Задачник по термодинамике, страница 4

ЗР о~5.5 Ю 1/ В интервале температур 1000 ... 500 'С: аоо с, а... !- и...)5 — н...), /( — а1Оаа О а за,ав 500 — 97,19 1000 39 73 Д ( К 500 — 1000 ооо аоо са,„~ *= )асл,„) / 1а,„=39,73/ЗЬ хааа ~дао 1,135 кДж/(кг К); аоо аоо 1 саам ~ = рса ) ! (ром) 39 73/22 4 , ааааа хааа =1,774кДж/(мо К). Количество теплоты, затрачиваемое на нагревание 5 м' (н.у.) смеси прн р = сова!, и Я = — в" со ам ) (Гд — Га) = 5 1,774 (1000 — 500) ма 4434 кДж.

2.!3. Объемные доли номпоненгов влажного воздуха: 21 % кислорода; 78,1 а азота н 0,9 % водяного пара. Определить массовые доли, состав и парциальные давления компонентов воздуха при давлении смеси 0,1 МПа, газовую постоянную воздуха и плотность прн н.у. 2.14. Определить парциальные плотности азота, кислорода и водяного пара в воздухе (см. условия предыдущей задачи), если температура воздуха равна 300 К. 2.15. Состав продуктов сгорания органического топлива в объемных долях; 13 а а СО,; 8 а а О,; 79 ' Ха, Найти кажущуюся малярную массу, газовую постоянную и удельный объем продуктов сгорания, а также парциальные давления компонентов, если давление и температура продуктов сгорания равны 95 кПа и 650 'С соответственно. 2.!О. Под колоколом цилиндрического газгольдера постоянного давления находится доменный газ (состав в объемных долях: 12 а а СО,; 29 а а СО; 1 а а На; 0,3 ' СНа; 57,7 а г)а) при температуре 20'С и давлении 0,106 МПа; колокол расположен на высоте 2 м; диаметр колокола 5 м.

Определить начальную массу газа и скорость опускания колокола, если при равномерном потреблении газа его расход со. ставляет 12 ма!ч. 18 2.17. Баллоны для автомобилей с газовыми двнгател~- мн заполняются на станции до давления 20 МПа при температуре 17 'С. Определить массу газа в баллоне с размерами В = 220 мм, Н = 1200 мм, а также плотность смеси и па1- циальные плотности компонентов смеси в баллоне после израсходования половины первоначальной массы газа, если состав газа в объемных долях: 71,9 % метана (СН,); 10,1 % этана (С,Н,); 3,2 % пропана (С,Н,); 2„7 % бутана (С4Н„ц 1,7% пеитана (С,Н„) и 10,4% углекислого газа (СОз), а давление в баллоне постояндо.

2.18. Определить значения газовой постоянной, каж)- щейся молярной массы н плотности при н. у., а также прн температуре 400'С и давлении р = 0,1013 МПа. Смесь газов задана следуквцнм массовым составом: 30 % Нз', 1О % СОт; 60 % Х,. 2.19. Найти парциальиые объемы компонентов смеси, состоящей из 40 % Н„10 % СО, и 50 % 5Оз по массе. Объем, занимаемый смесью, 2 м', температура смеси 200'" и давление 0,2 МПа. 2.20. Для смеси, заданной в задаче 2.19, определить парциальные давления компонентов.

2.21. Смесь задана объемными долями: 20 % СО и 80 % СО,. Определить ее газовую постоянную н плотность прн н.У. (Т= 273,15 К, р = 1,01325 Н/м'). 2.22. Смесь, заданная в объемных долях.' 20 % НтО, 35 % СО, н 45 % И„находится прн температуре 200 'С. Определить истинные молярные и массовые теплоемкости смеси при постоянном давлении н объеме. 2.23. Для смеси газов, заданной в предыдущей задаче, определить количество теплоты, необходимое для нагреза 1 кг смеси при постоянном объеме от 200 до 400 'С, 2.24.

Смесь задана массовыми долями: 80 % СО~,' 20 % О,. Определить ее истинные молярную, массовую и объемную теплоемкости при температуре 400 "С и постоянном даплеини р =- О,! МПа. 2.25. Смесь, состоящая из следующих количеств вещестгн 2 кмоль Хм 1 кмоль Оз и 3 кмоль СО„нагревается при р = сопз1 от 100 до 400 'С. Определить йзменение внутренней энергии смеси, пользуясь таблицами Приложения: а) истинных теплоемкостей компонентов; б) средних тепло- емкостей. 2.26. Для смеси предыдущей задачи определить значение ее энтальпни и парцнальные объемы компонентов посте нагревания, если давление смеси равно 0,12 МПа. 2.27.

Состав смеси в массовых долях: 20 44 гелия (Не) и 80 )1 ксенона (Хе). Определить энтальпию смеси при р = 0,1 МПа и Т= 1000 К, используя таблицы термодинамических свойств газов 141. Р е щ е н и е. По таблице термодинамическнх свойств гелия [4[ при р = 0,1 МПа и Т 100 К /и, = 3776,4 кДж/кг. Зто значение энтальпии гелия определяется путем линейной интерполяции в интервале температур 700 ... 750 'С. По таблице термодинамических свойств ксенона при р = 0,1 МПа н Т = 1000 К /х, —— 279,3 кДж/кг. В таблице для ксенона за начало отсчета эвтальпин принят 0 К, а в таблице для гелия 0 'С.

Поэтому при подсчете энтальпии смеси следует к значению /н, прибавить значение /, = 1428,3 кДж/кг, указанное в начале таблицы термодннамических свойств гелия, чтобы начало отсчета энтальпии компонентов было общим. Тогда получим 'ем =Яне йм+йхе /хе =0,2 5204 7+О 8. 279,3 =* *= 1264 кДж/кг. 2.28. Используя условия задачи 2.25 и таблицы термодинамических свойств [16[, определить изменение внутренней энергии и энтальпии газовой смеси в расчете на 1 кг смеси. 2.29. Одним из видов потерь в ДВС является потеря теплоты с выпускными газами.

При теплобалансовом испытании ДВС были получены следующие данные: температура окружающей среды Г, = 20 С; температура выпускных газов Г„= 400 С; состав выпускных газов (кмоль/ч): лсо, = 2,3; пн,о =1.4; псо =0,01; пн, = 15,3; по„— — 1,3; коэффициент избытка воздуха а = 2,05; расход топлива М = 20 кг/ч. Подсчитать потерю теплоты с выпускными газами, если состав дизельного топлива в объемных долях: С 8634; Н=1344; 0=190. Р е ш е н н е. По табличным давным [4[, энтальпия выпускных газов при температуре 1„= 400'С 1,= лсо„р/со, + пн, о р/н.

о +псо р/со +пи, р/н, + + по, р!о,=2 3 25798+1.4 23087+0 01 19857+ +15,3 19776+1,3 20272 420780 кДж/ч. 20 Количество воздуха, теоретически необходимого дли полного сгорания 1 кг топлива, /., (С/12+ Н/4 — О/32)/21 = (86Д 2+! 3/4 — !/32)/2! = 0,495 кмоль/кг. Количество всасываемого воздуха и, = а/.ВМ = 2,05 0,495 20 = 20,3 кмоль/ч. Энтальпия всасываемого воздуха при ! = 20'С 1, = п,р/„= 20,3 8496,6 = !72 440 КДж/ч. Потеря теплоты с выпускными газами 11 = 1, — 1, = 420 780 — 172 440 = 248 340 кДж/ч. 2.30. Продукты сгорания расширяются в турбине до давления 0,102 МПа, при этом их температура изменяется от 800 до 400 'С. Определить изменение энтальпии в процессе, а также плотность и изобарную массовую теплоемкость продуктов сгорания в конце расширения.

Состав продуктов сгорания: лсо, = 2 кмоль/ч; лн,о = 1,6 кмоль/ч; псо = = 0,05 кмоль/ч; по, = 1,1 кмоль/ч; лн, = Р кмоль/ч. Элементарный состав топлива взять из задачи 2.29, расход топлива 22,5 кг/ч; коэффициент избытка воздуха а = 1,7. ГЛАВА В ПЕРВЫИ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ 9 3.1. Приложение первого закона термодинамики к процессам изменения физического состоянии газа 3.1. Масса воздуха, заключенного в жесткую оболочку, равна 8,5 кг, температура воздуха 70 'С. Определить изменение энтальпии воздуха и давление в конце изохорного охлаждения, если отведенное количество теплоты составляет 300 кДж.

Начальное давление равно 0,8 МПа. 3.2. В теоретическом цикле (см. рис. !1.1) четырехтактного ДВС теплота подводится к рабочему телу в процессе о = сонэ!. Каким должен быть объем камеры сгорания, чтобы в результате подвода к рабочему телу теплового потока 1О кВт давление оказалось равным 6,4 МПа. Давление н температура в конце сжатия 4,2 МПа и 297 'С, рабочее тело 21 имеет физические свойства воздуха. Частота вращения коленчатого вала 2000 об/мин. Р е ш е н и е. Температура рабочего тела после подвода теплоты в процессе и = сопз1 Т, = Т,р,/р, =- 570 6,4/4,2 = 868,6 К, следовательно, массовый расход рабочего тела составляет 54 = (),/!с„(Тх — Т,)! = 1О/(0,718 (868,6 — 570)! = 0,047 кг/с. Минутный объемный расход рабочего тела при и, и Т У, = ЮМЙТ,/р, 60 0,047 0,287 570/(1000 4,2) = 0,109 м'/мин.

Так как один цикл четырехтактного двигателя осуществляется за два оборота коленчатого вала, то объем камеры сгорания двигателя )г = 2)/,/л = 2.0,109/2000 =- 0,109.10 ' м' (или м'/ /цикл). З.З. Углекислый газ (СО,), занимающий объем 450 смз и имеющий в начале процесса давление 0,1 МПа, нагревается при постоянном объеме от 100 до 500'С.

Определить давление в конце нагревания, подведенное количество теплоты и изменение энтальпин, если изобарная средняя молярная теплоемкость углекислого газа равна 49,7 кДж/(кмоль х х К). 3.4. От воздуха массой 5 кг прн постоянном объеме отнодится !800 кДж теплоты, прн этом давление воздуха уменьшается в три раза. Определить температуру воздуха после охлаждения, приняв с„= 0,718 кДж/(кг К). 3.5. Пусковой баллон ДВС заполняется продуктами сгорания так, что в конце заполнения они имеют давление 2,4 МПа при температуре 220 'С. Определить давление газа в баллоне, когда его температура сравняется с температурой окружающей среды, равной 15 'С, и выделенное количество теплоты, если вместимость баллона равна 100 л, теплоемкость продуктов сгорания с„=- 0,735 кДж/(кг К), показатель адиабаты 1,38. 3.6.

В баллоне вместимостью 40 л избыточное давление воздуха должно иметь значение 12,43 МПа. Температура и давление в помещении, где установлен баллон, 18 'С и 0,102 МПа. Какую массу воздуха следует выпустить из баллона для поддержания в нем заданного давления, если 22 за счет солнечной радиации температура сжатого воздуха повысилась на 10 К7 Определить также избыточное давление в баллоне, если при указанных условиях массу воздуха в нем не уменьшать. 3.7.