Теоретические вопросы

1. Рабочее тело. Газ как рабочее тело. Основные параметры состояния газа.

2. Давление. Давление с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Виды давления. Единицы измерения. Приборы для измерения давления. Использование данного параметра в практике работы.

3. Температура. Температура с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Температурные шкалы. Приборы для измерения температуры. Использование данного параметра в практике работы.

4. Основное уравнение кинетической теории газов. Вывод уравнений Клапейрона и Клапейрона - Менделеева на его основе. Использование этих уравнений в практике пожарного дела.

5. Газовая постоянная. Универсальная газовая постоянная. Их физический смысл.

6. Законы идеальных газов: Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля Закон Авогадро. Использование этих законов в практике пожарного дела.

7. Понятие газовой смеси. Парциальное давление. Закон Дальтона. Парциальный объем. Закон Амага. Способы задания газовых смесей. Пожарная опасность смесей горючих газов с воздухом.

8. Газовая смесь как рабочее тело. Уравнение состояния газовой смеси. Определение средней молярной массы, газовой постоянной, плотности, удельного объема смеси. Использование уравнений для газовых смесей в практике пожарного дела.

9. Теплоемкость газов. Виды теплоемкости газов и связь между ними. Теплоемкость газовых смесей. Зависимость теплоемкости от характера процесса, подвода тепла. Уравнение Майера. Использование теплоемкости для определения количества тепла, полученного газом в условиях пожара.

10. Зависимость теплоемкости от температуры. Истинная и средняя теплоемкости. Формулы для вычисления истинной и средней теплоемкости. Определение количества тепла при нагревании газов в интервале температур от T₁ до Т₂.

11. Закон сохранения энергии. Теплота и работа - формы передачи энергии. Внутренняя энергия системы и определение ее изменения. Определение работы расширения газа в различных процессах. Первый закон термодинамики и его математическое выражение.

12. Понятие о термодинамическом процессе. Обратимые (равновесные) и необратимые (неравновесные) процессы. Основные термодинамические процессы. Общий метод исследования термодинамических процессов.

14. 13 Исследование изохорного процесса изменения состояния газа, Практическое использование данного процесса для решения задач пожарной безопасности.

15. Исследование изобарного процесса изменения состояния газа, Практическое использование данного процесса для решения задач пожарной безопасности.

16. Исследование изотермического процесса изменения состояния газа. Использование данного процесса для решения задач пожарной безопасности.

17. Исследование адиабатного процесса изменения состояния газа Использование данного процесса для решения задач пожарной безопасности.

17. Исследование политропного процесса изменения состояния газа Практическое использование данного процесса для решения задач пожарной безопасности.

18. Понятие о термодинамических циклах. Термический коэффициент полезного действия цикла.

19. Цикл Карно. Термический к. п. д. цикла Карно. Второй закон термодинамики.

20. Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания.

21. Циклы компрессорных установок.

22. Циклы паросиловых установок.

23. Циклы газотурбинных установок.

24. Истечение газов и паров. Определение скорости истечения и массового расхода. Использование уравнений истечения газов и паров в практике пожарного дела.

25. Каналы переменного сечения. Сопло Лаваля.

26. Дросселирование газов и паров. Использование принципа дросселирования в технике и пожарном деле.

Задачи

1. Определить массу газа, находящегося в аппарате емкостью 500 л, если температура газа 17°С. Барометрическое давление при данной температуре равно 99975 Па. Газ и давление газа по манометру взять в соответствии с вариантом:

	газ	давление, МПа
а	гептан	0.294
б	ацетилен	0.6
в	хлор	0.196
г	кислород	0.78
д	бутан	0.392
е	диоксид углерода	0.413

2. Баллон с газом находится под давлением 20 МПа при температуре 25ºС. После израсходования части кислорода, давление понизилось до 11,5 МПа, а температура упала 16ºС. Определить массу израсходованного газа.

	газ	объем, л
а	гексан	31
б	этилен	28
в	метан	22
г	кислород	18
д	этен	14
е	фтор	10

3. Давление сжатого воздуха в баллоне воздушно-пенного огнетушителя до включения установки было 2,6 МПа при температуре 30ºС. Определить массу израсходованного воздуха, если после выключения установки давление стало 0.8 МПа, а температура понизилась:

	объем, л	температура, С
а	80	21
б	71	19
в	64	16
г	55	14
д	49	11
е	40	10

4. Определить плотность, удельный объем и количество газа в молях при нормальных условиях, принимая условно, что в этом состоянии пар является идеальным газом.

	газ
а	диоксид углерода
б	фтор
в	гептан
г	этен
д	воздух
е	ацетилен

5. При подготовке к сжиганию природный газ, имеющий в своем составе 49% метана, 11% этана, 17% пропана, 15% бутана, 4% пентана, 1% диоксида углерода и 3% азота по объему, смешивается с воздухом в соотношении 1 кг природного газа на 15 кг воздуха, состоящего из 23.2 % кислорода и 76.8% азота по массе. Определить газовую постоянную смеси, относительную молекулярную массу и плотность полученной горючей смеси при следующих давлении и температуре:

	давление, МПа	температура, С
а	0.1	20
б	0.4	25
в	0.8	30
г	2.1	35
д	2.8	40

6. Газовая смесь состоит из CO₂, O₂, N₂ при н.у. Определить объем газовой смеси, массовые и объемные доли компонентов.

	CO2, кмоль	O2, кмоль	N2, кмоль
а	2	3	4
б	3	5	1
в	5	2	4
г	6	3	5
д	3	4	4

7. Смесь идеальных газов состоит из 0.5 кг аммиака, 2.4 кг кислорода и 7.6 кг азота. Определить объемный состав смеси, парциальные давления компонентов. Установить, горючая смесь или негорючая, если область воспламенения аммиака от 15 до 28% объемных. Температуру и давление газовой смеси взять в соответствии с вариантом:

	давление, МПа	температура, С
а	0.5	45
б	0.8	50
в	1.2	55
г	1.7	60
д	2.3	70

8. В технологическом аппарате под давлением 2,3 МПа и 20ºС находится газовая смесь, состоящая из 92% воздуха и 8% паров метанола по массе. Определить массу паров спирта. Могут ли воспламениться пары спирта, если НКПРП 6% по объему.

	объем, л
а	80
б	76
в	69
г	58
д	50

9. 100 м³ окиси углерода при температуре 340°С и постоянном давлении 0.7 МПа охлаждается. Определить количество отведенной теплоты и совершенной работы, принимая зависимость теплоемкости от температуры нелинейной. Вычертить график зависимости. Массу окиси углерода и температуру охлаждения взять в соответствии с вариантом:

	масса, кг	температура, °С
а	1	17
б	2	23
в	3,5	27
г	5	35
д	6	45

10. Воздух сжимается в цилиндре адиабатно, объем воздуха при этом уменьшается в 14 раз. Определить конечную температуру и конечное давление воздуха, а также совершенную работу, если начальная температура его 120°С, а начальное давление 0.1 МПа. Показатель адиабаты принять равным 1.4. Вычертить график процесса. Масса воздуха равна:

	масса, кг
а	2
б	4
в	5
г	6
д	3

11. Генераторный газ имеет следующий объемный состав: 6.5% водорода, 6% азот, 1.5% метана, 26% окись углерода, 5% двуокись углерода, 61% азота нагревается от t₁ до t₂. Определить количество тепла, подведённого к газовой смеси. Зависимость теплоёмкости от температуры принять в соответствии со своим вариантом

	t1, С	t2, С	m, кг
а	100	500	1	постоянная
б	150	600	2	линейная
в	100	700	3	нелинейная
г	150	800	4	постоянная
д	100	900	5	линейная

12. 8 м³ пентана при расширяются политропно. При этом давление газа изменяется от 0.94 МПа до Р₂, а объем увеличивается до 20 м³. Определить показатель политропы, конечную температуру и совершенную газом работу. Вычертить график процесса. Начальную температуру и конечное давление принять в соответствии с вариантом:

	Р2, МПа	t1, С
а	0.7	95
б	0.62	120
в	0.59	135
г	0.36	150
д	0.23	160

13. В сосуде объёмом 27 м³ находится газ при избыточном давлении 0,15 МПа и имеет температуру 40°С. Сосуд оборудован предохранительным клапаном, открывающимся при избыточном давлении 0,2 МПа. При пожаре сосуд нагрелся до 500°С, а затем при тушении был охлаждён до 20°С. Изобразить в р-v диаграмме процессы происходящие с газом. Рассчитать параметры газа в характерных точках, изменение внутренней энергии, массу газа в сосуде до и после пожара. Атмосферное давление 0,1 МПа. Теплоёмкость принять соответственно с вариантом.

	газ	зависимость теплоемкости от температуры
а	метан	постоянная
б	кислород	линейная
в	окись углерода	нелинейная
г	хлор	постоянная
д	воздух	линейная

14. В процессе сгорания при постоянном давлении в цилиндре двигателя внутреннего сгорания температура газа повышается от 490°С до 1600°С. Определить работу расширения газа и количество подведенного тепла, считая, что он обладает свойствами воздуха.

	масса, кг
а	12
б	8
в	6
г	4
д	3

15. 40 литров газа при температуре 60°С и давлении 4 бар политропно расширяются до трёхкратного объёма и давления 1 бар. Рассчитайте показатель политропного процесса, работу расширения, количество теплоты и изменение внутренней энергии в процессе.

	газ
а	этилен
б	ацетон
в	фенол
г	фтор
д	бутан
е	гексан

16. Определить параметры характерных точек и полезную работу цикла Отто, если рабочее тело - воздух, начальное давление, начальная температура, степень сжатия и количество подведённого во время сгорания тепла соответственно равны

	m, кг	Р1, кПа	t1, С	Q, кДж	
а	9	90	25	1800	4
б	7	95	26	1700	5
в	5	100	27	1500	6
г	3	105	28	1100	7
д	2	110	30	1000	8

Теплоёмкость воздуха принять постоянной. Построить диаграмму цикла. Показатель адиабаты принять равным 1.4.

17. При снятии индикаторной диаграммы цикла Тринклера установлено, что степень повышения давления 1.8, степень расширения при изобарном подводе тепла 2.1. Показатель адиабаты 1.4. Рабочее тело – воздух. Определить параметры состояния рабочего тела в характерных точках и количество отведённой и подведённой теплоты, работу цикла, если масса воздуха, начальное давление, начальная температура и степень сжатия соответственно равны

	m, кг	Р1, кПа	t1, С	
а	5	95	30	18
б	8	100	28	19
в	2	105	27	20
г	4	110	26	21
д	3	115	25	22

Сравнить КПД данного двигателя с КПД цикла Карно в этом температурном интервале. Вычертить график цикла.

44. Воздух совершает прямой цикл Карно, наивысшее давление при этом составляет 20 бар, а наинизшее 1.2 бар, показатель адиабаты принять равным 1,4. Определить параметры состояния воздуха в характерных точках, работу, термический КПД цикла и количества подведенного и отведенного тепла. Начертить график процесса в координатах (р - v).

	m, кг	t1, С	t2, С
а	1	25	297
б	1.5	26	312
в	2	27	320
г	2.5	28	338
д	3	29	349

45. Для идеального цикла газовой турбины с подводом тепла при постоянном давлении с начальными параметрами газа рассчитать: параметры в характерных точках, полезную работу, термический КПД, количество подведённого и отведённого тепла. Рабочее тело – воздух, теплоёмкость принять величиной постоянной горючей смеси

	Р1, МПа	t1, С	t3, С	λ	ρ
а	0.9	80	530	13	5
б	0.95	85	590	11	4
в	1.1	90	620	10	3.5
г	1.4	95	670	8	2.5
д	1.6	100	710	6	1.5

Показатель адиабаты принять равным 1.4.

45. Для цикла Дизеля определить параметры в характерных точках при использовании 1 кг рабочего тела, полученную работу, термический КПД, количество подведенного и отведенного тепла.

	Р1, бар	t1, С	ε	ρ
а	0.095	25	15	4
б	0.098	27	13	3
в	0.1	27	11	2
г	0.15	28	9	1.5
д	0.17	30	7	5

Рабочее тело – воздух. Теплоёмкость считать постоянной. Показатель адиабаты принять равным 1.4.

47. Найти наибольшую степень сжатия в цикле Отто, если известно, что начальное давление 100 кПа, показатель адиабаты 1.3, а начальная температура и температура самовоспламенения горючей смеси составляют:

	t1, С	tсам, С
а	100	380
б	130	400
в	160	430
г	190	470
д	200	500

47. В результате аварии из аппарата, наполненного кислородом при давлении 0.12 МПа, происходит истечение газа наружу. Определить теоретическую скорость истечения кислорода и секундный массовый расход. Показатель адиабаты принять 1.4. Начальную скорость истечения принять равной нулю. Площадь отверстия, давление среды, в которую происходит истечение и температуру среды взять в соответствии с вариантом:

	площадь, мм2	Р2, кПа	t, °С
а	8	70	20
б	9	80	30
в	10	90	40
г	11	95	50
д	12	100	55

47. Из газгольдера с давлением 180 бар и удельным объемом 12,6 м³/кг в атмосферу выходит газ. Определить диаметр отверстия. Газ и массовый расход взять в соответствии с вариантом:

	газ	m, кг/с
а	азот	0.15
б	метан	0.20
в	хлор	0.25
г	пропан	0.30
д	этан	0.35

47. Через сопло форсунки компрессорного двигателя с воспламенением от сжатия подается воздух для распыления дизельного топлива, поступающего в цилиндр двигателя. Давление сжатого воздуха в цилиндре двигателя 35 бар. Определить теоретическую скорость адиабатного истечения воздуха из сопла форсунки, если первоначальные давление и температура воздуха равны:

	Р1, бар	t1, °С
а	40	15
б	45	18
в	50	22
г	55	25
д	60	27

47. Определить теоретическую скорость адиабатного истечения и массовый расход воздуха через сопло Лаваля, если первоначальные давление и температура воздуха равны:

	Р1, бар	t1, °С
а	2	18
б	5	20
в	9	25
г	13	30
д	17	34

Давление среды на выходе из сопла 1 бар.

47. Определить необходимую площадь мембранных предохранительных клапанов для отвода продуктов взрыва из трубопровода, по которому транспортируется горячая паровоздушная смесь. Известно, что продукты горения смеси имеют большую долю азота. Клапана срабатывают при давлении 0.21 МПа. Плотность продуктов горения 0.185кг/м³, 15 с, барометрическое давление 0.098МПа. Количество продуктов горения и время горения смеси принять в соответствии с вариантом:

	объем, м3	τ, сек
а	10	9
б	13	14
в	17	16
г	20	18
д	25	20

53. Газ при постоянном давлении 60 бар и температуре 30°С вытекает в среду с давлением Р₂. Определить теоретическую скорость и конечную температуру при адиабатном истечении, если:

	Р2, бар	газ
а	45	воздух
б	40	хлор
в	35	метан
г	30	азот
д	25	пропан

53. Определить сечение отверстия в вентиле ОУ-8, обеспечивающее в начальный момент истечения расход углекислого газа в среду с давлением Р₂. Давление углекислого газа 5,6 МПа, температура 20°С. Коэффициент расхода принять равным единице. Давление среды Р₂ и массовый расход соответственно равны:

	Р2, бар	m, кг/с
а	1.2	0.23
б	0.9	0.19
в	0.6	0.12
г	0.3	0.09
д	0.1	0.07