2. Задания для выполнения контрольных работ и методические рекомендации по выполнению контрольных работ контрольная работа №1
Стационарные процессы
Контрольная работа №1 состоит из 2-х теоретических вопросов и 3-х расчетных задач. Теоретические вопросы выбираются по таблице 1.4.
Теоретические вопросы к контрольной работе №1
Почему в качестве рабочих тел тепловых двигателей используются газы?
Будет ли правильным утверждение, что всё тепло, подводимое к газу, обуславливает изменение его температуры?
Как доказать, что количество тепла Q есть функция процесса, а не состояния тела?
Может ли работа необратимого процесса быть больше работы обратимого процесса?
Можно ли среднюю теплоёмкость вычислить по формуле:
,
где
и
- истинные теплоёмкости.Как вычисляется и почему не зависит от характера процесса изменение внутренней энергии тела?
Может ли процесс подвода тепла сопровождаться уменьшением температуры?
Т
Pзз
ермодинамические процессы заданы условием dQ = 0 или dL = 0. Равносильны ли условия dQ = 0 и Q = 0, dL = 0 и L = 0?И
звестна
комбинация термодинамических процессов
для 1 кг воздуха в P-V координатах. Построить эту 2 3
к
омбинацию
процессов в T-S
координатах и определить
з
наки
работы, теплоты и изменения внутренней
энергии
в процессе 3-1.
V
Е
сть
ли разница в понятиях необратимый и
неравновесный процесс?Почему у реальных веществ при изотермическом расширении q неравно L?
Как вычислить объёмную теплоёмкость смеси газов, заданную массовыми долями, и массовую теплоёмкость смеси, заданную объёмными долями?
В чём эквивалентность различных формулировок второго начала термодинамики?
Можно ли теплоту некоторого источника полностью превратить в работу?
Как изменяется энтропия рабочего тела при его расширении в пустоту?
Может ли энтропия системы убывать в необратимых процессах?
Система релаксирует к состоянию равновесия. Что происходит с её энтропией?
Как можно вычислить значение энтропии воздуха при заданных давлении и температуре?
Обладает ли энтропией электрический ток?
Каково значение цикла Карно в термодинамике? Покажите, что в данном интервале температур от Т1 до Т2 цикл Карно самый экономичный.
Какая существует связь между изменением энтропии и потерей работоспособности тела в необратимых процессах? Какую роль на потери работоспособности оказывает температура теплоприёмника (Тmin)?
В чём состоит ошибочность вывода о тепловой смерти вселенной?
Покажите, что в Т-S координатах в области перегретого пара изобара большего давления располагается выше изобары меньшего давления.
Является ли полным дифференциалом величина:
?Покажите, что две изобары в Т-S координатах не пересекаются друг с другом.
Вычислите интеграл:
,при
условии P=const.Докажите, что для реальных газов
Выведите уравнение для вычисления изменения внутренней энергии газа, подчиняющегося уравнению состояния Ван-дер-Ваальса.
Найдите величину свободной энергии реального газа.
Существуют ли термодинамические потенциалы у неравновесных систем?
Обладает ли тепло трения эксергией?
Показать в диаграмме T-S эксергетические потери в двух последовательных процессах.
T
1
2
i =const q=0
3
S
Может ли выполняться неравенство
Может ли эксергия принимать отрицательные значения?
Почему нельзя взять в качестве независимых переменных давление и температуру для двухфазной системы?
Покажите на диаграмме T-S энтальпию перегретого пара.
В каком случае для расчёта изотермического процесса можно воспользоваться формулой изобарного процесса?
Что происходит с теплотой парообразования с увеличением давления?
Какая система называется гомогенной и гетерогенной? Дайте примеры той и другой системы.
Рабочее тело совершает процессы,
изображенные на диаграмме T-S. Покажите графически эксергию теплоты.
Для выполнения работы необходимо изучить по учебнику (1) в соответствии с программой раздел «Основы термодинамики реальных процессов» и стационарные процессы раздела «Основы тепло и массообмена».
Задача 1.1. Параметры смеси газов. Истечение газов
В помещении компрессорной станции объемом V произошла разгерметизация трубопровода, по которому транспортируется горючий газ под давлением P1 при температуре Т1. через образовавшееся в трубопроводе сквозное отверстие площадью f газ выходит в помещение.
Рассчитать, через какое время τ во всем объеме компрессорной станции может образоваться взрывоопасная смесь, а также среднюю молекулярную массу, плотность, удельный объем и изобарную удельную массовую теплоемкость смеси, если ее температура Т = 293 К, а давление Р = 100 кПа. Коэффициент расхода отверстия ξ = 0,7. воздухообмен не учитывается.
Данные, необходимые для расчетов, приведены в таблице 1.1.
Таблица 1.1
Последняя цифра шифра |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
V∙10-2,м3 f∙10 4,м2 |
25 4,2 |
30 5,9 |
40 5,0 |
32 2,0 |
45 5,1 |
40 4,1 |
30 5,0 |
25 6,0 |
30 4,2 |
45 1,5 |
Предпоследняя цифра шифра |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Р1, МПа Т1, К |
0,7 290 |
0,5 400 |
0,5 300 |
1,5 320 |
1,0 250 |
1,5 280 |
0,2 350 |
0,4 300 |
0,2 250 |
0,9 305 |
Газ |
Бутан |
Этан |
Пропан |
Метан |
Этилен |
Водород |
Бутилен |
Ацетилен |
Аммиак |
Пропилен |
Задача 1.2. Конвективный теплообмен. Теплопередача
Рукавная линия диаметром d поперечно обдувается воздухом со скоростью ωв. Температура воздуха tв. По рукавной линии со скоростью ωж движется вода, температура которой на входе в рукавную линию t'ж. рассчитать максимальную длину рукавной линии из условия, чтобы температура на выходе из рукавной линии была t''ж ≥ 10С. Толщина стенки рукавной линии δ = 4мм. эквивалентный коэффициент теплопроводности материала рукава принять λ = 0,115 Вт/(м∙К).
Данные, необходимые для расчетов, приведены в таблице 1.2.
Таблица 1.2
Последняя цифра шифра |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
ωв, м/с tв, 0С |
1 -50 |
2 -40 |
3 -30 |
4 -20 |
5 -50 |
6 -40
|
7 -30 |
8 -20 |
9 -10 |
10 -50 |
Предпоследняя цифра шифра |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
ωж, м/с t'ж, 0С d, мм |
3,2 2 99 |
1,6 3 69 |
4,2 4 70 |
2,8 5 77 |
3,8 6 60 |
2,0 3 55 |
3,5 4 70 |
1,05 5 77 |
2,4 6 90 |
1.0 7 55 |
Задача 1.3. Лучистый теплообмен
Определить минимальное расстояние, обеспечивающее безопасность соседнего с горящим объекта, при исходных данных: проекция факела пламени горящего объекта имеет прямоугольную форму размером d ∙ l, его температура Тф, а степень черноты εф. На поверхности не горящего объекта: допустимое значение температуры Тдоп, допустимое значение плотности теплового потока (критическая плотность) qкр, степень черноты поверхности ε.
Кроме того, оценить безопасное расстояние от факела для личного состава, работающего на пожаре без средств защиты, от теплового воздействия при условии: а) кратковременного пребывания; б) длительной работы. При кратковременном тепловом воздействии для кожи человека qкр = 1120 Вт/м2, при длительном qкр = 560 Вт/м2. При решении задачи учитывать только теплообмен излучением. Коэффициент безопасности принять равным β. Данные, необходимы для расчета приведены в таблице 1.3.
Таблица 1.3
Последняя цифра шифра |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
d, м l, м Тф∙10-2, К εф |
10 10 15 0,8 |
8 8 13 0,7 |
12 12 14 0,6 |
12 8 11 0,4 |
14 10 13 0,7 |
18 12 14 0,6 |
20 10 15 0,8 |
16 8 11 0,4 |
12 12 13 0,7 |
15 10 14 0,6 |
Предпоследняя цифра шифра |
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
Тдоп, К ε qкр∙10-2 Вт/м2 β |
530 0,9
225 1,8 |
570 0,9
250 1,7 |
615 0,85
135 1,6 |
650 0,8
205 1,5 |
680 0,85
120 1,4 |
715 0,8
135 1,3 |
740 0,7
100 1,4 |
775 0,7
130 1,5 |
810 0,6
135 1,6 |
850 0,6
98 1,7 |
Таблица 1.4
таблица теоретических вопросов
|
Последняя цифра зачётной книжки. |
||||||||||
Предпоследняя цифра З.К. |
|
0 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
0 |
1; 21
|
2; 22 |
3;23 |
4; 24 |
5; 25 |
6; 26 |
7; 27 |
8; 28
|
9; 29 |
10; 30
|
|
1 |
11; 31 |
12; 32 |
13; 33 |
14; 34 |
15; 35 |
16; 36 |
17; 37 |
18; 38 |
19; 39 |
20;40 |
|
2 |
10,30 |
11,31 |
12,32 |
13,33 |
14,34 |
15,35 |
16,36 |
17,37 |
18,38 |
19,39 |
|
3 |
11;21 |
12; 22 |
13; 23 |
14;24 |
15; 25 |
16; 26 |
17; 27 |
18; 28 |
19; 29 |
20;30 |
|
4 |
1; 31
|
2; 32 |
3; 33 |
4; 34 |
5; 35 |
6; 36 |
7; 37 |
8; 38 |
9; 39
|
10,40 |
|
5 |
20;40
|
19;39 |
18;38 |
17;37 |
16; 36 |
15; 35 |
14; 34 |
13; 33 |
12; 32 |
11;31 |
|
б |
10;30 |
9;29 |
8;28 |
7;27 |
6;26 |
5;25 |
4;24 |
3;23 |
2;22 |
1;21 |
|
7 |
11; 40 |
12; 39 |
13; 38 |
14; 37 |
15; 36 |
16; 35 |
17; 34 |
18; 33 |
19; 32 |
20; 31 |
|
8 |
1; 30 |
2; 29 |
3; 28 |
4; 27 |
5; 26 |
6; 25 |
7; 24 |
8; 23 |
9; 22 |
10; 21; |
|
9 |
1;40 |
18;10 |
2;31 |
6;17 |
21;15 |
18;33 |
22;44 |
5;22 |
11;15 |
33;12 |
|