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

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: Выписывать условие задач и исходные данные. 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.). Вычисления проводить в единицах СИ, показывать ход решения. В конце работы привести список использованной литературы и поставить свою подпись. Для письменных замечаний рецензента оставлять чистые поля в тетради и чистые 1-2 страницы в конце работы. 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 Нащекин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача. – М.: Высш. шк., 1980. – 470 с. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейндлин А.Е. Техническая термодинамика. – М.: Энергоиздат, 1983. – 416 с. 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 pТ: - в координатах vТ: 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: Т1 = 20 + 273 = 293 К. Так как процесс 1-2 адиабатный, то ). Т3 = 700 + 273 = 973 К. Так как , то . В данном цикле тепло подводится в изобарном процессе 2-3. Тогда q1 = cp(T3 – T2) = 1,005(973-489) = 486,42 кДж/кг. Тепло отводится в изобарном процессе 4-1: q2 = cp(T4 – T1) = 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(x1 – x2), 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 = q1 – q2 = 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: уравнений, описывающих процесс в системах координат p-v, т.е. уравнений f(v, p) = 0, s-T, т.е. уравнений f1 (s, p) = 0; 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); величины работы изменения объема рабочего тела; величины изменения внутренней энергии; величины работы изменения энтальпии рабочего тела; величины работы изменения энтропии рабочего тела; количества тепла, подведенного за время процесса к рабочему телу или отведенного от него; 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. Уравнение процесса v = const; Связь параметров p1 v1 =RT1 р2 v2 =RT2 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 . Изменение внутренней энергии из Du = сv(Т2 – Т1). Изменение энтальпии Dh = сp(Т2 – Т1). Изменение энтропии ; . 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. Уравнение процесса р = const; Связь параметров p1 v1 =RT1 р2 v2 =RT2 . 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 Изменение внутренней энергии Du = сv(Т2 – Т1). Изменение энтальпии Dh = сp(Т2 – Т1). Изменение энтропии ; . Количество теплоты dq = dh – vdp. 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(T2 – T1) = сv(T1 – T2) . 7) изменение энтропии .

Похожие:

	Тема контрольной работы определяется в соответствии с последней цифрой номера зачетной книжки		Контрольная работа содержит 3 задания. Вданном задании приведен текст задания и исходные данные для решения задачи по заданию №2 и №3. Исходные данные для каждого задания приведены в соответствующих таблицах. Указания по выбору
	Методические указания по выполнению контрольных работ (группа мз-з, вво-1) Методические указания по выполнению контрольных работ составлены на основании рабочей программы дисциплины «Бухгалтерский учет»		Методические указания и контрольные задания для студентов-заочников зооинженерного факультета
	Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения Павлодар		Методические указания и контрольные задания для студентов- заочников по специальностям: 0201 «Правоведение»
	Методические указания и контрольные задания для студентов Заочной формы обучения. 2006 г		Методические указания и контрольные задания для студентов заочной формы обучения по специальности 080507. 65 «Менеджмент организации» Мурманск
	Программа, методические указания и контрольные задания Новосибирск, 2003 Министерство образования Российской Федерации Новосибирский Государственный Технический Университет		Методические указания и контрольные задания по дисциплине «безопасность жизнедеятельности» Для студентов всех специальностей заочной формы обучения и экстерната