Химия термических процессов в газах

Размещено на http://www.allbest.ru/

Контрольная работа № 1

Задача №1

К рабочему телу объёмом V=2.3 л ,обладающему свойствами воздуха и находящемуся при давлении Р₁=3 МПа и температуре t₁=90 С, подводится теплота в процессе при постоянном объёме в количестве Q_v=3.7 кДж и в последующем процессе при постоянном давлении Q_p=2.9кДж. Определить параметры рабочего тела в конце изобарного процесса, работу, а также изменение внутренней энергии и энтропии.

Теплоёмкость принять постоянной. Процессы изобразить в диаграммах pvTs.

Решение

1. Масса рабочего тела

P₁v₁=MRT₁; R=287 Дж/кг*К- газовая постоянная воздуха

2. Удельный объём рабочего тела в точке 1

3. Параметры рабочего тела в точке 2 v₂=v₁=0.03 v³/кг так как процесс изохорный. Из уравнения теплоты в изохорном процессе Q_v=MC_v(t₂-t₁) имеем

Из зависимости между параметрами в изохорном процессе следует

Р₂=Р₁Т₂/Т₁=

3*(264+273)/(90+273)=4,4 МПа

4. Параметры рабочего тела в конце процесса изобарного расширения р₃=р₂=4,4 МПа, так как процесс изобарный из уравнения Q_р=MC_р(t₃-t₂) имеем

Из соотношения параметров в изобарном процессе имеем v₃=v₂*T₃/T₂=0.03*(360+273)/(264+273)=0.035м³/кг

5. Работа в изохорном процессе равна нулю. Работа в изобарном процессе L=MR(t₃-t₂)=0.066*287(360-264)=1818 Дж

6. Изменение внутренней энергии

7. Изменение энтропии



Задача №2

При изотермическом сжатии газа массой m=0,4 кг затрачивается работа равная L=160 кДж. При этом давление возрастает от р₁ =0,8 МПа до р₂ =2,8 МПа. Определить начальные и конечные параметры газа а также изменение энтропии. Процессы изобразить в диаграммах pvTs.Газ-О₂

1. Из уравнения работы в изотермическом процессе

2. Начальные параметры газа р₁=0,8 МПа Т=600 К
из уравнения состояния

3. конечные параметры газа Т=600 К

Из соотношения параметров в изотермическом процессе имеем

V₂=V₁P₁/P₂=0.08*0.8/2.8=0.023 м³

4. Изменение энтропии в изотермическом процессе

Дs=Q/T=-160/600=0.27 кДж

Задача №3

В адиабатном процессе температура газа ,масса которого равна М=8 кг, изменяется от t₁=350 Cдо t₂=2000 C.Начальное давление равно р₁=0,5 МПа. Считая теплоёмкость газа, зависящей от температуры определить

· Параметры газа в начальном и конечном состоянии

· Изменение внутренней энергии

· Теплоту, участвующую в процессе и работу изменения объёма

Процессы изобразить в диаграммах pvTs.

Решение

1) Параметры газа в начальном состоянии t₁=350 Cp₁= 0.5 МПа. Из уравнения состояния имеем v₁=MRT₁/P₁=8*260*623/0.5*10⁶=2.6 м³

2) параметры газа в конечном состоянии t₂=2000 Cиз соотношения параметров в адиабатном процессе имеем

=110 МПа

Из уравнения состояния имеем v₂=RT₂/P₂=260*2273/110*10⁶=5.4*10^-3 м³/кг

3) средняя изобарная теплоёмкость

изобарный изохорный адиабатный энтропия теплоёмкость

С_р==

4) средняя изохорная теплоемкость

С_v=C_p-R=1,5-0,26=1,24 кДж/кг*К

5) изменение внутренней энергии

ДU=MC_v(t₂-t₁)=8*1.24(2000-350)=16368 кДж

6) работа совершаемая в процессе

L=-ДU=-16368 кДж

7) Теплота.участвующая в процессе Q=0,так как процесс адиабатный

Задача №4

Влажный пар с начальными параметрами р₁=3МПа и степенью сухости х₁=0,95 перегревается в процессе при р=const до температуры t₂=350 C.а затем дросселируется до давления р₃=0,7 МПа. При давлении р₃пар расширяется в сопле Лаваля до давления р₄=4 кПа. Пользуясь диагарммой водяного пара определить:

· Количество теплоты, поведенной к пару в процессе 1-2;

· Изменение внутренней энергии в процессе дросселирования 2-3 и конечную температуру t₃;

· Конечные параметры и скорость на выходе из сопла Лаваля;

· Расход пара при истечении через сопло Лаваля ,если площадь его минимального сечения равна f_min=40 см²

Решение

1) по диаграмме при р₁=3 МПа и х₁=0,95 находим h₁=2400 кДж/кг

2) параметры пара в конце процесса перегрева

h₂=3200 кДж/кг р₂=4,5 МПА t₂=350 Cv₂=0,04 м³/кг

3) Теплота, подведенная в процессе 1-2

G=h₂-h₁=3200-2400=800 кДж/кг

4) параметры пара в конце процесса дросселирования

Р₃=0,7 МПа h₃=h₂=3200 кДж/кгt₃=310 Cv₃=0.24 м³/кг

5) изменение внутренней энергии в процессе дросселирования

ДU=p₂v₂-p₃v₃=4.5*0.04-0.7*0.24=0.12 МДж/кг

6) критическое давление пара

Р_кр=р₃в_кр=0,7*0,546=0,3822 МПа

7) параметры пара при критическом давлении

Р_кр=0,546 МПа v_кр=0,43 м³/кг h_кр=3000 кДж/кг

8) параметры пара в конце процесса расширения в сопле Лаваля

Р₄=4 к Па h₄=2230 кДж/кг х₄=0,88 v₄=26 м³/кг

9) скорость истечения из сопла Лаваля

10) Скорость истечения при критическом перепаде давления

11) Расход пара при истечении из сопла Лаваля

M=f_min*щ_кр/v_кр=40*10^-4*632/0,43=6,3 кг/с

Задача №5

Определить параметры в характерных точках идеального цикла двигателя внутреннего сгорания с изохорным подводом теплоты, если в начале сжатия давления и температура рабочего тела равны р₁=0,11 МПа и t₁=40 С. ,степень сжатия е=9 ,степень повышения давления л=1,8. Рабочее тело-воздух. Определить также подведённую и отведённую в цикле теплоту, работу цикла и его термический КПД. Сравнить КПД данного цикла с КПД цикла Карно в том же температурном интервале, теплоёмкость считать постоянной.

Процессы изобразить в диаграммах pvTs.

Решение

1) параметры рабочего тела в характерных точках цикла

Точка 1 р₁=0,11 МПа t₁=40 С

v₁=RT₁/P₁=287*313/0,11*10⁶=0,8 м³/кг

точка 2 v₂=v₁/е=0.8/9=0.09 м³/кг

1. Т₂=Т₁е^к-1=313*9^1,4-1=630 К

Р₂=RT₂/v₂=287*630/0.09=2 МПа

Точка 3 v₃=v₂=0.09 м³/кг р₃=р₂*л=2*1,8=3,6 МПа

Т₃=р₃v₃/R=0.09*3.6/287=1129К

Точка 4 v₄=v₁=0.8 м³/кг

Р₄=р₃/е^к=3,6/9^1,4=0,17 МПа

Т₄=р₄*v₄/R=0.17*0.8/287=474К

2) подведенная теплота

Q₁=C_v(T₃-T₂)=0.7((1129-630)=354 кДж/кг

3) Отведённая теплота

Q₂=C_v(T₄-T₁)=0.71(474-313)=114 кДж/кг

4) Термический КПД цикла

з=(Q₁-Q₂)/Q₁=(354-114)/114=0.67

5) работа цикла

L=Q₁-Q₂=354-114=240 кДж/кг

6) КПД цикла Карно в интервале температур цикла

з_к=1-(T_min/T_max)=1-(313/1129)=0.72

Задача №6

Внутри стальной трубы (л=40 Вт/(м*К) с внутренним диаметром d_в=35 мм и толщиной стенки д=3,5 мм движется воздух со скоростью щ_в=16 м/с. Снаружи труба омывается поперечным потоком дымовых газов, движущихся со скоростью щ_г=22 м/с Температура воздуха на входе в трубу t₁=22Cна выходе из трубы t₂=70 C. Температура потоков газа равна t=270 C Определить линейную плотность теплового потока.

Решение



1) Физические параметры газов при температуре потока газов л_г=0,0484 Вт/м*К, н_г=45,8*10^-6м²/с,Pr=0.65

2) Число Рейнольдса при движении газов

3) Число Нуссельта

4) коэффициент теплоотдачи от газов к стенке трубы

б₁=Nu*л/d=35*0.0484/0.042=71 Вт/(м²К)

5) Температура потока воздуха t_в=0,5(22+70)=46 С

6) Физические параметры воздуха при температуре потока

л=0,0283 Вт/м*К н=17,95*10^-6 м²/с

7) Число Рейнольдса для воздуха

8) Число Нуссельта

Nu=0.018Re^0.8=0.018*37437^0.8=45 Вт/м²*К

9) коэффициент теплоотдачи от стенки трубы к воздуху

б₂=Nu*л/d=45*0.0283/0.042=30Вт/(м²К)

10) Линейный коэффициент теплопередачи

11) Средний температурный напор

12) Линейная плотность теплового потока

Q=K_lДt_ср=230*2=460 Вт/м

Задача №7

Цилиндрическая горизонтально расположенная труба охлаждается свободным потоком воздуха, температура которого равна t_в=30С. Температура стенки трубы t_ст=380 С,диаметр трубы d=230 мм,степень черноты стенки трубы е_ст=0,5. Определить потреи тепла на 1 м. длины трубы.

Решение

1) Физические параметры воздуха при температуре потока

· Кинематический коэффициент вязкости н=16*10^-6 м²/с

· Коэффициент теплопроводности л=2,67*10^-2 Вт/м*К

· Число Прандтля Pr=0,701

2) коэффициент объемного расширения воздуха

в=1/Т=1/(30+273)=0,033 1/К

3) число Грасгофа при температуре потока

4) Число Нуссельта

Nu=0.46Gr^0.25=32

5) Коэффициент теплоотдачи конвекцией при теплообмене в свободном потоке

б=Nu*л/d=32*2.67*10^-2/0.23=3.7 Вт/м²*К

6) Потери теплоты на 1 м длины трубы при конвективном теплообмене

q_k=брd(t_ст-t_в)=3,7*3,14*0,23(380-30)=935 Вт/м

7) Приведённый коэффициент черноты

8) потеря теплоты излучением на 1 м трубы

9) Общая потеря теплоты

q=q_k+q_и=752+935=1687 Вт/м

Задача №8

две плоские ,параллельно расположенные пластины неограниченной протяжённости имеют температуры t₁=550 Ct₂=55 C,а коэффициенты их черноты соответственно равны е₁=0,65 и е₂=0,5 .Определить удельный лучистый тепловой поток между ними без экрана и при наличии экрана между ними. Коэффициент черноты экрана с обеих сторон е_э=0,03

решение

Приведённый коэффициент черноты между 1 и 2 поверхностями

Удельный лучистый тепловой поток при отсутствии экрана

Приведённый коэффициент черноты между 1 поверхностью и экраном

Приведённый коэффициент черноты между экраном и 2 поверхностью

Приведённый коэффициент черноты между 1 и 2 поверхностями при наличии экрана

Удельный лучистый тепловой поток при наличии экрана

=49 Вт/м²

Уменьшение лучистого теплопотока благодаря наличию экрана

1300/49=26,5 раза

Размещено на Allbest.ru