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.

Техническая термодинамика.

<в начало

Раздел №6

Раздел №7

Раздел №8

Раздел №9

Раздел №10

Раздел №13

Раздел №18

Раздел №20

 

Раздел №6

6.1 Газ при давлении р1=1 МПа и температуре t1=20ºC нагревается при постоянном объеме до t2=300ºC. Найти конечное давление газа.

Ответ: р2=1,956 МПа.

6.2 В закрытом сосуде емкостью V=0.3 м3 содержится 2.75 кг воздуха при давлении Р1=0.8 МПа и температуре t1=25 °С. Определить давление и удельный объем после охлаждения воздуха до 0 °С.

Ответ: Р2=0.732 МПа, v2=0.109 м3/кг.

6.3 В закрытом сосуде заключен газ при разрежении р1=6667 Па и температуре t1=70°C. Показание барометра — 101325 Па.

До какой температуры нужно охладить газ, чтобы разрежение стало р2=13332 Па?

Ответ: Т2=318,8К, t2=45,8ºC.

6.4   В закрытом сосуде заключен газ при давлении р1 = 2,8 МПа и температуре t1 = 120°С. Чему будет равно конечное давление р2, если температура снизится до t2 = 25°С?

Ответ: р2=2,12МПа

6.5 В закрытом сосуде находится газ при разрежении р1 = 2666 Па и температуре t1 = 10 °C. Показание барометра – 100 кПа. После охлаждения газа разрежение стало равным 20 кПа. Определить конечную температуру газа t2.

6.7 Баллон емкостью V = 110 л заполнен окисью углерода под давлением р = 48 атм при температуре t = -27 °C. После внесения его в теплое помещение температура газа повысилась до t = 31 °C. Определить количество теплоты, приобретенное газом, и давление в баллоне.

Ответ: Qυ = 318 кДж, р2 = 6 МПа.

6.9 Баллон емкостью V=95 л заполнен окисью углерода под давлением р=54 атм при температуре t=-35°C. После внесения его в теплое помещение температура газа повысилась до t=20°C. Определить количество теплоты, приобретенное газом, и давление в баллоне.

Ответ: Qυ = 135 кДж, р2 = 6,74 МПа.

6.10 До какой температуры t2 нужно нагреть газ при υ=const, если начальное давление газа р1 = 0,2 МПа и температура t1 = 20°C, а конечное давление р2=0,5 МПа.

Ответ: До t2 = 459,5ºC.

6.11 В закрытом сосуде емкостью V=0,6 м³ содержится воздух при давлении р1=0,5 МПа и температуре t1=20ºC. В результате охлаждения сосуда воздух, содержащийся в нем, теряет 105 кДж.

Принимая теплоемкость воздуха постоянной, определить, какое давление и какая температура устанавливаются в сосуде.

Ответ: р2=0,43 МПа, t2=-20,7ºC.

6.12 В закрытом сосуде емкостью V = 0,5 м³ содержится воздух при давлении р1 = 4,9 бар и температуре t1 = 20°C. В результате охлаждения сосуда воздух, содержащийся в нем, теряет 100 кДж.

Принимая теплоемкость воздуха постоянной, определить, какое давление р2 и какая температура t2 устанавливаются после этого в сосуде.

Ответ: р2 = 3,8 бар, t2= -48 °C.

6.13 В закрытом сосуде емкостью V=0,5 м³ содержится двуокись углерода при р1=0,6 МПа и температуре t1=527 ºC.

Как изменится давление газа, если от него отнять 420 кДж? Принять зависимость c=f(t) линейной.

Ответ: р2=0,42 МПа.

6.14 Сосуд емкостью 90 л содержит воздух при давлении 0,8 МПа и температуре 30 ºС.

Определить количество теплоты, которое необходимо сообщить воздуху, чтобы повысить его давление при υ=const до 1,6 МПа. Принять зависимость c=f(t) нелинейной.

Ответ: Qυ=184,4 кДж.

6.15 До какой температуры нужно охладить 0,8 м³ воздуха с начальным давлением 0,3 МПа и температурой 15 ºС, чтобы давление при постоянном объеме понизилось до 0,1 МПа? Какое количество теплоты нужно для этого отвести? Теплоемкость воздуха принять постоянной.

Ответ: t2=-177 ºC, Q=-402 кДж.

6.16 Сосуд объемом 60 л заполнен кислородом при давлении р1=12,5 МПа.

Определить конечное давление кислорода и количество сообщенной ему теплоты, если начальная температура кислорода t1=10 ºC, а конечная t2=30 ºC. Теплоемкость кислорода считать постоянной.

Ответ: р2=13,4 МПа, Q=133 кДж.

6.20 В цилиндре диаметром 0,4 м содержится 80 л воздуха при давлении р1=0,29 МПа и температуре t1=15 ºC.

Принимая теплоемкость воздуха постоянной, определить, до какой величины должна увеличиться сила, действующая на поршень, чтобы последний оставался неподвижным, если к воздуху подводится 83,7 кДж теплоты.

Ответ: F=89,2 кН.


Раздел №7

7.1 2 м³ воздуха с начальной температурой t1=15ºC расширяются при постоянном давлении до 3 м³ вследствие сообщения газу теплоты.
Определить конечную температуру, давление газа в процессе и работу расширения.

Ответ: t2=159ºC, р=0,24 МПа, L=239 кДж.

7.2 2 м³ воздуха с начальной температурой t1=15°C расширяются при постоянном давлении до 3 м³ вследствие сообщения газу теплоты.
Определить конечную температуру, давление газа в процессе и работу расширения.

Ответ: t2=159ºC, р=0,24 МПа, L=239 кДж.

7.3 1 кг воздуха с давлением 0,1 МПа и температурой t1 изобарически расширяется до температуры t2. Определить конечный объем, подведенное тепло q, внешнюю работу L и изменение энтропии Δs. Изобразить в Ts — и pυ — диаграмме тепло и работу процесса через соответствующие площади.

7.4 Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы нагреть 2 м³ воздуха от 100ºС до 500ºС при избыточном постоянном давлении 0,2 МПа? Какую работу совершит при этом воздух? Давление атмосферы принять равным 101235 Па. Объемная средняя изобарная теплоемкость равна 1,3 кДж/(м³·К).

Ответ: Qp=2927 кДж, L=646 кДж.

7.5 При сжигании в топке парового котла каменного угля объем продуктов сгорания составляет: Vк=11,025 м³/кг. Анализ продуктов сгорания показывает следующий их объемный состав: CO2=10,3%, O2=7,8%, N2=75,3%, H2O=6,6%.

Считая количество и состав продуктов сгорания неизменными по всему газовому тракту парового котла, а зависимость теплоемкости от температуры нелинейной, определить количество теплоты, теряемой с уходящими газами (на 1 кг топлива), если на выходе из котла температура газов равна 180ºC, а температура окружающей среды 20ºC. Давление продуктов сгорания принято равным атмосферному.

Ответ: qух=2418 кДж/кг.

7.6 В цилиндре с поршнем заключено 2 кг этилена (С2Н4). При давлении р,бар и температуре t1,°C, газ подогревается до температуры t2,ºC. Определить количество тепла, истраченного при изобарном процессе, и величину полученной работы.

Таблица 2

Вариант    р, бар    t1, °C    t2, °C
                   1,8      20         400

7.7 Воздух в количестве 6 м³ при давлении р1=0,3 МПа и температура t1=25°C нагревается при постоянном давлении до t2=130 ºC. Считая среднюю объемную изобарную теплоемкость равной 1,3 кДж/(м³К) найти количество подведенной к воздуху теплоты

Определить количество подведенной к воздуху теплоты, считая c=const.

Ответ: Qp=370 кДж.

7.11 0,25 м³ воздуха с начальной температурой 20°С подогревают в цилиндре диаметром 0,6 м при постоянном давлении 0,3 МПа до температуры 220°С.

Определить работу расширения, перемещение поршня и количество затраченной теплоты, считая зависимость теплоемкости от температуры линейной.

Ответ: L = 51 кДж, Qp = 181 кДж, S = 0,601 м.

7.12  2,5 м³ окиси углерода СО при постоянном давлении 1 МПа и температуре 10 °С подогреваются до 110 °С. Найти количество подведенной теплоты, считая теплоемкость постоянной.

Ответ: Q=3117 кДж.

7.13 В цилиндре диаметром 0,6 м содержится  воздуха при давлении 0,3 МПа и температуре 25 °С.

До какой температуры должен нагреваться воздух при постоянном давлении, чтобы движущийся без трения поршень поднялся на 0,5 м?

Ответ: t2 = 108 °C.

7.15 В цилиндре двигателя с изобарным подводом теплоты сжимается воздух по политропе с показателем m=1,33. Определить температуру и давление воздуха в конце сжатия, если степень сжатия (ε=V1/V2) равна 14, t1=77 ºC и р1=0,1 МПа.

Ответ: t2=564 ºC, р2=3,39 МПа.

7.16 Определить количество теплоты, необходимое для нагревания 2000 м³ воздуха при постоянном давлении р=0,5 МПа от t1=150 ºC до t2=600 ºC. Зависимость теплоемкости от температуры считать линейной.

Ответ: Qp=3937 МДж.

7.17 В установке воздушного отопления внешний воздух при t1=-15 °C нагревается в калорифере при p=const до 60 °C. Какое количество теплоты надо затратить для нагревания 1000 м³ наружного воздуха? Теплоемкость воздуха считать постоянной. Давление воздуха принять равным 101352 Па.

Ответ: Qp=103 МДж.

7.18 0,2 м³ воздуха с начальной температурой 18 ºС подогревают в цилиндре диаметром 0,5 м при постоянном давлении р=0,2 МПа до температуры 200 ºС.

Определить работу расширения, перемещение поршня и количество затраченной теплоты, считая зависимость теплоемкости от температуры линейной.

Ответ: L=25000 Дж, h=0,64 м, Qp=88,3 кДж.

7.19 К 1 м³ воздуха, находящемуся в цилиндре со свободно движущимся нагруженным поршнем, подводится при постоянном давлении 335 кДж теплоты. Объем воздуха при этом увеличивается до 1,5 м³. Начальная температура воздуха равна 15 ºС.

Какая устанавливается в цилиндре температура и какова работа расширения? Зависимость теплоемкости от температуры считать линейной.

Ответ: t2=159 ºC, L=95,1 Дж.

7.20 Отходящие газы котельной установки проходят через воздухоподогреватель. Начальная температура газов tг1=300 ºС, конечная tг2=160 ºС; расход газов равен 1000 кг/ч. Начальная температура воздуха составляет tв1=15 ºС, а расход его равен 910 кг/ч.

Определить температуру нагретого воздуха tв2, если потери воздухоподогревателя составляют 4%.

Средние теплоемкости (сpm) для отходящих из котла газов и воздуха принять соответственно равными 1,0467 и 1,0048 кДж/(кг·К).


Раздел №8

8.1 Построить в координатах P-V изотерму сжатия, если дана точка, характеризующая начальное состояние газа. 

8.2 Расход газа в компрессоре составляет Q = 15м³/мин при давлении р1=0,1 МПа и температуре t1  = 15°С. При сжатии температура не изменяется, а давление возрастает в 3 раза. Определить изменение внутренней энергии, работу сжатия, подведенное тепло в процессе сжатия и изменение энтропии.

8.4 Газ расширяется в цилиндре изотермически до объема в 5 раз больше первоначального. Сравнить величины работ: полного расширения и расширения на первой половине хода.

Ответ: L2/L1=0,684.

8.6 Определить начальное давление газа, если известно, что в конце изотермического расширения давление равно 1 бар, к газу в процессе расширения подведено 90 кДж/кг тепла, газ водород. Температура в начале процесса 30ºС. Изобразить процесс в р-υ и T-s — диаграммах.

Ответ: р1=1,075 бар.

8.7 Воздух в количестве 0,5 кг  при р1 = 0,5 МПа и t1=30 °C расширяется изотермически до пятикратного объема.

Определить работу, совершаемую газом, конечное давление и количество теплоты, сообщаемой газу.

Ответ: р2=0,1 МПа, Q=L=70 кДж.

8.8 8 м³ воздуха при Р1 =0,9 бар и t1 = 20°С сжимаются при постоянной температуре до 0.81 МПа.  Определить конечный объем, затраченную работу и количество тепла, которое необходимо отвести от газа.

Ответ: V2=0.889 м³, Q = L = 1581 кДж.

8.9 В воздушный двигатель подается 0,0139 м³/c воздуха при р1=0,5 МПа и t1=40°C.

Определить мощность, полученную при изотермическом расширении воздуха в машине, если р2 = 0,1 МПа.

Ответ: L = 11,188 кВт.

8.10 Воздух при давлении р1=0,1 МПа и температуре t1=27 °C сжимается в компрессоре до р2=3,5 МПа.

Определить величину работы L, затраченной на сжатие 100 кг воздуха, если воздух сжимается изотермически.

Ответ: L=-30576 кДж.

8.11  Смесь идеальных газов заданного массового состава (см. задачу №2) расширяется при постоянной температуре t=127ºC так, что отношение конечного объема к начальному равно ε. Определить газовую постоянную, конечные параметры смеси p2 и V2, работу расширения, количество теплоты и изменение удельной энтропии в процессе. Для смеси заданы масса G и начальное абсолютное давление p1. Процесс изобразить в pV- и  Ts- диаграммах.

Таблица 1

ε

G, кг

р1, МПа

CO2

H2O

N2

O2

6

20

0,6

18

1

65

16

 

Ответ: R=273,1 Дж/(кг·К), V2=21,846 м³, р2=0,1 МПа, L=3914 кДж, Q=3914 кДж, Δs=0,489 кДж/(кг·К).

8.12 Газ азот массой m, кг  изотермически расширяется при температуре t, °C c увеличением объема в n раз.

Начальное давление газа p1. Определить конечное давление, начальный и конечный объемы, работу, теплоту и изменение внутренней энергии в процессе.

Таблица 2.1 - Исходные данные к задаче №2

№ вар.

М, кг

t, ºC

р1, МПа

n

9

10

27

7

8

Ответ: р= 0,5 МПа, V= 0,2 м³, V= 0,4 м³, L = 156 кДж, ΔU = 0, Q = 156 кДж.

8.19 0,5 м³ кислорода при давлении р1=1 МПа и температуре t1=30 ºC сжимаются изотермически до объема в 5 раз меньше начального.

Определить объем и давление кислорода после сжатия, работу сжатия и количество теплоты, отнятой у газа.

Ответ: р2=5 МПа, V2=0,1 м³, L=-805 кДж.

8.20  1 кг воздуха при температуре t1=30 ºC и начальном давлении р1=0,1 МПа сжимается изотермически до конечного давления р2=1 МПа.

Определить конечный объем, затрачиваемую работу и количество теплоты, отводимой от газа.

Ответ: υ2=0,087 м³/кг, l=-200 кДж/кг, q=-200 кДж/к.


Раздел №9

9.1 Воздух при температуре t1 = 25°C адиабатно охлаждается до t2= -55 °C; давление при этом падает до 0,1 МПа.

Определить начальное давление и работу расширения 1 кг воздуха.

Ответ: р1=0,3 МПа, L=57,4 кДж/кг.

9.2 Объем воздуха при адиабатном сжатии в цилиндре двигателя внутреннего сгорания уменьшается в 13 раз. Начальная температура воздуха перед сжатием t1=77ºC, а начальное давление р1=0,09 МПа.

Определить температуру и давление воздуха после сжатия.

Ответ: t2=703ºC, р2=3,27 МПа.

9.4 До какого давления нужно сжать адиабатически смесь воздуха и паров бензина от давления р1=1 бар и температуре t1=15 °C, чтобы от повышения температуры наступило самовоспламенение? Температура воспламенения приблизительно t2 = 520 ºC, k=1,39. Дать схему процесса в p-υ координатах.

Ответ: р2 = 37 бар.

9.6 Определить параметры состояния 1 кг воздуха в конце адиабатного расширения от давления р1 = 1,5 МПа до р2=0,1 МПа. Определить также работу процесса и изменение внутренней энергии воздуха. Начальная температура газа t1=27°C.

9.7 1 кг воздуха при температуре t1 = 15 °C и начальном давлении р1 = 0,1 МПа адиабатно сжимается до 0,8 МПа.

Найти работу, конечный объем и конечную температуру.

Ответ: t2 = 248 ºC, υ2 = 0,187 м³/кг, l = -167,2 кДж/кг.

9.8 1 кг воздуха при температуре t1=17 °C сжимается адиабатно до объема, составляющего 1/5 начального, а затем расширяется изотермически до первоначального объема.

Определить работу, произведенную воздухом в результате обоих процессов.

Ответ: l = 67 кДж/кг.

9.9 Воздух при температуре t1=20 °C должен быть охлажден посредством адиабатного расширения до температуры t2=-60 °C. Конечное давление воздуха при этом должно составлять 0,1 МПа.

Определить начальное давление воздуха p1 и удельную работу расширения l.

Ответ: р1 = 0,3 МПа, l = 57,8 кДж/кг.

9.10 Воздух при температуре 127 °С изотермически сжимается так, что объем его становится равным 1/4 начального, а затем расширяется по адиабате до начального давления.

Найти температуру воздуха в конце адиабатического расширения. Представить процесс расширения и сжатия воздуха в диаграмме pυ.

Ответ: t2= -4 °C.

9.11 1 м³ воздуха при давлении 0,095 МПа и начальной температуре 10 ºС сжимается по адиабате до 0,38 МПа.

Определить температуру и объем воздуха в конце сжатия и работу, затраченную на сжатие.

Ответ: t2=148 ºC, V2=0,373 м³, L=-117,5 кДж.

9.12 2 кг воздуха при давлении р1=0,1 МПа и t1=15 ºC адиабатно сжимаются в цилиндре компрессора до давления р2=0,7 МПа.

Найти конечную температуру сжатого воздуха и работу, затраченную на сжатие.

Ответ: t2=229 ºC, L=-307,1 кДж.

9.13 Объем воздуха при адиабатном сжатии в цилиндре двигателя внутреннего сгорания уменьшается в 13 раз. Начальная температура воздуха перед сжатием t1=77 ºC, а начальное давление р1=0,09 МПа.

Определить температуру и давление воздуха после сжатия.

Ответ: t2=703 ºC, р2=3,27 МПа.

9.14 В двигателе с воспламенением от сжатия воздух сжимается таким образом, что его температура поднимается выше температуры воспламенения нефти.

Какое минимальное давление должен иметь воздух в конце процесса сжатия, если температура воспламенения нефти равна 800 ºC? Во сколько раз при этом уменьшится объем воздуха?

Начальное давление воздуха р1=0,1 МПа, начальная температура воздуха t1=80 ºC. Сжатие воздуха считать адиабатным.

Ответ: р2=4,9 МПа, ε=16 раз.

9.15 В цилиндре газового двигателя находится газовая смесь при давлении р1=0,1 МПа и температуре t1=50 ºC. Объем камеры сжатия двигателя составляет  от объема, описываемого поршнем.

Определить конечное давление и конечную температуру газовой смеси при адиабатном ее сжатии. Показатель адиабаты принять равным 1,38.

Ответ: р2=1,54 МПа, t2=412 ºC.

9.16 Работа, затраченная на адиабатное сжатие 3 кг воздуха, составляет 471 кДж. Начальное состояние воздуха характеризуется параметрами: t1=15 ºC, р1=0,1 МПа.

Определить конечную температуру и изменение внутренней энергии.

Ответ: t2=234 ºC, ΔU=-471 кДж.

9.17 Воздух при давлении р1=0,45 МПа, расширяясь адиабатно до  0,12 МПа, охлаждается до t2=-45 ºC.

Определить начальную температуру и работу, совершенную 1 кг воздуха.

Ответ: t1=61 ºC, l=75,3 кДж/кг.

9.18 1 кг воздуха, занимающий объем υ1=0,0887 м³/кг при р1=1 МПа, расширяется до 10 – кратного объема.

Получить конечное давление и работу, совершенную воздухом, в изотермическом и адиабатном процессах.

Ответ: 1) T=const; р2=0,1 МПа; l=204 кДж/кг;

2) dQ=0; р2=0,04 МПа; l=133,5 кДж/кг.

9.20 0,8 м³ углекислого газа при температуре t1=20 ºC и давлении р1=0,7 МПа адиабатно расширяются до трехкратного объема.

Определить конечные параметры р2 и t2 и величину полученной работы L (k принять равным 1,28).

Ответ: р2=0,17 МПа, t2=-57,6 ºC, L=535,7 кДж.


Раздел №10

10.1 Горючая смесь в цилиндре двигателя, имеющая температуру t1=100ºC и давление р1=0,09 МПа, подвергается сжатию по политропе с показателем m=1,33.

Определить конечное давление и степень сжатия в момент, когда температура достигнет 400ºС.

Ответ: ε=5,9, р2=0,95 МПа.

10.2 Расход газа в  компрессоре составляет V = 20м³/мин при давлении р1=0,1 МПа и температуре t1=7°С. При сжатии температура газа повышается на 200ºC. Сжатие происходит по политропе с показателем n=1,35. Определить конечное давление, работу сжатия и изменение внутренней энергии.

10.3 В политропном процессе подводится теплоты q = 40 кДж/кг. При этом давление изменяется от р1 = 15 бар до р2 = 19 бар, а начальная температура t1 = 400°C.

Найти изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии и работу процесса. Рабочее тело — воздух.

Ответ: Δu = -27 кДж/кг, Δh = -37 кДж/кг, Δs = 0,061 кДж/(кг·К), l = 66 кДж/кг.

10.4 В процессе изменения состояния 1 кг газа внутренняя энергия его увеличивается на Δu = 160кДж/кг. При этом над газом совершается работа, равная l=-230кДж/кг. Начальная температура газа t1=20°С, конечное давление p2=2,5МПа. Род газа - воздух. Определить для заданного газа теплоту q процесса, показатель политропы n, начальные и конечные параметры газа, изменение его энтропии Δs и изменение его энтальпии Δh. Представить процесс в pυ- и Ts — диаграммах. Изобразить также (без расчета) изобарный, изохорный, изотермический и адиабатный процессы, проходящие через ту же начальную точку, и дать их сравнительный анализ. 

 

10.6 Определить показатель политропы сжатия воздуха в одноступенчатом компрессоре, если давление в процессе возрастает в β раз, а температура газа изменяется от t1=20 ºC до t2. Определить также теплоту процесса, работу процесса, изменение внутренней энергии и энтропии 1 кг газа.

10.9 Воздух в количестве 3 м³ расширяется политропно от р1=0,54 МПа и t1=45ºC до р2=0,15 МПа. Объем, занимаемый при этом воздухом, становится равным 10 м³.

Найти показатель политропы, конечную температуру, полученную работу и количество подведенной теплоты.

Ответ: m=1,064, t2=21,4 ºC, L=1875 кДж, Q=1575 кДж.

10.10 Газ политропно расширяется. Объем газа увеличивается V1= 0,6 до V2 = 2.5 м³. Начальная температура газа t1 = 70°C, начальное давление p1 = 6 бар. Показатель политропы n=0,4.

Определить конечные температуру, давление, энтропию и эксергию газа, а также количество переданной теплоты, работу, совершенную газом, изменение внутренней энергии, энтропии и эксергии газа. Температура окружающей среды toc = 6, давление окружающей среды рос=1 бар. Изобразить процесс в р-υ и t-s координатах и проанализировать его.

10.13 Осевой компрессор газовой турбины всасывает воздух при давлении 1,013 бар и температуре 303 °К и подает его в камеру сгорания при давлении 7,3 бар и температуре 640 °К. Определить показатель политропы процесса сжатия, его теплоемкость, количество тепла, изменение внутренней энергии, энтальпии и работу сжатия 1 кг воздуха в компрессоре.

Ответ: n = 1,61, с = 0,234 кДж/(кг·К), q = 79 кДж/кг, Δu = 240 кДж/кг, Δh = 339 кДж/кг, l = -161 кДж/кг.

10.15 Горючая смесь в цилиндре двигателя, имеющая температуру 100°С и давление 0,9 бар, подвергается сжатию по политропе с показателем m = 1,33. Определить конечное давление и степень сжатия в момент, когда температура достигнет 400°С.

10.17 Политропно сжимается воздух до конечного давления р2=0,5МПа. Начальная температура воздуха t1=330°С и давление p1=0,1МПа. Определить конечную температуру воздуха и работу, затраченную на сжатие 1 кг воздуха, если показатель политропы n=1,25.

Ответ: t2=381 ºC, l=-372 кДж/кг.


Раздел №13

13.1 Определить температуру, удельный объем, плотность, энтальпию и энтропию сухого насыщенного пара при давлении р=1 МПа.

Ответ: tн = 179,88°С, υ = 0,1946 м³/кг, ρ=5,139 кг/м³, i=2778 кДж/кг, s=6,587  кДж/(кг·К).

13.2 Сухой насыщенный пар имеет давлений р=1,4 МПа. Определить все остальные параметры пара.

Ответ: tн = 195,04ºС, υ = 0,1408 м³/кг, ρ = 7,103 кг/м³, i = 2790 кДж/кг, u = 2593  кДж/кг, s = 6,469  кДж/(кг·К).

13.3 Вода, находящаяся под давлением 1,5 МПа нагрета до 190ºС. Наступило ли кипение?

Ответ: Нет.

13.4 При р=0,9 МПа вода нагрета до 150°С. На сколько градусов нужно еще нагреть воду, чтобы началось кипение?

Ответ: На 25,4°С.

13.5 Температура воды, находящейся в закрытом сосуде, равна 190ºС. Под каким давлением находится вода?

Ответ: P=>1.255 МПа

13.6 Определить давление, удельный объем и плотность воды, если она находится в состоянии кипения и температура ее равна 250°С.

13.7 На паропроводе насыщенного пара установлен термометр, показывающий t=175 ºC.

Каково было бы показание манометра на этом паропроводе?

Ответ: р=0,89 МПа.

13.8 Манометр парового котла показывает давление 0,2 МПа. Показание барометра 0,103 МПа (776 мм рт. ст.) .

Считая пар сухим насыщенным, определить его температуру, удельный объем и энтальпию.

Ответ: t=133,88 ºC, υ″=0,5928 м³/кг, h″=2725,6 кДж/кг.

13.9 Манометр парового котла показывает давление 0,15 МПа. Показание барометра  1,01 МПа (764 мм рт. ст.).

Считая пар сухим насыщенным, найти его температуру и удельный объем.

Ответ: tн=127,69 ºС, υ″=0,7133 м³/кг.

13.10 В паровом котле объемом V = 12 м³ находятся 1800 кг воды и пара при давлении 11 МПа и температуре насыщения.
 
Определить массы воды и сухого насыщенного пара, находящиеся в котле.

Ответ: Мп = 643,1 кг, Мв = 1156,8 кг.

13.13  1 кг водяного пара с начальным давлением р1 = 3МПа и степенью сухости х1 = 0,97 изотермически расширяется; при этом к нему подводится теплота q = 500 кДж/кг. Определить, пользуясь hs — диаграммой, параметры конечного состояния пара, работу расширения, изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии. Решить также задачу, если расширение происходит изобарно. Изобразить процессы в pυ-, Ts- и hs — диаграммах. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 27.

В каком процессе (t=const или p=const) при заданных x1, p1 и q работа будет больше и за счет чего? Упростятся ли расчеты процессов t=const или p=const, если конечная точка попадает в область влажного пара?

13.14 Параметры пара перед паровой турбиной р1=90 бар и t1=500 ºC. Давление в конденсаторе р2=0,04 бар.

Определить состояние пара после расширения в турбине, если ее относительный внутренний  КПД ηoi=0,84.

Ответ: h1=3384 кДж/кг, h2=2003,6=3384 кДж/кг, h=2224,5 кДж/кг, х2=0,865.


Раздел №18

18.1 Паровая турбина мощностью N = 12000 кВт работает при начальных параметрах р1=80 бар и t1 = 450°C. Давление в конденсаторе р2=0,04 бар. В котельной установке, снабжающей турбину паром, сжигается уголь с теплотой сгорания Qрн =2 5 МДж/кг. КПД котельной установки равен η к.у = 0,8. Температура питательной воды tп.в = 90°С.

Определить производительность котельной установки и часовой расход топлива при полной нагрузке паровой турбины и условий, что она работает по циклу Ренкина.

Ответ: d0 = 2,7  кг/(кВт·ч), В = 4810 кг/ч.

18.2 На сколько процентов увеличится термический КПД цикла Ренкина и на сколько килограммов при этом уменьшится удельный расход паросиловой установки при увеличении котельного давления пара от 1 до 4 МПа, если в обоих случаях Т1=600К и р2=0,1 атм? 

Ответ:  термический КПД цикла Ренкина увеличится на ηt=7%, а удельный расход паросиловой установки при это уменьшится на Δd0=0,73 кг/(кВт·ч).

18.3 1 Вычертить принципиальную тепловую схему паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина. Обозначить позициями и записать наименование основных ее элементов.

2 Вычертить без масштаба цикл Ренкина в p-υ и T-s координатах. Обозначить узловые точки и процессы цикла.

3 Рассчитать для двух вариантов (исходные данные — таблица 3.1):

3.1 термический КПД цикла Ренкина ηt;

3.2 удельный расход пара d0, кг/(кВт·ч), на выработку 1 кВт·ч энергии;

3.3 удельный расход пара d0, кг/МДж, для совершения 1 МДж работы.

4 Дать алгоритм нахождения в s-i (s-h)  диаграмме водяного пара рассчитываемый процесс расширения пара в паровой турбине (для 2-х вариантов).

5 На основании расчета сделать вывод о влиянии повышения начальных параметров пара на термический КПД цикла и выработку количества пара.

Таблица 3.1 — Исходные данные

р1, МПа    T1, K    р'1, МПа    T'1, K    р2, кПа
     2,0       300      5,0           500        4,0

18.4 Турбина мощностью 24000 кВт работает при параметрах пара: р1 = 2,6 МПа, t1 = 420°C, р2 = 0,004 МПа. Для подогрева питательной воды из турбины отбирается пар при ротб=0,12 МПа. Определить термический к.п.д. и удельный расход пара. Определить также улучшение термического к.п.д. в сравнении с той же установкой, но работающей без регенеративного подогрева.

Ответ: ηtрег=0,43, d0p=2,96 кг/(кВт·ч), ηt=0,37,(Δη/η)100=16,22%.

18.5 Водяной пар с начальным давлением р1=3 МПа и степенью сухости х1=0,95 поступает в пароперегреватель, где его температура повышается на Δt; после перегревателя пар адиабатно расширяется в турбине до давления p2. Определить теплоту (на 1 кг пара), подведенную к нему в пароперегревателе; работу и термический  цикла Ренкина, степень сухости пара х2 в конце расширения; работу цикла и конечную степень сухости, если после пароперегревателя пар дросселируется до давления р′1кДж/кг

Определить начальные и конечные параметры состояния пара по диаграмме i-s и рассчитать по таблицам состояние пара в конце каждого процесса; изобразить перечисленные процессы в координатах i-s и заполнить сводную табл.4.8. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.4.12.

Δt, ºC    р′1, МПа    р2, кПа
40         1,2               3,0

18.8 Определить термический к.п.д. цикла Ренкина, если р1=6 МПа, t1=450°C, p2=0,004МПа.

Ответ: 40,2%

18.10 Показать сравнительным расчетом целесообразность применения пара высоких начальных параметров и низкого конечного давления на примере паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, определив располагаемый теплоперепад, термический КПД цикла и удельный расход пара для двух различных значений начальных и конечных параметров пара. Указать конечное значение степени сухости х2 (при давлении р2). Изобразить схему простейшей паросиловой установки и дать краткое описание ее работы. Представить цикл Ренкина в диаграммах T-s и h-s. Задачу решать с помощью h-s — диаграммы.

Представить графическое решение задачи в h-s — диаграмме.

Таблица 1 — Исходные данные для расчета цикла паросиловой установки

р1, МПа    t1, ºC    р′1, МПа    t′1, ºC    р2, кПа
4,0            350       6,0            550         3,0

18.11 Определить характеристики и годовой расход (брутто) природного газа паротурбинной установки мощностью W = 370 МВт, если: р1 = 195 бар, t1 = 490 ºC, р2 = 0,052 бар, ηк = 0,9, Qрн = 27900 кДж/м³.

Ответ: h1 = 3216 кДж/кг,  h2 = 1869 кДж/кг, d0 = 2,673 кг/(кВт·ч), D0 = 989010 кг/ч, hп.в = 143 кДж/кг, В = 10,6·108 м³/год, ηt = 0,44.

18.15 Определить термический КПД цикла Ренкина с перегретым паром. Параметры газа перед турбиной: давление р1, температура t1(табл.5); давление в конденсаторе р2=0,04 бар. Найти параметры состояния — температуры, энтальпии, энтропии — в характерных точках цикла. Рассчитать значения подведенной, отведенной теплоты и работы цикла.

Таблица 5

р1, бар

t1, ºC

ррег, бар

GT, кг/c

130

600

8

30

 

18.16 Паросиловая установка работает по циклу Ренкина. Начальные параметры пара перед двигателем р1=6 МПа, t1=450 ºC. Давление в конденсаторе р2=0,004 МПа. Определить:

1.Термический КПД установки.

2. Как изменится термический КПД, если давление на выходе из турбины увеличивается в 10 раз?

3 Удельный расход пара 1 кВт·ч вырабатываемой электроэнергии, если внутренний относительный КПД турбины ηoi=0,8, механический КПД турбины ηм=0,8 и КПД энергогенератора ηэ=0,96.

Ответ: ηt=0,32, ηt1=0,27, ηtt1=1,2, d=3,743 кг/(кВт·ч).


Раздел №20

20.1 Воздух, имеющий начальные параметры Т1=303 К  и d1=18 г/кг.с.в., осушается до относительной влажности φ2=20%. Найти количество влаги удаленной из воздуха при его массе 25 кг, а также его параметры в конечном состоянии.

Ответ: Gвл = 0,150 кг, t2 = 45ºC, φ2 = 20%, d2 = 12 г/кг, h2 = 76 кДж/кг, рп = 1,9 кПа, tp = 16,4°C, tм = 24,4°С.

20.2 Параметры воздуха t=30ºC, d=10 г/кг. Определить значение относительной влажности воздуха для этих условий в следующих городах: Николаев, Ла-Пас.

Ответ: φн=0,38; φл=0,25.

 

20.3 Воздух имеет температуру t1 и относительную влажность φ1(табл 1.1) . Перед тем как быть использованным для вентиляции помещения, воздух нагревается в калорифере, а затем увлажняется путем впрыскивания в него распыленной воды. В результате нагревания и увлажнения достигается температура t3 и относительная влажность φ3 (табл 1.2). 

Таблица 1.1  - Исходные данные

Температура t1 = 9ºС  

Относит.влажность φ1 = 60%    

Температура t3 = ºС  

Относит. влажность φ3 = 81%

Определить:

1) по h-d диаграмме найти параметры влажного воздуха в точках 1, 2, 3 (температуру t, температуру мокрого термометра tм, температуру точки росы tтр, относительную влажность φ, влагосодержание d, энтальпию h, парциальное давление водяных паров;

2) количество теплоты подведенной в калорифере;

3) количество впрыснутой в воздух влаги Δd.

Параметры состояния занести в таблицу.

Ответ: q = 95 кДж/кг, Δd = 24,9г/кг.

20.4 Атмосферный воздух с температурой t1 и относительной влажностью φ1 поступает в воздушный подогреватель, в котором воздух нагревается до температуры t2, после чего его используют для сушки макарон в сушильной камере. Из сушильной камеры воздух выходит при температуре t3. Определить конечное влагосодержание воздуха, количество теплоты и расход воздуха на 1 кг испаренной влаги. Процесс насыщения влажного воздуха считать идеальным.

Таблица 1

Вариант    t1, ºC    φ1, %    t2, ºC    t3, ºC
14    29    50    100    60

 

20.6 Наружный воздух имеющий температуру t = 20 °C и влагосодержание d = 6,9 г/кг, подогревается до температуры 50 °C. Определить относительную влажность наружного и подогретого воздуха. Барометрическое давление воздуха принять равным 0,1 МПа. Изобразить процесс подогрева воздуха в диаграмме h,d.

Ответ: φ= 46,9%, φ2 = 8,9 %.

20.10 Воздух, имеющий начальные параметры Т1=303 К  и d1=18 г/кг.с.в., осушается до относительной влажности φ2=20%. Найти количество влаги удаленной из воздуха при его массе 25 кг, а также его параметры в конечном состоянии.

20.12 Определить абсолютную влажность воздуха, если парциальное давление пара в нем р = 0,03 МПа, а температура воздуха t=80 ºС. Показание барометра В = 99325 Па (745 мм рт. ст.).

Ответ: ρп= 0,185 кг/м³.

20.13 При определении состояния влажного воздуха с помощью психрометра зафиксировано, что сухой термометр показывает tc = 22°С, а влажный tм = 20°С. Найти влагосодержание d, относительную влажность, энтальпию, а также температуру точки росы для этого воздуха.

Ответ: d2=13,6 г/кг, φ=80%, h2=57 кДж/кг, tт.р.=19 ºС.

20.15 Газовый двигатель всасывает 500 м3/ч воздуха при температуре 25°С. Относительная влажность воздуха 0,4. Какое количество водяного пара всасывается двигателем в час?

20.17 Для сушки используют воздух с температурой t1 и относительной влажностью φ1 (или с заданным влагосодержанием d1). В калорифере его подогревают до температуры t2 и направляют в сушилку, откуда он выходит с температурой t3. Определить конечное влагосодержание d3, расход воздуха M и теплоты Q на 1 кг испаренной влаги. Задачу решить при помощи id — диаграммы и привести схему решения.

Данные, необходимые для расчета в зависимости от номера варианта, приведены в прилагаемой таблице.

Требуется:

1) рассчитать основные параметры влажного воздуха (t, d, i, рп) для основных точек процессов.

2) определить расход воздуха М и теплоты Q на 1 кг испаренной влаги.

Таблица  – Исходные данные 

Параметры в основных точках

t1, ºС

d1, г/кг

t2, ºС

t3, ºС

15

4

90

35

 

Ответ: М=47,0 кг, Q=3525 кДж/кг.

20.20 Газовый двигатель всасывает 500 м³/ч воздуха при t1=25 ºC. Относительная влажность воздуха φ=0,4.

Какое количество водяного пара всасывается двигателем в час?

Ответ: Мп=4,6 кг/ч.

 

Автор страницы: admin