Термодинамика Контрольная работа 1 курс


 

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Техническая термодинамика и теплопередача.

Вариант 1.

Вопросы:

1. Почему в изохорическом и изобарическом процессах с подводом теплоты температура повышается, а при отводе теплоты понижается?

2. В чем различие массовой и молярной теплоемкостями?

3. Как определяется количество теплоты q1 и q2 в цикле ДВС с подводом теплоты при V=const?

4. Как показать на HS диаграмме, что в некоторых случаях перегретый пар в процессе дросселирования можно превратить во влажный?

5. Какие процессы совершаются в идеальном одноступенчатом поршневом компрессоре?

6. Основные законы теплового излучения.

Задачи:

1. Масса пустого баллона воздуха емкостью 0,05 м3 равна 80 кг. Определить массу баллона после заполнения его воздухом до давления 15 МПа при температуре 20о С.

2. До какой температуры t2 нужно нагреть газ при V=const,если начальное давление газа p1= 0,2 МПа и температура t1= 25о С, а конечное давление p2 = 0,5 МПа.

3. Определить параметры рабочего тела во всех характерных точках, полезную работу и КПД цикла ДВС со смешанным подводом тепла, если известно: Ра = 0,9 МПа, ta =27о С? Ԑ = 16, λ =1,4, сv = 0,72 , q1 + q2 = 1072

   

4. В баллоне при постоянном давлении р1 = 5 МПа находится кислород, поступающий через суживающееся сопло в среду с давлением р2 = 4 МПа. Найти скорость истечения и секундный расход кислорода, если площадь выходного сечения ƒ = 15 мм2. Начальная температура кислорода 27о С.

5. Задано состояние пара: р = 1,6 МПа, х = 0,96. Пользуясь диаграммой HS определить остальные параметры.

6. Определить работу 1 кг пара в цикле Ренкина, если р1 = 2 МПа, t1= 450о С, р2 =0,004 МПа. Изобразить данный цикл в диаграммах PV, TS, HS.

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 2.

Вопросы:

1. Что такое рабочее тело в технической термодинамике, и какими параметрами оценивается его состояние?

2. Какие процессы называются обратимыми, и каковы их свойства?

3. Опишите и поясните изобарный процесс по следующей схеме:

а) физическая сущность процесса;

b) графическое изображение на диаграмме PV;

c) соотношение параметров состояния;

d) расчетная формула работы газов;

e) тепловой баланс.

4. Что характеризует термический КПД цикла теплового двигателя? Почему термический

КПД не может быть равен единице?

5. Пояснить физическую сущность образования пара кипением. Изобразить протекание процесса в диаграммах PV и TS.

6. Что такое коэффициент теплопроводности и какова его сущность?

 

Задачи:

1. Воздух, заключенный в баллон объемом 0,8 м3, выпускают в атмосферу. Температура вначале равна 27оС. Определить массу выпущенного воздуха, если начальное давление в баллоне р1 = 9,32 МПа, после выпуска р2 = 4,22 МПа, а температура снизилась до t2 = 17оС.

2. 2 м3 воздуха нагревается от t1 = 100оС до t2 = 500оС при постоянном давлении р = 0,2 МПа. Определить количество теплоты, необходимое для нагрева, и работу, которую совершает при этом воздух.

3. В цилиндре двигателя с изобарным подводом теплоты сжимается воздух по политропе с

n1 = 1,33. Определить температуру и давление в конце сжатия, если Ԑ = 14, tа = 77оС и

ра = 0,1 МПа.

4. В одноступенчатый компрессор засасывается 0,25 м3/с воздуха при температуре 27оС и давлении 0,1 МПа. Найти температуру и объем воздуха в конце сжатия и мощность, затрачиваемую на получение сжатого воздуха. если сжатие происходит в политропе

п = 1,2.

5. Определить теоретическую скорость истечения пара из котла в атмосферу, если давление пара в котле р1 = 1,2 МПа, t1 = 300оС. Процесс расширения пара считать адиабатным, а

р0 = 750 мм рт.ст.

6. Определить термический КПД цикла Ренкина, если: р1 = 2 МПа, t1 = 300оС, давление в конденсаторе р2 = 0,004 МПа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 3.

Вопросы:

1. Что называется теплотой, энергией и работой. Единицы их измерения.

2. Опишите и поясните изотермический процесс по следующей схеме:

а) название процесса;

b) куда расходуется подводимое тепло к рабочему телу;

c) графическое изображение процесса в PV-диаграмме;

d) Соотношение между параметрами состояния;

e) расчетная формула для определения внешней работы.

3. Поясните сущность второго закона термодинамики и его отличие от первого закона.

4. Что называется критическим давлением и критической скоростью? От каких факторов

зависит критическое отношение давлений при истечении?

5. Изобразите в осях PV и TS термодинамические процессы водяного пара.

6. Как подсчитать количество теплоты, передаваемое теплопроводностью через

многослойную плоскую стенку?

 

Задачи:

1. В цилиндре с подвижным поршнем находится воздух V1= 0,8 м3 при давлении р1= 0,5 МПа. Как должен измениться объем, чтобы при повышении давления до 0,8 МПа температура воздуха осталась неизменной?

2. 1 кг воздуха при температуре t1 = 15оС и начальном давлении р1= 0,1 МПа адиабатно сжимается до давления р2= 0,8 МПа. Определить работу сжатия, конечный объем V2 и конечную температуру.

3. 1 кг воздуха совершает цикл Карно в пределах температур t1 = 627оС и t2 = 17оС. Наибольшее давление составляет 5 МПа, наименьшее 0,08 МПа. Определить параметры состояния воздуха в характерных точках цикла, работу, термический КПД цикла и количество подведенного и отведенного тепла.

4. Воздух из резервуара с постоянным давлением р1= 10 МПа и температурой t1 = 15оС вытекает в атмосферу через трубку с dвн= 10мм. Найти скорость истечения воздуха и его секундный расход. Процесс расширения адиабатный, наружное давление р0= 0,1 МПа.

5. Через пароперегреватель парового котла проходит 4т влажного (х=0,95) пара в час с давлением 0,2 МПа. Определить, сколько теплоты в час передается пару, если в пароперегревателе пар перегревается до температуры 450о С.

6. Сравнить термический КПД циклов Ренкина, работающих при одинаковых начальных и конечных давлениях р1= 2 МПа и р2= 0,01МПа, если в одном случае пар влажный со степенью сухости х= 0,9, в другом – пар сухой насыщенный и в третьем – перегретый с температурой t1 = 320о С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 4.

 

Вопросы:

 

1. Что такое масса, сила тяжести и вес? Что принято за единицу массы, силы тяжести , веса?

2. Цикл Карно для тепловых двигателей, изображение цикла в PV и TS диаграммах. Какие основные положения вытекают из анализа цикла?

3. Изобразите в диаграммах PV и TS идеальные циклы ДВС со смешанным подводом теплоты. Формула термического КПД цикла и ее анализ.

4. Какие насадки называются соплами, а какие диффузорами? Почему процессы, протекающие в соплах и диффузорах можно приближенно считать адиабатными?

5. Почему в паросиловой установке, работающей по циклу Карно необходим пароводяной компрессор, а по циклу Ренкина – водяной насос?

6. Какое отличие в распространении теплоты в твердом теле от распространения теплоты в жидком и газообразном?

 

Задачи:

 

1. Определить массу углекислого газа в баллоне объемом Vб= 4 м3 при температуре t = 80о С. Давление газа по манометру 0,04 МПа. Барометрическое давление 760 мм рт.ст.

2. 1 кг воздуха при t1 = 30о С и р1= 0,1 МПа сжимается изотермически до р2= 1 МПа. Определить конечный объем V2, затраченную работу и количество теплоты, отводимой от газа.

3. В цикле газотурбинной установки с подводом теплоты при p = const начальные параметры рабочего тела р1= 0,098 МПа, начальная температура t1 = 27о С, степень повышения давления λ = 6, наивысшая температура в цикле tmax = 600о С. Определить параметры рабочего тела во всех характерных точках цикла и термический КПД.

4. Определить теоретическую скорость истечения воздуха из сопла Лаваля для следующих данных: р1= 1,6 МПа, t1 = 300о С, р2= 0,61МПа. Процесс расширения воздуха в сопле считать адиабатным.

5. Определить температуру, энтальпию и внутреннюю энергию влажного пара при р=0,1МПа и х= 0,95(с использованием HS-диаграммы)

6. Определить теоретическую скорость истечения пара из котла в атмосферу. Давление пара в котле р1= 1 МПа, температура t1 = 280о С. Процесс расширения пара считать адиабатным. Барометрическое давление принять равным 740 мм рт.ст.

 

 

 

   

 

 

 

 

 

Вариант 5.

Вопросы:

1. Дать определение количеству вещества, молярной массе, молярному объему. Каковы единицы их измерения.

2. Опишите и поясните адиабатный процесс по следующей схеме:

a) Физическая сущность процесса;

b) Графическое изображение процесса и уравнение кривой, выражающей процесс;

c) Формулы для соотношения параметров;

d) Выражение работы и для количества теплоты.

3. Какие допущения принимаются при изучении термодинамических циклов ДВС и для чего они вводятся?

4. Для чего применяется многоступенчатое сжатие, и в чем преимущество многоступенчатого сжатия в компрессоре?

5. Поясните процесс парообразования в диаграммах PV и TS.

6. Почему в конвективном теплообмене при переходе ламинарного движения в турбулентное условие теплообмена улучшается?

Задачи:

1. Баллон с кислородом емкостью 20 л находился под давлением 10 МПа при температуре

27о С. После израсходования части кислорода давление в баллоне понизилось до 7,6 МПа, а температура упала до 17о С. Определить массу израсходованного кислорода.

2. В двигателе: степень сжатия Ԑ= 5, степень повышения давления λ= 1,6, начальное давление 0,1 МПа, показатель адиабаты сжатия k= 1,4. Определить максимальное давление, создаваемое в цилиндре двигателя.

3. Определить параметры в основных точках идеального цикла со смешанным подводом теплоты по следующим данным: ра= 0,1 МПа, tа = 40о С, Ԑ= 14, р= 1,7, k= 1,4, λ= 1,4.   

Рабочее тело – идеальный газ с газовой постоянной R = 300

4. Из резервуара, в котором давление р1= 0,15 МПа и температура t1 = 27о С, воздух вытекает через суживающееся сопло в атмосферу (р2= 0,098 МПа). Определить скорость истечения, если в процессе истечения параметры воздуха в резервуаре остаются постоянными.

5. Влажный насыщенный пар имеет давление р= 1,4 МПа и степень сухости х= 0,86. Найти температуру, энтальпию, удельный объем и энтропию пара по HS-диаграмме.

6. Перегретый пар с давлением 2 МПа и степенью сухости 0,9 дросселируется до давления 0,01 МПа. Каково будет его конечное состояние? Решение дополнить эскизом процесса дросселирования в диаграмме HS.

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 6.

Вопросы:

1. Понятие смеси газов и чистого вещества. Способы задания состава смеси.

2. Закон Авогадро и его сущность.

3. Как протекает цикл в тепловом двигателе и определяется термический КПД?

4. Изобразите схему и поясните принцип работы компрессорной холодильной установки с дроссельным регулированием.

5. Что такое теплота парообразования? Как она изменяется при повышении давления?

6. Что называется отражательной, пропускной и поглащательной способностью тела?

Задачи:

1. Найти массу 5м3 водорода, 5м3 кислорода и 5м3 углекислого газа при давлении 0,6 МПа и температуре 100о С.

2. Воздух объемом 3м3 расширяется политропно от р1= 0,54 МПа и t1 = 45о С до р2= 0,15 МПа и объема V2= 10 м3. Определить показатель политропы n2 , конечную температуру t2, полученную работу, количество подведенной теплоты.

3. Компрессор всасывает 200 м3/ч воздуха при р1= 0,1 МПа и t1 = 17о С и сжимает его до

р2= 0,8 МПа. Определить температуру воздуха при выходе из компрессора, объем сжатого воздуха и мощность, расходуемые на получение сжатого воздуха, если сжатие происходит по политропе, показатель политропы n = 1,3.

4. Определить теоретическую скорость адиабатного истечения воздуха через сопло Лаваля, если р1= 0,8 МПа и t1 = 20о С, а давление среды на выходе из сопла р2= 0,1 МПа. Сравнить полученную скорость с критической.

5. Сделайте выборку численных величин из всех граф таблицы водяного пара для давлений: 0,01 и 5 МПа. Поясните смысл выбранных численных величин и их размерностей, сопоставьте эти величины и объясните причины увеличения или уменьшения их с ростом давления пара. Объясните выгоды применения пара высокого давления.

6. Сухой насыщенный пар при давлении 0,12 МПа расширяется адиабатно до давления 0,01 МПа. Определить выделенную при этом энергию (при решении использовать диаграмму HS).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                        

 

 

Вариант 7.

Вопросы:

1. Что такое теплоемкость , и в чем состоит качественное различие молярной и удельной теплоемкости?

2. Опишите изохорный процесс по следующей схеме:

a) Физическая сущность;

b) Графическое изображение;

c) Соотношение параметров;

d) Расчетные формулы внешней работы газов;

e) Тепловой баланс.

3. Какие процессы и в какой последовательности совершаются в идеальном одноступенчатом поршневом компрессоре?

4. Что такое процесс дросселирования? Изобразите его в диаграмме HS.

5. Изобразите схему паротурбинной установки и поясните принцип ее работы.

6. Что называется тепловым потоком? Что такое поверхностная плотность потока?

Задачи:

1. Какой объем будет занимать 11 кг воздуха при давлении р= 0,44 МПа и температуре

t=18о С?

2. Определить количество теплоты, которое должно быть отведено при постоянном объеме от 20 м3 углекислого газа для понижения его температуры от 400о С до 100о С.

3. 0,2 кг воздуха в карбюраторном двигателе совершают цикл с изохорным подводом теплоты. Известно, что ра= 0,1 МПа, tа = 17о С, Ԑ= 5, λ= 4. Какое количество теплоты q1 нужно подводить к воздуху?

4. Определить теоретическую скорость истечения пара в атмосферу. Давление пара в котле 0,16 МПа и х= 0,95. Процесс расширения считать адиабатическим. Рбар=770 мм рт.ст.

5. На паропроводе насыщенного пара термометр показывает температуру 180о С. Сколько в этом случае должен показывать манометр?

6. Паросиловая установка работает по циклу Ренкина при следующих условиях: р1= 2 МПа, t1 = 350о С, р2= 0,1 МПа. Определить термический КПД установки и полезную удельную работу.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 8.

Вопросы:

1. Теплоемкость изохорная и изобарная. Способы определения средних теплоемкостей.

2. Графическое изображение внешней работы в диаграмме PV, вывод расчетной формулы.

3. Цикл Карно холодильной машины, холодильный КПД.

4. TSдиаграмма, изображение процесса парообразования на TS диаграмме.

5. Понятие энтропии, изменение энтропии при подводе и отводе теплоты. Какой из термодинамических процессов называется изоэнтропийным?

6. Что такое конвективный теплообмен, в чем его сущность?

Задачи:

1. По трубопроводу протекает 10 м3/с кислорода при температуре 127о С и давлении 0,4 МПа. Определить массовый расход газа в секунду.

2. 3 воздуха с начальной температурой t1= 15о С расширяется при постоянном давлении до V=3м3 вследствие сообщения газу 837 кДж теплоты. Определить конечную температуру t2, давление газа р и работу расширения.

3. Найти максимально допустимую величину сжатия в одноступенчатом идеальном компрессоре р2, если температура воспламенения смазочного масла tвос = 260о С, температура воздуха, поступающего в компрессор t1 = 17о С, начальное давление воздуха р1 = 0,1 МПа, сжатие происходит по политропе n = 1,25.

4. В баллоне при постоянном давлении р1 = 5 МПа находится кислород, поступающий через суживающееся сопло в среду с давлением р2 = 4 МПа. Найти скорость истечения кислорода. Начальная температура кислорода t2 = 27о С.

5. Влажный насыщенный пар со степенью сухости х = 0,88 имеет давление 0,1 МПа. Найти удельный объем, температуру и энтальпию пара (с использованием таблиц).

6. Водяной пар массой 30 кг расширяется при постоянном давлении р = 5 МПа от объема

V1 = 0,06 м3/кг до V2 = 0,8 м3/кг. Определить параметры пара в начале и в конце процесса, а также количество сообщенной теплоты.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 9.

Вопросы:

1. Дать понятие энтальпии как параметру состояния рабочего тела.

2. Опишите и поясните политропный процесс по следующей схеме:

a) Физическая сущность;

b) Уравнение кривой процесса;

c) Формулы для расчета параметров состояния и внешней работы;

d) Значение показателя политропы для всех термодинамических процессов.

3. Изобразите цикл Карно теплового двигателя. Почему этот цикл является эталонным?

4. Критическая скорость потока и максимальный массовый расход рабочего тела при истечении.

5. Цикл Ренкина и пути повышения экономичности цикла.

6. Лучистый теплообмен и его физическая сущность.

Задачи:

1. Определить массу воздуха, израсходованного на пуск децеля, если известно: Vб = 200 л,

t = 20о С (температура воздуха в баллоне), р1 = 2,26 МПа и р2 = 1,86 МПа.

2. При изотермическом сжатии 2,1 м3 азота, взятого при р1 = 0,1 МПа, от газа отводится 335 кДж теплоты. Определить конечный объем V2, конечное давление р2 и затраченную работу.

3. Компрессор всасывает воздух объемом 20 м3 , р1 = 0,1 МПа и температурой t1 = 27о С. Конечное давление воздуха составляет 0,8 МПа. Найти теоретическую мощность двигателя для привода компрессора при: адиабатическом сжатии (к = 1,4), изометрическом сжатии, политропном сжатии (п = 1,2).

4. Из резервуара, в котором давление р1 = 0,18 МПа и температура t1 = 17о С, воздух вытекает через суживающееся сопло в атмосферу (р2 = 0,098 МПа). Определить скорость истечения воздуха, если в процессе истечения параметры воздуха в резервуаре остаются постоянными.

5. Определить температуру, удельный объем, энтальпию и энтропию влажного насыщенного пара (х = 0,8) при р = 1 МПа.

6. Пар при температуре 300о С и давлении 0,5 МПа расширяется адиабатно до давления 5 кПа. Определить удельную работу, паросодержание и температуру в конце расширения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вариант 10.

Вопросы:

1. Универсальная газовая постоянная и ее численное значение.

2. Что называется термодинамическим процессом? Графическое изображение процесса в диаграмме PV.

3. Термодинамический цикл газотурбинной установки, вывод уравнения термического КПД цикла.

4. Процесс истечения через диффузор и его изображение в диаграмме HS.

5. Определение параметров состояния влажного, сухого и перегретого пара.

6. Что такое коэффициент теплоотдачи и какова его размерность?

Задачи:

1. Сжатый воздух в баллоне имеет температуру 15о С. Во время пожара температура воздуха поднялась до 450о С. Взорвется ли баллон, если известно, что при этой температуре он может выдержать давление не более 9,8 МПа?

2. 5 м3 воздуха при давлении 0,4 МПа и температуре 60о С расширяются по политропе до трехкратного объема и давления 0,1 МПа. Определить показатель политропы, работу расширения, количество подведенной теплоты и изменение внутренней энергии

ΔU = U2 U1.

3. Найти максимальную допустимую величину давления сжатия в одноступенчатом идеальном воздушном компрессоре р2, если температура воспламенения смазочного масла tm = 360о С, температура воздуха, поступающего в компрессор, 17о С, начальное давление воздуха 0,1 МПа, сжатие происходит по политропе п = 1,25.

4. Определить скорость адиабатного истечения воздуха в атмосферу из резервуара, в котором поддерживаются постоянное давление р1 = 0,16 МПа и температура t1 = 400о С, к = 1,4.

5. Определить состояние водяного пара, если его давление 2,2 МПа, а температура 240о С.

6. К пару давлением 1 МПа при температуре 300о С подводится количество теплоты Q = 340 кДж при постоянной температуре. Найти конечное давление и совершаемую при этом удельную работу изменения объема.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

About maximios

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

+ 12 = 15