книги из ГПНТБ / Марков, В. С. Сборник задач по технической термодинамике и теплопередаче [учеб. пособие]

0,4 л«3. Определить давление воздуха

в первом баллоне до сме­

шения, давление и температуру после

смешения кислорода и

воздуха, если вес всей смеси 12 кг

и

кислород до

смешения

имел давление 2 ата и температуру 77°С. Ответ: рв =

17,6 ата,

tc — 254°С и рс =13,1 ата.

300 л -находится азот при

139. В первом баллоне емкостью

давлении

р ]аб!. — 6бЬр и температуре

60°С, во втором баллоне

емкостью

500 л находится кислород под давлением />2абс— Ю бар

р 0 =5,35 бар, рсо —0,41

бар, äs = 66 дж\град.

2

\

производительностью 600 нм$/яас и

140. Два

вентилятора

нагнетаемый

первым

вентилятором, имеет температуру 11б°С

и давление

1,3 ата,

вторым — давление 1,2 ата и температуру

смешения, если Ср | =

Ср,. = 0,24 ккал\(кг-град). Ответ: tz — 56°С,

и с = 3080 нм?\яас, äs = 0,012 ккал\(кг-град).

141. Поток азота

при расходе 400

мъ\яас при давлении

2,3 ата

и температуре 60°С

смешивается с'

потоком воздуха,

расход

тепла. Определить термический к. птуц никла

Ответ, ■

0,585

§

Гос.

ИѵЗлкчпяя

17

научи с-те х.чичѳс

я

144.

При заданных на рис.

4

условиях к рабочему

телу под­

водится ІО5 ккал\час тепла. Определить термический

к. п. д.

цикла,

развиваемую мощность

и

количество тепла, отведенного

в холодильник. Ответ: %, = 0,652;

Q2 = — 34800,ккал\ч,ас\ N =

= 103 л. с. '

Т

<3

і

' / . V

‘S S A S ss

/ / .,

.У !

S C O ' .

J

\ч\

Я,

у-

Рис.

4

а затем

изобарно сжимаются до начального

объема, после

чего

при и = const воздух

возвращается в начальное

состояние.

Опре­

делить

количество подведенного и отведенного

тепла, а

также

количество полученной

при

этом

работы.

Представить

цикл

в диаграммах. Ответ:

Qi —46517

кдж,

Q2 = — 10467

кдж\

L0 = 36050 кдж.

имеющий

температуру 200°С при давлении

146.

1 кг воздуха,

5 ата,

охлаждается

при

постоянном

объеме

до 0°С, затем

при

этого

при

V = const

воздух нагревается до тех

пор,

пока

не

достигнет

первоначального давления, при котором он

возвра­

щается в исходное состояние.

Определить параметры состояний

в характерных точках цикла,

количество подведенного

тепла

и

работу

за

цикл.

Представить

цикл

в рѵ- и

Ts-диаграммах.

Ответ: ѵх — ,ѵ2~ 0,277 м*\кг, р2=

2,89 ата = р г;

U —0°С, г>3 =

vt = 0,831

мъ\кг, ti —1140°С,

= 23l ккал\кг, g2=

—257 ккал\кг,

zt3= 5 4 7 0C,

/0 = — 11100 кгс-м\кг, /?4 = 5

ата.

на рис. 4, имеем:

ра = 6U

atna, ta= tB— 627°С, ѵа— 0,04

м\кг,

рв = 46,7 atna, ив=

0,056 мл\кг, рс = 1

а/иа,

tc — tü = 27°С,

-ос =

= 0,87

,м3|кг, p d = 1,28 atna,

vd = 0,68

м^Ікг,

qx*= 15,37 кка./г|кг,

q2= — 5,12 ккал\кг, /0 =

4375 кгс-ж|кг,

Tjtk =

0,66.

149.

Определить

термический к. п. д.

цикла, состоящего из

двух изотерм и двух изохор (рис. 5), если

в

качестве рабочего

тела используется 1

кг воздуха, tx= 627°С, t3 — 27°С, ѵ2: ѵх= \ ,675.

Ответ: i)t = 0,157.

горячему источнику приТ12°С, если

холодный источник

имеет

t = — 23°С и совершается обратный

цикл Карно. Ответ:

Q —

= 2395000 кдж\кас = 664 кет.

= 2,13 бар, г?, = 562°С. В качестве

рабочего тела принять воздух:

в количестве 1 кг.

Представить

цикл в рѵ- и ІѴдиаграммах,

указав на последней

площади, соответствующие подведенному

цикла и изменение

энтропии

за

процесс 1 — 2.

Ответ: р іайс =

ѵ2 = 0,255 м?\кг =

ц3, /?3а6с =

20,2

бар = 20,65

am, t3 = 1520°С,

характеризующимися показателями: и х- г — 1, /г2- 8 = 2,4

и

= /г.

За процесс

1 —3 изменение объема рабочего тела

составляет

■и,: ѵг = 0,35.

Представить цикл в рѵ- и 75-диаграммах,

указав

на последней площади, соответствующие подведенному

и отве­

чего тела

в характерных точках (1, 2, 3), термический

к.

п. д.,

работу

за

цикл, изменение энтальпии и энтропии за процесс

2 — 3, если

начальные параметры

рабочего тела — азота

в точке

1

составляют: р\ изб = 18,63

бар

и /, =

627°С.

Ответ:

/?, а6с =

=

19,63

бар, tj =

t2 — 627°С, V, =0,1315

м3\кг, р 2абс = 9,26

бар =

=

9,47

am, ѵ2 —0,278 м3\кг,

рга^ — 4,Ъ бар = 4,6

am, £3 = Зі7°С,

уг=0,376

м*\кг,

v]t = 0,177,

s3 — s2 = —0,215

кджі(кг-град) =

= —0,0515 ккал\(кг-град), і3—г3=

—311 кдж\кг = — 74,4 ккал\кг.

Г л а в а

ѴШ

ВОДЯНОЙ ПАР

154.

Определить температуру

насыщенного

водяного

пара

при р„зб =

15 бар.

Ответ: ts = 200°С.

пара при

рнзб= 12,75 бар и х = 0,96. Ответ: ух= 0,1375 м3\кг,

fx = 7,28

кг|.м3.

167.

Начальное

состояние

пара

определяется

параметрами:

Рі — 17

amu

и

х х= 0,95. Определить параметры

пара

после

подвода

к

нему

126 ккалікг тепла при том же

давлении.

Ответ: t = 39Ѳ?С, ѵ = 0,17 м?\кг,і = 771 ккалікг, и s

699 ккал\кг,

s = 1,71 ккал\(кг-град).

168.

Начальное

состояние

пара

определяется

параметрами:

Рі = 19 ата

и £1=

340°С. Определить, пользуясь

энтропийной

диаграммой,

конечное состояние пара при адиабатном его расши­

рении до рч —0,6 ата. Ответ: U= 87°C, x 2= 0,905, іг = 581 ккал\кг.

169.

Начальное

состояние

пара

определяется

параметрами:

р — \Ъ

ата

и

t =

360°С. Определить, пользуясь

энтропийной

диаграммой, количество тепла, которое должно быть

отведено

от 1 кг пара для перевода его в состояние сухого насыщенного

пара. Ответ: q — 90 ккалікг.

15

ата

и

170.

В начальном состоянии пар имеет давление

температуру 320°С. Пар адиабатно

расширяется,

переходя

во

. влажное состояние

со степенью сухости х 2= 0,92.

Определить

параметры пара

в конечном состоянии и изменение температуры.

Ответ: рг = 0,9~ ата, іг — 600 ккал\кг, s2 =

1,666 ккал\(кг-град),

•и, = 1,8 м*\кг, ?2 = 97°С, М = 223°С.

171. Перегретый

пар нагревается от 250°С до 400°С при

р = 12 ата = const.

Определить изменение

внутренней энергии

процесс. Ответ: Дйі,2 —60,4

ккал\кг,

q\,i = 78

ккал\кг,

l\,%—

— 7200 кгс-м\кг.

/?, = 8

ата и

^ 172. Влажный‘ пар с начальными параметрами

Хі —0,85 перегревается при

постоянном

объеме

до t2 — 300°С.

чество затраченного тепла.

Ответ: р 2= 14

ата, щ = 0,19 м?\кг,

і2 — 727 ккал\кг, s2= 1,666

ккал\(кг-град),

Д£ = 125°С, q1,2 =

= 115 ккал\кг.

имеющего начальные параметры

= 16 ата и = 320°С, ко­

личество тепла, подведенное

к пару, если объем пара

при рас­

ширении

увеличивается

в 1,3

раза. Ответ: /і>2—7130

кгс-м\кг,

Qі,2 — 17,8

ккал/кг.

перегретого

пара при адиабатном

174. Определить работу

расширении, если р {=

15 ати, t, = 340°С

и р2= 3 ати. Ответ:

пара

и

степень

перегрева. Ответ: /2 = 335°С, г>2 = 0,23 мг\кг,

/2 =

746

ккал\кг,

s2 = 1,713 ккал\(кг-град), Д/=148°С.

подвергается мятию. При каком давлении мятый

пар будет сухим

насыщенным? Ответ: при 6,3 ата.

Г л а в а

IX

ИСТЕЧЕНИЕ ГАЗОВ И ПАРОВ

177. Начальное состояние воздуха определяется параметрами

А изб = 49 бар и /, = 27°С. Определить скорость истечения

воз­

духа и его конечную температуру, если

А изб—29,4

бар.

Ответ: w = 283 м\сек, /3 = - 13°С.

178. Кислород под давлением р\ Збс = 55,9 бар и при темпера­

туре 27°С вытекает через круглое отверстие

диаметром 4

мм

из камеры,

в которой поддерживается постоянное давление

Рабе — 1,96бар и температура 370°С. Ответ: «/ = 474 м/сек.

185. Газ

находится в камере при давлении 1,8 ата и темпе­

истечении его через

суживающееся

сопло,

в

атмосферу, если

газовая

постоянная

R = 30 кге-м\(кг-град),

площадь ■минималь­

ного сечения /mi,, =

9

см2 и /г = 1,4 .

Ответ:

w — 534 м\сек,

0 = 0,212 кг\сек.

186.

Воздух вытекает в атмосферу через простое сопло. Опре­

поддерживается давление /?і абс =

19,6 бар и / = 527°С. Ответ:

W= 518 м\сек, Рі абс = 10,3 бар.

187. Определить скорость истечения,

секундный расход

газа

и температуру его U на выходе

из комбинированного сопла,

если

Рі = 45 ата, tx= 2Ö00°C, р2=

1,2

ата,

R = 30 кгс-м\(кг-град),

'/min

= 120 см2 и k = 1,4. Ответ: w = 1730 м/сек, О = 44,3 кг/сек,

U =

533°С.

188. Для сопла Лаваля определить площади минимального

истечения

и

температуру воздуха

на

выходе,

если

при

входе

в сопло

воздух имеет

/;1а0с =

29,4

бар,

/ = 1827°С, при

выходе

Pi абс = 0,98

бар,

a

G=106

кг\сек

и

угол

конусности

о. = 12°.

Ответ:

/ тіп = 410

см2,

/ г=

1530

см2,

/

102

см,

t2=

523°С,

■W= 1620 м\сек.

цилиндрическое

сопло

189. Воздух вытекает через короткое

в атмосферу.

Определить критические

давление

и

температуру

воздуха,

скорость

истечения,

если

р \ — §ата

и

/

=

37°С.

Ответ: ркр = 4,75 ата,

tKp = — 15°С,

z<y=

323 м\сек.

190. Воздух протекает по трубопроводу, в который 'вставлено

простое

сопло.

Перед

соплом

р\

а6с =

25,5

бар,

а

за

соплом

Рг абс= 18,64

бар.

Определить

скорость

истечения

и

размеры

выходного сечения сопла, если

/

=

87°С

и

G = 3

кг\сек.

Ответ: w =

250 м\сек, / т1п =

6,08 см2.

191.

Насыщенный

водяной

пар,, определяемый

параметрами

Рі = 17

amu и зс, =

0,96,

вытекает

через

простое

сопло

в среду,

имеющую давление р2 =

12 ата. Определить-теоретическую ско­

рость истечения,

состояние пара в конце истечения и расход пара,

х 2= 0,93.

192.

Насыщенный пар при р\ — 17 аліи и x t = 0,96 вытекает

через

комбинированное сопло в среду, имеющую р2 = 2 ата.

ское давление и расход пара, если

/,„!„ = 20

мм2.

Ответ: w =

= 860 м\сек, «/кр = 449 м\сек, ркр =

10,5 ата,

G =

190 кг\ч,ас.

I — 12,9

мм.

194.

Водяной пар, параметры которого р х= 16 атаи £, —400°С,

свежего

пара и мятого, если р 2абс = 0,2 ат- и для сопла Лаваля

tfmln = 4

мм. Ответ: G — 85 кг\пас, G' = 59 л:г|ад<:.

Г л а в а X

РАБОЧИЙ ПРОЦЕСС В КОМПРЕССОРЕ.

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ЦИКЛЫ ГАЗОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ*

198.

Процесс сжатия воздуха в турбокомпрессоре при наличии

тропа 1 — 2'). Определить параметры воздуха

после сжатия, ра­

боту, затрачиваемую на сжатие, изме­

нение энтропии воздуха и адиабатиче­

ский к. п. д. компрессора, если началь­

ное давление воздуха /?, а6с —0,98 бар,

конечное—д 2а6с= 2,45 бар,

произво­

дительность компрессора по всасывае­

мому воздуху 200 м2\час, температура

окружающей среды

17°С,

показатель

„обратимой“ политропы п— 1,6 и Срт—

= 1,01 кдж\(кг-град). Вычисленные

параметры воздуха сравнить с пара­

метрами, получаемыми при адиа­

батическомсжатии

(процесс

1 —2).

Ответ: 7Ѵ2 = 409°К,

Ѵ'г= \\Ъ

м3\яас,

Li _ 2>= 214-ІО5

дж\яас,

As = 82,6

Ѵ2 — 104 мл/яас,

дж\(кг-град), т)аі =

0,962,

Г, =

377°К,

7, _ 2 = 205-ІО5 дж\час.

турбины

199. Воздух

адиабатически расширяется в*соплах

от Р\ изб = 4 ат и £, =

97°С до р2абс = 1 а>п- Вследствие

потерь

*) Расчетные уравнения

к задачам последующих

глав приняты из литера­

турных источников

[1], [2],

[3].

,

энергии

на

трение в турбине протекает необратимый. процесс

расширения

по мнимой

„обратимой“ политропе 1 —2' с показа­

телем

ti — 1,32 (рис.

7). Опреде­

цесс расширения,

потерю

работоспо­

собности воздуха

вследствие потерь

на

трение и

изменение

энтропии,

если

Сот —0,241

ккал\(кг • град).

Ответ:

7V =

233°К,

Т2 = 251°К, /т =

=

14000

кгс-м\кг,

Іг = 12150 кгс-м\кг\

Задачу решить

для:

а) изотермического,

б)

адиабатического и

в) политро'пного

(при

п — 1,2) сжатия (рис.

8).

Построить график

Ц, = 77 ма\час, Am.=

29,8

ккал\кг,

А/ = 41,7

тал\кг,

LT —

—— 5250030 кгс-м\час, N — 19,5 л. с.\ в) U =

ИО°С,

Ѵ2= 63,2 мъ\час,

А и — 15,8 кма^|/сг, А/ =

22,1

мма^|мг,

І г =

■--- 4680000 кгс-м/час,

Л' = 17,3 л. с.

201. Производительность

компрессора по всасываемому

воз­

воздуха

осуществляется в двухступенчатом

компрессоре и дав­

ление в

ресивере

р2 — 2,5

ати. Результат

сравнить с ответом

к указанной задаче

(рис. 9)\

Ответ:

t2 = 37°С; 1/а =

51,5 мг час;

Ац = 3,4

ккал\кг\

А/= 4,76

ккал\кг-,

Lr— — 4560000

кгс-мчас;

N = 16,8

л. с.

е= 6, Х= 1,6, Сѵ = 0,172 ккалі(кг-град) и рабочее

тело обладает

свойствами

воздуха.. Ответ: ѵа— ѵв =

1,09 м3\кг, рс = 12,25 ата,

£с = 490сС, ѵс~ Ѵу/ = 0,183 м3\кг,рг>=

19,65 ата-, tr/ — 947°С, рв —

= 1,6 ата,

tB— 324'С, <?і =

78,6 ккал кг, І72| - 38,5

ккал\кг,

= 0,51, /0 =

17100 кгС'М/кг,

/>,= 1,88 кг\см2.