Контрольные задания Методические указания icon

Контрольные задания Методические указания




Скачати 253.6 Kb.
НазваКонтрольные задания Методические указания
Дата02.06.2012
Розмір253.6 Kb.
ТипМетодические указания

Контрольные задания

Методические указания

Контрольные задачи составлены по стовариантной системе, в которой к каждой задаче исходные данные выбираются из соответствующих таблиц по предпоследней и последней цифрам шифра (номера зачетной книжки) студента. Вариант работы должен соответствовать шифру студента. Работы, выполненные не по своему варианту, не рассматриваются.

Тетрадь для контрольной работы должна быть подписана следующим образом:

Тетрадь

для контрольной работы

по курсу "Техническая термодинамика"

студента группы__________

факультета_______________

Ф.И.О.___________________

Шифр___________________

Вариант №_______________

При оформлении контрольных задач необходимо соблюдать следующие условия:

  1. Выписывать условие задач и исходные данные.

  2. Решение задач сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором указывать, какие величины подставляются в формулу и откуда они берутся (из условия задачи, из справочника или были определены выше и т.д.).

  3. Вычисления проводить в единицах СИ, показывать ход решения.

  4. В конце работы привести список использованной литературы и поставить свою подпись.

  5. Для письменных замечаний рецензента оставлять чистые поля в тетради и чистые 1-2 страницы в конце работы.

  6. Исправления по замечаниям рецензента должны быть записаны отдельно на чистых листах в той же тетради после заголовка "Исправления по замечаниям".


^ Контрольная работа №1

Задача 1. Считая теплоемкость идеального газа зависящей от температуры, определить:

а) параметры газа в начальном и конечном состояниях;

б) изменение внутренней энергии;

г) изменение энтальпии;

в) теплоту, участвующую в процессе;

г) работу расширения.

Построить график процесса в координатах р-Т, p-v, v-T.

Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 1.

Таблица 1

Предпоследняя цифра шифра

Процесс

t1,

C

t2,

C

Последняя цифра шифра

Газ

р,

МПа

m,

кг

0

Изохорный

2400

400

0

О2

1

2

1

Изобарный

2200

300

1

N2

4

5

2

Адиабатный

2000

300

2

H2

2

10

3

Изохорный

1800

500

3

N2

3

4

4

Изобарный

1600

400

4

СО

5

6

5

Адиабатный

1700

100

5

СО2

6

8

6

Изохорный

1900

200

6

N2

8

3

7

Изобарный

2100

500

7

H2

10

12

8

Адиабатный

2300

200

8

СО2

12

6

9

Изобарный

1400

100

9

СО

7

9

Зависимость теплоемкости от температуры дана в Приложении 1.

Задача 2. Для теоретического цикла ГТУ с подводом теплоты при постоянном давлении определить параметры рабочего тела (воздуха) в характерных точках цикла, подведенную и отведенную теплоту, работу и термический КПД цикла, если начальное давление р1 = 0,1 МПа, начальная температура t1 = 27С, степень повышения давления в компрессоре , температура газа перед турбиной t3.

Определить теоретическую мощность ГТУ при заданном расходе воздуха G. Дать схему и цикл установки в pv- и Ts-диаграммах. Данные для решения задачи выбрать из таблицы 3.

Таблица 3

Предпоследняя цифра шифра

=

Последняя цифра шифра

t3, С

G, кг/с

Предпоследняя цифра шифра

=

Последняя цифра шифра

t3, С

G, кг/с

0

6,0

0

700

35

5

7,5

5

725

60

1

6,5

1

725

25

6

7,0

6

750

70

2

7,0

2

750

30

7

6,5

7

775

80

3

7,5

3

775

40

8

6,0

8

800

90

4

8,0

4

700

50

9

7,0

9

825

100


Указание: Теплоемкость воздуха принять не зависящей от температуры и равной 1,005 кДж/(кгК).


Задача 3. Пар фреона-12 при температуре t1 поступает в компрессор, где адиабатно сжимается до давления, при котором его температура становится равной t2, а сухость пара х2 = 1. Из компрессора фреон поступает в конденсатор, где при постоянном давлении обращается в жидкость, после чего адиабатно расширяется в дросселе до температуры t4 = t1.

Определить холодильный коэффициент установки, массовый расход фреона, а также теоретическую мощность привода компрессора, если холодопроизводительность установки Q. Изобразите схему установки и ее цикл в Ts-диаграмме. Данные для решения задачи выбрать из таблицы 4.

Указание: Задачу решить с помощью таблиц параметров насыщенного пара фреона-12 (см.приложение 2).

Таблица 4

Предпоследняя цифра шифра

t1, С

t2, С

Последняя цифра шифра

Q, кВт

Предпоследняя цифра шифра

t1, С

t2, С

Последняя цифра шифра

Q, кВт

0

-15

10

0

270

5

-20

30

5

260

1

-10

10

1

240

6

-15

15

6

190

2

-15

25

2

130

7

-10

15

7

170

3

-20

20

3

280

8

-15

20

8

200

4

-20

15

4

300

9

-20

15

9

180



ЛИТЕРАТУРА

  1. Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высш. шк., 1980. – 470 с.

  2. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. – М.: Энергоиздат, 1983. – 416 с.

  3. Задачник по технической термодинамике и теории тепломассообмена / под ред. В.И.Крутова и Г.П.Петражицкого. – М.: Высш. шк., 1986. - 383 с.



Приложение 1

Средние изобарные мольные теплоемкости сp некоторых газов

кДж/(кмольК)

t1, C

Воздух

О2

N2

H2

Водяной пар Н2О

СО

СО2

0

29,073

29,274

29,115

28,617

33,499

29,123

35,860

100

29,153

29,538

29,144

29,935

33,741

29,178

38,112

200

29,299

29,931

29,228

29,073

34,188

29,303

40,059

300

29,521

30,400

29,383

29,123

34,575

29,517

41,755

400

29,789

30,878

29,601

29,186

35,090

29,789

43,250

500

30,095

31,334

29,864

29,249

35,630

30,099

44,573

600

30,405

31,761

30,149

29,316

36,195

30,426

45,758

700

30,723

32,150

30,451

29,408

36,789

30,752

46,813

800

31,028

32,502

30,748

29,517

37,392

31,070

47,763

900

31,321

32,825

31,037

29,647

38,008

31,376

48,617

1000

31,598

33,118

31,313

29,789

38,619

31,665

49,392

1200

32,109

33,633

31,828

30,107

39,825

32,192

50,740

1400

32,565

34,076

32,293

30,467

40,976

32,653

51,858

1600

32,967

34,474

32,699

30,832

42,056

33,051

52,800

1800

33,319

34,834

33,055

31,192

43,070

33,402

53,604

2000

33,641

35,169

33,373

31,548

43,995

33,708

54,290

2200

33,296

35,483

33,658

31,891

44,853

33,980

54,881

2400

34,185

35,785

33,909

32,222

45,645

34,223

55,391


Приложение 2

Насыщенный пар фреона-12 (CCl2F2)


t,

C

P,

МПа

v,

дм3/кг

v,

м3/кг

h

h

r

s

s

кДж/кг

кДж/(кгК)

-20

0,1510

0,6868

0,11070

400,5

564,0

163,5

4,1183

4,7645

-15

0,1826

0,6940

0,09268

405,0

566,4

161,4

4,1356

4,7613

-10

0,2191

0,7018

0,07813

409,5

568,9

159,4

4,1528

4,7586

-5

0,2609

0,7092

0,06635

414,0

571,2

157,2

4,1698

4,7561

0

0,3086

0,7173

0,05667

418,7

573,6

154,9

4,1868

4,7539

5

0,3624

0,7257

0,04863

423,4

575,9

152,4

4,2036

4,7519

10

0,4230

0,7342

0,04204

428,1

578,1

150,0

4,2204

4,7501

15

0,4911

0,7435

0,03648

433,0

580,3

147,3

4,2371

4,7484

20

0,5667

0,7524

0,03175

437,9

582,5

144,6

4,2537

4,7469

25

0,6508

0,7628

0,02773

442,8

584,5

141,7

4,2702

4,7455

30

0,7434

0,7734

0,02433

447,9

586,5

138,6

4,2868

4,7441

35

0,8460

0,7849

0,02136

452,9

988,3

135,4

4,3031

4,7425

40

0,9582

0,7668

0,01882

451,1

590,1

132,0

4,3194

4,7410



^ См. далее примеры решения задач!!!


Примеры решения задач

Задача 1. Считая теплоемкость идеального газа зависящей от температуры, определить: параметры газа в начальном и конечном состояниях, изменение внутренней энергии, теплоту, участвующую в процессе, и работу расширения, если процесс изобарный, рабочее тело – кислород, t1 = 1500C, t2 = 100C, р1 =12 МПа, m = 7 кг. Построить графики процесса в координатах в координатах pv, pТ и vТ.

Решение.

1. Изобарный процесс – это процесс, протекающий при постоянном давлении, уравнение процесса р = const.

Параметры газа в начальном и конечном состояниях:

Т1 = 1500 + 273 = 1773 К;

Т2 = 100 + 273 = 373 К;

p1 = p2 =12106 Па;

Из уравнения состояния, записанного для начального и конечного состояний системы, определим v1 и v2:

p1v1 = RT1,

p2v2 = RT2,

где R – удельная газовая постоянная.

Для кислорода Дж/кгК.

Так как p1 = p2, то .

Тогда м3/кг.

м3/кг.

2. Изменение внутренней энергии в изобарном процессе:

, где и - удельные теплоемкости газа при постоянном объеме при температурах Т1 и Т2 соответственно.

В приложении 1 даны значения удельной молярной теплоемкости  в зависимости от температуры. Удельные теплоемкости газа при постоянном объеме и постоянном давлении связаны уравнением , где . Тогда .

Для двухатомных газов (например, кислород О2) k=1,4. Определяя по таблице в приложении 1 значения  для температур Т1 и Т2, вычислим:

кДж/кгК; кДж/кгК;

кДж/кгК; кДж/кгК.

Тогда u = 0,65373 – 0,721773 = -1034,11 кДж/кг.

3. Изменение энтальпии

кДж/кг.

4. Теплота, участвующая в процессе,

кДж/кг.

Q = qm = -1451,3  7 = -10159,1 кДж.

5. Изменение энтропии

кДж/кгК.

6. Работа расширения

l = p(v2 – v1) = 12106(0,008-0,038)=-360000 Дж/кг = -0,36 МДж/кг.

L = lm = -0,367 = 2,52 МДж.

7. График процесса

- в координатах pv: - в координатах : - в координатах :


Задача 2. Исходные параметры воздуха, поступающего в компрессор ГТУ с сжиганием топлива при р = const, р1 = 0,1 МПа, t1 = 20С. Степень повышения давления в компрессоре ГТУ  = 6. Температура газов перед турбиной t3 = 700С. Расход воздуха через компрессор G = 2105 кг/ч.

Определить:

  • параметры всех точек идеального цикла ГТУ;

  • теоретические мощности турбины, компрессора и всей ГТУ;

  • параметры всех точек реального цикла (с учетом необратимости процессов расширения и сжатия в турбине и компрессоре), принимая внутренние относительные КПД турбины и компрессора соответственно ;

  • внутренний КПД ГТУ, реальные мощности турбины, компрессора и всей ГТУ.

Представить оба цикла в ^ Тs-диаграмме. Теплоемкость воздуха принять независимой от температуры и равной ср = 1,005 кДж/кгК.

По справочнику для воздуха k = 1,4.

Решение. Изобразим идеальный и реальный циклы ГТУ с изобарным подводом тепла и адиабатным сжатием воздуха в компрессоре в Тs-координатах.




1-2 – адиабатное сжатие воздуха в компрессоре;

2-3 – изобарный подвод тепла (горение топлива);

3-4 – адиабатное расширение продуктов сгорания в соплах

турбины;

4-1 – изобарный отвод тепла (выход продуктов сгорания в

атмосферу).


1-2-3-4-1 – обратимый цикл ГТУ (идеальный);

1-5-3-6-1 – необратимый цикл (реальный).

Температура в точках обратимого цикла:

  1. Т1 = 20 + 273 = 293 К.

  2. Так как процесс 1-2 адиабатный, то

).

  1. Т3 = 700 + 273 = 973 К.

  2. Так как , то .

В данном цикле тепло подводится в изобарном процессе 2-3. Тогда

q1 = cp(T3T2) = 1,005(973-489) = 486,42 кДж/кг.


Тепло отводится в изобарном процессе 4-1:

q2 = cp(T4T1) = 1,005(583-293) = 291,45 кДж/кг.


Работа цикла

lц = q1 - q2 = 486,42 - 291,45 = 194,97 кДж/кг.


Термический КПД цикла в общем случае:

.

Теоретические мощности:

  • турбины

кВт.

  • компрессора

кВт.

  • ГТУ в целом

кВт.


Температура в точках 5, 6 реального цикла рассчитываются таким образом. Из основной формулы для внутреннего относительного КПД компрессора:



найдем температуру в конце сжатия t5:


.

Для нахождения температуры в конце необратимого адиабатного расширения воспользуемся выражением для внутреннего относительного КПД турбины:

.

Тогда .

Внутренний КПД ГТУ:

.

Истинная мощность турбины

кВт.

Истинная мощность привода компрессора

кВт.

или кВт.

Истинная мощность ГТУ

кВт.

Вывод: приведеный расчет показывает, что истинная мощность ГТУ меньше теоретической в 1,8 раза вследствие необратимых процессов сжатия и расширения рабочего тела.


Задача 3. Пар фреона-12 при температуре t1 = -20C поступает в компрессор, где изоэнтропно сжимается до давления, при котором его температура становится равной t2 = 25C, а сухость пара х2 = 1. Из компрессора фреон поступает в конденсатор, где при постоянном давлении обращается в жидкость, после чего адиабатно расширяется в дросселе (т.е. при h = const) до температуры t4 = t1.

Определить: холодильный коэффициент установки; массовый расход фреона; теоретическую мощность привода компрессора, если холодопроизводительность установки Q = 150 кВт. Изобразите схему установки и ее цикл в.


Решение. Удельная холодопроизводительность

q2 = r1(x1x2), кДж/кг,

где r1 – теплота парообразования при t1 (при t1 = -20C из Приложения 2 найдем, что r1 = 163,5 кДж/кг);

x1, x2 – степень сухости пара перед компрессором и после дроссельного вентиля соответственно.

Степень сухости x1 пара определим по уравнению:

,

где из приложения 2:



Следовательно .

Степень сухости после дроссельного вентиля определяем по уравнению:

,

где

.

Тогда .

Удельная холодопроизводительность .

Теплота, отведенная от рабочего тела в конденсаторе ,

где .

Тогда .

Работа, затраченная в цикле, lц = q1q2 = 141,7 – 116,4 = 25,3 кДж/кг.

Холодильный коэффициент .

Массовый расход фреона .

Теоретическая мощность привода компрессора .

Схема установки:


1 – дроссельный вентиль, 2- испаритель, 3 – компрессор, 4 – конденсатор.


Цикл в Т-s-координатах:


^ ТЕОРИЯ ДЛЯ ПОДГОТОВКИ К ЭКЗАМЕНУ (!!!) + то, что есть в задачах


Основные термодинамические процессы идеального газа

Задачей исследования термодинамических процессов является нахождение следующих зависимостей и величин, характеризующих эти процессы:

  1. уравнений, описывающих процесс в системах координат p-v, т.е. уравнений f(v, p) = 0, s-T, т.е. уравнений f1 (s, p) = 0;

  2. аналитической взаимосвязи между отдельными параметрами, характерной для рассматриваемого процесса, т.е. связи между параметрами p, v, T и s: p = f1 (v), T = f2 (v), T = f3 (p), s = f4 (T);

  3. величины работы изменения объема рабочего тела;

  4. величины изменения внутренней энергии;

  5. величины работы изменения энтальпии рабочего тела;

  6. величины работы изменения энтропии рабочего тела;

  7. количества тепла, подведенного за время процесса к рабочему телу или отведенного от него;

  8. величину теплоемкости рабочего тела.

В технической термодинамике изучаются следующие основные термодинамические процессы: изохорный, изобарный, изотермический, адиабатный и политропный.

Охарактеризуем по приведенной выше схеме каждый из перечисленных термодинамических процессов.


5.1 Изохорный процесс

Процесс, протекающий при постоянном объеме, называется изохорным. Кривая процесса называется изохорой.

  1. Уравнение процесса v = const;

  2. Связь параметров p1 v1 =RT1

р2 v2 =RT2



  1. График процесса в координатах p-v (рис.5):

процесс 1-2 – подвод тепла; процесс 2-1 – отвод тепла.

Внешняя работа газа при v = const равна нулю, так как dv = 0.

Следовательно .

  1. Изменение внутренней энергии из Du = сv2 – Т1).

  2. Изменение энтальпии Dh = сp2 – Т1).

  3. Изменение энтропии ;

.

  1. Количество теплоты dq = du + dl.

Так как dl = 0, dq = du; q = Du.


^ 5.2 Изобарный процесс

Процесс, протекающий при постоянном давлении, называют изобарным. Кривая процесса называется изобарой.

  1. Уравнение процесса р = const;

  2. Связь параметров p1 v1 =RT1

р2 v2 =RT2

.

  1. График процесса в координатах p-v (рис.7):

процесс 1-2 – подвод тепла;

процесс 2-1 – отвод тепла.

Удельная работа газа при р = const выражается следующим уравнением

  1. Изменение внутренней энергии Du = сv2 – Т1).

  2. Изменение энтальпии Dh = сp2 – Т1).

  3. Изменение энтропии ;

.

  1. Количество теплоты dq = dhvdp. Так как dp = 0, dq = dh; q = Dh.


^ 5.3 Изотермический процесс

Процесс, протекающий при постоянной температуре, называют изотермическим (Т = const, dТ = 0). Кривая процесса называется изотермой.

1) Уравнение процесса Т = const; (p v = const)

2) Связь параметров p1 v1 =RT1

р2 v2 =RT2

(закон Бойля-Мариотта).

3) график процесса в координатах p-v (рис.9): процесс 1-2 – подвод тепла; процесс 2-1 – отвод тепла.

Удельная работа газа при Т = const выражается следующим уравнением ,

Но из уравнения изотермы имеем pv = p1v1, или , поэтому

.

4) изменение внутренней энергии Du =0.

5) изменение энтальпии Dh =0.

6) количество теплоты dq = dh + dl. q = l. Так как dp = 0, dq = dh; q = Dh.

7) Изменение энтропии: .

^ 5.4 Адиабатный процесс

Процесс, протекающий без подвода и отвода теплоты, т.е. при отсутствии теплообмена рабочего тела с окружающей средой, называют адиабатным, кривая этого процесса называется адиабатой.

1) Уравнение процесса .

2) Связь параметров:







3) Адиабата в координатах pv (рис.11) идет круче изотермы, так как k>1.

4) изменение внутренней энергии .

5) изменение энтальпии .

6) Для обратимого адиабатного процесса количество теплоты dq = du + dl = 0.

Работа совершается за счет убыли внутренней энергии: dl = - du.

dl = - du = -сv(T2T1) = сv(T1T2)

.

7) изменение энтропии .

Схожі:

Контрольные задания Методические указания iconМетодические указания по изучению разделов и контрольные задания
Программа, методические указания и контрольные задания по дисциплине «Технология материалов» для студентов специальности 050601 /Сост....
Контрольные задания Методические указания iconН. В. Гринева инженерная графика методические указания
Методические указания и контрольные задания для выполнения самостоятельных работ по инженерной графике и компьютерной графике (для...
Контрольные задания Методические указания iconМетодические указания и контрольные задания по дисциплине «Компьютерная графика» для студентов заочного факультета направления 050202 Автоматизация и компьютерно-интегрированные технологии
Рабочая программа, методические указания и контрольные задания по дисциплине «Компьютерная графика» для студентов заочного факультета...
Контрольные задания Методические указания iconМетодические указания и задания к практическим занятиям для студентов специальности 030301 „Журналистика
Практический курс современного русского языка. (Произношение. Правописание) : методические указания и задания к практическим занятиям...
Контрольные задания Методические указания iconКонтрольные задания Методические указания
Вариант работы должен соответствовать шифру студента. Работы, выполненные не по своему варианту, не рассматриваются
Контрольные задания Методические указания iconЕ. А. Маковкин рисунок детали головы методические указания
Методические указания к выполнению практического задания и самостоятельной работы
Контрольные задания Методические указания icon№1 з фізики для студентів гр. Сi-10-1з
Физика". Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников под ред. А. Г. Чертова. М.:"Высш шк.", 1987
Контрольные задания Методические указания iconИ в свет разрешаю на основании «Единых правил», п. 14 Проректор В. Д. Карпуша методические указания
Методические указания к выполнению индивидуального домашнего задания «Расчёт энергоэффективности использования теплонасосной установки»...
Контрольные задания Методические указания iconИ в свет разрешаю на основании «Единых правил», п. 14 Проректор В. Д. Карпуша методические указания
Методические указания к выполнению индивидуального домашнего задания «Расчёт энергоэффективности использования теплонасосной установки»...
Контрольные задания Методические указания iconХарьковская национальная академия
Рабочая программа, методические указания к изучению курса и контрольные задания "Кабельные и воздушные линии" для студентов 4 курса...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи