5.2. Практические задания.
Задание 5.2.1.
Перегретый пар при р1=3,0МПа и t1=350оС адиабатно расширяется до р2=0,2 МПа. Пользуясь is-диаграммой (рис.5.2) определить 1, i1, i2, 2, x2, работу расширения и изменение внутренней энергии в этом процессе.
Решение:
На is-диаграмме на пересечении изобары р1=3,0 МПа и изотермы t1=350оС находим точку 1 (рис.5.4), характеризующую начальное состояние, которому на вертикальной оси соответствует i1=3110 кДж/кг. Адиабатный процесс будет изображаться вертикальной линией (s = const) до пересечения с изобарой р2=0,2 МПа. Точка 2 характеризует конечное состояние пара, для которого х2=0,93 и i2=2550 кДж/кг.
Рис.5.4. is-диаграмма адиабатного расширения
Температура пара в точке 2 определится изотермой, которая проходит через эту точку, т.е. изотермой, которая проходит через точку пересечения изобары 0,2 МПа с пограничной кривой х = 1 (t2 = 120 oC). Удельные объемы 1 и 2 определяются значениями изохор, проходящими через точки 1 и 2: 1=0,09 м3/кг; 2=0,83 м3/кг. Изменение внутренней энергии в процессе будет равно
кДж/кг
Работа в процессе будет равна
l = - ∆u =456 кДж/кг
Задание 5.2.2.
Атмосферный воздух с температурой t1=25oC и 1 =55% подогревается в калорифере до температуры t2=80oC и поступает в сушильную камеру, откуда выходит с температурой t3=35oC. С помощью id-диаграммы определить конечное влагосодержание воздуха, теоретический расход теплоты и воздуха на 1 кг испаренной влаги.
Решение:
а
id-диаграмме
находим начальное состояние воздуха
на пересечении изотермы t1=25
oC
с 1=55%
(точка
1,
рис. 5.5), для которой d1=10,2
г/кг с.в., i1=52
кДж/кг.с.в. Состояние воздуха после
подогрева определяется точкой
2
на пересечении d1=const
и t2=80oC.
Из этой точки проводим линию i2=const
до пересечения с t3=35oC,
где определяем точку
3,
характеризующую состояние воздуха
после сушильной камеры. Для этой точки
d3=28,0
г/кг.с.в.; i2=i3=110
кДж/кг.с.в.; 3=80%.
Таким образом, на 1 кг сухого воздуха испаряется влаги
∆d = d3 – d1 = 28,0 – 10,2 = 17,8 г/кг.с.в.
Для испарения 1 кг влаги потребуется сухого нагретого воздуха
mс.в. = 1000 : 17,8 = 56,18 кг.с.в.
Расход теплоты в калорифере на нагрев 1 кг.с.в. составляет:
q=i3 – i1 = 110 – 52 = 58 кДж/кг
Расход теплоты на 1 кг испаренной влаги
Q= q.mс.в.= 58 . 56,18 = 3258,44 кДж
6. Задания для выполнения
РАСЧЕТНО-ГРАФИЧЕСКОЙ РАБОТЫ
Задание №1.
Определить абсолютное давление газа в сосуде, если показания ртутного манометра ризб, а показания барометра ратм. Оба прибора находятся при температуре 0 оС. Давление выразить в барах.
Исходные данные задания выбираются по последним двум цифрам зачетки.
Исходные данные задания № 1
Предпоследняя цифра зачетки |
ризб, мм.рт.ст. |
Последняя цифра зачетки |
ратм, мм.рт.ст. |
0 |
360 |
9 |
740 |
1 |
362 |
8 |
742 |
2 |
364 |
7 |
744 |
3 |
366 |
6 |
746 |
4 |
368 |
5 |
748 |
5 |
370 |
4 |
750 |
6 |
372 |
3 |
752 |
7 |
374 |
2 |
754 |
8 |
376 |
1 |
756 |
9 |
378 |
0 |
758 |
Задание № 2
Для определения теплоты сгорания топлива в калориметрической бомбе применяется кислород из баллона объемом Vбаллон,м3 при абсолютном давлении рбаллон, бар и температуре Т=300оК. Определить, на сколько зарядов хватить кислорода, если объем бомбы Vбомба, м3, а абсолютное давление кислорода в бомбе рбомба , бар при той же температуре. Давление перевести в Па.
Исходные данные задания выбираются по последним двум цифрам зачетки.
Исходные данные задания № 2
Предпоследняя цифра зачетки |
Vбаллон,м3 |
рбаллон, бар |
Последняя цифра зачетки |
Vбомба, м3 |
рбомба , бар |
0 |
0,004 |
110 |
9 |
0,0002 |
20 |
1 |
0,008 |
115 |
8 |
0,0004 |
25 |
2 |
0,012 |
120 |
7 |
0,0006 |
30 |
3 |
0,016 |
125 |
6 |
0,0008 |
35 |
4 |
0,020 |
130 |
5 |
0,0010 |
40 |
5 |
0,024 |
135 |
4 |
0,0012 |
45 |
6 |
0,028 |
140 |
3 |
0,0014 |
50 |
7 |
0,032 |
145 |
2 |
0,0016 |
55 |
8 |
0,036 |
150 |
1 |
0,0018 |
60 |
9 |
0,040 |
155 |
0 |
0,0020 |
65 |
Задание №3
Определить массу кислорода в баллоне емкостью V м3 при давлении р бар и температуре t оС. Давление выразить в Па, температуру в оК.
Исходные данные задания выбираются по последним двум цифрам зачетки.
Исходные данные задания № 3
Предпоследняя цифра зачетки |
V,м3 |
Последняя цифра зачетки |
р, бар |
Предпоследняя цифра зачетки |
t, оС |
0 |
0,2 |
1 |
110 |
0 |
10 |
1 |
0,4 |
2 |
115 |
1 |
15 |
2 |
0,6 |
3 |
120 |
2 |
20 |
3 |
0,8 |
4 |
125 |
3 |
25 |
4 |
1,0 |
5 |
130 |
4 |
30 |
5 |
1,2 |
6 |
135 |
5 |
35 |
6 |
1,4 |
7 |
140 |
6 |
40 |
7 |
1,6 |
8 |
145 |
7 |
45 |
8 |
1,8 |
9 |
150 |
8 |
50 |
9 |
2,0 |
0 |
155 |
9 |
55 |
Задание 4.
Объемные
доли компонентов смеси углекислого
газа
%
и кислорода
%.
Давление смеси рсм,
МПа температура t,
оС.
Найти парциальные давления компонентов,
массовые доли компонентов, молекулярную
массу и газовую постоянную смеси, а
также плотность смеси.
Исходные данные задания выбираются по последним двум цифрам зачетки.
Исходные данные задания № 4
-
Предпоследняя цифра зачетки
%
%
Последняя цифра зачетки
рсм, МПа
Предпоследняя цифра зачетки
t, оС
1
20
80
0
0,074
1
100
2
22
78
9
0,076
2
110
3
24
76
8
0,078
3
120
4
26
74
7
0,080
4
130
5
28
72
6
0,082
5
140
6
30
70
5
0,084
6
150
7
32
68
4
0,086
7
160
8
34
66
3
0,088
8
170
9
36
64
2
0,090
9
180
0
38
62
1
0,092
0
190
Задание 5
Определить
средние мольную, объемную и массовые
теплоемкости в процессах при постоянном
давлении и постоянном объеме в интервале
температур от t1=0оС
до
t2
для смеси газов, имеющей следующий
объемный состав в % от всей смеси:
.
Исходные данные задания выбираются по последним двум цифрам зачетки.
Исходные данные задания № 5
Предпоследняя цифра зачетки |
% |
% |
% |
% |
Последняя цифра зачетки |
t2, oC |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
1 |
10 |
0 |
87 |
3 |
0 |
1300 |
2 |
9 |
1 |
86 |
4 |
9 |
1390 |
3 |
8 |
2 |
85 |
5 |
8 |
1380 |
4 |
7 |
3 |
84 |
6 |
7 |
1370 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
5 |
6 |
4 |
83 |
7 |
6 |
1360 |
6 |
5 |
5 |
82 |
8 |
5 |
1350 |
7 |
4 |
6 |
81 |
9 |
4 |
1340 |
8 |
3 |
7 |
80 |
10 |
3 |
1330 |
9 |
2 |
8 |
79 |
11 |
2 |
1320 |
0 |
1 |
9 |
78 |
12 |
1 |
1310 |
Задание №6
В баллоне объемом V м3 содержится воздух при абсолютном давлении р1 н/м2 и температуре t1 оС. Определить конечное давление, количество теплоты и изменение энтропии при повышении температуры воздуха до t2 oC.
Исходные данные задания выбираются по последним двум цифрам зачетки.
Исходные данные задания № 6
-
Предпоследняя цифра зачетки
,
м3р1,
н/м2
Последняя цифра зачетки
t1, оС
t2, оС
1
0,12
1.105
0
50
600
2
0,14
2.105
9
150
650
3
0,16
3.105
8
200
700
4
0,18
4.105
7
250
750
5
0,20
5.105
6
300
800
6
0,22
6.105
5
350
850
7
0,24
7.105
4
400
900
8
0,26
8.105
3
450
950
9
0,28
9.105
2
500
1000
0
0,30
1.106
1
550
1050
Задание №7.
m кг воздуха при постоянном абсолютном давлении р бар и температуре Т1 оК расширяется до конечной температуры Т2 оК. Определить конечный объем воздуха, количество подведенной теплоты, работу расширения.
Исходные данные задания выбираются по последним двум цифрам зачетки.
Исходные данные задания № 7
-
Предпоследняя цифра зачетки
m, кг
p,
бар
Последняя цифра зачетки
Т1, оК
Т2, оК
1
2
1
0
300
900
2
6
2
9
350
950
3
10
3
8
400
1000
4
14
4
7
450
1050
5
18
5
6
500
1100
6
22
6
5
550
1150
7
26
7
4
600
1200
8
30
8
3
650
1250
9
34
9
2
700
1300
0
38
10
1
750
1350
Задание № 8
m кг воздуха при абсолютном давлении р1 бар и температуре Т оК расширяется при постоянной температуре, при этом объем увеличивается в 4 раза. Определить начальные и конечные параметры воздуха, количество подведенной теплоты и работу расширения.
Исходные данные задания выбираются по последним двум цифрам зачетки.
Исходные данные задания № 8
-
Предпоследняя цифра зачетки
m, кг
p1,
бар
Последняя цифра зачетки
Т,оК
V2, м3
1
5
1
0
300
V2=2V1
2
10
2
9
350
V2=3V1
3
15
3
8
400
V2=4V1
4
20
4
7
450
V2=5V1
5
25
5
6
500
V2=6V1
6
30
6
5
550
V2=7V1
7
35
7
4
600
V2=8V1
8
40
8
3
650
V2=9V1
9
45
9
2
700
V2=10V1
0
50
10
1
750
V2=11V1
Задание № 9
Построить кривые изохорного и изобарного процессов нагревания воздуха в координатах р при изменении температуры Т1 оК до Т2 оК (шаг температур - 100оК):
Исходные данные задания выбираются по последним двум цифрам зачетки.
9.1. Изохорный процесс =const.
Исходные данные задания № 9.1
-
Предпоследняя цифра зачетки
V,м3
p1,
н/м2
Последняя цифра зачетки
Т1, оК
Т2,
оК
1
0,4
1.105
0
450
850
2
0,6
2.105
9
500
900
3
0,8
3.105
8
550
950
4
1,0
4.105
7
600
1000
5
1,2
5.105
6
650
1050
6
1,4
6.105
5
700
1100
7
1,6
7.105
4
750
1150
8
1,8
8.105
3
800
1200
9
2,0
9.105
2
850
1250
0
2,2
10.105
1
900
1300
9.2. Изобарный процесс p=const
Исходные данные задания № 9.2
-
Предпоследняя цифра зачетки
V1,м3
p,
бар
Последняя цифра зачетки
Т1, оК
Т2,
оК
1
0,5
1,5
0
450
850
2
1,0
2,0
9
500
900
3
1,5
2,5
8
550
950
4
2,0
3,0
7
600
1000
5
2,5
3,5
6
650
1050
6
3,0
4,0
5
700
1100
7
3,5
4,5
4
750
1150
8
4,0
5,0
3
800
1200
9
4,5
5,5
2
850
1250
0
5,0
6,0
1
900
1300
Задание 10.
Перегретый пар при р1 МПа и t1 оС адиабатно расширяется до р2 МПа. Пользуясь is-диаграммой (рис.4.2) определить 1, i1, i2, 2, x2, работу расширения и изменение внутренней энергии в этом процессе.
Исходные данные задания выбираются по последним двум цифрам зачетки.
Исходные данные задания № 10
-
Предпоследняя цифра зачетки
р1, МПа
р2,
МПа
Последняя цифра зачетки
t1, оC
1
1,0
0,05
0
300
2
2,0
0,10
9
325
3
3,0
0,15
8
350
4
4,0
0,20
7
375
5
5,0
0,25
6
400
6
6,0
0,30
5
425
7
7,0
0,35
4
450
8
8,0
0,40
3
475
9
9,0
0,45
2
500
0
10,0
0,50
1
525
Задание 11.
Для сушки материала используется воздух при t1 oC с относительной влажностью φ1 %. В воздушном подогревателе воздух нагревают до t2 и направляют в сушилку, откуда он выходит при температуре t3. Определить конечное влагосодержание воздуха, расход теплоты и воздуха на 1 кг испаренной влаги. Процесс насыщения влажного воздуха считать идеальным.
Исходные данные задания выбираются по последним двум цифрам зачетки.
Исходные данные задания № 11
-
Предпоследняя цифра зачетки
t1, oC
t2,
oC
Последняя цифра зачетки
t3, оC
φ1,
%
1
2
3
4
5
6
1
15
60
0
20
25
2
18
65
9
25
30
3
21
70
8
30
35
4
24
75
7
35
40
1
2
3
4
5
6
5
27
80
6
45
45
6
30
85
5
25
50
7
33
90
4
30
55
8
36
80
3
35
65
9
39
85
2
40
50
0
41
90
1
45
55