12. Влажный насыщенный водяной пар массой 5 кг при давлении р1=1,0 МПа и степени сухости х1= 0,85 нагревается в процессе при постоянном давлении до состояния сухого насыщенного пара. Определить параметры пара в начальной и конечной точках процессов, теплоту, работу и изменение внутренней энергии. Изобразить тепловой процесс в hs-диаграмме.
13. Из парового котла влажный насыщенный водяной пар с начальными параметрами p1=1,5 МПа и х1 = 0,98 поступает в пароперегреватель, после которого температура пара возрастает до t2 = 375°С (процесс перегрева пара происходит при постоянном давлении). Определить удельную теплоту, затраченную на перегрев в пароперегревателе, изменение удельной энтальпии и удельный объем пара в начальном и конечном состояниях. Изобразите тепловой процесс в /s-диаграмме.
14. Перегретый водяной пар массой 1 кг с начальными параметрами р1= 5 МПа и t1 = 350°С в сопле Лаваля изоэнтропно расширяется до давления р2= 0,12 МПа. Определить параметры пара в конце расширения, а также работу и изменение внутренней энергии. Представить качественный график процесса в /s-диаграмме.
15. В процессе изотермического расширения 1 кг влажного насыщенного пара с начальными параметрами p1 = 2,0 МПа и х1= 0,85 подводится 510 кДж/кг теплоты. Определить конечное состояние пара, работу расширения и изменение внутренней энергии. Представить процесс в hs- и Ts-диаграммах.
16. Перегретый водяной пар массой 10 кг с начальными параметрами, р1=5,0 МПа и t1 = 350°С дросселируется до конечного давления р2= 1,8 МПа. Определить параметры пара до и после дросселирования, изменение внутренней энергии и энтропии. Представить процесс дросселирования пара в hs-диаграмме.
17. В баллоне находится 1 кг азота под давлением 20,0 МПа и t1= 20°С. При выпуске из баллона азота он дросселируется до давления 8 МПа. Определить параметры азота после дросселирования, а также изменение энтропии в процессе дросселирования, считая азот идеальным газом. Теплоемкость принимать постоянной.
18. К соплам одноступенчатой активной паровой турбины поступает перегретый водяной пар с давлением р1= 3,0 МПа. В соплах пар изоэнтропно (адиабатно) расширяется до давления 0,5 МПа. Определить параметры пара до и после истечения, а также абсолютную скорость истечения пара. Представить тепловой процесс истечения пара в /s-диаграмме.
19. Влажный насыщенный водяной пар массой 5 кг с начальным давлением р1=0,8 МПа и степенью сухости x1 = 0,72 в процессе при постоянном давлении нагревается до сухого насыщенного пара. Определить параметры состояния в начальной и конечной точках процесса, а также теплоту, работу и изменение внутренней энергии. Изобразите тепловой процесс в hs-диаграмме.
20. Перегретый водяной пар массой 1 кг с начальными параметрами р1=2,5 МПа и удельным объемом v1 = 0,09 м3/кг нагревается в процессе при постоянном давлении до температуры 320°С. Определить конечный удельный объем водяного пара, количество подведенной теплоты, работу, совершенную паром в процессе, а также изменение внутренней энергии. Представить процесс в hs- и Ts-диаграммах.
21. Сравнить значения термического к. п. д. для изобарного и изохорного подводов теплоты в идеальном цикле двигателя внутреннего сгорания, если температура и давление рабочего тела (воздуха) t1 = 65°С и р1= 0,095 МПа, степень сжатия е = 11 и в процессе подводится q = 800 кдж/кг теплоты. Представить циклы в pv- диаграмме.
22. Для идеального цикла двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объеме определить параметры (р, v, Т) в характерных точках, количество подведенной и отведенной теплоты, термический к. п. д , а также полезную работу в цикле, если 1 кг воздуха в начале адиабатного сжатия имеет следующие параметры: р1= 0,1 МПа и t1 = 20°С, степень сжатия ԑ = 7, степень повышения давления λ = 1,7. Изобразить цикл в pv- и Ts-диаграммах.
23. Для идеального цикла газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении определить основные параметры (р, v, Т) в характерных точках, термический к. п. д., полезную работу, а также количество подведенной и отведенной теплоты, если температура и давление рабочего тела (воздуха) в начале адиабатного сжатия равны t1 = 40°С и р1=0,085 МПа, а температура рабочего тела в конце расширения t2 = 180°С, степень повышения давления λ = 4, степень предварительного расширения р = 2,1. Представьте цикл в pv- и Ts-диаграммах.
24. Рабочее тело (воздух) с первоначальными параметрами t1 = 70°С и р1 = 0,12 МПа поступает в двигатель внутреннего сгорания, работающий по идеальному циклу со смешанным подводом теплоты. Определить параметры (p,V, Т) в характерных точках, количество подведенной и отведенной теплоты, полезную работу цикла и термический к. п. д., если степень сжатия ԑ = 15, степень повышения давления λ = 1,8, степень предварительного расширения р = 1,4. Представить цикл в pv- и Ts-диаграммах.
25. В цикле воздушной холодильной машины в компрессор поступает воздух из холодильной камеры с давлением р1=» 0,095 МПа и температурой t1=12°С. Определить температуру воздуха, поступающего в холодильную камеру, холодильный коэффициент, холодопроизводительность (q2), теоретическую работу, затрачиваемую в цикле, если давление воздуха в расширительном цилиндре р = 0,5 МПа, а температура t = 15°С. Изобразить рассматриваемый цикл в pv- и Ts-диаграммах.
26. Определить температуру и объем сжатого метана, а также теоретическую работу сжатия и теоретическую мощность для привода компрессора, если идеальный одноступенчатый компрессор всасывает V = 350 м3/с метана при Р1= 0,1 МПа и t1 = 17°С и сжимает его политропно при n = 1,25 до давления р2= 0,3 МПа. Изобразить теоретический цикл одноступенчатой компрессорной установки в pv-диаграмме.
27. Паросиловые установки работают по циклу Ренкина при одинаковых начальных и конечных давлениях р1= 3 МПа и р2= 5,0 кПа соответственно.
Сравнить термические к. п. д. идеальных циклов, если в одном случае рабочее тело — влажный пар со степенью сухости Х= 0,85, в другом — сухой насыщенный пари в третьем — перегретый пар с температурой t1 = 380°С. Изобразить тепловые процессы идеальных циклов в hs-диаграмме.
28. Паротурбинная установка работает по циклу с промежуточным перегревом пара. Первоначальные параметры пара на входе в турбину P1=20 МПа и t1 = 500°С, давление в конденсаторе р2= 0,004, промежуточный перегрев пара происходит при рп.п= 4,0 МПа до температуры tп.п = 450°С. Определить термический к. п. д., удельный расход пара, количество теплоты, сообщенной пару в парогенераторе, потерю теплоты в конденсаторе и степень сухости влажного пара. Изобразить тепловой процесс цикла в hs-диаграмме.
29. В паросиловом цикле Ренкина пар перед турбиной имеет параметры Р1= 3,5 МПа и t1 = 435°С, давление в конденсаторе р2= 0,004 МПа. Определить термический к. п. д. цикла, сравнить его с к. п. д. цикла Карно, а также определить абсолютный внутренний к. п. д. паровой турбины, если внутренний относительный к. п. д. µoh = 0,82. Представить цикл в Ts-диаграмме и тепловой процесс в турбине в hs-диаграмме.
30. Паровые турбины мощностью до Ne = 1000 кВт выпускали раньше с начальными параметрами р1= 3,0 МПа, t1 = 380°С и давлением в конденсаторе р2=0,004 МПа. В настоящее время паровые турбины выпускаются с начальным давлением p1 = 3,5 МПа, температурой t1= 435°С и давлением в конденсаторе p1= 0,0045 МПа. Определить, на сколько процентов уменьшается секундный и удельный расходы пара при переходе на новые параметры, если внутренний относительный к. п. д. остается одинаковым и равным µoh — 0,74, а механический к. п. д. µм = 0,96. Представить тепловой процесс в турбинах в hs-диаграмме.
31. Передача теплоты в котле от дымовых газов к воде происходит через стальную стенку, покрытую слоем сажи. Принимая стенку плоской, определить:
1) коэффициент теплопередачи и поверхностную плотность теплового потока, если δст = 20 мм; λст = 50 Вт/(м . К), а δс = 2 мм, λс = 0,08Вт/(м • К);
2) температуры на поверхности сажи (tс) и на поверхностях стальной стенки (t ст1 и tст2)°С.
При расчетах принять: температуру дымовых газов t1 = 900°С, температуру кипящей воды t2 = 170°С, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α1 = 50 Вт/(м2• К), а от стенки к кипящей воде α2= 5000 Вт/(м2 • К). Изобразить схематично характер изменения температуры в теплоносителях, разделяющей их стальной стенке и слое сажи.
32. Стальная труба паропровода покрыта слоем теплоизоляции с теплопроводностью λиз = 0,07 Вт/(м • К) и толщиной δиз= 60 мм. Найти суточную потерю теплоты с 1 м длины изолированного паропровода и определить, во сколько раз при наличии изоляции потеря теплоты меньше, чем при неизолированном паропроводе. Определить температуру на наружной поверхности теплоизоляции. При расчете принять следующие исходные данные: d1тр = 50 мм, d2тp = 60 мм, λст= 50 Вт/(м • К), температура пара t1 = 170°С, температура окружающей среды t2= 15°С, коэффициенты теплоотдачи: от пара к стенке αх = 2000 Вт/(м2 • К) и от стенки к окружающей среде α2= 10 Вт/(м3 • К).