ЗАДАЧИ к контрольной работе по теплофизике

 

1.Манометр газового баллона показывает давление 0,9 МПа, столбик ртути в барометре имеет высоту 730 мм при температуре в помещении 30 °С. Определить абсолютное давление газа в баллоне в мегапаскалях.

 

2. В сосуде вместимостью 0,4 м³ находится 0,8 кг газа. Определить его удельный объем, плотность и удельный вес в СИ.

 

3. Манометр парового котла показывает давление 15 кгс/см². Показания ртутного барометра при температуре в котельной 25 °С составляют 750 мм рт.ст. Определить абсолютное давление в котле в технических атмосферах, в барах и в паскалях.

 

4. Пневматический пресс с диаметром поршня 0,4 м действует с силой 635000 Н. Определить абсолютное давление воздуха в цилиндре пресса в атмосферах, в барах и в паскалях, если барометрическое давление В_о=745 мм рт. ст.

 

5. Разрежение в газоходе котла измеряется при помощи тягомера с наклонной трубкой (рис. 1). Угол наклона трубки j=30 ^о. В качестве измерительной жидкости залит керосин с плотностью 0,8 г/см³.

Определить абсолютное давление в газоходе котла в барах, паскалях, в технических атмосферах при отсчете по наклонной шкале трубки прибора ℓ=220 мм и барометрическом давлении в котельной (приведенном к 0 ^оС) В_о=740 мм рт.ст.

 

 

6. Для определения давления газа к сосуду подключен U- образный ртутный манометр (рис.2). Высота столба ртути H₁=500 мм. Над ртутью в правом колене находится вода. Высота водяного столба H₂=200 мм. Барометрическое давление В_о=742 мм рт.ст. Определить абсолютное давление газа в сосуде в миллиметрах ртутного столба и в барах.

 

7. В конденсаторе паровой турбины поддерживается абсолютное давление р=0,04 бар. Каковы будут показания вакуумметров, проградуированных в килопаскалях и в миллиметрах ртутного столба, если в одном случае показание барометра (приведенного к 0 ^оС) составляет 735 мм рт. ст., а в другом - 764 мм рт.ст.?

 

8. Манометр, установленный в открытой кабине самолета, находящегося на земле, и измеряющий давление масла в двигателе, показывает 6 кгс/см² при показаниях барометра 752 мм рт.ст.

1) Каково абсолютное давление масла, выраженное в бар, кгс/см², мм рт.ст., мм вод. ст.?

2) Каковы будут показания манометра в этих же единицах после подъема самолета на некоторую высоту, где атмосферное давление составляет 442,5 мм рт.ст., если абсолютное давление масла в двигателе остается неизменным? Ускорение свободного падения считать нормальным (g=9,81 м/с²), не зависящим от высоты подъема самолета. Плотность ртути и воды принять соответственно при 0 и 4 ^оС r_Нg=13595 кг/м³, r_Н2О=1000 кг/м³.

 

9. Определить абсолютное давление в воздухопроводе (рис.1.4), если измерение давления ведется микроманометром. Длина трубки микроманометра, заполненная жидкостью, ℓ = 180 мм. Трубка наклонена под углом j = 30^о, а рабочая жидкость - спирт с плотностью 0,8 г/см³. Показания барометра 0,1020 МПа. Давление определить в мегапаскалях, миллиметрах ртутного столба и в кгс/см².

 

10. В баллоне вместимостью 0,9 м³ находится кислород при температуре 17 °С. Присоединенный к баллону вакуумметр показывает 600 мм вод. ст. Барометрическое давление B_о=740 мм рт.ст.

Определить массу газа в баллоне.

 

11. Определить объем 1 киломоля идеального газа при нормальных физических условиях.

Нормальные физические условия: р=760 мм рт.ст., t=0 °С.

 

12. Определить удельный объем идеального газа кислорода О₂ (m=32 кг/кмоль) при давлении 1 бар и температуре 20 °С.

 

13. При нормальных физических условиях идеальный газ имеет объем 5 м³. Какой объем займет газ при давлении 5 бар и температуре 265 °С?

Нормальные физические условия: р=760 мм рт.ст., t=0 °С.

 

14. Абсолютное давление азота (N₂) в жестком сосуде при комнатной температуре t=20 ^оС составляет р=2,2 МПа. В сосуде азот нагревается, причем известно, что предельное избыточное давление, при котором возможна безопасная работа сосуда, р _изб =6 МПа. Определить предельную допустимую температуру нагрева газа в сосуде. Газ считать идеальным, а атмосферное давлении В=0,1 МПа.

 

15. Начальное состояние азота (N₂) задано параметрами: t=200 ^оC, v=1,9 м³/кг. Азот нагревается при постоянном давлении, при этом удельный объем его увеличивается в три раза. Определить конечную температуру азота, считая его идеальным газом.

 

16. В жесткий резервуар вместимостью 3 м³ компрессором нагнетается азот (N₂), избыточное давление в резервуаре повышается от 0,2 до 2,5 бар, а температура от 25 до 75 ^оС. Барометрическое давление B_о=750 мм рт.ст. Определить массу азота, поступившего в резервуар. Считать азот идеальным газом.

 

17. В цилиндре с подвижным поршнем находится кислород при разрежении (вакууме), равном 42,7 кПа. Барометрическое давление составляет 745 мм рт. ст. При постоянной температуре кислород сжимается до достижения избыточного давления р_м=1,2 МПа. Во сколько раз изменится объем кислорода?

 

18. Дирижабль с мягкой оболочкой, наполненной водородом, при атмосферном давлении В=600 мм рт.ст. и t=2 ^оС должен иметь подъемную силу, обеспечивающую его горизонтальный полет, при общей массе груза 5000 кг (включая массу оболочки дирижабля без водорода). Определить объем оболочки дирижабля, считая воздух (µ=28,96 кг/кмоль) и водород идеальными газами.

19. Газу сообщается 400 кДж теплоты, при этом газ сжимается. Работа изменения объема составляет 300 кДж. Определить изменение внутренней энергии газа.

 

20. На сжатие 1 кг газа затрачено 500 кДж работы, при этом внутренняя энергия газа увеличивается на 350 кДж. Определить, подводится или отводится теплота к газу и ее количество.

 

21. Мощность турбогенератора 200 МВт, а его КПД составляет 99 %. Охлаждение генератора производится водородом с теплоемкостью С_р=14,3 кДж/(кг∙К). Считая, что вся теплота потерь отводится водородом, изобарно нагревающимся при прохождении через генератор на 30 ^оС, определить его секундный массовый расход.

 

22. Какое минимальное количество охлаждающей воды при р=соnst следует подавать на колодки тормоза, если мощность двигателя 55 кВт, а 20% теплоты трения рассеивается в окружающей среде. Температура охлаждающей воды 10 ^оС, а предельно допустимая температура воды на выходе 80 ^оC, теплоемкость воды с_р=4,187 кДж/(кг∙^oC) принять постоянной.

23. С помощью электронагревателя (рис.4.1) 10 кг воздуха изобарно нагреваются от температуры внешней среды t₁=t_ос=20 °С до t₂=700 °С. Температура нагревателя t _нг =1000°С остается постоянной. Определить увеличение энтропии системы и потерю возможной работы – эксергии за счет необратимости этого процесса теплообмена. Cчитать cистему замкнутой изолированной, а воздух идеальным двухатомным газом с c_р=const.

 

 

24. Двигатель работает по обратимому циклу Карно в интервале температур t₁=300 ^оС и t₂=50 ^оС и производит работу в 420 кДж.

Определить термический КПД цикла и количество теплоты, сообщенное рабочему телу и отведенное от него.

 

25. Холодильная установка работает по обратимому циклу Карно в интервале температур t₁=20 ^оС и t₂= -20 ^оС и затрачивает работу в количестве 100 кДж. Определить холодильный коэффициент цикла и его холодопроизводительность Q₂.

 

26. Отопительная установка (тепловой насос) работает по обратимому циклу Карно в интервале температур t₁=100 ^оС и t₂=10 ^оС, затрачивая работу в количестве 100 кДж.

Определить отопительный коэффициент цикла и его теплопроизводительность Q₁.

 

27. Определить термический КПД и работу цикла, изображенного на рис.3, если рабочее тело представляет многоатомный идеальный газ с µ=29,7 кг/кмоль, а параметры цикла в характерных точках заданы величинами: р₁=1 бар, t₁=27 ^оС, V₄=0,5 м³, v₁/v₂=2, р₃/р₂=4.

Сравнить термический КПД этого цикла с КПД цикла Карно, работающего в интервале максимальной и минимальной температур данного цикла.

 

28. Электрический нагреватель мощностью 1 кВт, имея постоянную температуру 100 ^оС, обогревает помещение с температурой 20 ^оС в течение одного часа.

Определить изменение энтропии данной системы, если температура в помещении за этот период не изменилась. Показать процессы передачи теплоты и увеличение энтропии системы в T,S- диаграмме.

 

29. 100 кг льда с t₁= -10 ^оС помещены в окружающую среду с t_ос=20 ^оС. Лед тает, и вода нагревается до температуры окружающей среды t₂=t_ос. Давления льда и воды равны давлению окружающей среды и постоянны.

Определить изменение энтропии Н₂О и системы в результате этого процесса.

Показать процессы передачи теплоты и изменение энтропии системы в T,S- диаграмме.

В расчете принять постоянными следующие величины:

удельную теплоту таяния льда l=333 кДж/кг,

удельную теплоемкость льда с _{p л} =2,03 кДж/(кг∙К),

удельную теплоемкость воды с _{р ж} =4,187 кДж/(кг∙К).

 

30 В термосе находится 1 кг воды при 100 ^оС, температура окружающей среды 20 ^оС. После открытия крышки термоса температура воды в нем снизилась до 50 ^оС. Определить изменение энтропии данной системы, приняв изобарную теплоемкость воды постоянной и равной 4,187 кДж/(кг∙К). Показать процессы передачи теплоты в T,S- диаграмме.

 

31. В бак, содержащий 20 кг воды с t₁= 10 ^оС, вливается 15 кг воды с t₂=80 ^оС. Считая бак адиабатной оболочкой, а процесс смешения изобарным с постоянной теплоемкостью воды с_pH2O=4,19 кДж/(кг∙К), определить возрастание энтропии системы за счет необратимости процесса смешения воды и потерю максимально возможной работы (эксергии) системы при температуре внешней среды 5 ^оС.

 

32. Два куска льда массой по 1 кг каждый имеют температуру 0 ^оС и давление 1 бар. Происходит механическое взаимодействие этих кусков друг с другом в виде трения, они взаимодействуют гладкими поверхностями без разрушения (рис. 4). На перемещение кусков затрачивается работа в количестве 100 кДж. Определить количество расплавившегося льда в результате такого взаимодействия и увеличение энтропии системы, если считать, что теплообмен с окружающей средой отсутствует. Изобразить этот процесс в Т,S- диаграмме.

Принять удельную теплоту плавления льда равной 333 кДж/кг.

33. В бак, где находится 20 кг льда при температуре 0 ^оС, вливается 15 кг воды с температурой 80 ^оС (рис. 5). Давление воды и льда равно атмосферному давлению. Не учитывая теплообмена с внешней средой, определить изменение энтропии этой системы при переходе ее в равновесное состояние. Принять удельную теплоту плавления льда равной 333 кДж/кг, а теплоемкость воды с_рН2О=4,187 кДж/(кг∙К).

 

 

34. Определить возрастание энтропии системы при диффузионном смешении азота (N₂) и водорода (H₂) (рис. 6).

Задано: V₁=1 м³; V₂=2 м³; р₁=р₂=1 бар; t₁=t₂=t_ос=30 °С. Газы считать идеальными.

 

35. Определить удельную эксергию в объеме идеального воздуха при t₁=400 ^оС и р₁=10 бар, если окружающая среда имеет параметры: t_ос=20 ^оС, р_ос=1 бар. Воздух считать идеальным двухатомным газом с m=28,96 кг/кмоль.

 

36. Определить удельную эксергию в объеме водяного пара при t₁=300 ^оС и р₁=10 бар, если окружающая среда имеет параметры: t_ос=20 ^оС, р_ос=1 бар.

 

37. Определить эксергию источника теплоты с T=500 K=const, отдающего 100 кДж теплоты, если температура окружающей среды t_ос=20 ^оС. Показать эксергию в Т,S- диаграмме.

 

38. Определить эксергию источника теплоты в виде 1 кг водяного пара, изобарно охлаждающегося от р₁=10 бар и t1=500 ^оС до температуры окружающей среды t₂=t_ос=20 ^оС.

Показать эксергию в Т,S- диаграмме.

 

39. Определить изменение энтропии системы и потерю эксергии источника теплоты с t1=1500 оС =const, отдающего 1000 кДж теплоты другому телу с постоянной температурой t2=500 оС=const, если температура окружающей среды tос=20 ^оС.

 

 

40. В водогрейном котле 100 т воды изобарно нагреваются от 12 до 120 ^оС за счет теплоты изобарно охлаждающихся газов от 150⁰ до 200 ^оС, которые в дальнейшем выбрасываются через дымовую трубу в окружающую среду. Определить возрастание энтропии данной системы и потерю возможной работы (эксергии) за счет необратимости процесса теплообмена (DSТО, ÑЕТО) и за счет выброса уходящих газов в атмосферу с температурой tос=5 оС (DSУХ, ÑЕУХ). Процессы теплообмена и изменение энтропии системы показать в T,S- диаграмме.

Принять постоянными изобарные теплоемкости газов с_р=1 кДж/(кг∙К) и воды с_рН2О=4,187 кДж/(кг∙К).

 

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: