 |
АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомДругоеЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция
Решение
Количество тепла, превращенного в электрическую энергию за 20 ч работы,
Q=62∙1000∙28900∙0,18 = 3,2∙109 кДж.
Эквивалентная ему электрическая энергия или работа
.
Следовательно, средняя электрическая мощность станции
N=89590 / 20 = 4479 кВт.
Паросиловая установка мощностью 4200 кВт имеет КПД равный 0,2. Определить часовой расход топлива, если его теплота сгорания равна 25000 кДж/кг.
Решение
По формуле находим выражение для расхода топлива
Часовой расход топлива составит
0,72 ∙ 4200 = 3024 кг/ч.
11. Найти изменение внутренней энергии 1 кг воздуха при изменении его температуры от 300°С до 50°С. Зависимость теплоемкости от температуры принять линейной.
Решение
Изменение внутренней энергии можно определить на основании формулы. Рассчитаем среднюю теплоемкость воздуха в данном интервале температур (табл. В.1 приложения):
Следовательно,
12. 1 кг кислорода при температуре 127°С расширяется до пятикратного объема; температура его при этом падает до 27ºС. Определить изменение энтропии. Теплоемкость считать постоянной.
Решение
По уравнению (100)
13. 1 кг воздуха сжимается по адиабате так, что объем его уменьшается в 6 раз, а затем при V = const давление повышается в 1,5 раза. Определить общее изменение энтропии воздуха. Теплоемкость считать постоянной.
Решение
Изменение энтропии воздуха в адиабатном процессе будет равно нулю. Изменение энтропии в изохорном процессе определится по формуле (103):
следовательно
14. 10 м3 воздуха, находящегося в начальном состоянии при нормальных условиях, сжимают до конечной температуры 400°С. Сжатие производится: 1) изохорно, 2) изобарно, 3) адиабатно и 4) политропно с показателем политропы n = 2,2. Считая значение энтропии при нормальных условиях равным нулю и принимая теплоемкость воздуха постоянной, определить энтропию воздуха в конце каждого процесса.
Решение
Находим массу 10 м3 воздуха при нормальных условиях:
Определяем изменение энтропии в каждом из перечисленных процессов:
1) изохорное сжатие
2) изобарное сжатие
3) адиабатное сжатие
4) политропное сжатие
15. В процессе политропного расширения воздуха температура его уменьшилась от 25°С до - 37°С. Начальное давление воздуха 4 бар, количество его 2 кг. Определить изменение энтропии в этом процессе, если известно, что количество подведенного к воздуху тепла составляет 89,2 кДж.
Решение
Количество тепла, сообщаемого газу в политропном процессе на основании уравнения (85) составляет
Подставляя значения известных величин, получаем
Отсюда показатель политропы n = 1,2.
Из соотношения параметров политропного процесса определяем конечное давление:
Изменение энтропии по уравнению (101)
16. В сосуде объемом 300 л заключен воздух при давлении 50 бар и температуре 20°С. Параметры среды: Р0 = 1 бар, t0 = 20°С. Определить максимальную полезную работу, которую может произвести сжатый воздух, находящийся в сосуде.
Решение
Так как температура воздуха в начальном состоянии равна температуре среды, то максимальная работа, которую может выполнить воздух, может быть получена лишь при условии изотермического расширения воздуха от начального давления Р1 = 50 бар до давления среды Р2= 1 бар. Максимальная полезная работа определяется на основании формулы:
Lmax (полезн) = T0 ∙ (s2 — s1) – Р0 ∙ (V2 – V1)
или
Lmax (полезн) = m∙Т0 ∙ (s2 — s1) — P0 ∙ (V2 – V1).
Определяем массу воздуха, находящегося в сосуде, и объем воздуха после изотермического расширения:
.
Так как изменение энтропии в изотермическом процессе определяется по формуле
то
17. Определить максимальную полезную работу, которая может быть произведена 1 кг кислорода, если его начальное состояние характеризуется параметрами t1 = 400°С и Р1 = 1 бар, а состояние среды — параметрами t0 = 20ºС,Р0 = 1 бар.
Решение
Максимальная работа, которую произведет при данных условиях кислород, может быть получена лишь при условии перехода его от начального состояния к состоянию среды обратимым путем. Так как температура кислорода в начальном состоянии выше температуры среды, то прежде всего необходимо обратимым процессом снизить температуру кислорода до температуры среды. Таким процессом может явиться только адиабатное расширение кислорода. При этом конечный объем и конечное давление определяются из следующих соотношений:
;
После адиабатного расширения необходимо обратимым путем при t = const сжать кислород от давления 0,0542 бар до давления окружающей среды, т. е. осуществить изотермическое сжатие кислорода до 1 бар. При этом конечный объем кислорода
Максимальная полезная работа определяется по формуле:
| Исследование адиабатного процесса | ||||||
| Цель работы: экспериментально определить показатель адиабаты воздуха. | ||||||
| Основы теории | ||||||
Адиабатным называют термодинамический процесс изменения состояния рабочего тела, протекающий без теплообмена с окружающей средой
 .
В этом случае работа расширения совершается за счет изменения внутренней энергии рабочего тела
 .
Уравнение адиабатного процесса имеет вид:
 , (2.1.11)
где k − показатель адиабаты, числено равный отношению теплоемкостей в изобарном и изохорном процессах.
Соотношения между основными параметрами рабочего тела в адиабатном процессе:
 ; (2.1.12)
 . (2.1.13)
Энергетические характеристики адиабатного процесса определяются следующими уравнениями:
удельная работа расширения
 ; (2.1.14)
изменение удельной внутренней энергии
 ; (2.1.15)
удельная массовая теплоемкость
 ; (2.1.16)
изменение удельной энтропии
 или s1 = s2. (2.1.17)
Показатель адиабаты может быть определен на основании зависимости (2.3), прологарифмировав которую, получим
 . (2.1.18)
Следовательно, для определения показателя адиабаты необходимо знать начальные и конечные значения параметров рабочего тела в адиабатном процессе.
| ||||||
| Описание экспериментальной установки | ||||||
Экспериментальная установка (рис. 2.1.2) состоит из сосуда 1, закрытого пробкой, в котором с помощью компрессора 2создается избыточное давление. Сосуд 2 соединен трубками через клапан 3 с компрессором, а через пробковый кран 4 − с U-образным жидкостным манометром 5, который служит для определения избыточного давления в сосуде. Кнопочный выключатель6 используют для подключения компрессора к электрической сети.
Рис. 2.1.2. Схема экспериментальной установки
Последовательность процессов, изображенных на рис. 2.1.3, следующая: сжатый воздух с давлением р1, объемом v1 и температурой Т1 (точка 1) адиабатно расширяется после открытия крана 4 до атмосферного давления р2 (точка 2). При этом воздух охлаждается ниже температуры окружающей среды. Через стенки сосуда к нему подводится теплота, происходит изохорный процесс нагрева 2−3 до температуры в помещении (при этом кран 4 закрыт и сосуд разобщен с атмосферой). Возврат рабочего тела в исходное состояние 1 осуществляется в результате нагнетания сжатого воздуха из компрессора в сосуд (линия 3−4) с последующим охлаждением до состояния теплового равновесия с окружающей средой (процесс 4−1). В точках 1 и 3 температуры воздуха одинаковые, т.е. данные точки принадлежат одной и той же изотерме 1−3.
Для вычисления показателя адиабаты воздуха используют зависимость (2.1.18). Абсолютные давления в характерных точках процесса рассчитывают по формуле где рб − атмосферное (барометрическое) давление, Па; риi − манометрическое (избыточное) давление в сосуде в i-й точке процесса, Па. Манометрическое давление измеряется жидкостным U−образным манометром и равно где r − плотность жидкости, находящейся в манометре, кг/м3 (для воды r @ 1000 кг/м3); g − ускорение свободного падения, м/с2; DHi − разность уровней в «коленах» манометра, м. Величину отношения объемов (v2/v1) можно представить в виде отношения абсолютных давлений в точках 1, 3 (см. рис. 2.1.3): для изохорного процесса 2 − 3 справедливо равенство для изотермического процесса 3 − 1 выполняется соотношение Следовательно, Сделав подстановку вышеуказанных величин в уравнение (2.1.18), получим Адиабатное расширение проводят до атмосферного давления, т.е. Ри2 = 0. Если эксперимент проводить так, чтобы манометрическое давление в сосуде не превышало 200 мм в. ст. (2% атмосферного), то можно использовать вместо (2.1.19) упрощенное уравнение где DH1 − показание манометра в точке 1, мм в.ст.; DH3 − показание манометра в точке 3, мм в.ст. | ||||||
ТЕСТЫ ПО ТЕПЛОТЕХНИКЕ
1 Первый закон термодинамики есть частный случай:
1. Закона сохранения массы веществ.
2. Закона сохранения и превращения энергии.
3. Закона сохранения количества движения.
2 В сосуде объемом 0.75 м3 находится 2.5 кг углекислого газа. Найти удельный объем газа.
1. 3.33 кг/м3 . 2. 1.875 кг·м3. 3. 0.3 м3/кг.
3 В системе находится воздух с избыточным давлением
pИЗБ = 0.4 МПа. Атмосферное давление pВ = 0.1 МПа.
Определить абсолютное давление.
1. 0.5 МПа. 2. 0.3 МПа. 3. 0.25 МПа.
4 Укажите уравнение состояния для 1 кг идеального газа.
1. pv = const. 2. pV = mRT. 3. pv = RT.
5 Величина µR в уравнении состояния идеального газа носит название:
1. Газовой постоянной.
2. Универсальной газовой постоянной.
3. Постоянной Больцмана.
6 При очень быстром сжатии газа в цилиндре
под поршнем параметры газа в разных точках объема различны. Такой термодинамический процесс носит название:
1. Неоднородного.
2. Неравновесного.
3. Нелинейного.
7 Укажите уравнение состояния идеального газа.
1. pv = const. 2. pV = mRT. 3.  .
Энтальпия (H) термодинамической системы равна:
1. H = U + pV. 2. H = сv + R. 3. H = U + Ts.
8 Плотность воздуха равна 1,293 кг/м3. Определить удельный объем воздуха.
1). 1,293. 2). 0,923. 3). 0,77.
9 Если условно в объеме, который занимает смесь газов, оставить только один компонент, не изменяя температуры, то давление оставленного компонента будет равно:
1. Абсолютному давлению.
2. Парциальному давлению.
3. Избыточному давлению.
10 Сухой воздух имеет следующий массовый состав: примерно 23,2% О2 и 76,8% N2. Определить газовую постоянную смеси (Rсм), если RО2 = 260 Дж/(кг·К)
R N2 = 297 Дж/(кг·К)
1). 286,9 Дж/(кг·К). 2). 557 Дж/(кг·К). 3). 8314 Дж/(кг·К).
11 При увеличении энтропии (S2 > S1):
1. Теплота не подводится и не отводится.
2. Теплота отводится.
3. Теплота подводится.
12 Два одинаковых цилиндра заполнены одинаковым газом и отличаются только тем, что в цилиндре А поршень закреплен, а в цилиндре В – уравновешен грузом. Начальные параметры газа (p,V,T) в обоих сосудах одинаковы.
 К цилиндрам подводится одинаковое количество теплоты. В цилиндре А или В будет выше температура.
1. В цилиндре А.
2. В цилиндре В.
3. Температуры газа одинаковы.
13 Идеальный газ сжимают в изотермическом процессе. Как изменится внутренняя энергия газа?
1. Увеличится. 2. Уменьшится. 3. Не изменится.
14 Укажите уравнение первого закона термодинамики.
1. DS =Q/T. 2. Q=DU +L. 3. DH=DU+pV.
15 Для изотермического процесса уравнение первого закона термодинамики имеет вид:
1. Q = H2 ‑ H1. 2. Q = U2 ‑ U1. 3. Q = L.
16 К газу подводится извне 100 кДж теплоты. Произведенная работа при этом составляет 120 кДж. Определить изменение внутренней энергии газа Δu, кДж/кг, если масса газа 0,2 кг.
1. ‑ 1600 кДж/кг. 2. ‑ 400 кДж/кг. 3. ‑ 100 кДж/кг.
17 Во сколько раз изменится плотность газа в сосуде, если при постоянной температуре показание манометра уменьшится от р1=17 бар до р2=2 бар. Атмосферное давление 1 бар.
1.Уменьшится в 8,5 раз.
2.Увеличится в 6 раз.
3.Уменьшится в 6 раз.
18К газу подводится извне 200 кДж теплоты, изменение внутренней энергии ΔU составляет 20 кДж. Определить удельную работу, кДж/кг, если количество газа составляет 0,6 кг.
1. ℓ = 20 кДж/кг. 2. ℓ = 300 кДж/кг. 3. ℓ = 100 кДж/кг.
19 Найти изменение внутренней энергии 1 кг воздуха, если его температура снизилась с 250ºС до 50ºС при условии, что теплоемкость не зависит от температуры. сv = 717,5 Дж/(кг·К).
ср = 1004,5 Дж/(кг·К).
1. 200,9 кДж/кг. 2. 143,5 кДж/кг. 3. 57,4 кДж/кг.
20 На диаграммах p –v и T – s изображен термодинамический процесс 1 – 2. Оцените значение теплоемкости газа © в процессе. 
1. Теплоемкость c > 0.
2. Теплоемкость c = 0.
3. Теплоемкость c < 0.
21 Для каких рабочих тел значения теплоемкостей cp и cv очень мало отличаются друг от друга.
1. Для газов.
2. Для жидкостей.
3. Для твердых тел.
22 Теплоемкость какого процесса равна нулю.
1. Изотермического.
2. Изохорного.
3. Адиабатного.
23Теплоемкость какого процесса бесконечно велика.
1. Изотермического.
2. Изохорного.
3. Адиабатного.
24 Может ли холодильный коэффициент обратного цикла быть больше единицы.
1. Да, может.
2. Нет, не может.
3. Нет, он всегда равен единице.
25 На диаграмме T – s изображены два прямых цикла Карно. Для обоих циклов разность температур источников теплоты одна та же: (T1А – T2А) = (T1В – T2В).
Укажите термический коэффициент полезного действия какого из циклов выше. 1. Цикла А. 2. Цикла В. 3. Термические коэффициенты полезного действия циклов одинаковы.
26 Как изменяется внутренняя энергия рабочего тела в круговом процессе (цикле). 1. Увеличивается. 2. Уменьшается. 3. Периодически увеличивается и уменьшается, сохраняется среднее значение.
27 Аналитическое выражение для второго закона термодинамики записывается в виде ds ≥ dQ/T. Для каких процессов в этом выражении справедлив знак равенства?
1. Для изотермических. 2. Для обратимых. 3. Для необратимых.
28 Термический коэффициент полезного действия равен:
1. Отношению теплоты, подведенной к рабочему телу, к работе цикла. 2. Отношению теплоты, отнятой у рабочего тела, к работе цикла. 3. Отношению работы цикла к теплоте, подведенной в цикле к рабочему телу.
29 В результате осуществления кругового процесса получена работа, равная 90 кДж/кг, а отдано охладителю 60 кДж/кг. Определить термический КПД цикла.
1. 1,5. 2. 0,67. 3. 0,6.
30 Термический КПД цикла Карно выражается формулой:
1. 2. 3.
31 В круговом процессе количество отведенной теплоты равно 80 кДж/кг. При этом получена работа, равная 120 кДж/кг. Определить термический КПД цикла.
1. 0,6. 2. 1,5. 3. 0,67.
32 1 кг воздуха совершает цикл Карно в пределах температур t2 = 30 ºС, t1 = 250 ºС. Определить термический КПД цикла.
1. ηt= 0,42. 2. ηt = 0,88. 3. ηt = 0,12.
33 Степенью сжатия в поршневых двигателях внутреннего сгорания называется:
1. Отношение объема камеры сгорания к полному объему цилиндра. 2. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания. 3. Отношение давления газа после сжатия к давлению до сжатия.
34 Указать формулы для определения удельной теплоты q и удельной работы 1. q = 0 ℓ = 2. q = RT·ln(p1/p2) ℓ = q.
3. q = cv·(T2-T1) ℓ = 0.
35 В процессе 1 – 2 к газу подвели некоторое количество теплоты. Выяснилось, что газ не совершил никакой работы. Как изменился удельный объем газа.
1. Увеличился. 2. Не изменился. 3. Уменьшился.
36 Газ с начальными параметрами p1, v1, T1 расширяется до одинакового объема v2: а) в изотермическом процессе; б) в адиабатном процессе.
37Укажите в каком процессе больше работа газа.
1. В изотермическом. 2. В адиабатном. 3. Работы процессов одинаковы.
38 Газ с нагревают от температуры T1 до температуры T2: а) в изохорном процессе; б) в изобарном процессе. 39 В каком процессе затрачено больше теплоты?
1. В изохорном. 2. В изобарном. 3. Теплота процессов одинакова.
40 Два сосуда различного объема: VA = 0,5 м3 и VB = 0,25 м3 заполняются воздухом при нормальных условиях, закрываются герметично и нагреваются до температуры T = 200 0С. Оцените значения конечного давления в сосудах.
1. pA < pB. 2. pA > pB. 3. pA = pB.
41 25 кг воздуха с температурой 27 оС изотермически сжимается до давления 42 бар. Работа сжатия 800 кДж. Найти теплоту, отведенную в процессе.
1. Q = ‑ 28,4 кДж. 2. Q = ‑ 800 кДж. 3. Q = ‑ 315 кДж.
42 На долю какого вида теплообмена приходится основная часть переноса энергии при нагревании твердого тела в печи (например, при выпечке).
1. На долю теплопроводности. 2. На долю конвекции. 3. На долю излучения.
43 Перенос теплоты при соприкосновении частиц, имеющих различную температуру, называется:
1. Теплопроводностью. 2. Конвекцией. 3. Излучением.
44 Назовите вид теплообмена, который возможен в условиях отсутствия вещества между телами (в вакууме).
1. Теплопроводность. 2. Конвекция. 3. Излучение.
45 Тепловой поток сильно зависит от температуры при теплообмене:
1. В процессе конвекции. 2. В процессе излучения. 3. В процессе теплопроводности.
46 При увлажнении коэффициент теплопроводности пористых материалов:
1. Не изменяется. 2. Уменьшается. 3. Увеличивается.
47 Тепловой поток – это количество теплоты:
1. Передаваемое в единицу времени через произвольную поверхность. 2. Передаваемое в единицу времени через единичную площадь. 3. Проходящее в единицу времени через единичную площадь при градиенте температуры, равном единице.
48 Коэффициент теплопроводности λ, Вт/(м·К) характеризует:
1. Способность вещества передавать теплоту. 2. Интенсивность теплообмена между поверхностью тела и средой. 3. Интенсивность собственного излучения тела.
49 Определите толщину слоя изоляции плоской поверхности с температурой 225 ºС, отдающей теплоту в воздух с температурой 25 ºС, (коэффициент теплоотдачи 10 Вт/(м2 К)), чтобы тепловой поток от стенки уменьшился в 4 раза. Материал изоляции – кирпич динасовый с λ = 0,8 Вт/(м К).
1. 0,24 м. 2. 0,36 м. 3. 0,51 м.
Плоскую поверхность с температурой 340ºС надо изолировать так, чтобы потери тепла не превышали 300 Вт/м2. Температура на внешней поверхности изоляции 40 ºС. Найти толщину изоляции. λиз =0,05 Вт/(м·К).
1. 0,5 м. 2. 0,05 м. 3. 0,1 м.
50 С какой стороны плоской поверхности установка ребер позволит в наибольшей степени интенсифицировать теплопередачу. 1. Со стороны большего коэффициента теплоотдачи. 2. Со стороны меньшего коэффициента теплоотдачи. 3. Не имеет значения, с какой стороны.
| ||||||
,
;
.
.
(2.1.19)
, (2.1.20)
.
.
.
для изохорного процесса идеального газа.
.
Поиск по сайту: