Вопросы/задания к контрольной работе: Термодинамика

Задача №1

Газ массой m= 1кг имеет начальные параметры - давление Р₁ и температуру t₁. После политропного изменения состояния газа объём его стал V₂ давление Р₂. Определить начальный объем V₁, конечную температуру Т₂ газа, показатель политропы n, теплоёмкость процесса С, работу расширения газа ℓ, изменение внутренней энергии ∆U и изменение энтропии ∆S. Определить эти же величины, если изменение состояния газа происходит по изотерме до того же значения конечного объёма V₂. Сделать и записать выводы по полученным расчётным данным. Показать процессы в p-V и T-s - диаграммах.

Контрольный вопрос. Каковы общая формулировка и математическое определение первого закона термодинамики? Дайте определение и объясните физическую сущность величин, входящих в уравнение первого закона термодинамики.

Дано: Цикл, отнесённый к 1 кг воздуха. Параметры начального состояния р₁ =1,0 кгс/см², t₁ = 30°С конечного состояния V₂ =0,15 м³/кг, р₂ =12,3 кгс/см², газовая постоянная воздуха R=286,55 Дж/ (кг· К)

теплоемкости процессов С_V= 717,27 Дж/(кг·К)

С_Р=1004,35 Дж/(кг·К)

Решение:

Задача №2

Определить параметры рабочего тела в характерных точках идеального цикла поршневого двигателя с изохорно - изобарным подводом теплоты (смешанный цикл), если известны давление Р₁, и температура t₁ рабочего тела в начале сжатия. Степень сжатия, степень предварительного расширения, степень повышения давления заданы.

Определить работу, получаемую от цикла, подведённую и отведенную теплоту, термический КПД цикла и изменение энтропии отдельных процессов цикла. За рабочее тело принять воздух, считая его теплоёмкость в расчётных интервалах температур постоянной. Построить на "миллиметровке" в масштабе этот цикл в координатах P-V и T-S. Дать к полученным графикам соответствующие пояснения.

Контрольный вопрос. Приведите основные формулировки второго закона термодинамики.

Дано: Цикл ДВС с изохорно-изобарным подводом теплоты. Параметры рабочего тела в начале сжатия: Р₁ = 0,85 кг/см² и t₁ =50°С, ε=14, ρ=1,4, λ=1,5. Рабочее тело - воздух, m =1кг. Определить: l, q₁, q₂, η_t, ΔS.

Решение:

Задача №3

Показать сравнительным расчётом целесообразность применение пара высоких начальных параметров и низкого конечного давления на примере паросиловой установки, работающей по циклу Ренкина, определив располагаемый теплоперепад, термический КПД цикла и удельный расход пара для двух различных значений начальных и конечных параметров пара.

Указать конечное значение степени сухости. Изобразить схему простейшей паросиловой установки и дать краткое описание её работы. Представить цикл Ренкина в диаграммах P-V и T-S. Задачу решать с помощью H-s диаграммы.

Представить графическое решение задачи в Н -s диаграмме.

Дано: Цикл паросиловой установки Ренкина с параметрами пара

1 вариант: р₁ = 35 кг/см², t₁ = 450°С, р₂ =0,04 кг/см²

2 вариант: р₁ = 200 кг/см², t₁ =450°С, р₂ =0,04 кг/см²

Решение:

Задача №4

Определить потери тепла за 1 час с одного метра длины горизонтально расположенной цилиндрической трубы, охлаждаемой свободным потоком воздуха, если известны наружный диаметр d трубы, температура стенки трубы _tc температура воздуха t_B в помещении.

Контрольный вопрос. Какими основными безразмерными числами (критериями) подобия определяется конвективная теплопередача и каков физический смысл этих чисел подобия?

Дано: Горизонтальная цилиндрическая труба, наружный диаметр её d=21,3 мм, t_C = 330°С, t_в= 25ºC. Определить потери тепла трубой за 1 час в 1 м длины.

Решение:

Задача №5

Плоская стальная стенка толщиной δ_с омывается с одной стороны горячими газами с температурой t_l, с другой стороны водой с температурой t₂. Определить коэффициент теплопередачи К от газов к воде, удельный тепловой поток q и температуры обеих поверхностей стенки, если известны коэффициенты теплопередачи от газа к стенке α₁ и от стенки к воде α₂; коэффициент теплопроводности стали λ_с=58 Вт/(м·К). Определить также все указанные выше величины, если стенка со стороны воды покрыта слоем накипи толщиной δ_н; коэффициент теплопроводности накипи λ_н= 1 Вт/(мК). Для указанных вариантов построить эпюры температур от t₁ до t₂. Объяснить в чём заключается вред отложения накипи стальных поверхностях нагрева.

Контрольный вопрос. В чём различие между коэффициентами теплоотдачи и теплопередачи, и какова связь между ними.

Дано: Тепло дымовых газов передаётся через стенку котла кипящей воде. Температура газов t₁ =575°С воды t₂ =110°С, толщина стенки δ_с=2мм, толщина накипи δ_H =8мм. Коэффициенты теплоотдачи от газов к стенке α₁ =64 Вт/ (м К) и от стенки к воде α₂ = 2560 Вт/ (м К),

стенка плоская. Коэффициенты теплопроводности стали λ_с=58 Вт/(мК), накипи λ_н =1 Вт/ (м К).

Решение: