Техническая термодинамика (стр. 1 из 2)
Министерство образования Республики Беларусь
УО «Полоцкий государственный университет»
Контрольная работа
по дисциплине «Тепломассообмен»
Примеры решения задач по курсу технической термодинамики
Новополоцк 2010
Задача № 1
Газовая смесь G, заданная объемными долями и занимающая исходный объем V1, нагревается при постоянном давлении от температуры t1 до температуры t2, а потом охлаждается при постоянном объеме до исходной температуры t1. Определить конечное давление и объем смеси, величину работы и теплоты, участвующие в процессах, и изменение энтропии 1 кг смеси. Показать оба процесса в pv- и TS-диаграммах (без масштаба).
Дано: G=22 кг, V1=20 м3, t1=125 ºС, t2=375 ºС, N2=50%, СО2=20%, Н2=30%
Решение
Молярная масса газа
Молярная масса смеси
Где ri-объемные доли
μi-молярная масса компонента
Газовая постоянная смеси
Начальная температура
Начальное давление
Абсолютная температура после нагревания
Конечное давление
Конечный объем смеси
Для определения количества теплоты подведенной к газовой смеси в процессе её изобарного нагрева, найдем изобарные мольные теплоемкости при нагреве:
Углекислый газ
Азот
Водород
Изобарная мольная теплоемкость смеси:
Массовая теплоемкость
Количество подведенной теплоты
Работа при изобарном нагреве
Изменение энтропии в изобарном процессе нагрева смеси
Охлаждение при V=const
Изохорная мольная теплоемкость смеси найдется из уравнения:
Объемная теплоемкость смеси
Количество отводимой теплоты:
Работа изохорного процесса L=0, т.к. объем не меняется.
Для расчета изменения энтропии найдем массовую изохорную теплоемкость смеси
И тогда
Процессы в pv- и ТS- диаграммах см. на рисунке 1.
Задача №2
Для теоретического цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с изохорно-изобарным подводом теплоты определить параметры состояния, р, v, t характерных точек цикла, полезную работу и термический КПД по заданным значениям начального давления р1 и температуры t1, степени сжатия ε, степени повышения давления λ и степени предварительного расширения ρ. Рабочим телом считать воздух, полагая теплоемкость его постоянной. Изобразить цикл ДВС в pv- и TS-диаграммах (без масштаба). Определить также КПД цикла Карно, проведенного в том же интервале температур t1-t4, что и цикл ДВС.
Дано: р1=98 кПа, t1=30 ºС, ε=16, λ=1,5, ρ=1,5.
Решение
Изобразим цикл ДВС в pv- и TS-диаграммах см. рисунок 2.
Параметры точки 1.
Давление р1=98 кПа, температура Т1=273+30=303 К.Удельный объем найдем из уравнения состояния р1v1=RT1, где R=287 Дж/кг·ºС- газовая постоянная воздуха.
Параметры точки 2.
Степень сжатия
, поэтому 
.Температура в конце адиабатного сжатия
Давление в конце адиабатного сжатия
Параметры точки 3.
Удельный объем
Степень повышения давления
поэтому абсолютное давление 
Для идеального газа по закону Шарля
поэтому абсолютная температура 
Параметры точки 4.
Абсолютное давление р3=р4=7193,25 кПа.
Степень предварительного расширения
поэтому удельный объем 
По закону Гей-Люссака для идеального газа
поэтому абсолютная температура 
Параметры точки 5.
Удельный объем
.Давление в конце адиабатного расширения определим из уравнения адиабаты
, отсюда 
.По закону Шарля
отсюда абсолютная температура 
Работа цикла определяется как разность между работой расширения и работой сжатия.
Работа сжатия
Работа расширения
Работа цикла есть алгебраическая сумма l1 и l2
L = l1 - l2 = -442+1115 = 673 кДж/кг
Количество подведенной теплоты:
В процессе 2-3
В процессе 3-4
Количество отведенной теплоты
Теплота полезно используемая в цикле
Термический КПД цикла
Термический КПД цикла Карно по условиям задачи
Задача №3
Показать сравнительным расчетом целесообразность применения пара высоких начальных параметров и низкого конечного давления на примере паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, определив располагаемое теплопадение, 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.
Дано: 1-вариант: р1=2,0 МПа, t1=300ºС, р2=70кПа
2-вариант: р1=8,0 МПа, t1=480ºС, р2=3кПа
Решение
Для решения задачи используем is-диаграмму водяного пара.
Теплосодержание пара, соответствующее начальному состоянию i1=3250 кДж/кг.
Теплосодержание пара, поступающего в конденсатор. i2=2405 кДж/кг.