Внимание! Размещенный на сайте материал имеет информационно - познавательный характер, может быть полезен студентам и учащимся при самостоятельном выполнении работ и не является конечным информационным продуктом, предоставляемым на проверку.

Теплотехника. Лабораторные работы "Техническая термодинамика"

в начало

Задание № 1. Газовые смеси и теплоемкости (Параметры состояния. Уравнение состояния.) 

Задание №2. Термодинамические процессы идеальных газов (Первый закон термодинамики)

Задание № 3. Максимальная работа. Эксергия. (Второй закон термодинамики)

Задание  №4 «Циклы энергетических установок»

Задание №5 «Истечение газов из сопла Лаваля»

Задание "Термодинамический анализ процессов в компрессорах"

Справочные таблицы

 

Задание № 1. Газовые смеси и теплоемкости

(Параметры состаяния. Уравнение состояния.)

Газовые смеси и теплоемкости (Параметры состояния. Уравнение состояния.) Газовая смесь задана следующим образом: в вариантах с № 1 по 15 в объемных долях ri, с № 16 по 30 в массовых gi долях, процентным составом компонентов смеси (графа 1); давление смеси pсм = …[бар] (графа 2), объем смеси Vсм = …[м3] (графа 3), температура смеси tсм=100C (Tсм=373 K).

Определить:

- состав смеси (если состав смеси задан в объемных долях, то представить его в массовых долях, если состав смеси задан в массовых долях, то представить его в объемных долях);

- газовые постоянные компонентов и смеси , [кДж/(кг•К)].

- среднюю молярную массу смеси, , [кг/кмоль], выраженную через объемные и массовые доли;

- парциальные давления компонентов pi, выраженные через объемные ri и массовые gi доли;

- массу смеси mсм, [кг] и ее компонентов mi, [кг]; - парциальные объемы Vi, [м3] и плотности ρi, [кг/м3] компонентов и смеси ρсм, [кг/м3];

- истинную молярную , [кДж/(кмоль•К)], объемную , [кДж/(м3•К)] и массовую , [кДж/(кг•К)] теплоемкости для , при температуре смеси t, [C] (графа 4).

- среднюю молярную , [кДж/(кмоль•К)], объемную , [кДж/(м3•К)] и массовую , [кДж/(кг•К)] теплоемкости интервала температур t1–t2, [C] (графа 5).

- количество теплоты Q, [кДж], необходимое для нагрева (охлаждения) , на интервале температур t1–t2, [C] (графа 5) при для случаев, когда количество вещества смеси задано как: 2 моль, 5 м3, 7 кг.

Варианты заданий приведены в таблице 1.

№ задачи

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

СО2

Н2

СО

N2

H2O

Воздух

O2

pсм,[бар]

Vсм,3]

t, [°C]

t1t2, [°C]

Вариант 1

12

-

-

75

8

-

5

1,0

3

2000

200-1000

Вариант 2

10

-

2

80

-

-

8

0,95

2

450

300-100

Вариант 3

-

5

15

70

10

-

-

0,9

4

500

100-300

Вариант 4

13

-

-

75

6

-

6

1,05

5

150

600-200

Вариант 5

-

10

30

50

10

-

-

1,05

6

200

1000-100

Вариант 6

5

30

10

55

-

-

-

0,85

7

350

900-200

Вариант 7

14

-

-

77

5

-

4

0,7

8

400

700-500

Вариант 8

-

5

20

75

-

-

-

0,95

9

100

500-200

Вариант 9

-

-

-

60

15

10

15

1,0

10

300

800-300

Вариант 10

15

-

-

76

4

-

5

1,05

2

600

600-100

Вариант 11

20

-

10

-

15

-

55

1,15

3

700

750-250

Вариант 12

16

-

-

76

4

-

4

1,2

4

750

1000-500

Вариант 13

8

5

2

85

-

-

-

1,25

5

700

300-1300

Вариант 14

15

-

-

75

5

-

5

1,05

6

800

600-900

Вариант 15

-

20

10

50

-

-

20

0,85

7

1000

1000-400

Вариант 16

18

-

1

65

-

16

-

1,2

8

1200

850-350

Вариант 17

-

15

-

45

15

-

25

1,0

9

1000

350-750

Вариант 18

14

-

-

76

6

-

4

0,9

10

2000

900-600

Вариант 19

-

2

25

65

-

8

-

1,0

2

450

450-300

Вариант 20

-

10

-

70

-

15

5

1,05

3

350

300-150

Вариант 21

10

-

-

75

5

-

10

1,05

4

600

800-300

Вариант 22

-

5

10

80

-

-

5

1,0

5

550

400-300

Вариант 23

17

-

-

74

5

-

4

0,95

6

400

800-300

Вариант 24

10

10

20

60

-

-

-

1,15

7

1000

650-150

Вариант 25

-

2

28

55

-

15

-

0,85

8

1000

150-1200

Вариант 26

15

-

-

47

7

-

31

1,0

9

800

300-800

Вариант 27

-

17

40

13

-

30

-

1,0

10

300

1200-1000

Вариант 28

12

-

-

74

5

-

8

0,9

2

500

400-900

Вариант 29

-

8

15

62

-

15

-

0,95

3

1000

800-600

Вариант 30

10

-

-

80

5

-

5

1,0

4

600

600-100

 

Таблица с заменой воздуха на двуокись серы.

№ задачи

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

СО2

Н2

СО

N2

H2O

SO2

O2

pсм,[бар]

Vсм,3]

t, [°C]

t1t2, [°C]

Вариант 1

10

-

-

50

11

-

29

0.95

2

2000

200-1000

Вариант 2

10

-

2

80

-

-

8

1

3

450

300-100

Вариант 3

-

5

15

70

10

-

-

0,9

4

500

1000-300

Вариант 4

13

-

-

75

6

-

6

1,05

5

150

600-200

Вариант 5

-

10

30

50

10

-

-

1,05

6

200

1000-100

Вариант 6

5

30

10

55

-

-

-

0,85

7

350

900-200

Вариант 7

14

-

-

77

5

-

4

0,7

8

400

700-500

Вариант 8

-

5

20

75

-

-

-

0,95

9

100

500-200

Вариант 9

-

-

-

60

15

10

15

1,0

10

300

800-300

Вариант 10

15

-

-

76

4

-

5

1,05

2

600

600-100

Вариант 11

20

-

10

-

15

-

55

1,15

3

700

750-250

Вариант 12

16

-

-

76

4

-

4

1,2

4

750

1000-500

Вариант 13

8

5

2

85

-

-

-

1,25

5

700

300-1300

Вариант 14

15

-

-

75

5

-

5

1,05

6

800

600-900

Вариант 15

-

20

10

50

-

-

20

0,85

7

1000

1000-400

Вариант 16

18

-

1

65

-

16

-

1,2

8

1200

850-350

Вариант 17

-

15

-

45

15

-

25

1,0

9

1000

350-750

Вариант 18

14

-

-

76

6

-

4

0,9

10

2000

900-600

Вариант 19

-

2

25

65

-

8

-

1,0

2

450

450-300

Вариант 20

-

10

-

70

-

15

5

1,05

3

350

300-150

Вариант 21

10

-

-

75

5

-

10

1,05

4

600

800-300

Вариант 22

-

5

10

80

-

-

5

1,0

5

550

400-300

Вариант 23

17

-

-

74

5

-

4

0,95

6

400

800-300

Вариант 24

10

10

20

60

-

-

-

1,15

7

1000

650-150

Вариант 25

-

2

28

55

-

15

-

0,85

8

1000

150-1200

Вариант 26

15

-

-

47

7

-

31

1,0

9

800

300-800

Вариант 27

-

17

40

13

-

30

-

1,0

10

300

1200-1000

Вариант 28

12

-

-

74

5

-

8

0,9

2

500

400-900

Вариант 29

-

8

15

62

-

15

-

0,95

3

1000

800-600

Вариант 30

10

-

-

80

5

-

5

1,0

4

600

600-100

 

Задание № 2. Термодинамические процессы идеальных газов

(Первый закон термодинамики)

Газ, массой m=…[кг], при начальном давлении p1=…[МПа] и начальной температуре, расширяется по политропе до конечного давления p2=…[МПа] и конечной температуры t2=…[°C]. Определить начальный и конечный объемы, показатель политропы, работу расширения, изменение внутренней энергии, количество подведенной теплоты, и изменение энтропии.

Варианты заданий приведены в таблице 2.

№ задачи

Газ

m, [кг]

p1, [МПа]

p2, [МПа]

t1, [°C]

t2, [°C]

Вариант 1

О2

5

2,0

0,1

427

27

Вариант 2

воздух

4,5

1,5

0,2

405

15

Вариант 3

Н2О

2,2

1,2

0,15

320

20

Вариант 4

N2

1,5

1,3

0,11

380

80

Вариант 5

СО

3,0

1,6

0,12

450

50

Вариант 6

СО2

4,0

1,0

0,2

430

20

Вариант 7

воздух

2,1

1,1

0,1

427

27

Вариант 8

О2

3,5

1,5

0,2

405

15

Вариант 9

Н2О

2,4

1,2

0,15

320

20

Вариант 10

SO2

4,2

1,3

0,11

380

80

Вариант 11

СО

5,1

1,6

0,12

450

50

Вариант 12

СО2

1,5

1,0

0,2

430

20

Вариант 13

N2

3,0

1,5

0,1

421

21

Вариант 14

SO2

4,0

1,1

0,1

427

27

Вариант 15

О2

2,1

1,5

0,2

405

15

Вариант 16

Н2О

3,5

1,2

0,15

320

20

Вариант 17

N2

3,5

1,3

0,11

380

80

Вариант 18

СО

2,4

1,6

0,12

450

50

Вариант 19

СО2

4,2

1,0

0,2

430

20

Вариант 20

воздух

5,1

1,1

0,1

427

27

Вариант 21

SO2

3

1.2

0.15

320

20

Вариант 22

N2

2,1

1,3

0,11

380

80

Вариант 23

CO

3,5

1,6

0,12

450

50

Вариант 24

CO2

3,5

1,0

0,2

430

20

Вариант 25

воздух

2,4

1,1

0,1

427

27

Вариант 26

H2O

5,1

1,2

0,15

320

20

Вариант 27

N2

3,8

1,3

0,11

380

80

Вариант 28

CO

2,6

1,6

0,12

450

50

Вариант 29

CO2

1,5

1

0,2

430

20

Вариант 30

N2

3

1,5

0,1

421

21

 

 

Задание № 3. Максимальная работа. Эксергия.

(Второй закон термодинамики)

Определить эксергетический КПД котельной установки, ессли известно, что температура продуктов сгорания в топке равна t1=…[°C], а теплотворная способность топочного мазута Q=…[кДж/кг]. В котельной установке вырабатывается пар с температурой t2=…[°C]. Температура окружающей среды t0=…[°C].

Варианты заданий приведены в таблице 3.

№ задачи

t1, [°C]

Q, [кДж/кг]

t2, [°C]

t0, [°C]

Вариант 1

1827

42000

557

27

Вариант 2

1500

40000

550

25

Вариант 3

1660

35500

560

26

Вариант 4

1750

41500

570

25

Вариант 5

1550

36800

540

23

Вариант 6

1800

41000

535

24

Вариант 7

1900

41300

545

21

Вариант 8

1850

38500

560

20

Вариант 9

1500

40000

550

25

Вариант 10

1660

35500

560

26

Вариант 11

1750

41500

570

25

Вариант 12

1550

36800

540

23

Вариант 13

1800

41000

535

24

Вариант 14

1900

41300

545

21

Вариант 15

1850

38500

560

20

Вариант 16

1550

36800

540

23

Вариант 17

1800

41000

535

24

Вариант 18

1900

41300

545

21

Вариант 19

1850

38500

560

20

Вариант 20

1500

40000

550

25

Вариант 21

1660

35500

560

26

Вариант 22

1750

41500

570

25

Вариант 23

1900

41300

545

21

Вариант 24

1850

38500

560

20

Вариант 25

1550

36800

540

23

Вариант 26

1800

41000

535

24

Вариант 27

1900

41300

545

21

Вариант 28

1750

43000

543

24

Вариант 29

1830

45000

542

26

Вариант 30

1860

41600

538

28

 

Вторая вариация

№ задачи

t1, [°C]

Q, [кДж/кг]

t2, [°C]

t0, [°C]

Вариант 1

1827

42000

557

27

Вариант 2

1750

42050

565

28

Вариант 3

1660

35500

560

26

Вариант 4

1750

41500

570

25

Вариант 5

1550

36800

540

23

Вариант 6

1800

41000

535

24

Вариант 7

1900

41300

545

21

Вариант 8

1850

38500

560

20

Вариант 9

1500

40000

550

25

Вариант 10

1660

35500

560

26

Вариант 11

1750

41500

570

25

Вариант 12

1550

36800

540

23

Вариант 13

1800

41000

535

24

Вариант 14

1900

41300

545

21

Вариант 15

1850

38500

560

20

Вариант 16

1550

36800

540

23

Вариант 17

1800

41000

535

24

Вариант 18

1900

41300

545

21

Вариант 19

1850

38500

560

20

Вариант 20

1500

40000

550

20

Вариант 21

1660

35500

560

26

Вариант 22

1750

41500

570

25

Вариант 23

1900

41300

545

21

Вариант 24

1850

38500

560

20

Вариант 25

1550

36800

540

23

Вариант 26

1800

41000

535

24

Вариант 27

1900

41300

545

21

Вариант 28

1750

43000

543

24

Вариант 29

1830

45000

542

26

Вариант 30

1860

41600

538

28

 

Задание №4 "Циклы энергетических установок"

При расчете газового цикла считается, что рабочее тело - 1 кг воздуха, для которого
известны следующие термодинамические параметры:

Cp = 1,005 кДж/кг*град

Cм = 0,71 кДж/кг*град

R  =0,287 кДж/кг*град
 
Термодинамические процессы расширения и сжатия в циклах можно считать адиабатами.
Требуется определить: основные паpаметpы состояния p, v, T для точек цикла;
построить цикл в координатах p–v ; рассчитать термический КПД.
 
Т1, Р1, Характеристики цикла Цикл
п/п °К кПа n1 n2 ε λ ρ π  
Вариант 1 273 100 1,4 1,35 5 4,6 - -
Вариант 2 283 110 1,34 1,3 5,5 4,3 - -
Вариант 3 303 120 1,3 1,23 6 4 - -
Вариант 4 323 90 1,32 1,2 6,5 3,8 - -
Вариант 5 343 130 1,36 1,25 7 3,4 - -
Вариант 6 263 80 1,38 1,27 7,5 3 - -
Вариант 7 263 80 1,4 1,36 10 - 2,2 -
Вариант 8 273 90 1,38 1,33 10,5 - 2,1 -
Вариант 9 283 100 1,36 1,3 11 - 2 -
Вариант 10 303 110 1,34 1,28 11,5 - 1,9 -
Вариант 11 323 120 1,32 1,25 12 - 1,8 -
Вариант 12 343 130 1,3 1,24 12,5 - 1,7 -
Вариант 13 263 85 1,3 1,25 14 1,4 2 -
Вариант 14 273 90 1,32 1,28 15 1,5 1,9 -
Вариант 15 283 95 1,34 1,3 16 1,6 1,8 -
Вариант 16 308 100 1,36 1,32 17 1,7 1,7 -
Вариант 17 323 105 1,38 1,34 16 1,6 1,6 -
Вариант 18 343 110 1,4 1,36 19 1,5 1,5 -
Вариант 19 253 70 1,4 1,38 - - 2 5
Вариант 20 263 80 1,38 1,36 - - 1,9 5,5
Вариант 21 273 90 1,36 1,34 - - 1,8 6
Вариант 22 283 95 1,34 1,32 - - 1,7 6,5
Вариант 23 293 100 1,32 1,3 - - 1,6 7
Вариант 24 303 105 1,3 1,28 - - 1,5 7,5
Вариант 25 253 70 1,4 1,38 - 1,4 - 7
Вариант 26 263 75 1,38 1,36 - 1,5 - 6,5
Вариант 27 273 80 1,36 1,34 - 1,6 - 6
Вариант 28 283 85 1,34 1,32 - 1,7 - 5,5
Вариант 29 293 90 1,32 1,3 - 1,8 - 5
Вариант 30 303 95 1,3 1,28 - 1,9 - 4,5

 

 

Задание №5. "Истечение газов из сопла Лаваля"

Чеpез сужающейся канал (кофузор), а затем через pасшиpяющейся канал (диффузор)
пpотекает газ.

Тpебуется опpеделить: геометричесие и теплофизичесиен паpаметpы на входе,
выходе и в кpитическом сечении сопла; кpитическую скоpость и скоpость истечения;
pассчитать pазмеpы сопла; и найти pасполагаемую pаботу газового потока.
Постpоить гpафики изменения v, P и T по длине сопла.

Варианты заданий приведены в таблице

п/п Газ Давление  газа на входе, баp

Темп.

газа, °С

Скорость течения, м/сек Давление газа на выходе сопла, бар Массовый расход газа, кг/ч Угол конусности 1, град Угол конусности 2, град
Вариант1 водух 25 1800 150 2 2000 30 10
Вариант2 O2 24 1700 140 1,9 2100 31 9°30'
Вариант3 N2 23 1600 130 1,8 2200 32 9
Вариант4 CO2 22 1500 120 1,7 2300 33 8°30'
Вариант5 O2 21 1400 110 1,6 2400 34 8
Вариант6 водух 20 1700 100 1,5 2500 35 7°30'
Вариант7 O2 19 1600 90 1,4 2600 36 7
Вариант8 N2 18 1500 80 1,3 2700 37 6°30'
Вариант9 CO2 17 1400 70 1,2 2800 38 6
Вариант10 CO 16 1300 60 1,1 2900 39 5°30'
Вариант11 воздух 15 1600 50 1 3000 40 5
Вариант12 O2 14 1500 40 0,9 3100 41 5°30'
Вариант13 N2 13 1400 50 0,8 3200 42 6
Вариант14 CO2 12 1300 60 0,7 3300 43 6°30'
Вариант15 CO 11 1200 70 0,7 3400 44 7
Вариант16 воздух 12 1750 80 0,8 3450 45 7°30'
Вариант17 O2 13 1650 90 0,9 3350 44 8
Вариант18 N2 14 1550 100 1 3250 43 8°30'
Вариант19 CO2 15 1450 110 1,1 3150 42 9
Вариант20 CO 16 1350 120 1,2 3050 41 9°30'
Вариант21 воздух 17 1650 130 1,3 2950 40 10
Вариант22 O2 18 1550 140 1,4 2850 39 9°30'
Вариант23 N2 19 1450 150 1,5 2750 38 8
Вариант24 CO2 20 1350 140 1,6 2650 37 7
Вариант25 CO 21 1250 130 1,7 2550 36 6
Вариант26 воздух 22 1900 120 1,8 2450 35 5
Вариант27 O2 23 1750 110 1,9 2350 34 6
Вариант28 N2 24 1650 100 2 2250 33 7
Вариант29 CO2 25 1550 90 2,1 2150 32 8
Вариант30 CO 26 1450 80 2,2 2050 31 9

 

 

Задание. Термодинамический анализ процессов в компрессорах

Определить теоретическую работу на привод одноступенчатого и трехступенчатого компресоров при сжатии воздуха до давления p2=…[МПа]. Начальное давление p1=…[МПа] и температура t1=…[°C]. Показатель политропы для всех ступеней n=…. Определить работу на 1 м3 воздуха и температуру сжатия в одноступенчатом, трехступенчатом и четырех ступенчатом компрессорах. Оценить уменьшение затрат работы при переходе с от одноступенчатого к четырехступенчатому компрессору.

таблица 4

№ задачи

p1, [МПа]

t1, [°C]

p2, [МПа]

n

Вариант 1

0,1

27

12,5

1,2

Вариант 2

0,12

24

10,5

1,1

Вариант 3

0,15

25

10,0

1,2

Вариант 4

0,13

26

11,5

1,21

Вариант 5

0,9

21

13,4

1,11

Вариант 6

0,16

20

12,0

1,12

Вариант 7

0,11

23

13,0

1,1

Вариант 8

0,10

25

11,2

1,14

Вариант 9

0,12

24

10,5

1,15

Вариант 10

0,15

25

10,0

1,2

Вариант 11

0,13

26

11,5

1,21

Вариант 12

0,9

21

13,4

1,11

Вариант 13

0,16

20

12,0

1,12

Вариант 14

0,11

23

13,0

1,1

Вариант 15

0,13

26

11,5

1,21

Вариант 16

0,9

21

13,4

1,11

Вариант 17

0,16

20

12,0

1,12

Вариант 18

0,11

23

13,0

1,1

Вариант 19

0,10

25

11,2

1,14

Вариант 20

0,12

24

10,5

1,15

Вариант 21

0,15

25

10,0

1,2

Вариант 22

0,13

26

11,5

1,21

Вариант 23

0,9

21

13,4

1,11

Вариант 24

0,16

20

12,0

1,12

Вариант 25

0,11

23

13,0

1,1

Вариант 26

0,13

26

11,5

1,21

Вариант 27

0,9

21

13,4

1,11

Вариант 28

0,16

20

12,0

1,12

Вариант 29

0,11

23

13,0

1,1

Вариант 30

0,10

25

11,2

1,14