графике эксергию потока.

Вопрос 46. Напишите формулу для эксергии потока и поясните её, приведя для иллюстрации график эксергии потока перегретого пара в Ts диаграмме.

Вопрос 47. Что такое прямая окружающей среды? Покажите, как с её помощью можно определить эксергию потока.

Вопрос 48. На что расходуется эксергия потока при обратимом адиабатном расширении? Имеет ли место в этом случае потеря эксергии?

Вопрос 49. Покажите, что при протекании в термически изолированной системе необратимых процессов происходит потеря эксергии.

Вопрос 50. Сформулируйте теорему Гуи-Стодолы применительно к потоку, совершающему техническую работу при наличии в нём необратимых процессов.

Вопрос 51. Для осуществления каких процессов применяются сопла и диффузоры? Приведите примеры технического использования этих устройств.

Вопрос 52. Упростите уравнение первого закона термодинамики применительно к процессам в соплах и диффузорах. Покажите с помощью полученного уравнения, что изменение скорости потока в таких процессах всегда обратно по знаку изменению давления.

Вопрос 53. Как получить уравнение неразрывности потока в дифференциальной форме?

Вопрос 54. Преобразуйте уравнение неразрывности потока в дифференциальной форме применительно к истечению идеального газа.

Вопрос 55. Сформулируйте закон геометрического обращения воздействия и обоснуйте его анализом дифференциального уравнения неразрывности потока, преобразованного применительно к истечению идеального газа.

Вопрос 56. Упростите уравнение первого закона термодинамики для потока применительно к случаю адиабатного истечения через сопло и получите из него выражение для скорости потока за соплом в общем виде и применительно к идеальному газу.

Вопрос 57. Как физически объяснить, почему при снижении внешнего давления ниже критического скорость истечения через суживающееся сопло перестаёт увеличиваться?

Вопрос 58. Изобразите в pv диаграмме графики адиабатного расширения рабочего тела при истечении через суживающееся сопло при p₂/p₁> v_кр и p₂/p₁< v_кр и покажите на графиках кинетическую энергию вытекающей струи в предположении, что скорость рабочего тела на входе в сопло равна нулю.

Вопрос 59. Обоснуйте устройство сопла Лаваля с помощью закона геометрического обращения воздействия. Какую форму должен иметь диффузор, если скорость потока на входе больше критической?

Вопрос 60. Изобразите условный график необратимого истечения пара через сопло в hs-диаграмме. Покажите на нём располагаемое и использованное теплопадение, а также потерю, обусловленную необратимостью процесса.

Вопрос 61. Опишите реальный процесс дросселирования. Какие предпосылки положены в основу идеализации этого процесса в технической термодинамике?

Вопрос 62. Преобразуйте уравнение первого закона термодинамики для потока применительно к идеальному процессу дросселирования и с его помощью покажите, что у идеального газа температура в этом процессе не изменяется, а у реального газа зависит от сжимаемости и соотношения между кинетической и потенциальной составляющими внутренней энергии этого газа.

Вопрос 63. Сопоставьте процесс адиабатного дросселирования с обратимыми процессами адиабатного и изотермического расширения. На что затрачивается работа расширения при дросселировании? Как вычислить изменение энтропии идеального газа при дросселировании?

Вопрос 64. Выведите формулу для определения дифференциального дроссель-эффекта. Какую особенность поведения реальных газов при дросселировании характеризует эта величина?

Вопрос 65. Что такое температура инверсии? Какие предпосылки положены в основу составления уравнения инверсионной кривой?

Вопрос 66. Изобразите кривую инверсии для реального газа, подчиняющегося уравнению Ван-дер-Ваальса. Какие выводы можно сделать из анализа этой кривой?

Вопрос 67. Покажите в Tv диаграмме, что температура в точке касания касательной, проведённой из начала координат к изобаре, будет температурой инверсии при данном давлении. Как изменяется при дросселировании температура газа в точках на той же изобаре, расположенных справа и слева от указанной точки касания?

Вопрос 68. Сопоставьте температурный эффект охлаждения при обратимом адиабатном расширении и адиабатном дросселировании. При каком условии он будет одинаковым для обоих процессов? Проиллюстрируйте полученные выводы с помощью hs диаграммы водяного пара.

Вопрос 69. Покажите с помощью hs диаграммы, как изменяется состояние водяного пара при дросселировании.

Вопрос 70. Покажите с помощью hs диаграммы, что дросселирование водяного пара сопряжено с потерей располагаемой работы.

Задача 01
В резервуаре находится 100 кг влажного пара при степени сухости x=0,8 и температуре t=250⁰C. Определить объём резервуара.

Ответ: V=5,03м³

Задача 02
В сосуде объёмом V=1л находится в равновесии смесь сухого насыщенного пара и кипящей воды. Найти степень сухости смеси, если её масса M=0,1кг, а температура t=300⁰C.

Ответ: x=0,42

Задача 03
В барабане котельного агрегата находится кипящая вода и над ней насыщенный пар. Определить массу пара, если объём барабана V=8 м³, абсолютно давление p=1,5 МПа и масса воды M_B=6000 г. Принять пар, находящийся над водой, сухим насыщенным.

Ответ: M_с.п.=8,178кг

Задача 04
Барабан парового котла объёмом V= 15м³ заполнили на 50% сухим насыщенным паром и на 50% - кипящей водой. Определить энтальпию образовавшегося в барабане влажного пара, если давление его p=10 МПа.

Ответ: H_вл=7,89·10⁶ кДж

Задача 05
Водяной пар, имея абсолютное давление p=5 МПа и степень сухости x=0,88, течёт по трубе со скоростью 20 м/с. Определить диаметр трубы, если расход пара D=1,5 кг/с.

Ответ: d=58 мм

Задача 06
Для получения 4,5 кг/с воды с температурой 90⁰C имеется влажный пар при абсолютном давлении p = 0,15 МПа и степени сухости x = 0,9 и вода с температурой 12⁰C. Определить секундный расход пара и воды.

Ответ: D₁=0,49 кг/с, D₂=4,01 кг/с

Задача 07
Водяной пар при абсолютном давлении p =1,5 МПа имеет энтальпию i = 2450 кДж/кг. Определить параметры пара и его состояние.

Ответ: x=0,825, s=5,72 кДж/(кг·К)

Задача 08
Водяной пар при температуре t=300⁰C имеет энтропию 7 кДж/(кг·К). Определить параметры пара и его состояние.

Ответ: h=3042 кДж/кг, p=1,28 Мпа, v=0,2 м³/кг

Задача 09
В барабане парового котла находится влажный пар при абсолютном давлении p= 20 МПа и степени сухости x = 0,4. Определить массу влажного пара, а также объём воды и сухого насыщенного пара, если объём парового котла V= 12 м³.

Ответ: M=3364 кг, V=4,115 м³, V=7,885 м³

Задача 10
Определить объём 120 кг влажного пара при абсолютном давлении p= 10 МПа и степени сухости x= 0,8. Насколько увеличится объём пара, если довести степень сухости его до единицы при том же давлении?

Ответ: V=1,7657 м³, ΔV=0,3979 м³

Задача 11
1 кг водяного пара, имея начальные параметры p₁ = 1,4 МПа (абсолютных) и v₁ = 0,12 м3/кг, нагревается при постоянном давлении до температуры t₂ = 270⁰C. Определить конечный объём пара, изменение внутренней энергии, подведённое тепло и совершённую паром работу. Изобразить процесс в Ts − и hs − диаграммах.

Ответ: v₂=0,17м³/кг,  q=476 кДж/кг,  l=70 кДж/кг,  Δu=406 кДж/кг

Задача 12
1 кг сухого насыщенного водяного пара находится в закрытом сосуде при абсолютном давлении p₁ = 0,8 МПа. Пар охлаждается до температуры t₂ = 150⁰C. Определить конечное давление, степень сухости и количество отведённого тепла. Изобразить процесс в Ts − и hs − диаграммах.

Ответ: q=-753 кДж/кг,  p₂=4,8·10⁵ Па

Задача 13
4 кг влажного водяного пара, находящегося в закрытом сосуде при абсолютном давлении p₁= 0,1 МПа и степени сухости x₁= 0,83, нагреваются до температуры, соответствующей увеличению давления на 20%. Определить конечную температуру, степень сухости, количество подведённого тепла. Изобразить процесс в Ts − и hs − диаграммах.

Ответ: t2=105⁰C,  x2=0,98, Q=1315,6 кДж

Задача 14
В паровом котле находится 8000 кг пароводяной смеси, степень сухости которой x₁ = 0,002, абсолютное давление p₁ = 0,5 МПа. Определить время, необходимое для достижения давления смеси p₂= 1 МПа при закрытых вентилях, если смеси сообщается 20 МДж/мин тепла. Изобразить процесс в Ts− и hs − диаграммах.

Ответ: τ=50 мин

Задача 15
Начальное состояние водяного пара характеризуется абсолютным давлением p₁ = 0,4 МПа и температурой t₁ = 250⁰C. В результате впрыскивания кипящей воды того же давления пар становится сухим насыщенным: давление смеси при этом остаётся постоянным. Определить количество впрыскиваемой воды на 1 кг пара и работу, совершённую в этом процессе. Изобразить процесс в Ts − и hs − диаграммах.

Ответ: M=0,39 кг/кг,  l_1-2=-56кДж/кг

Задача 16
4 кг водяного пара, имеющие начальное абсолютное V₁= 0,2м³ до объёма V₂ = 0,4м³. Определить работу расширения и количество подведённого тепла. Изобразить процесс в Ts − и hs − диаграммах.

Ответ: L=720 кДж, Q=1904 кДж

Задача 17
1 кг водяного пара, имея абсолютное давление p₁ = 0,2 МПа, температуру t₁ = 200⁰C, сжимается при постоянной температуре до объёма v₂ = 0,12м³/кг. Определить конечные параметры пара и количество отведённого тепла. Изобразить процесс в Ts − и hs − диаграммах.

Ответ: p₂=1,55 МПа, q_1-2=190 кДж/кг

Задача 18
Сухой насыщенный водяной пар расширяется без теплообмена с окружающей средой от температуры t₁ = 180⁰C до температуры t₂ = 50⁰C. Определить состояние и параметры пара в конце расширения, а также изменение энтальпии и работу расширения, отнесённые к 1 кг пара. Изобразить процесс в Ts − и hs − диаграммах.

Ответ: h₁=2775 кДж/кг, h₂=2120 кДж/кг, Δu_1-2=-578,5 кДж/кг,  l_1-2=578,5 кДж/кг

Задача 19
1 кг водяного пара расширяется адиабатно. При этом абсолютное давление его меняется от p₁ = 9 МПа до p₂ = 4 МПа. Определить параметры пара, работу расширения и изменение внутренней энергии, если начальная температура пара t₁ = 400⁰C. Изобразить процесс в Ts − и hs − диаграммах.

Ответ: i₁=3125 кДж/кг, i₂=2925 кДж/кг, Δu_1-2=-158 кДж/кг, l_1-2=158 кДж/кг

Задача 20
2 кг водяного пара, имея начальные параметры t₁ = 100⁰C и x₁= 0,95, сжимаются без теплообмена с окружающей средой, при этом объём пара уменьшается в 8 раз. Определить параметры и состояние пара в конце расширения, а также изменение энтальпии и работу сжатия. Изобразить процесс в Ts− и hs − диаграммах.

Ответ: l=419 кДж/кг, Δh=520 кДж/кг

Задача 21
Состояние влажного воздуха при температуре 20⁰C определяется с помощью гигрометра, которым измерена точка росы, равная 8⁰C. Определить относительную влажность φ, влагосодержание d и энтальпию h влажного воздуха. Задачу решить при помощи hd− диаграммы и привести схему решения.

Ответ: d=0,007 кг/кг, φ=50%, h=38 кДж/кг

Задача 22
Для воздуха, который при температуре t= 40⁰C и барометрическом давлении B= 0,1 МПа имеет относительную влажность φ= 50%, определить влагосодержание, плотность, энтальпию и температуру точки росы. Задачу решить при помощи hd − диаграммы и привести схему решения.

Ответ: d=0,023 кг/кг, h=100 кДж/кг, p₁=0,024 кг/м³, t_p=28⁰C

Задача 23
Воздух, имея температуру t₁= 40⁰C и относительную влажность φ= 60%, охлаждается до температуры t₂=20⁰C. Определить количество выделившейся воды и отведённого тепла в этом процессе. Задачу решить при помощи hd− диаграммы и привести схему решения.

Ответ: w=0,015 кгводы/кгсух.возд., q=-56 кДж/кг

Задача 24
Для сушки используется воздух при t₁=15⁰C и φ =10%. В калорифере температура его повышается до t₂= 50⁰C, с этой температурой он поступает в сушильный аппарат, где температура его понижается до t₃ = 30⁰C. Определить расход воздуха и тепла на 1 кг испарённой влаги. Задачу решить при помощи hd − диаграммы и привести схему решения.

Ответ: q_w=4375 кДж/кг влаги,  W=125 кг.сух.возд/кг.влаги

Задача 25
Газовый двигатель всасывает 200м³/кг воздуха при температуре t= 30⁰C, давлении p= 0,1 МПа и относительной влажности φ = 0,7. Какое количество воды всасывается двигателем за 1 ч? Задачу решить при помощи hd− диаграммы и привести схему решения.

Ответ: D=4,464 кг/ч

Задача 26
Во влажном воздухе с параметрами t₁ =80⁰C и φ = 5% испаряется вода при отсутствии теплообмена с внешней средой. Температура воздуха при этом понижается до t₂= 40⁰C. Определить относительную влажность φ₂ и влагосодержание d₂ воздуха в конечном состоянии. Задачу решить при помощи ld − диаграммы и привести схему решения.

Ответ:φ₂~70%, d₂=0,032 кг/кг

Задача 27
От материала, помещённого в сушилку, необходимо отнять 2000 кг воды. Наружный воздух, имея температуру t₁= 15⁰C и относительную влажность φ= 0,3, проходит через калорифер и подогревается, а затем он поступает в сушилку и выходит из неё при t₂= 50⁰C и относительной влажности φ= 0,9. Определить количество воздуха, которое необходимо пропустить через сушилку. Задачу решить при помощи hd− диаграммы и привести схему решения.

Ответ: M_в=25974кг

Задача 28
Для сушки используют воздух с температурой t₁=15⁰C и относительной влажностью φ= 50 %. В калорифере его подогревают до температуры t₂= 90⁰C и направляют в сушилку, откуда он выходит с температурой t₃ = 30⁰C. Определить конечное влагосодержание воздуха, расход воздуха и тепла на 1 кг испарённой влаги. Задачу решить при помощи hd− диаграммы и привести схему решения.

Ответ: m=22,72 кг/кг,  q=1772 кгДж/кг

Задача 29
Для влажного воздуха при температуре t= 40⁰C и относительной влажности φ = 40% определить влагосодержание, энтальпию, температуру точки росы, а также парциальное давление пара и сухого воздуха, если барометрическое давление B= 0,1 МПа. Задачу решить при помощи hd − диаграммы и привести схему решения.

Ответ: d=0,018 кг/кг с.в., h=92 кДж/кг, t_p=23⁰C, p=2,6 кПа,  p=97,4 кПа

Задача 30
Определить относительную влажность, влагосодержание и плотность влажного воздуха при температуре t= 80⁰C и парциальном давлении пара p_п = 1,5 кПа, если барометрическое давление B= 0,1 МПа. Задачу решить при помощи hd− диаграммы и привести схему решения.

Ответ:φ=4%, d=0,011 кг/кг с.в.,  p_в=0,972 кг/м³

Задача 31
Азот с начальными параметрами p₁=5 МПа и t₁ = 20⁰C поступает со скоростью w₁ = 15 м/с в суживающееся сопло, диаметр выходного отверстия которого d₂= 10 мм, и выходит через него в среду давлением p₂= 4 МПа. Пренебрегая потерями и теплообменом со стенками, определить скорость, удельный объём и температуру азота на выходе из сопла, а также его массовый расход через сопло.

Ответ: w₂=193,8 м/с,  T₂=275К, v₂=0,02м³/кг,  m=0,761 кг/с

Задача 32
Определить скорость истечения, конечные параметры и массовый расход углекислого газа через суживающееся сопло с диаметром выходного отверстия d₂ =8мм, если начальные параметры его p₁ = 8 МПа и t₁= 30⁰C, а давление среды, в которую происходит истечение, p₂ = 0,1 МПа. Потерями, теплообменом со стенками и начальной скоростью газа пренебречь.

Ответ: w=255 м/с, M_max=1,118 кг/с, T₂=110К, v₂=0,21 м³/кг

Задача 33
Через суживающееся сопло форсунки в цилиндр двигателя внутреннего сгорания подаётся распыливающий воздух с начальными параметрами p₁=6 МПа и t₁= 200⁰C. Определить скорость истечения, а также удельный объём и температуру воздуха при выходе из сопла, если температура в цилиндре p₂ =4 МПа. Потерями, теплообменом со стенками и начальной скоростью газа пренебречь.

Ответ: w=322,2 м/с, T2=421К, v2=0,03 м³/кг

Задача 34
Воздух с начальными параметрами p₁= 0,2 МПа и t₁= 20⁰C вытекает через суживающееся сопло в атмосферу (p₂=0,1 МПа). Определить скорость и параметры воздуха на выходе из сопла, а также площадь выходного сечения, если расход воздуха M= 0,5 кг/с. Потерями, теплообменом со стенками и начальной скоростью газа пренебречь.

Ответ: w=313,2 м/с,  f=10,6 см²

Задача 35
Воздух с начальными параметрами p₁=1 МПа и t₁= 20⁰C вытекает через суживающееся сопло в атмосферу (p₂ =0,1 МПа). Расход воздуха M=5 кг/с. Определить выходной диаметр сопла, если его скоростной коэффициент φ = 0,92. Скоростью воздуха на входе в сопло пренебречь.

Ответ: d= 0,098 м

Задача 36
Воздух с начальными параметрами p₁=1 МПа и t₁ =200⁰C вытекает из сопла Лаваля в атмосферу (p₂ =0,1 МПа). Расход воздуха M=6 кг/с. Определить диаметр выходного сечения сопла, если его скоростной коэффициент φ =0,95. Скоростью воздуха на входе в сопло пренебречь.

Ответ: d=95 мм

Задача 37
К соплам газовой турбины подводятся продукты сгорания топлива с начальными параметрами p₁=1 МПа и t₁=600⁰C. Давление за соплами p₂=0,12 МПа. Определить площадь выходного сечения каждого из сопл, если расход продуктов сгорания через него M= 0,5 кг/с. Потерями на трение, теплообменом со стенками и скоростью на входе в сопло пренебречь. Для упрощения расчётов продукты сгорания топлива заменять воздухом.

Ответ: f=366 м²

Задача 38
Определить скорость истечения воздуха через сопло Лаваля, если начальные параметры воздуха p₁=0,8 МПа и t₁=700⁰C, а давление среды на выходе из сопла равно атмосферному (p₂=0,1 МПа). Скоростной коэффициент сопла φ = 0,92. Скоростью воздуха на входе в сопло пренебречь.

Ответ: w_a=351,4 м/с

Задача 39
Определить длину расширяющейся части сопла Лаваля, через которое происходит истечение воздуха с начальными параметрами p₁= 1,6 МПа и t₁= 600⁰C в количестве M=0,6 кг/с в среду с атмосферным давлением (p₂= 0,1 МПа). Угол конусности принять равным 10⁰, скоростной коэффициент сопла φ = 0,93. Скоростью на входе в сопло пренебречь.

Ответ: l=208 мм

Задача 40
Азот с начальными параметрами p₁= 2 МПа и t₁= 300⁰C вытекает в количестве M= 0,5 кг/с через сопло Лаваля в атмосферу (p₂=0,1 МПа). Определить площадь минимального и выходного сечений сопла, если его скоростной коэффициент φ= 0,90. Скоростью воздуха на входе в сопло пренебречь.

Ответ: f₂=6,1·10^-4 м², f_мин=1,74·10^-4м²

Задача 41
Определить скорость истечения перегретого пара через суживающееся сопло, если начальные параметры пара p₁ =0,6 МПа и t₁= 350⁰C, а давление среды, в которую происходит истечение, p₂= 0,4 МПа. Скоростью на входе в сопло, потерями и теплообменом со стенками пренебречь.

Ответ: w=469 м/с

Задача 42
Определить скорость истечения перегретого пара через суживающееся сопло, если начальные параметры пара p₁= 0,6 МПа и t₁ = 350⁰C, а давление среды, в которую происходит истечение, p₂= 0,1 МПа. Потерями, теплообменом со стенками и скоростью пара на входе в сопло пренебречь.

Ответ: w=1071 м/с

Задача 43
Как велика скорость истечения перегретого пара через сопло Лаваля, если начальные параметры его p₁= 1,4 МПа и t₁= 300⁰C, а конечное давление p₂= 0,006 МПа? Чему была бы равна эта скорость, если бы сопло было суживающимся? Теплообменом со стенками, потерями и скоростью пара на входе в сопло пренебречь.

Ответ: w=539 м/с

Задача 44
Влажный пар с начальными параметрами p₁= 1,5 МПа и x₁= 0,95 вытекает из сопла Лаваля в среду с давлением p₂=0,2 МПа в количестве M= 5 кг/с. Определить площадь минимального и выходного сечений сопла, если скоростной коэффициент его φ= 0,95. Скоростью на входе в сопло пренебречь.

Ответ: f=4,76·10³м² , f_min=2,223·10³м²

Задача 45
Определить диаметр минимального и выходного сечений сопла Лаваля обдувочного аппарата парового котла с расходом сухого насыщенного пара M=0,3 кг/с, если начальное давление пара p₁= 2 МПа, а конечное p₂= 0,1 МПа. Скоростью пара на входе в сопло, потерями и теплообменом со стенками пренебречь.

Ответ: d₂=24 мм, d_min=12 мм

Задача 46
Производительность парового котла D= 2 кг/с при давлении 1,4 МПа. Какой должна быть площадь сечения предохранительного клапана, чтобы при внезапном сокращении отбора пара давление не превысило указанной выше величины? Потерей давления на дросселирование и скоростью пара на входе в клапан пренебречь. Пар в барабане котла считать сухим насыщенным, атмосферное давление принять равным 0,1 МПа.

Ответ: f=10 см²

Задача 47
Перегретый пар с параметрами p₁=3 МПа и t₁=400⁰C расширяется при истечении через сопло Лаваля до давления p₂= 0,2 МПа. Определить диаметр минимального и выходного сечений сопла, если расход пара M= 5 кг/с. Потерями, теплообменом со стенками и скоростью пара на входе в сопло пренебречь.

Ответ: d₂=70 мм, d_min=42 мм

Задача 48
Перегретый пар с начальными параметрами p₁=1,5 МПа и t₁ =300⁰C вытекает через суживающееся сопло в атмосферу (p₂= 0,1 МПа). Определить скорость истечения, если скоростной коэффициент сопла φ= 0,90. Скоростью на входе в сопло пренебречь.

Ответ: w_a=485 м/с

Задача 49
Влажный пар с начальными параметрами p₁=1,6 МПа и x₁=0,98 вытекает через суживающееся сопло с площадью выходного сечения f= 40 мм² в атмосферу (p₂ =0,1 МПа). Определить секундный расход пара, если скоростной коэффициент сопла φ= 0,92. Скоростью пара на входе в сопло пренебречь.

Ответ: m=0,024 кг/с

Задача 50
Перегретый пар с начальными параметрами p₁= 6 МПа и t₁= 400⁰C вытекает через суживающееся сопло в атмосферу (p₂=0,1 МПа). Определить секундный расход пара, если площадь выходного сечения сопла f= 30 мм², а скоростной коэффициент его φ= 0,95. Скоростью пара на входе в сопло пренебречь.

Ответ: m=0,213 кг/с

Задача 51
При движении воздуха по трубопроводу его давление понижается вследствие местных сопротивлений от p₁=1 МПа до p₂=0,8 МПа. Пренебрегая скоростью воздуха, определить изменение его энтропии. Найти также удельный объём воздуха до и после его дросселирования в местных сопротивлениях, если температура воздуха на входе в трубопровод t₁= 20⁰C

Ответ: Δs=64 Дж(кг·к), v₁=0,084 м³/кг, v₂=0,105 м³/кг

Задача 52
Скорость воздуха на входе в трубопровод w₁=8 м/с при параметрах p₁= 0,8 МПа и t₁= 15⁰C. Вследствие местных сопротивлений и трения в трубопроводе его давление понижается до p₂= 0,6 МПа. Определить скорость на выходе из трубопровода, если диаметр последнего не изменяется. Найти также величину энтальпии воздуха в начале и в конце трубопровода и определить погрешность равенства h₁ = h₂ являющегося в данном случае приближённым.

Ответ: w₂=9,81 м/с, Δh=-16,1 Дж/кг

Задача 53
Пусковой воздух для двигателя Дизеля находится в баллоне при параметрах p₁=5 МПа и t₁= 20⁰C. При подаче воздуха в цилиндр двигателя он дросселируется в вентиле баллона до давления p₂= 2,5 МПа и в пусковом клапане двигателя до p₃= 1,6 МПа. Определить изменение энтропии воздуха при первом и втором дросселировании, а также удельный объём его после первого и второго дросселирования. Скоростью воздуха пренебречь.

Ответ: Δs=327Дж(кг·К),  v₂=0,034 м³/кг, v₃=0,053 м³/кг

Задача 54
В баллоне находится кислород при параметрах p₁= 5 МПа и t₁= 15⁰C. При выпуске из баллона он дросселируется до p₂=12 МПа. Пренебрегая скоростью воздуха, определить изменение энтропии воздуха при дросселировании, а также его удельный объём до и после дросселирования.

Ответ: Δs=58 Дж(кг·К), v₁=0,005 м³/кг, v₂=0,006 м³/кг

Задача 55
6 кг азота при начальных параметрах p₁=1,2 МПа и t₁= 50⁰C дросселируются так, что объём всего азота становится v₂= 1 м³. Определить давление, до которого дросселируется азот, а также изменение его энтропии при дросселировании. Скорость азота при дросселировании не изменяется.

Ответ: p₂=0,655 Мпа, Δs=0

Задача 56
Продукты сгорания топлива с начальными параметрами p₁=1 МПа и t₁ = 600⁰C перед поступлением в газовую турбину, работающую на выхлоп в атмосферу (p₃ =0,1 МПа), дросселируются в регулирующем устройстве до p₂= 0,8 МПа. Определить связанную с этим потерю располагаемого теплопадения, а также изменение энтропии рабочего тела. Для упрощения расчёта продукты сгорания заменить воздухом, изменением скорости потока в турбине пренебречь.

Ответ: Δq=15800 Дж/кг,  Δs=64,04 Дж(кг·К)

Задача 57
Определить потерю эксергии воздуха при дросселировании его с понижением давления от p₁=2 МПа до p₂=1,5 МПа. Температуру окружающей среды принять t₀= 20⁰C, изменением скорости потока пренебречь.

Ответ: Δe=-24,191 кДж/кг

Задача 58
Природный газ поступает в газопровод постоянного сечения со скоростью w₁=10 м/с при параметрах p₁=0,5 МПа и t₁= 20⁰C. Вследствие дросселирования в запорных устройствах и трения давление его понижается до p₂=0,4 МПа. Определить связанные с этим изменение скорости, энтальпии и температуры потока. Для упрощения расчета природный газ заменить метаном.

Ответ: Δt=15⁰C, Δw=1,86 м/с,  Δh=-20,3 Дж/кг

Задача 59
Продукты сгорания топлива с параметрами p₁=2 МПа и t₁= 650⁰C проходят через регулирующий клапан, где дросселируются до p₂=1,8 МПа, а затем поступают в газовую турбину, где расширяются до атмосферного давления (p₃=0,1 МПа). Определить связанную с этим потерю теоретической мощности турбины, если расход рабочего тела M= 25 кг/с. Для упрощения расчёта продукты сгорания заменить воздухом.

Ответ: ΔN=191,5 кВт

Задача 60
Продукты сгорания топлива с параметрами p₁=1,5 МПа и t₁=700⁰C дросселируются в регулирующем клапане газовой турбины до p²=1,2 МПа, а затем расширяются в газовой турбине до атмосферного давления (p₃= 0,1 МПа). Определить потерю располагаемой работы, связанную с дросселированием рабочего тела. Для упрощения расчёта продукты сгорания заменить воздухом.

Ответ: Δl=0,21 кДж/кг

Задача 61
Влажный пар с параметрами p₁=1 МПа и x₁=0,9 дросселируется в редукционном клапане до p₂=0,12 МПа. Пренебрегая изменением скорости пара в паропроводе, определить состояние и параметры пара после дросселирования, а также изменение внутренней энергии и энтропии пара в этом процессе.

Ответ: Δu=14,8 кДж/кг,  Δs=0,87 кДж(кг·К)

Задача 62
Перегретый пар с параметрами p₁= 2 МПа и t₁= 350⁰C дросселируется в регулирующем клапане паровой турбины до p₂=1,5 МПа, а затем расширяется в ней до p₃= 0,004 МПа. Определить потерю располагаемой работы вследствие дросселирования.

Ответ: Δl=42 кДж/кг

Задача 63
В клапанах турбины перегретый пар с параметрами p₁=6 МПа и t₁= 400⁰C дросселируется до p²= 5 МПа, а затем расширяется в турбине до p₃= 0,004 МПа. Определить потерю теоретической мощности турбины вследствие дросселирования, если расход пара D=10 кг/с.

Ответ: ΔN= 200 кВт

Задача 64
Определить, до какого давления нужно дросселировать влажный пар с параметрами p₁=1 МПа и x₁=0,95, чтобы он стал сухим насыщенным. Определить также изменение внутренней энергии и энтропии пара в этом процессе. Изменением скорости пара при дросселировании пренебречь.

Ответ: Δu=16,39 кДж/кг,  Δs=0,99 кДж/(кг·К)

Задача 65
Перегретый пар с параметрами p₁=5 МПа и t₁= 350⁰C дросселируется до p₂=2 МПа. Определить состояние и параметры пара после дросселирования, а также изменение внутренней энергии и энтропии пара в этом процессе. Скоростью пара и изменением её при дросселировании пренебречь.

Ответ:Δu=0,  Δs=0,4 кДж/(кг·К)

Задача 66
Параметры влажного пара в магистральном паропроводе p₁=1,4 МПа и x₁ =0,98. Часть пара перепускается через дроссельный вентиль в паропровод низкого давления, в котором p₂=0,12 МПа. Пренебрегая изменением скорости при дросселировании, определить состояние и параметры пара в паропроводе низкого давления, а также изменение внутренней энергии и энтропии пара при дросселировании.

Ответ: Δu=-4 кДж/кг,  Δs=1,11 кДж/(кг·К)

Задача 67
Перегретый пар с параметрами p₁=1,8 МПа и t₁=250⁰C дросселируется до p₂=1 МПа. Пренебрегая изменением скорости при дросселировании, определить конечное состояние пара и его параметры, а также изменение внутренней энергии и энтропии пара при дросселировании.

Ответ: Δu=0,  Δs=0,26 кДж/(кг·К)

Задача 68
Перегретый пар с параметрами p₁=10 МПа и t₁= 310⁰C дросселируется до p₂=1 МПа. Определить конечное состояние пара и его параметры, а также изменение внутренней энергии и энтропии пара при дросселировании.

Ответ: Δs=2,81 кДж/(кг·К), Δu=-2,43 МДж/кг

Задача 69
Влажный пар с параметрами p₁=1,5 МПа и x₁= 0,85 и скоростью w₁=10 м/с поступает в дроссельный вентиль, где давление его снижается до атмосферного (p₂=0,1 МПа). Считая, что площадь сечения трубопровода не изменяется, определить скорость пара за дроссельным вентилем и вычислить погрешность исходного равенства h1 = h2, связанную с изменением скорости пара вследствие дросселирования.

Ответ: w₂=133,2 м/с, |Δh|/h₁=0,35%

Задача 70
Перегретый пар с параметрами p₁=3 МПа и t₁= 300⁰C дросселируется в регулирующем клапане до p₂=2,6 МПа, а затем расширяется в турбине, работающей на выхлоп в атмосферу (p₃=0,1 МПа). Определить потерю располагаемой работы вследствие дросселирования.

Ответ: Δl=20 кДж/кг

Министерство высшего и среднего специального образования
Е.В.Балахонцев, В.В.Мурзаков
ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Методические указания и контрольные задания
для студентов-заочников теплоэнергетических специальностей
высших учебных заведений
Издание третье
Москва
1981

Стоимость одной готовой задачи уточняйте при заказе
Выполнены следующие задачи:

Контрольная работа 1

Задача 1
Компрессор подает сжатый воздух в резервуар, при этом давление в резервуаре, измеренное манометром, повышается от 0 до 0,8 МПа, а температура – от 20 до 27°С. Определить массу воздуха, поданного компрессором в резервуар, если объем баллона 5 м3, а барометрическое давление 750 мм рт.ст. (задачу решить в единицах СИ).

Задача 2
На сколько больше вмещается в баллон, объем которого 40 л, кислорода, чем водорода, при температуре 15 С и давлении по манометру 15 МПа, если барометрическое давление 750 мм рт.ст.? (Задачу решить в единицах СИ.)

Задача 3
Из баллона емкостью 60 л выпускается воздух в атмосферу, при этом давление воздуха, измеренное манометром, уменьшается с 5 МПа до 0,1 МПа. Определить массу выпущенного воздуха, если температура его изменилась от 27 С до 20 С, а барометрическое давление 750 мм рт.ст.

Задача 4
Баллон емкостью 40 л с открытым вентилем имеет массу кг. После того как компрессором в него был добавлен воздух, масса баллона увеличилась до кг. Определить конечное давление воздуха в бал-лоне, если температура воздуха в начале и конце процесса сохранилась постоянной, равной С, а барометрическое давление мм рт. ст. (Задачу решить в единицах СИ).

Задача 5
Воздушный баллон, рассчитанный на предельное абсолютное давление 25 МПа, заполнен воздухом с избыточным давлением 14,9 МПа. При пожаре в помещении, где находился баллон, температура воздуха в нем повысилась до 500 С. Выдержит ли баллон возросшее давление, если известно, что температура воздуха в баллоне до пожара была 0 С, а барометрическое давление 750 мм рт.ст.? (Задачу решить в единицах СИ).

Задача 6
В цилиндре диаметром 80 мм содержится 100 г воздуха при избыточном давлении 0,2 МПа и температуре 27 С. Наружное давление 750 мм рт.ст. До какой температуры следует нагреть воздух в цилиндре, чтобы движущийся без трения поршень поднялся на 60 мм при постоянном давлении в цилиндре? (Задачу решить в единицах СИ).

Задача 7
Определить подъемную силу воздушного шара объемом 1000 м3 на высоте 3 км, если абсолютное давление водорода, заполняющего шар, равно 0,071 МПа, температура водорода равна температуре окружающего воздуха 268 К, а плотность воздуха на этой высоте 0,91 кг/м3.

Задача 8
Какое количество воды можно вытеснить из цистерны подводной лодки, находящейся на глубине м, если для этого применяется сжатый воздух из баллона объемом л при избыточном давлении воздуха МПа и температуре С, если барометрическое давление мм рт. ст.? (Задачу решить в единицах СИ).

Задача 9
Баллон с воздухом объемом 40 л имеет избыточное давление МПа при температуре С. Определить избыточное давление воздуха в баллоне после того, как температура его стала С, а также количество воздуха, которое необходимо выпустить, чтобы при температуре С давление снова упало до. Барометрическое давление принять равным мм рт.ст.

Задача 10
В воздухоподогреватель котельной установки поступает 5 м3/с воздуха при температуре С и избыточном давлении 500 мм вод. ст. Определить скорость воздуха после подогревателя, если площадь поперечного сечения воздуховода м2. Температура подогретого воздуха равна С. Барометрическое давление мм рт.ст. (Задачу решить в единицах СИ).

Задача 11
Определить газовую постоянную и плотность газовой смеси, а также парциальные давления отдельных компонентов, если смесь состоит из 14% , 73% , 6% и 7% по объему. Абсолютное давление смеси равно МПа, а температура С.

Задача 12
1 кг воздуха состоит из 23,2 мас ч. кислорода и 76,8 мас.ч. азота. Определить объемный состав воздуха, среднюю молекулярную массу, газовую постоянную, а также парциальное давление кислорода и азота в мегапаскалях, если барометрическое давление равно МПа.

Задача 13
Определить молекулярную массу, газовую постоянную смеси, плотность и удельный объем при нормальных физических условиях, а также объемный состав смеси, если задан ее массовый состав: 7% N2, 8% H2, 51% CH4, 5% O2, 19% CO и 10% CO2.

Задача 14
В 1 м3 сухого воздуха содержится по объему 21% O2 и 79% N2. Определить массовый состав воздуха, молекулярную массу и газовую постоянную его, а также парциальные давления кислорода и азота в мегапаскалях, если барометрическое давление равно 0.1 МПа.

Задача 15
Продукты сгорания имеют следующий объемный состав: СО2-12,2%, О2-7,1%; СО-0,4% и N2-80,3%. Определить массовый состав, газовую постоянную, плотность и удельный вес смеси, если абсолютное давление смеси 0.5 МПа, а температура 27С.

Задача 16
Смесь состоит из 7 кг водорода и 93 кг окиси углерода. Определить газовую постоянную и плотность, а также парциальные давления водорода и окиси углерода, если абсолютное давление смеси МПа, а температура ее 15 С.

Задача 17
Смесь состоит из 6 кмоль азота и 4 кмоль углекислого газа. Определить газовую постоянную и плотность смеси при нормальных физических условиях, а также ее массовый состав.

Задача 18
Смесь состоит из 18% , 24% , 6% и 52% по объему. Определить газовую постоянную, плотность смеси и массовый состав смеси, если абсолютное давление смеси МПа, а температура ее С.

Задача 19
Генераторный газ состоит из 57% , 23% , 6% , 2% и 12% по объему. Определить среднюю молекулярную массу, газовую постоянную, плотность смеси, а также массовые доли компонентов при 0,1 МПа и 17 С.

Задача 20
Определить массовый и объемный составы смеси водорода с азотом, если газовая постоянная ее равна 922 Дж/(кгК). Определить также парциальные давления компонентов, если абсолютное давление смеси 0,2 МПа.

Задача 21
2 кг азота с начальными температурой 100 С и абсолютным давлением 0.5 МПа нагреваются при постоянном объеме до температуры 500 С. Определить конечное давление газа, количество подводимого к нему тепла и изменение его энтропии.

Задача 22
3 кг воздуха с начальными температурой 12 С и абсолютным давлением 0,9 МПа нагреваются при постоянном объеме до температуры 375 С. Определить конечное давление газа, количество подводимого к нему тепла и изменение его энтропии.

Задача 23
5 м3 кислорода с начальными температурой С и абсолютным давлением МПа нагреваются при постоянном объеме так, что его абсолютное давление повышается до МПа. Определить конечную температуру газа, количество подводимого к нему тепла и изменение его энтропии.

Задача 24
6 кг окиси углерода с начальными температурой 240 С и абсолютным давлением 0,5 МПа охлаждаются при постоянном объеме до температуры 130 С. Определить конечное давление газа, количество отводимого от него тепла и изменение его энтропии.

Задача 25
7 м3 углекислого газа с начальными температурой 570 С и абсолютным давлением 0,7 МПа охлаждаются при постоянном объеме так, что его абсолютное давление уменьшается до 0,3 МПа. Определить конечную температуру газа, количество отводимого от него тепла и изменение его энтропии.

Задача 26
3 кг водорода с начальной температурой 0 С и абсолютным давлением 0,1 МПа нагреваются при постоянном давлении до температуры 200 С. Определить начальный и конечный объема газа, количество подводимого к нему тепла и изменении его энтропии.

Задача 27
1 кг азота с начальной температурой 130 С и абсолютным давлением 0,2 МПа нагревается при постоянном давлении до температуры 350 С. Определить начальный и конечный объемы газов, количество подводимого к нему тепла и изменение его энтропии.

Задача 28
4 м3 водорода с начальной температурой 70 С и абсолютным давлением 0,3 МПа нагреваются при постоянном давлении до температуры 320 С. Определить конечный объема газа, количество подводимого к нему тепла и изменении его энтропии.

Задача 29
3 кг окиси углерода с начальной температурой 270 С и абсолютным давлением 0,7 МПа охлаждаются при постоянном давлении до температуры 120 С. Определить начальный и конечный объема газа, количество отводимого от него тепла и изменении его энтропии.

Задача 30
5 м3 метана с начальной температурой С и абсолютным давлением МПа охлаждаются при постоянном давлении до температуры С. Определить конечный объем газа, количество отводимого от него тепла и изменение его энтропии.

Контрольная работа 2

Задача 1
4 кг воздуха расширяются изотермически при температуре 50 так, что его объем возрастает в 3,5 раза, а давление становится равным 0,1 МПа. Определить начальный и конечный объемы газа, количество подводимого к нему тепла и изменение его энтропии.

Задача 2
3 м3 метана с начальным абсолютным давлением 0,2 МПа при температуре 70 С расширяются изотермически до объема 5,7 м3. Определить количество газа, участвующего в процессе, количество подводимого к нему тепла и изменение его энтропии.

Задача 3
4 кг углекислого газа с начальным абсолютным давлением 0.8 МПа при температуре 50 С расширяются изотермически с подводом тепла в количестве 50 кДж. Определить начальный и конечный объемы газа, а также изменение его энтропии.

Задача 4
5 м3 кислорода с начальным абсолютным давлением 0,1 МПа при температуре С сжимаются изотермически с отводом тепла в количестве 20 кДж/кг. Определить количество газа, участвующего в процессе, а также его конечный объем и изменение его энтропии.

Задача 5
6 кг окиси углерода сжимается изотермически при температуре 60 С так, что его объем уменьшается в 2,3 раза, а давление становится равным 0,25 МПа. Определить начальный и конечный объемы газа, количество отводимого от газа тепла и изменение его энтропии.

Задача 6
2 кг азота с начальной температурой 300 С и абсолютным давлением 0.8 МПа адиабатно расширяются с понижением давления до 0.5 МПа. Найти начальный и конечный объемы газа, конечную температуру, работу расширения и изменение энтальпии газа.

Задача 7
3 м3 углекислого газа с начальной температурой 400 С и абсолютным давлением 0,5 МПа адиабатно расширяются до объема 5 м3. Определить конечные температуру и давление газа, работу расширения и изменение энтальпии газа.

Задача 8
2 кг метана с начальной температурой 400 С и абсолютным давлением 0,6 МПа адиабатно расширяются так, что внутренняя энергия его уменьшается на 50 кДж. Определить начальный и конечный объемы газа, а также конечную температуру и давление его. Найти также изменение энтальпии газа.

Задача 9
1 кг кислорода с начальной температурой 20 С и абсолютным давлением 0.1 МПа адиабатно сжимается с повышением давления до МПа. Определить начальный и конечный удельный объемы газа, конечную температуру его, изменение внутренней энергии и изменение энтальпии газа.

Задача 10
4 м3 окиси углерода с начальной температурой С и абсолютным давлением МПа адиабатно сжимаются так, что внутренняя энергия каждого килограмма газа увеличивается на 10 кДж. Определить количество газа, а также конечные параметры и изменение его энтальпии.

Задача 11
В процессе политропного расширения 2 кг воздуха к нему подводится 600 кДж тепла. При этом его внутренняя энергия увеличилась на 300 кДж. Определить показатель политропы, работу расширения, а также конечные параметры воздуха, если начальная температура его С, а абсолютное давление МПа. Изобразить процесс в и диаграммах.

Задача 12
1 кг азота, имея начальную температуру 400 С и абсолютное давление 1,3 МПа, в политропном процессе совершает работу 400 кДж/кг, при этом внутренняя энергия его уменьшается на 200 кДж/кг. Определить показатель политропы, участвующее в процессе тепло, а также конечные параметры азота. Изобразить процесс в диаграммах.

Задача 13
В процессе политропного сжатия 3 кг окиси углерода к нему подводится 300 кДж тепла и затрачивается работа 450 кДж. Определить показатель политропы, изменение внутренней энергии, а также конечные параметры газа, если начальная температура его 27, а абсолютное давление 0.1 МПа. Изобразить процесс в pv- и Ts- диаграммах.

Задача 14
4 м3 воздуха, имея начальную температуру 60 С и абсолютное давление 0.13 МПа, сжимаются политропно до давления 0.65 МПа. Определить количество подведенного тепла, работу сжатия, изменение внутренней энергии и энтропии, если показатель политропы 1.3. Представить процесс в pv- и Ts- диаграммах.

Задача 15
3 м3 азота, имея начальную температуру 47 С и абсолютное давление 0.6 МПа, расширяется политропно до абсолютного давления МПа, при этом объем азота становится равным м3. Определить показатель политропы, конечную температуру, работу, участвующее в процессе тепло и изменение энтропии газа. Процесс изобразить в диаграммах.

Задача 16
В процессе политропного сжатия кислорода затрачивается работа кДж, причем в одном случае от кислорода отводится 600 кДж, а в другом – кислороду сообщается 100 кДж тепла. Определить показатели обеих политроп. Процессы изобразить в и диаграммах.

Задача 17
В процессе политропного расширения воздуху сообщается 120 кДж тепла. Определить изменение внутренней энергии воздуха и энтальпию его, а также произведенную работу, если объем воздуха увеличился в 10 раз, а абсолютное давление его уменьшилось в 15 раз. Изобразить процесс в pv- и Ts- диаграммах.

Задача 18
Углекислый газ с начальной температурой 70 С и абсолютным давлением 0,1 МПа необходимо довести до давления 0,14 МПа так, чтобы отношение подведенного к газу тепла к совершенной газом работе составляло 10. Считая процесс политропным, определить теплоемкость указанного процесса и конечную температуру газа. Изобразить процесс в диаграммах.

Задача 19
В процессе расширения кислорода были зафиксированы три равновесных состояния, для которых параметры имеют следующие значения: 1) МПа, ; 2) МПа, м3/кг; 3) м3/кг; С. Доказать, что этот процесс является политропным и определить показатель политропы.

Задача 20
В центробежном компрессоре воздух политропно сжимается от абсолютного давления МПа и температуры С до давления МПа и температуры С. Определить величину показателя политропы сжатия, подведенное тепло (на 1 кг), изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии. Изобразить процесс в диаграммах.

Задача 21
Определить численные значения постоянных a и b в уравнении состояния Ван-дер-Ваальса для углекислоты, если известны ее критические параметры: температура 31.05 С и абсолютное давление 7.383 МПа.

Задача 22
Определить численные значения постоянных а и b в уравнении состояния Бертло для углекислоты, если известны ее критические параметры: температура 31,05 С и абсолютное давление 7,383 МПа.

Задача 23
Определить численные значения постоянных a и b в уравнении состояния Ван-дер-Ваальса для водяного пара, если для него известны критические параметры: 374,1 С и 22,12 МПа.

Задача 24
Определить численные значения постоянных a и b в уравнении состояния Бертло для водяного пара, если для него известны критические параметры.

Задача 25
Определить численные значения постоянных а и b в уравнении состояния Дитеричи для углекислоты, если известны ее критические параметры: температура 31,05 С, абсолютное давление 7,383 МПа и удельный объем 0,00214 м3/кг.

Задача 26
Используя дифференциальное уравнение, вывести зависимость внутренней энергии от температуры и удельного объема реального газа, подчиняющегося уравнению состояния Ван-дер-Ваальса. Определить для 1 кг углекислоты внутреннюю энергию при С и м3/кг, если Н∙м4/моль2. Теплоемкость для взять при заданной температуре из табл.5.

Задача 27
Используя дифференциальное уравнение, вывести зависимость энтальпии от температуры и удельного объема реального газа, подчиняющегося уравнению состояния Ван-дер-Ваальса.
Определить для 1 кг водяного пара энтальпию при С и м3/кг, если Н∙м4/кг2, м3/кг.

Задача 28
Используя дифференциальное уравнение и принимая в первом приближении теплоемкость, вывести уравнение адиабаты для реального газа, подчиняющегося уравнению состояния Ван-дер-Ваальса. Определить для водяного пара конечную температуру и абсолютное давление, если начальное состояние водяного пара характеризуется температурой 150 С и удельным объемом 0,5 м3/кг. В процессе адиабатного сжатия объем пара уменьшился в 5 раз.

Задача 29
1 кг СО2 расширяется при постоянной температуре 100 С. При этом удельный объем газа увеличивается с 0,5 м3/кг до 2,5 м3/кг. Определить работу расширения по формуле, если принять, что СО2 подчиняется уравнению состояния Ван-дер-Ваальса. Определить работу, если считать СО2 идеальным газом.

Задача 30
1 кг водяного пара расширяется при постоянной температуре 300 С. При этом удельный объем газа увеличивается с 0,03 м3/кг до 0,5 м3/кг. Определить работу расширения по формуле, если принять, что водяной пар подчиняется уравнению состояния Бертло, где Нм4К/кг2 и м3/кг. Определить работу, если считать водяной пар идеальным газом.

Контрольная работа 3

Задача 1
В резервуаре находится 100 кг влажного пара при степени сухости 0,8 и температуре 250 С. Определить объем резервуара.

Задача 2
В сосуде объемом 1 л находится в равновесии смесь сухого насыщенного пара и кипящей воды Найти степень сухости смеси, если ее масса 0,1 кг, а температура 300 С.

Задача 3
В барабане котельного агрегата находится кипящая вода и над ней насыщенный пар. Определить массу пара, если объем барабана 8 м3, абсолютное давление 1,5 МПа и масса воды 6000 кг. Принять пар, находящийся над водой, сухим насыщенным.

Задача 4
Барабан парового котла объемом м3 заполнили на 50% сухим насыщенным паром и на 50% кипящей водой. Определить энтальпию образовавшегося в барабане влажного пара, если давление его 10 МПа.

Задача 5
Водяной пар, имея абсолютное давление 5МПа и степень сухости х=0,88, течет по трубе со скоростью 20м/с. Определить диаметр трубы, если расход пара 1,5 кг/с.

Задача 6
Для получения 4,5 кг/с воды с температурой 90С имеется влажный пар при абсолютном давлении МПа и степени сухости 0,9 и вода с температурой 12С. Определить секундный расход пара и воды.

Задача 7
Водяной пар при абсолютном давлении имеет 1,5 МПа имеет энтальпию 2450 кДж/кг. Определить параметры пара и его состояние.

Задача 8
Водяной пар при температуре 300 С имеет энтропию 7 кДж/(кг∙К). Определить параметры пара и его состояние.

Задача 9
В барабане парового котла находится влажный пар при абсолютном давлении 20 МПа и степени сухости 0,4. Определить массу влажного пара, а также объемы воды и сухого насыщенного пара, если объем парового котла 12 м3.

Задача 10
Определить объем 120 кг влажного пара при абсолютном давлении 10 МПа и степени сухости 0.8. Насколько увеличится объем пара, если довести степень сухости его до единицы при том же давлении?

Задача 11
1 кг водяного пара, имея начальные параметры 1,4 МПа (абсолютных) и 0,12 м3/кг, нагревается при постоянном давлении до температуры 270 С. Определить конечный объем пара, изменение внутренней энергии, подведенное тепло и совершенную паром работу. Изобразить процесс в диаграммах.

Задача 12
1 кг сухого насыщенного водяного пара находится в закрытом сосуде при абсолютном давлении 0,8 МПа. Пар охлаждается до температуры 150 С. Определить конечное давление, степень сухости и количество отведенного тепла. Изобразить процесс в диаграммах.

Задача 13
4 кг влажного водяного пара, находящегося в закрытом сосуде при абсолютном давлении 0,1 МПа и степени сухости 0,83, нагреваются до температуры, соответствующей увеличению давления на 20%. Определить конечную температуру, степень сухости, количество подведенного тепла. Изобразить процесс в Ts- и is- диаграммах.

Задача 14
В паровом котле находится 8000 кг пароводяной смеси, степень сухости которой 0.002, абсолютное давление 0.5 МПа. Определить время, необходимое для достижения давления смеси 1 МПа при закрытых вентилях, если смеси сообщается 20 МДж/мин тепла. Изобразить процесс в Ts- и is- диаграммах.

Задача 15
Начальное состояние водяного пара характеризуется абсолютным давлением 0,4 МПа и температурой 250. В результате впрыскивания кипящей воды того же давления пар становится сухим насыщенным; давление смеси при этом остается постоянным. Определить количество впрыскиваемой воды на 1 кг пара и работу, совершенную в этом процессе. Изобразить процесс в диаграммах.

Задача 16
4 кг водяного пара, имеющие начальное абсолютное давление МПа, расширяются при постоянной температуре от объема м3 до объема м3. Определить работу расширения и количество подведенного тепла. Изобразить процесс в диаграммах.

Задача 17
1 кг водяного пара, имея абсолютное давление 0.2 МПа, температуру 200 С, сжимается при постоянной температуре до объема 0.12 м3/кг. Определить конечные параметры пара и количество отведенного тепла. Изобразить процесс в Ts- и is- диаграммах.

Задача 18
Сухой насыщенный водяной пар расширяется без теплообмена с окружающей средой от температуры 180 С до температуры 50 С. Определить состояние и параметры пара в конце расширения, а также изменение энтальпии и работу расширения, отнесенные к 1 кг пара. Изобразить процесс в диаграммах.

Задача 19
1 кг водяного пара расширяется адиабатно. При этом абсолютное давление его меняется от 9 МПа до 4 МПа. Определить параметры пара, работу расширения и изменение внутренней энергии, если начальная температура пара, если начальная температура пара 400 С. Изобразить процесс в диаграммах.

Задача 20
2 кг водяного пара, имея начальные параметры 100 С и х1=0,95, сжимаются без теплообмена с окружающей средой, при этом объем пара уменьшается в 8 раз. Определить параметры и состояние пара в конце рас-ширения, а также изменение энтальпии и работу сжатия. Изобразить процесс в диаграммах.

Задача 21
Состояние влажного воздуха при температуре 20 С определяется с помощью гигрометра, которым измерена точка росы, равная 8С. Определить относительную влажность, влагосодержание и энтальпию влажного воздуха. Задачу решить при помощи диаграммы и привести схему решения.

Задача 22
Для воздуха, который при температуре 40 С и барометрическом давлении 0,1 МПа имеет относительную влажность 50%, определить влагосодержание, плотность, энтальпию и температуру точки росы. Задачу решить при помощи диаграммы и привести схему решения.

Задача 23
Воздух, имея температуру С и относительную влажность 60%, охлаждается до температуры 20 С. Определить количество выделившейся воды и отведенного тепла в этом процессе. Задачу решить при помощи Id-диаграммы и привести схему решения.

Задача 24
Для сушки используется воздух при 15C и 10%. В калорифере температура его повышается до 50C с этой температурой он поступает в сушильный аппарат, где температура его понижается до 30C. Определить расход воздуха и тепла на 1 кг испаренной влаги. Задачу решить при помощи диаграммы и привести схему решения.

Задача 25
Газовый двигатель всасывает 200 м3/ч воздуха при температуре 30, давлении 0,1 МПа и относительно влажности 0,7. Какое количество воды всасывается двигателем за 1 ч? Задачу решить при помощи диаграммы и привести схему решения.

Задача 26
Во влажном воздухе с параметрами 80 и 5% испаряется вода при отсутствии теплообмена с окружающей средой. Температура воздуха при этом понижается до 40 С. Определить относительную влажность и влагосодержание воздуха в конечном состоянии. Задачу решить при помощи диаграммы и привести схему решения.

Задача 27
От материала, помещенного в сушилку, необходимо отнять 2000 кг воды. Наружный воздух, имея температуру С и относительную влажность, проходит через калорифер и подогревается, а затем поступает в сушилку и выходит из нее при и относительной влажности. Определить количество воздуха, которое необходимо пропустить через сушилку. Задачу решить при помощи диаграммы и привести схему решения.

Задача 28
Для сушки используется воздух с температурой 15 С и относительной влажностью 50%. В калорифере его подогревают до температуры 90 С и направляют в сушилку, откуда он выходит с температурой 30 С. Определить конечное влагосодержание воздуха, расход воздуха и тепла на 1 кг испаренной влаги. Задачу решить при помощи диаграммы и привести схему решения.

Задача 30
Определить относительную влажность, влагосодержание и плотность влажного воздуха при температуре 80 С и парциальном давлении пара 1,5 кПа, если барометрическое давление 0,1 МПа. Задачу решить при помощи диаграммы и привести схему решения.

Контрольная работа 4

Задача 2
Определить скорость истечения, конечные параметры и массовый расход углекислого газа через суживающее сопло с диаметром выходного отверстия 8 мм, если начальные параметры его 8 МПа и 30 С, а давление среды, в которую происходит истечение 0,1 МПа. Потерями, теплообменом со стенками и начальной скоростью газа пренебречь.

Задача 3
Через суживающееся сопло форсунки в цилиндр двигателя внутреннего сгорания подается распыливающий воздух с начальными параметрами 6 МПа и 200 С. Определить скорость истечения, а также удельный объем и температуру воздуха на выходе из сопла, если давление в цилиндре 4 МПа. Потерями, теплообменом со стенками и скоростью на входе в сопло пренебречь.

Задача 4
Воздух с начальными параметрами 0.2 МПа и 20 С вытекает через суживающее сопло в атмосферу (0.1 МПа). Определить скорость и параметры воздуха на выходе из сопла, а также площадь выходного сечения, если расход воздуха 0.5 кг/с. Потерями, теплообменом со стенками и скоростью на входе в сопло пренебречь.

Задача 5
Воздух с начальными параметрами 1 МПа и 20 С вытекает через суживающее сопло в атмосферу. Расход воздуха 5 кг/с. Определить выходной диаметр сопла, если его скоростной коэффициент 0,92. Скоростью воздуха на входе в сопло пренебречь.

Задача 6
Воздух с начальными параметрами 1 МПа и 200 С вытекает в из сопла Лаваля в атмосферу (0,1 МПа). Расход воздуха 6 кг/с. Определить диаметр выходного сечения сопла, если его скоростной коэффициент 0,95. Скоростью воздуха на входе в сопло пренебречь.

Задача 7
К соплам газовой турбины подводятся продукты сгорания топлива с начальными параметрами 1 МПа и 600 С. Давление за соплами МПа. Определить площадь выходного сечения каждого из сопел, если расход продуктов сгорания через него кг/с. Потерями на трение, теплообменом со стенками и скоростью на входе в сопло пренебречь. Для упрощения расчетов продукты сгорания топлива заменить воздухом.

Задача 8
Определить скорость истечения воздуха через сопло Лаваля, если начальные параметры воздуха 0,8 МПа и 700 С, а давление среды на выходе из сопла равно атмосферному ( 0,1 МПа). Скоростной коэффициент сопла 0,92. Скоростью на входе в сопло пренебречь.

Задача 9
Определить длину расширяющейся части сопла Лаваля, через которое происходит истечение воздуха с начальными параметрами 1.6 МПа и 600 С в количестве 6 кг/с в среду с атмосферным давлением (0.1 МПа). Угол конусности принять равным 10, скоростной коэффициент сопла 0.93. Скоростью на входе в сопло пренебречь.

Задача 10
Азот с начальными параметрами 2 МПа и 300 С вытекает в количестве 0.5 кг/с через сопло Лаваля в атмосферу ( 0.1 МПа). Определить площади минимального и выходного сечений сопла, если его скоростной коэффициент 0.9. Скоростью азота на входе в сопло пренебречь.

Задача 11
Определить скорость истечения перегретого пара через суживающее сопло, если начальные параметры пара 0,6 МПа и 350 С, а давление среды, в которую происходит истечение, 0,4 МПа. Скоростью на входе в сопло, потерями и теплообменом со стенками пренебречь.

Задача 12
Определить скорость истечения перегретого пара через суживающееся сопло, если начальные параметры пара 0,6 МПа и 350 С, а давление среды, в которую происходит истечение, 0,1 МПа. Потерями, теплообменом со стенками и скоростью пара на входе в сопло пренебречь.

Задача 13
Как велика скорость истечения перегретого пара через сопло Лаваля, если начальные параметры его 1,4 МПа и 300 С, а конечное давление 0,006 МПа? Чему бы была равна эта скорость, если бы сопло было суживающимся? Теплообменом со стенками, потерями и скоростью пара на входе пренебречь.

Задача 14
Влажный пар с начальными параметрами 1,5 МПа и х=0,95 вытекает из сопла Лаваля в среду с давлением 0,2 МПа в количестве 5 кг/с. Определить площади минимального и выходного сечений сопла, если скоростной коэффициент его 0,95. Скоростью на входе в сопло пренебречь.

Задача 15
Определить диаметры минимального и выходного сечений сопла Лаваля обдувочного аппарата парового котла с расходом сухого насыщенного пара 0,3 кг/с, если начальное давление пара 2 МПа, а конечное 0,1 МПа. Скоростью пара на входе в сопло, потерями и теплообменом со стенками пренебречь.

Задача 16
Производительность парового котла 2 кг/с при давлении 1,4 МПа. Какой должна быть площадь сечения предохранительного клапана, чтобы при внезапном прекращении отбора пара давление не превысило указанной выше величины? Потерей давления на дросселирование и скоростью пара на входе в клапан пренебречь. Пар в барабане котла считать сухим насыщенным, атмосферное давление принять равным 0,1 МПа.

Задача 17
Перегретый пар с параметрами 3 МПа и 400 С расширяется при истечении через сопло Лаваля до давления 0,2 МПа. Определить диаметры минимального и выходного сечения сопла, если расход пара 5 кг/с. Потерями, теплообменом со стенками и скоростью пара на входе в сопло пренебречь.

Задача 18
Перегретый пар с начальными параметрами 1,6 МПа и 300 С вытекает через суживающее сопло в атмосферу (0,1 МПа). Определить скорость истечения, если скоростной коэффициент сопла 0,9. Скоростью на входе в сопло пренебречь.

Задача 19
Влажный пар с начальными параметрами 1.6 МПа и х1=0,98 вытекает через суживающее сопло с площадью выходного сечения 40 мм2 в атмосферу (0,1 МПа). Определить секундный расход пара, если скоростной коэффициент сопла 0,92. Скоростью пара на входе в сопло пренебречь.

Задача 20
Перегретый пар с начальными параметрами 6 МПа и 400 С вытекает через суживающее сопло в атмосферу (0.1 МПа). Определить секундный расход пара, если площадь выходного сечения 30 мм2, а скоростной коэффициент его 0.95. Скоростью пара на входе в сопло пренебречь.

Задача 21
При движении воздуха по трубопроводу его давление понижается вследствие местных сопротивлений от 1 МПа до 0,8 МПа. Пренебрегая скоростью воздуха, определить изменение его энтропии. Найти также удельный объем воздуха до и после его дросселирования в местных сопротивлениях, если температура воздуха на входе в трубопровод 20 С.

Задача 22
Скорость воздуха на входе в трубопровод 8 м/с при параметрах 0,8 МПа и 15 С. Вследствие местных сопротивлений и трения в трубопроводе его давление понижается до 0,6 МПа. Определить скорость на выходе из трубопровода, если диаметр последнего не изменяется. Найти также величину энтальпии воздуха в начале и конце трубопровода и определить погрешность равенства, являющегося в данном случае приближенным.

Задача 23
Пусковой воздух для двигателя Дизеля находится в баллоне при параметрах 5 МПа и 20 С. При подаче воздуха в цилиндр двигателя он дросселируется в вентиле баллона до давления 2,5 МПа и в пусковом клапане двигателя до 1,6 МПа. Определить изменение энтропии воздуха при первом и втором дросселировании, а также удельные объемы его после первого и второго дросселирования. Скоростью воздуха пренебречь.

Задача 24
В баллоне находится кислород при параметрах 15 МПа и 15 С. При выпуске из баллона он дросселируется до 12 МПа. Пренебрегая скоростью кислорода, определить изменение энтропии кислорода при дросселировании, а также его удельные объемы до и после дросселирования.

Задача 25
6 кг азота при начальных параметрах 1,2 МПа и 15С дросселируется так, что объем всего азота становится 1 м3. Определить давление, до какого дросселируется азот, а также изменение его энтропии при дросселировании. Скорость азота при дросселировании не изменяется.

Задача 26
Продукты сгорания топлива с начальными параметрами 1 МПа и 600 С перед поступлением в газовую турбину, работающую на выхлоп в атмосферу (0,1 МПа), дросселируются в регулирующем устройстве до МПа. Определить связанную с этим потерю располагаемого теплопадения, а также изменение энтропии рабочего тела. Для упрощения расчета продукты сгорания заменить воздухом, изменением скорости потока в турбине пренебречь.

Задача 27
Определить потерю эксергии воздуха при дросселировании его с понижением давления от 2 МПа до 1.5 МПа. Температуру окружающей среды принять 20, изменением скорости потока пренебречь.

Задача 28
Природный газ поступает в газопровод постоянного сечения со скоростью 10 м/с при параметрах 0,5 МПа и 20 С. Вследствие дросселирования в запорных устройствах и трения давление его понижается до 0,4 МПа. Определить связанные с этим изменение скорости, энтальпии и температуры потока. Для упрощения расчета природный газ заменить метаном.

Задача 29
Продукты сгорания топлива с параметрами 2МПа и 650 С проходят через регулирующий клапан, где дросселируются до 1,8 МПа, а затем поступают в газовую турбину, где расширяются до атмосферного давления. Определить связанную с этим потерю теоретической мощности турбины, если расход рабочего тела 25 кг/с. Для упрощения расчета продукты сгорания топлива заменить воздухом.

Задача 30
Продукты сгорания топлива с параметрами 1.5 МПа и 700 С дросселируются в регулирующем клапане газовой турбины до 1.2 МПа, а затем расширяются в газовой турбине до атмосферного давления (0.1 МПа) и удаляются в окружающую среду. Определить потерю располагаемой работы, связанную с дросселированием рабочего тела. Для упрощения расчета продукты сгорания топлива заменить воздухом.

Задача 31
Влажный пар с параметрами 1 МПа и 0.9 дросселируется в редукционном клапане до 0.12 МПа. Пренебрегая изменением скорости пара в паропроводе, определить состояние и параметры пара после дросселирования, а также изменение внутренней энергии и энтропии пара в этом процессе.

Задача 32
Перегретый пар с параметрами 2 МПа и 350 С дросселируется в регулирующем клапане паровой турбины до 1.5 МПа, а затем расширяется в ней до 0.004 МПа. Определить потерю располагаемой работы вследствие дросселирования.

Задача 33
В клапанах турбины перегретый пар с параметрами 6 МПа и 400 С дросселируется до 5 МПа, а затем расширяется в турбине до 0,004 МПа. Определить потерю теоретической мощности турбины вследствие дросселирования, если расход пара кг/с.

Задача 34
Определить, до какого давления нужно дросселировать влажный пар с параметрами 1 МПа и х1=0,95, чтобы он стал сухим насыщенным. Определить также изменение внутренней энергии и энтропии пара в этом процессе. Изменением скоростью пара при дросселировании пренебречь.

Задача 35
Перегретый пар с параметрами 5 МПа и 350 С дросселируется до 2 МПа. Определить состояние и параметры пара после дросселирования, а также изменение внутренней энергии и энтропии пара в этом процессе. Скоростью пара и изменением и изменением ее при дросселировании пренебречь.

Задача 36
Параметры влажного пара в магистральном паропроводе 1,4 МПа и х1=0,98. Часть пара перепускается через дроссельный вентиль в паропровод низкого давления, в котором 0,12 МПа. Пренебрегая изменением скорости при дросселировании, определить состояние и параметры пара в паропроводе низкого давления, а также изменение внутренней энергии и энтропии пара при дросселировании.

Задача 37
Перегретый пар с параметрами 1,8 МПа и 250 С дросселируются до 1,0 МПа. Пренебрегая изменением скорости при дросселировании, определить конечное состояние пара и его параметры, а также изменение внутренней энергии и энтропии пара при дросселировании.

Задача 38
Перегретый пар с параметрами 15 МПа и 310 С дросселируется до 1 МПа. Определить конечное состояние пара и его параметры, а также изменение внутренней энергии и энтропии пара при дросселировании.

Задача 39
Влажный пар с параметрами 1,5 МПа и х1=0,85 и скоростью 10 м/с поступает в дроссельный вентиль, где давление его снижается до атмосферного. Считая, что площадь сечения трубопровода не изменяется, определить скорость пара за дроссельным вентилем и вычислить погрешность исходного равенства, связанную с изменением скорости пара вследствие дросселирования.

Задача 40
Перегретый пар с параметрами 3 МПа и 300 С дросселируется в регулирующем клапане до 2,6 МПа, а затем расширяется в турбине, работающей на выхлоп в атмосферу (0,1 МПа). Определить потерю располагаемой работы вследствие дросселирования.

Контрольная работа 5

Задача 2
Определить теоретическую мощность привода одноступенчатого компрессора при изотермическом сжатии воздуха, если производительность его при начальных параметрах 0,1 МПа и 15 С составляет 0,1 м3/с, а конечное давление 0,7 МПа. Определить также расход охлаждающей воды, если температура его повышается в рубашке компрессора на 20С.

Задача 3
Определить теоретическую мощность привода одноступенчатого компрессора при адиабатном сжатии воздуха, если производительность его при начальных параметрах 0,1 МПа и 18 С составляет 15 м3/с, а конечное давление 0,6 МПа.

Задача 4
Сравнить теоретический расход энергии на сжатие 1 кг воздуха в одноступенчатом компрессоре при изотермическом, политропном (1.2 ) и адиабатном сжатии, если начальные параметры 0.1 МПа и 20С, конечное давление 0.8 МПа.

Задача 5
Сравнить теоретический расход энергии на сжатие 1 кг воздуха в одноступенчатом и двухступенчатом компрессорах при политропном сжатии, если начальные параметры 0,1 МПа и 15 С, а конечное давление 1,0 МПа. Изобразить процессы в pv- и Ts- диаграммах.

Задача 6
Сравнить теоретический расход энергии на сжатие 1 кг воздуха в одноступенчатом и двухступенчатом компрессорах при адиабатном сжатии, если начальные параметры 0,1 МПа и 15 С, а конечное давление 1,5 МПа. Изобразить процессы в диаграммах.

Задача 7
Определить необходимое число ступеней поршневого компрессора для сжатия воздуха до давления 35 МПа. если начальные параметры его 0.1 МПа и 15 С, при условии, что во избежание горения смазки конечная температура воздуха не должна превышать 200С и сжатие происходить по политропе (1.3 ). Изобразить процессы сжатия и охлаждения воздуха в pv- и Ts- диаграммах.

Задача 8
Определить теоретическую производительность компрессора (отнесенную к нормальным условиям) при политропном сжатии воздуха, если мощность привода компрессора 40 кВт, начальные параметры 0,1 МПа и 15 С, а конечное давление его 0,6 МПа. Изобразить процесс сжатия в диаграммах.

Задача 9
Определить производительность охлаждаемого компрессора при сжатии воздуха с начальными параметрами 0.1 МПа и 18 до давления 0.8 МПа, если фактически затрачиваемая на его привод мощность 50 кВт, изотермический к.п.д. компрессора 0.8.

Задача 10
Определить производительность неохлаждаемого компрессора при сжатии воздуха с начальными параметрами 0,1 МПа и t1 = 20 до давления 0,6 МПа, если фактически затрачиваемая на его привод мощность 60 кВт, а адиабатный к.п.д. компрессора 0,9.

Задача 11
Для идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания и изохорным подводом тепла определить параметры рабочего тела в характерных точках, термический к.п.д., количество подведенного и отведенного тепла, полезную работу и степень заполнения цикла, если начальные параметры рабочего тела 0,1 МПа и 50С, степень сжатия 7, а степень повышения давления 2,5. Рабочее тело – воздух.

Задача 12
Для идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания и изохорным подводом тепла определить параметры рабочего тела в характерных точках, термический к.п.д., количество отведенного тепла, полезную работу и степень заполнения цикла, если начальные параметры рабочего тела 0,1 МПа и 40С, степень сжатия 6, а количество подведенного тепла 930 кДж/кг. Рабочее тело – воздух.

Задача 13
Для идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с изобарным подводом тепла определить параметры рабочего тела в характерных точках, термический к.п.д, количество подведенного и отведенного тепла, полезную работу и степень заполнения цикла, если начальные параметры рабочего тела 0,1 МПа и 20С, степень сжатия 14 и степень предварительного расширения 1,6. Рабочее тело – воздух.

Задача 14
Для идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с изобарным подводом тепла определить параметры рабочего тела в характерных точках, термический к.п.д, количество отведенного тепла и степень степень заполнения цикла, если начальные параметры рабочего тела 0,1 МПа и 50С, степень сжатия 16 и количество подведенного тепла 800 кДж/кг. Рабочее тело – воздух.

Задача 15
Для идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания со смешанным подводом тепла определить параметры рабочего тела в характерных точках, термический к.п.д, количество подведенного и отведенного тепла, полезную работу и степень заполнения цикла, если начальные параметры рабочего тела 0,1 МПа и 15 С, степень сжатия 8, степень повышения давления 2,5 и степень предварительного расширения 1,3. Рабочее тело – воздух.

Задача 16
Для идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания со смешанным подводом тепла определить параметры рабочего тела в характерных точках, термический к.п.д, количество подведенного и отведенного тепла, полезную работу и степень заполнения цикла, если начальные параметры рабочего тела 0.1 МПа и 40С, степень сжатия 5, количество тепла, подведенного по изохоре, 800 кДж/кг, а количество тепла, подведенного по изобаре, 400 кДж/кг. Рабочее тело – воздух.

Задача 17
Для идеального цикла газотурбинной установки с изобарным подводом тепла без регенерации определить параметры рабочего тела в характерных точках, термический к.п.д., количество подведенного и отведенного тепла, полезную работу и степень заполнения цикла, если начальные параметры рабочего тела 0,1 МПа и 20 С, степень повышения давления 5 и температура газов в конце расширения 375 С. Рабочее тело – воздух.

Задача 18
Для идеального цикла газотурбинной установки с изобарным подводом тепла без регенерации определить параметры рабочего тела в характерных точках, термический к.п.д., количество отведенного тепла, полезную работу и степень заполнения цикла, если начальные параметры рабочего тела 0,1 МПа и 15 С, степень повышения давления 6, а количество подведенного тепла 120 кДж/кг. Рабочее тело – воздух.

Задача 19
Для идеального цикла газотурбинной установки с изобарным подводом тепла с полной регенерацией определить параметры рабочего тела в характерных точках, термический к.п.д., количество подведенного тепла и полезную работу, если начальные параметры рабочего тела 0,1 МПа и 15 С, степень повышения давления и температура рабочего тела в конце подвода тепла 600 С. Сравнить термический к.п.д. данного цикла с термическим к.п.д. такого же цикла без регенерации, а также с термическим к.п.д. цикла Карно для того же интервала температур. Рабочее тело – воздух.

Задача 20
Для идеального цикла газотурбинной установки с изобарным подводом тепла, двухступенчатым сжатием и расширением рабочего тела и полной регенерацией определить параметры рабочего тела в характерных точках, термический к.п.д. цикла, количество подведенного и отведенного тепла и полезную работу, если начальные параметры рабочего тела 0.1 МПа и 20 С, степень повышения давления в компрессорах и понижения давления в турбинах одинаковы и равны 2.5; рабочее тело после первой ступени компрессора охлаждается до начальной температуры, температура рабочего тела в конце расширения в обеих ступенях турбины равна С. Сравнить термический к.п.д. данного цикла с термическим к.п.д. цикла Карно для того же интервала температур. Рабочее тело – воздух.

Задача 21
Электрическая мощность турбогенератора паросиловой установки 25000 кВт. Определить расход пара на турбину, если параметры пара перед ней 3,5 МПа и 400 С, давление в конденсаторе 0,004 МПа, относительный эффективный к.п.д. турбины 0,8 и к.п.д. генератора 0,95. Считать, что установка работает по циклу Ренкина, работой насоса пренебречь.

Задача 22
Параметры пара перед турбиной 9 МПа и 500 С, а давление в конденсаторе 0,004 МПа. Определить состояние пара после расширения в турбине, если ее относительный внутренний к.п.д. 0,85.

Задача 23
Определить термический к.п.д. и степень заполнения цикла Ренкина с учетом работы насоса, если параметры пара перед турбиной 30 МПа и 600 С, а давление в конденсаторе 0,004 МПа.

Задача 24
Сравнить термический к.п.д. цикла Ренкина с учетом работы насоса и без него. В обоих случаях параметры пара перед турбиной 30 МПа и 600 С, а давление в конденсаторе 0,003 МПа.

Задача 25
Сравнить термический к.п.д. циклов Ренкина, осуществленных при одинаковых начальных и конечных давлениях 2 МПа и 0,02 МПа, если в одном случае пар влажный со степенью сухости 0,9, в другом – пар сухой насыщенный, а в третьем – перегретый с температурой 300 С.

Задача 26
Электрическая мощность турбогенератора паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, 12000 кВт. Параметры пара перед турбиной 9 МПа и 450 С; давление в конденсаторе 0.004 МПа. Определить расход топлива на установку, если в котельной сжигается уголь с теплотой сгорания 24000 кДж/кг, к.п.д. котельной установки 0.8, относительный электрический к.п.д. турбогенератора 0.85. Другими потерями пренебречь.

Задача 27
Давление пара перед турбиной 3 МПа, а в конденсаторе 0.004 МПа. Относительный внутренний к.п.д. турбины 0.82. Определить, какова должна быть температура перед турбиной, чтобы влажность пара на выходе из турбины была равна 12%. Задачу решить графоаналитическим методом.

Задача 28
Определить термический к.п.д. и степень заполнения цикла Ренкина с учетом работы насоса, если параметры пара перед турбиной 24 МПа и 560 С, а давление в конденсаторе 0,004 МПа.

Задача 29
Определить теоретическую мощность турбины, работающей на паре с параметрами 3 МПа и 400 С при давлении в конденсаторе 0,004 МПа, если расход пара на нее 100 кг/с.

Задача 30
Сравнить термический к.п.д. двух паросиловых установок, работающих на паре с параметрами 1.4 МПа и 300 С, если у одной из них турбина работает на выхлоп в атмосферу (0.1 МПа) и котел питается водой из внешнего источника с температурой 30 С, а у другой имеется конденсатор с абсолютным давлением 0.004 МПа, а котел питается конденсатом обработавшего пара.

Задача 31
Определить термический к.п.д. и конечную влажность пара для идеального цикла паросиловой установки с промежуточным перегревом пара, если в турбину поступает пар с параметрами 12 МПа и 450 С, вторичный перегрев осуществляется при давлении 2.4 МПа до температуры 450 С и давление в конденсаторе 0.004 МПа. Определить также, какое изменение термического к.п.д. конечной влажности пара дает вторичный перегрев по сравнению с циклом Ренкина для тех же начальных параметрах и конечного давления пара.

Задача 32
В идеальном цикле паросиловой установки с промежуточным перегревом пара на выходе из цилиндра высокого давления турбины давление пара 0.8 МПа и степень сухости 0.98. Вторичный перегрев доводится до такой температуры, что после расширения пара в цилиндре низкого давления до давления 0.004 МПа его степень сухости 0.93. Определить количество тепла, сообщаемое пару во вторичном пароперегревателе.

Задача 33
Паросиловая установка работает по регенеративному циклу с отборами при давлениях 1 и 0,16 МПа, параметры пара перед турбиной 9 МПа и 500 С, давление в конденсаторе 0,004 МПа. Определить термический к.п.д. регенеративного цикла и сравнить его с термическим к.п.д. цикла Ренкина при тех же начальных параметрах и том же конечном давлении пара.

Задача 34
Определить термический к.п.д. цикла паросиловой установки с предельной регенерацией, если пар поступает в турбину с параметрами 3 МПа и 450С, давление в конденсаторе 0,004 МПа.

Задача 35
Определить термический к.п.д. цикла паросиловой установки с регенеративным отбором при давлении 0,3 МПа, если в турбину поступает пар с параметрами 6 МПа и 450С, давление в конденсаторе 0,004 МПа. Определить также относительное количество пара, расходуемое на регенерацию и термический к.п.д. цикла Ренкина при тех же начальных параметрах и конечном давлении пара.

Задача 36
Сравнить термический к.п.д. цикла Ренкина, регенеративного цикла с одним отбором при давлении пара 2,6 МПа и регенеративного цикла с двумя отборами при давлениях пара 2,6 и 0,12 МПа. Для всех трех случаев начальные параметры 18 МПа и 550 С, конечное давление 0,004 МПа.

Задача 37
Определить коэффициент использования тепла топлива на ТЭЦ, а также количество выработанной электроэнергии и тепла, переданного потребителю при сжигании 1 кг угля с теплотой сгорания 30000 кДж/кг. Известно, что к.п.д. котельной установки 0,86, к.п.д. паропровода 0,96, термический к.п.д. установки 0,26, относительный эффективный к.п.д. турбины 0,8, к.п.д. электрического генератора 0,97, к.п.д. теплофикационной сети 0,9. Известно также, что после турбин весь отработавший пар направляется для использования в тепловую сеть и возвращается в виде конденсата с температурой насыщения, соответствующей давлению отработавшего пара.

Задача 38
Сравнить теоретические расходы пара для случаев комбинированной и раздельной выработки электроэнергии и тепла. В обоих случаях параметры пара перед турбиной 3 МПа и 450 С, давление в конденсаторе 0,004 МПа, электрическая мощность установки 50 МВт, тепловая мощность установки 36 МВт. В первом случае пар к тепловому потребителю направляется из отбора турбины при давлении 0,3 МПа, во втором – из котла через редукционный клапан. Температура возвращаемого конденсата в обоих случаях соответствует насыщению при давлении 0,3 МПа.

Задача 39
Параметры пара перед теплофикационной турбиной 3 МПа и 400 С, давление в конденсаторе 0,004 МПа. При давлении 0,3 МПа часть пара отбирается для нужд производства. С производства возвращается конденсат с температурой 60С. Определить теоретическую мощность турбины, если расход пара на нее составляет 30 кг/с, а отпуск тепла на производство – 35 МДж/с.

Задача 40
Параметры пара перед теплофикационной турбиной 6 МПа и 450 С. При давлении 0,6 МПа часть пара отбирается на производство, откуда возвращается конденсат с температурой 50С. Остальной пар расширяется в турбине до давления 0,12 МПа и направляется в теплофикационную сеть, откуда возвращается конденсат с температурой 30С. Определить теоретическую мощность турбины, если расход тепла на производство составляет 14 МВт, а на отопление – 37 МВт.

Министерство высшего и среднего специального образования РСФСР
Ленинградский ордена Трудового Красного Знамени
технологический институт целлюлозно-бумажной промышленности
Кафедра теплосиловых установок и тепловых двигателей
РАСЧЕТ ЦИКЛА ПАРОГАЗОВОЙ УСТАНОВКИ
Методические указания к курсовой работе
по технической термодинамике
для студентов дневного обучения
Факультет - промышленная энергетика
Специальность - 10.07 "Промышленная энергетика"
Ленинград
1989

Стоимость выполнения курсовой работы по технической термодинамике на заказ уточняйте при заказе
Готовы варианты: 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 9, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 19, 20, 21, 23, 29, 31, 36, 39

Курсовая работа

Задание
1. Выполнить тепловой расчет цикла ПГУ;
2. Определить эффективность ПГУ с последовательным отключением деаэратора и подогревателя низкого давления при условии:
а) переменного расхода пара в цикле паротурбинной установки;
б) постоянного расхода пара в цикле паротурбинной установки;
3. Определить эффективность ПГУ при трехступенчатом сжатии воздуха в компрессорной установке.

Сборник задач по технической термодинамике О.М. Рабинович

Решаем на заказ задачи по Технической термодинамике.
Готовы следующие задачи:

Задача 1
Масса 1м³ метана при определенных условиях составляет 0,7 кг.
Определить плотность и удельный объем метана при этих условиях.

Ответ: p=0,7кг/м³,  v=1,43 м³/кг

Задача 2
Плотность воздуха при определенных условиях равна 1,293 кг/м³.
Определить удельный объем воздуха при этих условиях.
Ответ:  v=0,773 м³/кг

Задача 3
В сосуде объемом 0,9 м³ находится 1,5 кг окиси углерода.
Определить удельный объем и плотность окиси углерода при указанных условиях.

Ответ: v=0,6 м³/кг, p=1,67 кг/м³

Задача 5
Давление воздуха, измеренное ртутным барометром, равно 765 мм рт. ст. при температуре ртути t=20⁰C.
Выразить это давление в паскалях.

Ответ: B= 101 640 Па

Задача 6
Определить абсолютное давление в сосуде (рис.1), если показание присоединенного к нему ртутного манометра равно 66,7кПа (500 мм рт. ст.), а атмосферное давление по ртутному барометру составляет 10кПа( 700 мм рт. ст.).
Температура воздуха в месте установки приборов равна 0⁰C.

Ответ: p=0,1667 МПа

Задача 8
Определить абсолютное давление в паровом котле, если манометр показывает 0,245 МПа, а атмосферное давление по ртутному барометру составляет В=93325 Па (700 мм рт.ст.) при t=20⁰С.

Ответ: p_абс=0,388 МПа

Задача 11
Какая высота ртутного столба соответствует 100 кПа?

Ответ: h≈ 750 мм

Задача 12
Определить абсолютное давление в конденсаторе паровой турбины, если показание присоединенного к нему ртутного вакуумметра равно 94 кПа (705 мм рт.ст.), а показание ртутного барометра, приведенное к 0⁰C, В0=99,6 кПа (747 мм рт.ст.). Температура воздуха в месте установки приборов t=20⁰C.

Ответ: p=5,9 кПа

Задача 13
Разрежение в газоходе парового котла измеряется тягомером с наклонной трубкой (рис. 3). Угол наклона трубки а=30°. Длина столба воды, отсчитанная по шкале, l=160 мм.

Определить абсолютное давление газов, если показание ртутного барометра, приведенное к 0°С, В0=98,7 кПа (740 мм рт.ст.)

Ответ: p_абс=97,9 кПа (p_вак=734,1 мм.рт.ст.)

Задача 16
Пользуясь формулой, полученной в предыдущей задаче, определить давление воздуха на высоте 7000м над уровнем моря.

Ответ: p=42,08 кПа

Задача 17
Для предупреждения испарения ртути, пары которой оказывают вредное воздействие на организм человека, обычно при пользовании ртутными манометрами над уровнем ртути наливают слой воды.
Определить абсолютное давление в сосуде, если разность столбов ртути в U-образном манометре составляет 580 мм при температуре ртути 25⁰С, а высота столба воды над ртутью равна 150 мм. Атмосферное давление по ртутному барометру В=102,7 Кпа пи t=25⁰С.

Ответ: p_абс=0,181 МПа

Задача 18
В трубке вакуумметра высота столба ртути со­ставляет 570 мм при температуре ртути 20° С. Над ртутью находится столб воды высотой 37 мм. Барометрическое давление воздуха 97,1 кПа при 15° С.
Найти абсолютное давление в сосуде.

Ответ: p_абс= 20,7 кПа

Задача 19
На рис.4 показана схема измерения расхода жидкостей и газов при помощи дроссельных диафрагм. Вследствие мятия (дросселирования) жидкости при прохождении через диафрагму 1 давление ее за диафрагмой всегда меньше, чем перед ней. По разности давлений (перепаду) перед и за диафрагмой, измеряемой дифференциальным U — образным манометром 2, можно определить массовый расход жидкости по формуле M=af√2(p₁-p₂)p

где α — коэффициент расхода, определяемый экспериментальным путем;
f — площадь входного отверстия диафрагмы в м²;
р₁-р₂ — перепад давления на диафрагме в Па;
ρ — плотность жидкости, протекающей по трубе в кг/м³.
Определить массовый расход воды, измеряемый дроссельным устройством (рис.4), если α=0,8; показание дифференциального манометра р=4,53 кПа (34 мм рт. ст.), ρ=1000 кг/м³, а диаметр входного отверстия диафрагмы d=10 мм.

Ответ: M=0,189 кг/с

Задача 20
Присоединенный к газоходу парового котла тягомер показывает разрежение, равное 780 Па(80мм вод.ст.).
Определить абсолютное давление дымовых газов, если показание барометра В=102658 Па (770 мм.рт.ст.) при t=0⁰C.

Ответ: p=101870Па=764,1 мм.рт.ст.

Задача 21
Тягомер показывает разрежение в газоходе, равное 412Па (42мм.вод.ст.). Атмосферное давление по ртутному барометру  В=100925Па (757мм.рт.ст.) при t=15⁰C .
Определить абсолютное давление дымовых газов.

Ответ: p=100250Па (751,96мм.рт.ст.)

Задача 22
Найти абсолютное давление в газоходе котельного агрегата при помощи тягомера с наклонной трубкой, изображенного на рис.3. Жидкость, используемая в тягомере, - спирт с плотностью р=800 кг/м³. Отсчет ведут по наклонной шкале l=200 мм. Угол наклона трубки a=30⁰. Барометрическое давление В=99325 Па (745 мм рт.ст.) приведено к 0⁰С.

Ответ: p_абс=98,1 кПа (p_вак=739,1мм.рт.ст.)

Задача 23
Для измерения уровня жидкости в сосуде иногда используется устройство, схема которого изображена на рис.5.
Определить уровень бензина в баке, если h=220мм.рт.ст., а его плотность p=840 кг/м³ .

Ответ: H=3,56м

Задача 25
Перевести давление р=15 МПа в 1b/in².

Ответ: p=2175lb·in²

026

Задача 26
Давление в сосуде равно 200 кПа. Выразить это давление в lb/in².

Ответ: p=290 lb/in²

Задача 28
Температура пара, выходящего из перегревателя парового котла, равна 950F. Перевести эту температуру в С.

Ответ: t=510⁰C

Задача 30
Скольким градусам шкалы Цельсия соответствуют температуры 100⁰ и -4⁰F и скольким градусам шкалы Фаренгейта соответствуют температуры 600⁰ и -5⁰C?

Ответ: 100⁰F=37,8⁰C, -4⁰F=-20⁰C, 600⁰C=1112⁰F, -5⁰C=23⁰F

Задача 31
Водяной пар перегрет на 45⁰С. Чему соответствует этот перегрев по термометру Фаренгейта?

Ответ: Δt⁰F= 81⁰F

Задача 34
Определить плотность окиси углерода (СО) при p=0.1 МПА и t=15⁰C

Ответ: p=1,17 кг/м³

Задача 35
Найти плотность и удельный объем двуокиси углерода (CO₂) при нормальных условиях.

Ответ: p=1,964 кг/м³,  v_н=0,509 м³/кг

Задача 36
Определить удельный объем кислорода при давлении p=2,3 МПа и температуре t=280⁰C.
Ответ:  v=0,0625 м³/кг

Задача 37
Плотность воздуха при нормальных условиях p_н=1,293кг/м³ .
Чему равна плотность воздуха при давлении p=1б5МПа и температуре t=20⁰C.

Ответ: p=17,82 кг/м³

Задача 38
Определить массу углекислого газа в сосуде с объемом V=4м³ при t=80⁰C. Давление газа по манометру равно 0,04МПа . Барометрическое давление B=103990Па.

Ответ: M=8,6кг

Задача 39
В цилиндре с подвижным поршнем находится 0,8м³ воздуха при давлении p₁=0,5МПа. Как должен измениться объем, чтобы при повышении давления до 0,8МПа температура воздуха не изменилась?

Ответ: V₂=0,5м³

Задача 40
Дымовые газы, образовавшиеся в топке парового котла, охлаждаются с 1200 до 250⁰С.
Во сколько раз уменьшается их объем, если давление газов в начале и в конце газоходов одинаково?

Ответ: V₁/V₂=2,82 раза

Задача 41
Во сколько раз объем определенной массы газа при -20⁰C меньше, чем при +20⁰C, если давление в обоих случаях одинаковое?

Ответ: в 1,16 раза

Задача 42
Во сколько раз изменится плотность газа в сосуде, если при постоянной температуре показание манометра уменьшится от р₁=1,8 МПа до р₂=0,3 МПа?
Барометрическое давление принять равным 0,1 МПа.

Ответ: p₂=0,221p₁

Задача 43
В воздухоподогреватель парового котла подается вентилятором 130 000 м³/ч воздуха при температуре 30⁰С.
Определить объемный расход воздуха на выходе из воздухоподогревателя, если он нагревается до 400⁰С при постоянном давлении.

Ответ: V₂=288745,9 м³/ч

Задача 44
Найти газовую постоянную для кислорода, водо­рода и метана (СН₄).

Ответ: R₀₂=259,8 Дж/(кг·К); R_H2=4157 Дж/(кг·К); R_CH4=519,6 Дж/(кг·К)

Задача 46
Определить массу кислорода, содержащегося в бал­лоне емкостью 60 л, если давление кислорода по манометру равно 1,08 МПа, а показание ртутного барометра — 99 325 Па при температуре 25⁰С.

Ответ: M=0,9 кг

Задача 47
В сосуде находится воздух под разрежением 10кПа при температуре 0⁰С . Ртутный барометр показывает 99725 Па при температуре ртути 20⁰С.
Определить удельный объем воздуха при этих условиях.

Ответ: v=0,876 м³/кг

Задача 48
Какой объем будут занимать 11 кг воздуха при давлении р=0,44 МПа и температуре t=18°С?

Ответ: V=2,086 м³

Задача 50
В цилиндре диаметром 0,6м содержится 0,41м³ воздуха при p=0,25 и t₁=35⁰C .
До какой температуры должен нагреваться воздух при постоянном давлении, чтобы движущийся без трения поршень поднялся на 0,4м?

Ответ: t₂=117,6⁰C

Решение задачи на 2х страницах

Задача 51
В цилиндрическом сосуде, имеющем внутренний диаметр d= 0,6м и высоту Н = 2,4м, находится воздух при температуре 18°С. Давление воздуха составляет 0,765 МПа. Барометрическое давление (приведенное к нулю) равно 101 858 Па.
Определить массу воздуха в сосуде.

Ответ: М=7,052кг

Задача 54
Резервуар объемом 4м³ заполнен углекислым газом. Найти массу и силу тяжести (вес) газа в резервуаре, если избыточное давление газа p=0,4бар , температура его t=80⁰C, а барометрическое давление воздуха B=780мм рт.ст.

Ответ: M=8,64кг, G=84,8H

Задача 55
Определить плотность и удельный объем водяного пара при нормальных условиях, принимая условно, что в этом состоянии пар будет являться идеальным газом.

Ответ: p_H=0,8035м³/к,  v_H=1,244 м³/кг

Задача 56
Какой объем занимают 10 азота при нормальных условиях?

Ответ: uV=224м³

Задача 57
Какой объем займет 1 кмоль газа при p = 2 МПа и t = 200⁰С?

Ответ: 1,967 м³/кмоль

Задача 58
При какой температуре 1 кмоль газа занимает объем V=4 м³, если давление газа р=1 кПа?

Ответ: t=198⁰C

Задача 60
При какой температуре плотность азота при давлении 1,5 МПА будет равна 3 кг/м³?

Ответ: t=1411⁰C

Задача 63
Во сколько раз больше воздуха (по массе) вмещает резервуар при 10° С, чем при 50° С, если давление остается неизменным?

Ответ: в 1,14 раза

Задача 64
Баллон емкостью 0,9м³ заполнен воздухом при температуре 17⁰С . Присоединенный к нему вакуумметр показывает разрежение 80кПа.
Определить массу воздуха в баллоне, если показание барометра равно 98,7кПа.

Ответ: М=0,2018кг

Задача 65
Масса пустого баллона для кислорода емкостью 50л равна 80кг. Определить массу баллона после заполнения его кислородом при температуре t=20⁰C до давления 100бар. u=32кг/кмоль; R=8314Дж/(кмоль·градус)

Ответ: М=86,57кг

Задача 66
Для автогенной сварки использован баллон кислорода емкостью 100л .
Найти массу кислорода, если его давление p=12МПа и температура t=16⁰С.

Ответ: M_О2=16кг

Задача 67
Определить подъемную силу воздушного шара, наполненного водородом, если объем его на поверхности земли равен lм³ при давлении p=100кПа и температуре t=15⁰C.

Ответ: G=11,1H

Задача 68
Определить необходимый объем аэростата, наполненного водородом, если подъемная сила, которую он должен иметь на максимальной высоте Н=7000м, равна 39240Н.
Параметры воздуха на указанной высоте при­нять равными:
р=41кПа, t= —30° С.
Насколько уменьшится подъемная сила аэростата при заполнении его гелием? Чему равен объем аэростата V₂ на поверхности земли при давлении р=98,1 кПа и температуре t= 30° С?

Ответ: V₁=7300,5м³; ΔF=-2906H; V₂=3805м³

Задача 69
Газохранилище объемом V=100 м³ наполнено газом коксовых печей (на рис 6).

Определить массу газа в газохра­нилище, если t=20° С, В=100 кПа, а показание манометра, установленного на газохранилище, р=133,3 кПа. Газовую постоянную коксового газа принять равной 721 Дж/(кг*К).

Ответ: М=110,4 кг

Задача 72
Воздух, заключенный в баллон емкостью 0,9 м³, выпускают в атмосферу. Температура его вначале равна 27⁰С.
Найти массу выпущенного воздуха, если начальное давление в баллоне составляло 9,32 МПа, после выпуска - 4,22 МПа, а температура воздуха снизилась до 17⁰С.

Ответ: 51,8 кг.

Задача 73
По трубопроводу протекает 10м³/с кислорода при температуре t=127⁰С и давлении p=0,4 МПа .
Определить массовый расход газа в секунду.

Ответ: M=38,5 кг

Задача 74
Поршневой компрессор всасывает в минуту 3 м³ воздуха при температуре t=17° С и барометрическом давлении В=100 кПа и нагнетает его в резервуар, объем которого равен 8,5 м³.
За сколько минут компрессор поднимет давление в резервуаре до 0,7 МПа, если температура в нем будет оставаться постоянной? Начальное давление воздуха в резер­вуаре составляло 100 кПа при температуре 17° С.

Ответ: t=17 мин

Задача 75
Дутьевой вентилятор подает в топку парового котла 102000 м³/ч воздуха при температуре 300 ºС и давлении 20,7 кПа. Барометрическое давление воздуха в помещении В=100,7 кПа.
Определить часовую производительность вентилятора в м³ (при нормальных условиях).

Ответ: Q=48 940 м³/ч

Задача 76
Компрессор подает сжатый воздух в резервуар, причем за время работы компрессора давления в резервуаре повышается от атмосферного до 0,7 МПа, а температура – от 20 до 25⁰С. Объем резервуара V=56 м³. Барометрическое давление, приведенное к 0⁰С, B₀=100 кПа.
Определить массу воздуха, поданного компрессором в резервуар

Ответ: М=391,7 кг

Задача 78
В 1м³ сухого воздуха содержится примерно 0,21м³ кислорода и 0,79м³ азота.
Определить массовый состав воздуха, его газовую постоянную и парциальные давления кислорода и азота.

Ответ: g_O2=0,233; g_N2=0,767; R=288,3 Дж/(кг·К); p_N2=0,79p_см; p_O2=0,21p_см

Задача 80
Определить газовую постоянную смеси газов, состоящей из 1 м³ генераторного газа и 1,5 м³ воздуха, взя­тых при нормальных условиях, и найти парциальные давления составляющих смеси. Плотность генераторного газа р принять равной 1,2 кг/м³.

Ответ: R=295,3 Дж/(кг·К); p_в=0,6·p_см; p_г.г.=0,4·p_см

Решение задачи на 2х страницах

Задача 82
Генераторный газ имеет следующий объемный состав: Н₂=7,0% ; СН₄=2,0%; СО=27,6% ; С0₂=4,8% ; N₂=58,6% .
Определить массовые доли, кажущуюся молекулярную массу, газовую постоянную, плотность и парциальные давления при 15° С и 0,1 МПа.

Ответ: u=26,71 кг/моль; g_H2=0,005; g_CH4=0,012; g_CO=0,289; g_CO2=0,079; g_N2=0,615; R=311,3 Дж/(кг·К); p=1,115 кг/м³; p_H2=7000Па; p_CH4=2000Па; p_CO=27600Па; p_CO2=4800Па; p_N2=58600Па

Решение задачи на 2х страницах

Задача 83
Газ коксовых печей имеет следующий объемный состав: Н₂=57%, СН₄=23%, СО=6%, СО2=2%, N₂=12%.
Найти кажущуюся молекулярную массу, массовые доли, газовую постоянную плотность и парциальные давления при 15⁰С и 100 КПа.

Ответ: u=10,74 кг/моль; g_H2=0,016; g_CH4=0,343; g_CO=0,156; g_CO2=0,082; g_N2=0,313; R=774,1 Дж/(кг·К); p=0,448 кг/м³; p_H2=57кПа; p_CH4=23кПа; p_CO=6кПа; p_CO2=2кПа; p_N2=12кПа

Решение задачи на 2х страницах

Задача 84
Генераторный газ состоит из следующих объемных частей: H₂=18%, СО=24%, СО₂=6%, N₂=52%.
Определить газовую постоянную генераторного газа и массовый состав входящих в смесь газов.

Ответ:  g_H2=0,015;  g_CO=0б276; g_CO2=0б109; g_N2=0б600; R=342,4 Дж/(кг·К)

Задача 85
В цилиндр газового двигателя засасывается газовая смесь, состоящая из 20 массовых долей воздуха и одной доли коксового газа. Найти плотность и удельный объем смеси при нормальных условиях, а также парциальное давление воздуха в смеси (данные о коксовом газе приведены в тавлице IV, см.приложения).

Ответ: p_Н=1,206 кг/м³; v_Н=0,829 м³/кг; p_ввод=89,9 кПа

Задача 87
Определить газовую постоянную, плотность при нормальных условиях и объемный состав смеси, если ее массовый состав следующий:
Н₂=8,4% ; СН₄=48,7%; С₂Н₄=6,9%; СО=17%; С0₂=7,6% ; 0₂=4,7% ; N₂=6,7%

Ответ: R=719,7 Дж(кг·К); p_H=0,51 кг/м³; r_H2=0,485; r_CH4=0,352; r_C2H4=0,028; r_CO=0,07; r_CO2=0,02; r_O2=0,017; r_N2=0,028

Решение задачи на 2х листах

Задача 88
Найти газовую постоянную, удельный объем газовой смеси и парциальные давления ее составляющих, если объемный состав смеси следующий: СО₂=12%; СО=1%; Н₂О=6%; О₂=7%; N₂=74%, а общее давление ее р=100 КПа .

Ответ: R=291,3 Дж/(кг·К); v=0,795 м³/кг; p_CO2=12000Па

Задача 89
В резервуаре емкостью 125 м³ находится коксовый газ при давлении р=0,5 МПа и температуре t=18° С. Объемный состав газа следующий:
r_н2=0,46; r_сн4=0,32; r_со=0,15; r_N2=0,07.
После израсходования некоторого количества газа давление его понизилось до 0,3 МПа, а температура — до 12° С.
Определить массу израсходованного коксового газа.

Ответ: ΔM=120,71 кг

Задача 90
Массовой состав смеси следующий: CO₂=18%; O₂=12% N₂=70% До какого давления нужно сжать эту смесь, находящуюся при нормальных условиях, чтобы при t=180⁰C 8 кг ее занимали объем, равный 4м³

Ответ: p=0,247 МПа

Задача 91
Определить массовый состав газовой смеси, состоящей из углекислого газа и азота, если известно, что парциальное давление углекислого газа p_CO2 = 120 кПа, в давление смеси p_см = 300 кПа.

Ответ: g_N2=0,488; g_CO2=0,512

Задача 92
Газовая смесь имеет следующий массовый состав: С0₂=12% ; О₂=8% , N₂=80%.
До какого давления нужно сжать эту смесь, находящуюся при нормальных условиях, чтобы плотность ее составляла 1,6 кг/м³?

Ответ: p=0,123 МПа

Задача 94
Определить значение массовой теплоемкости кислорода при постоянном давлении и постоянном объеме, считая с= const.

Ответ: c_p=0,9159кДж/(кг·К); c_v=0,6541кДж/(кг·К)

Задача 96
Определить среднюю массовую теплоемкость углекислого газа при постоянном давлении в пределах 0-825⁰С, считая зависимость от температуры нелинейной.

Ответ: (C_рт)⁸²⁵₀=1,090 кДж/(кг·К)

Задача 97
Вычислить значение истинной мольной теплоемкости кислорода при постоянном давлении для температуры 1000° С, считая зависимость теплоемкости от температуры линейной. Найти относительную ошибку по сравнению с табличными данными.

Ответ: u_cp=36,5508 кДж/(кмоль·К); δ(uc^табл_р)=1,77%

Задача 101
Вычислить среднюю теплоемкость с_pm и с'_pm в пределах 200—800°С для СО, считая зависимость тепло­емкости от температуры линейной.

Ответ: c_pm|^t2_t1=1,1261 кДж/(кг·К); с'_vm|^t2_t1=1,037 кДж/(кг·К)

Задача 103
Найти среднюю теплоемкость с_рm и с'_рm углекис­лого газа в пределах 400— 1000° С, считая зависимостьтеплоемкости от температуры нелинейной.

Ответ: c_pm|^t2_t1=1,1258 кДж/(кг·К); с'_pm|^t2_t1=2,392 кДж/(кг·К)

Задача 104
Определить среднюю массовую теплоемкость при постоянном объеме для азота в пределах 200-800С, считая зависимость теплоемкости от температуры нелинейной.

Ответ:  с_vm|^t2=800C_t1=200C=0,8167 кДж/(кг·К)

Задача 105
Определить среднюю массовую теплоемкость при постоянном объеме для азота в пределах считая зависимость теплоемкости от температуры нелинейной, если известно, что средняя мольная теплоемкость азота при постоянном давлении может быть определена по формуле
μc_pm=28,7340 + 0,0023488t

Ответ: с_υm= 0,8122 кДж/(кг·К)

Воздух в количестве 6 м³ при давлении рi=0,3 МПа и температуре ti=25° С нагревается при постоянном давлении до t2=130° С.
Определить количество подведенной к воздуху теплоты, считая с= соnst.

Задача 108
Воздух охлаждается от 1000 до 100° С в процессе с постоянным давлением.
Какое количество теплоты теряет 1 кг воздуха? Задачу решить, принимая теплоемкость воздуха постоянной, а также учитывая зависимость теплоемкости от темпе­ратуры. Определить относительную ошибку, получаемую в первом случае.

Ответ: Q=-911,9 кДж; Q'=-990,1 кДж; δQ=7,9%

Задача 110
Пользуясь формулой, полученной в предыдущей задаче, определить истинную мольную теплоемкость кислорода при постоянном давлении для температуры 700⁰С.
Сравнить полученное значение теплоемкости со значением его, взятым из таблиц.

Ответ: u_cp1=38,46622 кДж/(кг·К), u_cp2=34,746 кДж/(кг·К), e=9,7%

Задача 113
Газовая смесь имеет следующий состав по объему:
СО₂=0,12; О₂=0,07; N₂=0,75;Н₂О=0,06.
Определить среднюю массовую теплоемкость c_pm, если смесь нагревается от 100 до 300° С.

Ответ: c_pm|^t2_t1=1,0928 кДж/(кг·К)

Задача 114
В регенеративном подогревателе газовой турбины воздух нагревается от 150 до 600⁰С .
Найти количество теплоты, сообщенное воздуху в единицу времени, если расход его составляет 360 кг/ч. Зависимость теплоемкости от температуры принять нелинейной.

Ответ: Q=47,84 кДж/с

Задача 116
Продукты сгорания топлива поступают в газоход парового котла при температуре газов t'_г=1100⁰С и покидают газоход при температуре . Состав газов по объему: r_CO2=11%; r_O2=6%; r_H2O=8%; r_N2=75%
Определить, какое количество теплоты теряет 1м³ газовой смеси, взятой при нормальных условиях.

Ответ: q=658,9 кДж/м³

Задача 117
Для использования теплоты газов, уходящих из паровых котлов, в газоходах послед­них устанавливают воздухоподогреватели. Газы протекают внутри труб и подогревают воз­дух, проходящий поперек тока (рис 7).
При испытании котельного агрегата были получены следующие данные:
температура газов соответственно на входе и на выходе из воздухоподогревателя t'_r=350° С, t''_r=160° С;
температура воздуха соответственно на входе и на выходе из воздухоподогревателя t'_в=20° С, t"_в=250° С;
объемный состав газов, проходящих через воздухопо­догреватель;
СО₂=12%; О₂=6 %; Н₂0=8 %; N₂=74%;
расход газов V_rн=66000 м³/ч.

Определить расход воздуха. Принять, что вся отданная газами теплота воспринята воздухом. Потерями давления воздуха в воздухоподогревателе пренебречь.

Ответ: V_вн=59810 м³/ч

Решение задачи на 2х страницах

Задача 118
Найти часовой расход топлива, который необходим для работы паровой турбины мощностью 25 Мвт, если теплота сгорания топлива Q^р_н=33,85 МДж/кг и известно, что на превращение тепловой энергии в механическую используется только 35% теплоты сожженного топлива.

Ответ: В=7,6 т/ч

Задача 120
Мощность турбогенератора 12000 кВт, к.п.д. генератора 0,97. Какое количество воздуха нужно пропустить через генератор для его охлаждения, если конечная температура воздуха не должна превышать 55⁰С?
Температура в машинном отделении равна 20⁰С, среднюю теплоемкость воздуха C_pm принять равной 1,0 кДж/(кг*К).

Ответ: m=10,29 кг/с

Задача 122
Теплота сгорания топлива, выражаемая в кДж/кг, может быть также выражена в кВт·ч/кг.
Принимая теплоту сгорания нефти равной 41900 кДж/кг, каменного угля 29300 кДж/кг, подмосковного бурого угля 10600 кДж/кг, выразить теплоту сгорания перечисленных топлив в кВт·ч/кг.

Ответ: Q_нефть=11,64 кВт·ч/кг; Q_кам.уг=8,14 кВт·ч/кг; Q_бур.у=2,94 кВт·ч/кг

Задача 123
Использование атомной энергии для производства тепловой или электрической энергии в техническом отношении означает применение новых видов топлив – ядерных горючих. Количество энергии, выделяющейся при расщеплении 1 кг ядерных горючих, может быть условно названо их теплотой сгорания. Для урана эта величина 22,9 млн. кВт-ч/кг .
Во сколько раз уран как горючее эффективнее каменного угля с теплотой сгорания 27 500 кДж/кг?

Ответ: N=3·10⁶раз

Задача 124
Важнейшим элементом атомной электростанции является реактор, или атомный котел. Тепловой мощностью реактора называют полное количество теплоты, которое выделяется в нем в течение 1 ч. Обычно эту мощность выражают в киловаттах.
Определить годовой расход ядерного горючего для реактора с тепловой мощностью 500000 кВт, если теплота сгорания применяемого для расщепления урана равна 22,9·10⁶ кВт·ч/кг, а число часов работы реактора составляет 7000.

Ответ: В=153 кг в год