Контрольные вопросы

1. Сравните массы воздуха в неотапливаемом помещении зимой и летом. Объем помещения V=5 · 10 · 3 м³, атмосферное давление р=740мм рт.ст., температура: зимой t₁=-20 °С, летом t₂=25 °C,

2. Сравните плотность атмосферного воздуха при р=760 мм рт.ст. и температурах t₁=-20 °C и t₂=30 °C?

3. Объем баллона с углекислым газом V=0,5 м³, давление газа р=10 бар, температура t=20 °C. Какова масса газа в баллоне?

4. Какой объем занимают 10 киломолей азота (N₂) при нормальных физических условиях: р=760 мм рт. ст., t=0 °С?

5. Какова мольная масса газовой смеси СО₂ и СО, если массовая доля g_co2 =0,45? Какова объемная доля г_со2?

6. Какова газовая постоянная смеси азота (N₂) с водородом (Н₂), если давление смеси р=3 бар, парциальное давление азота р_N2=2 бар?

7. Какова газовая постоянная смеси водорода (Н₂) и окиси углерода (СО), если массовая доля водорода g_Н2 =0,667?

8. Газовая смесь содержит 10 кг кислорода (О₂) и 15кг азота (N₂). Определить газовую постоянную смеси (R) и плотность р при нормальных физических условиях: р=760 мм рт. ст., t=0 °C?

9. Объемный состав воздуха: г_О2=0,21, r_N2=0,79. Каков массовый состав воздуха (g_o2 g_N2)?

10. Сколько кг воздуха находится в комнате размерами 4 · 6 · 2,5 м³ при атмосферном давлении р=745 мм рт. ст. и температуре 20 °С?

11. Какова плотность воздуха при нормальных физических условиях: р=760мм рт. ст., t=0 ^оC?

12. Какова плотность метана (CH₄) при нормальных физических условиях: р=760 мм рт.ст., t=0 °С? Сравните с плотностью воздуха при тех. же условиях.

13. Каков объем киломоля воздуха при р=700 мм рт. ст., t=30 °С?

14. Массовая производительность компрессора G=500 кг/ч. Параметры сжатого воздуха р=20 бар, t=130 °C. Какова объемная производительность (V, м³/с)? Сравните с объемной производительностью при нормальных физических условиях (р=760 мм рт. ст., t=0 °C).

15. Во сколько раз масса аэростата, заполненного гелием, меньше массы аэростата, заполненного воздухом, если давление газа р=750 мм рт. ст., t=20 ^оС, объем аэростата V=4000 m³, масса оболочки аэростата М_о=700 кг, мольные массы гелия и воздуха равны соответственно 4 кг/кмоль и 29 кг/кмоль.

16. Если на одну чашку весов в условиях вакуума поставить килограммовую гирю, то какой объем воздуха уравновесит весы? Давление воздуха р=750 мм рт.ст., температура воздуха 25 °С.

17. Во сколько раз отличайся плотность воздуха при атмосферном давлении р=745 мм рт.ст. и температурах t₁=-20 °C и t₂=30 °С?

18. Объемный состав продуктов сгорания:r_СО2=°0,12, r_О2=0,07, r_СО=0,005, r_N2=0,705, r_H2O = 0,1 давление р=10 бар, температура t=1000 °C. Какова плотность продуктов сгорания?

19. Газовая смесь состоит из двух киломолей углекислого газа (СО₂) и трех киломолей гелия (Не). Какова масса газовой смеси (М, кг) и газовая постоянная R, Дж/(кг·К)? Мольная масса гелия μ=4 кг/кмоль.

20. В смеси содержится 5кг углекислого газа (СО₂) и 2кг окиси углерода (СО). Давление смеси р=2 бар. Какова газовая постоянная смеси R, Дж/(кг·К) и парциальное давление p_CO2?

21. Газовая смесь состоит из четырех киломолей аммиака (NH₃) и одного киломоля азота (N₂). Какова газовая постоянная смеси R, Дж/(кг·К)?

22. .В газовой смеси содержится метан (СН₄) и азот (N₂). Массы компонентов одинаковы. Чему равна газовая постоянная смеси (R, Дж/кг·К)?

23. В газовой смеси содержатся аммиак (NНз) и азот (N₂), парциальные объемы компонентов одинаковы. Чему равна газовая постоянная смеси (R, Дж/кг·К)?

24. Газовая смесь состоит из углекислоты (СО₂) и двуокиси серы (SO₂). Число киломолей компонентов одинаково. Чему равна мольная масса газовой смеси?

25. Для воздуха и углекислого газа (CO₂) оцените отклонение в % мольных теплоемкостей μс_v при температурах 100 ^оС и 1000 °С от постоянных значений μс_v, (20,8 кДж/кмоль·К для двухатомных газов и 29,1 – для трех- и многоатомных газов).

26. При нагреве воздуха от t₁=50 °C до .t₂⁼250 °C определите изменение внутренней энергии (∆u) тремя способами: используя табличные значения u, используя средне-арифметическое значение теплоемкости Cv для данного интервала температур, приняв теплоемкость постоянной, согласно молекулярно-кинетической теории газов.

27. Выполните задание вопроса № 16 для углекислого газа (СО₂).

28. Определите изменение энтальпии (∆h) при нагреве воздуха от t₁=100 °C до 800 °С тремя способами:

используя табличные значения h,

используя средне-арифметическое значение теплоемкости Ср для данного интервала температур,

приняв теплоемкость постоянной, согласно молекулярно-кинетической теории газов.

29. Определите изменение энтропии (∆s) при нагреве воздуха в изобарном (p=const) процессе от t₁=0 °C до t₂=500 °C тремя способами:

используя табличные значения s°,

используя средне-арифметическое значение теплоемкости Ср для данного интервала температур,

приняв теплоемкость постоянной, согласно молекулярно-кинетической теории газов.

30. Для воздуха в интервале температур 100-600 °С найдите среднюю изобарную теплоемкость C_p, кДж/(кг·К) тремя способами:

используя истинные значения теплоемкостей μСр при данных температурах (средне-арифметическое значение),

используя табличные значения энтальпий h,

используя постоянное значение теплоемкости для двухатомных газов μс_у=20,8 кДж/(кмоль·К).

30. Рассчитайте изохорную теплоемкость Ср, кДж/кг-К смеси газов СО₂ и N₂ npи t=500 °C, если r_со2=0,28. Рассчитайте изохорную теплоемкость с_v, кДж/кг-К смеси газов СО₂ и N₂ при t=500 ^оС, если g_N2=0,46.

31. Определите энтропию газовой смеси СО₂ и N₂ при t=300 °C, р=5бар, если g_co2=0,35. 10 кг воды с температурой t₁=10 °C нагревается при давлении р=1бар до температуры кипения (t_s). Сколько тепла (Q, кДж) требуется для нагрева? Покажите процесс нагрева воды в T-s- диаграмме.

32. Сколько тепла необходимо сообщить, чтобы испарить 2кг кипящей воды при давлении 5 бар? Покажите процесс испарения воды в р-и и T-s- диаграммах.

33. Чему равна плотность (р, кг/м³) и внутренняя энергия (u, кДж/кг) мокрого пара с давлением р=5 бар и степенью сухости х=0,8? Как изменится плотность, если пар станет сухим насыщенным при р=5 бар? Покажите оба состояния в h-s- диаграмме.

34. Как изменяется теплота парообразования (r, кДж/кг) с увеличением давления пара? При каком давлении теплота парообразования равна 0? Какой площадью характеризуется теплота парообразования в T-s- диаграмме?

35. Объем мокрого пара с параметрами р=2 бар, х=0,725 равен V=2 м³.Чему равна масса мокрого пара? Покажите состояние мокрого пара в p-v и T-s-диаграммах.

36. Приведите значения параметров критического состояния для воды и водяного пара: р_кр , v_кр , t_кр , h_кр , s_кр .Определите параметры (х, h, v) для состояния при р=1 бар и s=s_кр. Покажите в диаграмме T-s это состояние.

37. Определите, в каком состоянии находится Н₂О при давлении р=80 бар и температуре t=320 °С. Рассчитайте внутреннюю энергию (u, кДж/кг). Покажите состояние в T-s- диаграмме.

38. Сколько теплоты надо затратить, чтобы нагреть и испарить 1кг воды с температурой t=10 °C при постоянном давлении р=5 бар? Покажите процесс в р-v и T-s- диаграммах.

40. При каком давлении (р) изохора v=0,37481 м³/кг пересекает нижнюю пограничную кривую? Рассчитайте внутреннюю энергию в этом состоянии (u, кДж/кг). Покажите изохору и состояние в р-v -диаграмме.

41. При каком давлении (р) изохора v=0,37481м³/кг пересекает верхнюю пограничную кривую? Определите параметры в этом состоянии (h, u, s) Покажите изохору и состояние в р-v - диаграмме.

42. При каком давлении (р) адиабата s=5,8878 кДж/кг-К пересекает верхнюю пограничную кривую? Определите параметры в этом состоянии (h, t, u). Покажите адиабату и состояние в T-s-диаграмме.

43. При какой температуре (t) адиабата s= 1,4185кДж/(кг·К) пересекает нижнюю пограничную кривую? Определите параметры в этом состоянии (р, u). Покажите адиабату и состояние в T-s- диаграмме.

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА № 2

ЗАДАНИЕ № 1

Расчет обратимого цикла газового двигателя

Задача

Рассчитать цикл газового двигателя: двигателя внутреннего сгорания (ДВС)или газотурбинного двигателя (ГТД),рис.1.

Номер цикла, а также исходные данные для расчета приведены в табл. 1 по вариантам. Размерность величин, приведенных в табл. 1: р[бар], v [м³/кг],

Принять, что рабочее тело обладает свойствами воздуха.

Рассчитать параметры (р, v, Т) в узловых точках цикла, подведенную (q₁), отведенную (q₂) теплоту, работу (l) и термический КПД (η_t) цикла.

Теплоемкость воздуха принять постоянной. Показать цикл в T-s- диаграмме. Результаты расчета представить в виде табл.2.

Ответить на вопросы:

•для вариантов с расчетом цикла ДВС:

1. чем отличается обратимый цикл ДВС от реального?

2.Как влияет степень сжатия и начальные параметры рабочего тела (p₁, T₁) на термический КПД цикла?

•Для вариантов с расчетом цикла ГТД:

1. приведите схему ГТД для Вашего варианта.

2. в чем состоят преимущества и недостатки газотурбинных двигателей по сравнению с ДВС?

Рис. 1 Циклы ГТД и ДВС

		Таблица 1
№ вар.	№ цикла	Исходные данные
1	5	p1=0,8	t1=-12	β=p2/p1=7	ρ=2,5
2	2	p1=1,0	t1=30	υ2=0,124	p3=3O,5 υ4=0,149
3	1	p1=l,0	υl=1,09	p2=12,3	t3=952
4	5	p1=l,0	t1=27	p2=10	t3=1000
5	4	p1=l,0	t1=20	t2=220	t3=1350
6	5	t1=37	t3=950	p1=5	p2=25
7	1	p1=1,0	t1=20	υ2=0,233	p3=20
8	5	t1=60	p2=8	t2=32O	υ4=2,4
9	5	p1=l,0	t3=950	p2=7	р=υ3/υ2=2,2
10	1	P1=l,0	υ1=0,84	p2=6	t3=1355
11	5	p1=l,2	t1=20	p2=6	t3=1000
12	4	p1=1,O	t1=27	p2=l0	t3=1000
13	5	p1=l,0	t1=17	t3=600	p2=8
14	2	p1=l,0	υ1=O,861	t3=700	p2=10
15	5	t1=60	t4=1800	p1=1,0	ε= υ1/υ2=l 5, λ=p3/p2= 1,5
16	2	p1=l,0	t1=20	υ3=0,1322	υ2=0,0661
17	3	p1=l,0	t1=70	ε=v1/v2=12	p=υ3/υ2=l,67
18	1	p1=l,0	p2=50	p4=70	p5=3,8 t1=0
19	3	p1=l,0	t1=15	t2=220	t4=400
20	2	p1=0,9	t1=10	t3=800	p2=6
21	3	p1=l,0	υ1=0,87	p2=15,2	t3=1020 υ4=0,149
22	1	p1=l,0	t1=15	t3=780	p2=4,8
23	5	p1=l,0	t1=I5	p2=5,5	λ=р3/р2=3,5
24	3	p1=l,0	υ1=0,84	p2=35,1	t3=l345
25	5	υ1=0,879	p1=l,0	υ2=0,17	t3=1000

Таблица 2

Точки	р	υ	t	q1	q2	l	ηt
	бар	м3/кг	К	кДж/кг			-
1
2
3
4
5