Техническая термодинамика

КОНТРОЛЬНЫЕ ЗАДАНИЯ

2.1. Методические указания

 

Студенты выполняют контрольные  работы по 2 разделам «Техническая термодинамика» и «Теория теплообмена». По последней  четной цифре  личного шифра студента выполняются задачи № 1, 2. Задачи № 3,4  выполняются студентами, имеющими нечетную последнюю цифру личного  шифра. Исходные данные к каждой задаче выбираются из соответствующих таблиц по последней и предпоследней  цифре шифра.

При решении контрольных задач  необходимо соблюдать следующие  условия: а) выписывать условие задачи и исходные данные; б) решение задач  сопровождать кратким пояснительным  текстом, в котором указывать, какая  величина определяется и по какой  формуле, какие величины подставляются  в формулу и откуда они берутся (из условия задачи, из справочника  или были определены выше и т.д.); в) вычисления проводить в единицах СИ, показывать ход решения. После решения задачи нужно дать краткий анализ полученных результатов и сделать выводы. Всегда, если это возможно, нужно осуществлять контроль своих действий и оценивать достоверность полученных числовых данных.

2.2. Техническая  термодинамика

Задача 1. Считая теплоемкость идеального газа зависящей от температуры, определить: параметры газа в начальном и  конечном  состояниях, изменение внутренней энергии, теплоту, участвующую в процессе, и работу расширения. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл.2,1., зависимость величины теплоемкости от температуры приведена в приложении 1.

Таблица 2.1

Последняя цифра шифра	Процесс	t1,°c	t2,°c	Предпоследняя цифра шифра	Газ	Р1, МПа	m, кг
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	Изохорный Изобарный Адиабатный Изохорный Изобарный Адиабатный Изохорный Изобарный Адиабатный Изобарный	2400 2200 2000 1800 1600 1700 1900 2100 2300 1500	400 300 300 500 400 100 200 500 300 100	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	О2 N2 H2 N2 CO CO2 N2 H2 O2 CO	1 4 2 3 5 6 8 10 12 7	2 5 10 4 6 8 3 12 7 9

 

Задача 2. Для теоретического цикла ГТУ  с подводом теплоты при постоянном давлении определить параметры рабочего тела (воздуха) в характерных точках цикла, подведенную и отведенную теплоту, работу и термический к.п.д. цикла, если начальное давление р₁ = 0,1 МПа, начальная температура t₁ = 27,°C, степень повышения давления в компрессоре p, температура газа перед турбиной t₃.

Таблица 2.2

Последняя цифра шифра		Предпоследняя цифра шифра	t1,°c	G, кг/с	Последняя цифра шифра		Предпоследняя цифра шифра	t1,°c	G, кг/с
0 1 2 3 4	6 6,5 7 7,5 8	0 1 2 3 4	700 725 750 775 700	35 25 30 40 50	5 6 7 8 9	7,5 7 6,5 6 7	5 6 7 8 9	725 750 775 800 825	60 70 80 90 100

 

Определить теоретическую мощность ГТУ при заданном расходе воздуха G. Дать схему и цикл установки в pv- и Ts-диаграммах. Данные для решения задачи выбрать из табл. 2. Теплоемкость воздуха принять не зависящей от температуры.

Задача 3. Провести термодинамический расчет поршневого двигателя, работающего по циклу Дизеля, если начальный удельный объем газа n₁; степень сжатия ; начальная температура сжатия t₁; количество тепла, подводимое в цикле q₁. Определить параметры состояния в крайних точках цикла. Энтальпию (h), внутреннюю энергию (U) определить относительно состояния газа при Т₀ = 0 К, энтропию (S) — относительно состояния при условиях Т₀ = 273 К, Р = 0,1 МПа. Построить цикл в pv- и Ts-координатах. Для каждого процесса определить работу, количество подведенного и отведенного тепла, изменение внутренней энергии, энтальпию и энтропию. Определить работу цикла, термический к.п.д. цикла. Рабочее тело - воздух, масса 1 кг. R = 0,287кДж/кг×К; С_р = 1кДж/кг×К. Данные к задаче выбрать из табл. 2.3.

 

Таблица 2.3

 

Последняя цифра шифра		Предпоследняя цифра шифра	Начальная температура сжатия, t1,°c	q1, кДж/кг
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	14 15 20 18 16 15 14 16 18 20	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	25 20 15 30 40 35 50 30 28 45	900 800 500 600 400 850 700 450 550 600

 

 

 

Задача 4. Определить конечное состояние газа, расширяющегося политропно от начального состояния с параметрами Р₁, t₁, изменение внутренней энергии, количество подведенной теплоты, полученную работу, если задан показатель политропы (n), конечное давление Р₂. Показать процесс в pv- и Ts-координатах. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 2.4.

 

Таблица 2.4

Последняя цифра шифра	Р1, МПа	t1,°c	Р2, МПа	n	Предпоследняя цифра шифра	Газ	m, кг
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 5 6	100 70 110 120 80 90 130 150 200 250	0,1 0,5 1,0 1,5 0,5 1,2 1,5 0,2 2 3,5	1,2 1,5 1,4 1,1 1,3 1,2 1,4 1,6 1,2 1,5	0 1 2 3 4 5 6 7 8 9	О2 N2 CO N2 H2 О2 CO2 О2 CO N2	1 2 3 4 5 6 8 2 5 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 1

Средние изобарные мольные теплоемкости

 

t, °C	Воздух	Кислород О2	Азот N2	Водород Н2	Водяной пар H2О	Окись углерода СО	Углекислый газ СО2
0	29,073	29,274	29,115	28,617	33,499	29,123	35,860
100	29,153	29,538	29,144	29,935	33,741	29,178	38,112
200	29,299	29,931	29,228	29,073	34,188	29,303	40,059
300	29,521	30,400	29,383	29,123	34,575	29,517	41,755
400	29,789	30,878	29,601	29,186	35,090	29,789	43,250
500	30,095	3L334	29,864	29,249	35,630	30,099	44,573
600	30,405	31,761	30,149	29,316	36,195	30,426	45,758
700	30,723	32,150	30,451	29,408	36,789	30,752	46,813
800	31,028	32,502	30,748	29,517	37,392	31,070	47,763
900	31,321	32,825	31,037	29,647	38,008	31,376	48,617
1000	31,598	33,118	31,313	29,789	38,619	31,665	49,392
1200	32,109	33,633	31,828	30,107	39,825	32,192	50,740
1400	32,565	34,076	32,293	30,467	40,976	32,653	51,858
1600	32,967	34,474	32,699	30,832	42,056	33,051	52,800
1800	33,319	34,834	33,055	31,192	43,070	33,402	53,604
2000	33,641	35,169	33,373	31,548	43,995	33,708	54,290
2200	33,296	35,483	33,658	31,891	44,853	33,980	54,881
2400	34,185	35,785	33,909	32,222	45,645	34,223	55,391

 

ПРИЛОЖЕНИЕ 2

 

 

Физические параметры сухого воздуха  при давлении 101,3 кПа

 

t, °C	102*λ, Вт/(м*К) Вт/(м.К>	106*υ, м2/с	Рг
0	2,44	13,28	0,707
100	3,21	23,13	0,688
200	3,94	34,85	0,680
300	4,60	48,33	0,674
400	5,21	63,09	0,678
500	5,75	79,38	0,687
600	6,23	96,89	0,699
700	6,71	115,4	0,706
800	7,19	134,8	0,713
900	7,64	155,1	0,717
1000	8,08	177,1	0,719