Теплотехника

Методические указания

Согласно учебному плану подготовки бакалавров по направлению 35.03.06 «Агроинженерия»студент заочной формы обучения по дисциплине «Теплотехника» выполняет контрольную работу, состоящую из нескольких заданий. К решению задач контрольного задания следует приступать только после изучения соответствующего модуля (раздела) дисциплины. Только осознанное, а не «механическое» решение задачи приносит пользу и помогает закреплению знаний. Перед выполнением контрольной работы рекомендуется ознакомиться с ходом решения аналогичных задач по учебной литературе. Следует стараться запомнить и примерные величины параметров задачи (исходных и вычисляемых): они также содержат полезную информацию.

Студенты выполняют контрольную работу по вариантам, которые определяются по двум последним цифрам номера зачетной книжки. Например, ваш номер 15АИ251, следовательно, номер варианта 51. Задание на контрольнуюработу составлено по следующей схеме. Весь объем работы состоит из восьми заданий. Из этих заданий студент выбирает по одной задаче, вариант которой соответствует последней цифре номера его зачетной книжки. В заданиях 5 и 6 дополнительно выбираются еще и исходные данные к задачам из таблиц 1…10 по последней и предпоследней цифре. В заданиях 7 и 8 исходные данные для решения задач выбираются также по двум последним цифрам номера зачетной книжки. Кроме того, для отдельных профилей возможны вариации заданий по указанию преподавателя. Работы, выполненные не по своему варианту, не рассматриваются.

При выполнении контрольных задач необходимо соблюдать следующие условия: а) выписывать условие задачи и исходные данные; б) решение задач сопровождать кратким пояснительным текстом, в котором указывать, какая величина определяется и по какой формуле, какие величины подставляются в формулу и откуда они берутся (из условия задачи, из справочника или были определены выше и т. д.); в) вычисления проводить в единицах СИ, показывать ход решения, проставлять размерности. После решения задачи нужно дать краткий анализ полученных результатов и сделать выводы. Всегда нужно оценивать достоверность полученных численных данных.

Контрольные задания

Модуль 1. Техническая термодинамика

Задание 1

Задача В0. Баллон с углекислым газом объемом 80 литров при давлении p1=9,3 МПа доставляют со склада, где температура t1= –8ºC, в помещение с температурой t2=24ºC. Определить каким станет давление газа в баллоне, и какое количество теплоты он получит?

Задача В1. Воздух находится в цилиндре с подвижным поршнем объемом 0,4 м3 при давлении 13,5·105 Па и температуре 17ºC. К воздуху подводится теплота, и его температура становится 420ºC. Определить конечный объем, количество подведенной теплоты, изменение внутренней энергии и совершенную воздухом работу.

Задача В2. Азот при давлении 2,3 кгс/см2 и температуре t1=22ºC подвергается изотермическому сжатию, при этом объем газа уменьшается в 1,6 раза. Определить начальный и конечный объемы газа, количество отведенной теплоты и затраченную работу.

Задача В3. 15 кг кислорода, занимающего объем 0,75 м3 при температуре 25ºC, расширяется адиабатно до давления 1,8·102 кПа. Определить начальное давление, конечный объем и температуру, работу, совершаемую газом при расширении.

Задача В4. Окись углерода в количестве 1,7 кг сжимается политропно от давления 0,08 МПа и температуры 28ºC до давления 1,2 МПа. Температура при этом повышается до 130ºC. Определить конечный объем, показатель политропы и затраченную работу.

Задача В5. Газ-воздух с параметрами p1=0,7 МПа, v1=0,2 м3/кг и массой m=0,6 кг находится в цилиндре с поршнем. В обратимом процессе, уравнение которого pv1,3=const, газ изменяет состояние до v2=0,4 м3/кг. Определить работу, теплоту и изменение внутренней энергии в процессе.

Задача В6. Азот находится в сосуде емкостью 300 литров при давлении p1=5,6 МПа и температуре t1=40ºC. Какое количество теплоты необходимо подвести в процессе при v=const, чтобы температура газа повысилась до t2=270ºC? Определить также конечное давление. Считаем газ идеальным с теплоемкостью Cv=0,75 кДж/(кг·К).

Задача В7. Воздух в количестве 6 м3 при давлении p1=0,15 МПа, температуре t1= –12ºC нагревается в теплообменнике до t2=60ºC. Определить количество теплоты подводимой к воздуху в процессе при p=const. Считать газ идеальным с теплоемкостью Cp=1 кДж/(кг·К).

Задача В8. Газ CO2 в процессе подвода теплоты при t=const=650ºC расширяется в три раза до давления 6 бар. Определить начальные давления и плотность рабочего тела, а также подведенное количество теплоты, если массовый расход газа 1200 кг/ч.

Задача В9. На сжатие 4 кг воздуха при t1=16°Cв политропном процессе затрачено 1300 кДж работы, внутренняя энергия при этом увеличилась на 750 кДж. Определить конечную температуру газа и показать политропы. Найти количество теплоты и ее знак в этом процессе. Начальная температура воздуха составляет 16°С.

Задание 2

Задача В0. Смесь, состоящая из 0,3 кг воды и 0,7 кг сухого пара, изобарно расширяется от начального давления p1=3,5 МПа до конечной температуры t2=450ºC. Определить совершенную работу, затраченную теплоту и изменение внутренней энергии.

Задача В1. Водяной пар в количестве 3 кг и начальной степени сухости x1=0,8 изотермически расширяются при температуре 250ºC до конечного состояния с давлением p2=1,2 МПа. Определить изменение внутренней энергии, подведенное тепло и совершенную работу.

Задача В2. 1,5 кг водяного пара расширяются по адиабате от начального состояния с параметрами p1=45 ат и T1=750 K, до конечного давления p2=5 ат. Определить затраченную теплоту, изменение внутренней энергии и работу процесса.

Задача В3. Водяной пар объемом 30 м3 с начальными параметрами p1=0,5 МПа и t1=240ºC нагревается при постоянном объеме до t2=420ºC. Определить изменение внутренней энергии, работу процесса и подведенную теплоту.

Задача В4. Определить энтальпию, объем, внутреннюю энергию, энтропию смеси состоящую из 0,4 кг воды и 0,9 кг сухого пара и находящуюся под давлением p=1,5·106 Па.

Задача В5. 1,5 кг перегретого водяного пара из начального состояния с параметрами t1=400ºC и v1=2 м3/кг сжимается в изобарном процессе до v2=0,4v1. Найти количество отведенной теплоты, изменение внутренней энергии и работу сжатия.

Задача В6. 2,5 кг перегретого водяного пара с начальными параметрами p1=0,15 МПа и T1=440 K, сжимается в изотермическом процессе до p2=2,4 МПа. Найти работу процесса, теплоту и изменение внутренней энергии.

Задача В7. Происходит процесс охлаждения перегретого водяного пара при постоянном объеме p=0,3 м3/кг от T1=780 K до T2=520 K. Найти конечное давление, работу, теплоту и изменение внутренней энергии в процессе.

Задача В8. Идет процесс адиабатного сжатия сухого насыщенного водяного пара имеющего давление p1=4 ат до конечного давления p2=45 ат. Найти работу, теплоту и изменение внутренней энергии процесса, а также изменение энтропии.

Задача В9. Состояние 5 кг водяного пара характеризуется следующими параметрами s1=8 кДж/(кг·K), p1=12 ат. Определить внутреннюю энергию, объем, энтальпию пара и охарактеризовать его состояние.