Шифр 51. Газ массой имеет начальные параметры - давление и температуру

  • ID: 43403 
  • 12 страниц

Фрагмент работы:

Шифр 51. Газ массой имеет начальные параметры - давление и темпера…

Вариант 51

Задача 1. Газ массой G имеет начальные параметры - давление p1 и температуру t1. После политропного изменения состояния параметры газа стали V2 и р2. Определить характеристику процесса (сжатие или расширение), конечную температуру газа t2, показатель политропы n, теплоемкость процесса С, совершаемую над газом работу l, тепло Q, изменение энтропии ?s и изменение энтальпии ?h.

Определить эти же параметры (и конечное давление р2), если изменение состояния происходит: а) по адиабате; б) по изотерме - до того же значения конечного объема V2. Изобразить также (без расчета) все процессы в р-v и Т-s диаграммах. Составить сводную таблицу результатов расчета и сделать выводы по полученным данным.

Массу газа G и род газа, а также другие данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 1.

Дано:

Род газа воздух.

Решение

1. Начальное состояние газа

- газовая постоянная

Удельный и полный объем газа

- газ расширяется.

2. Изотермический процесс

Давление в конце процесса

Работа, выполненная в процессе расширения газа:

При изотермическом расширении от газа отводится теплота в количестве, равном затраченной работе сжатия:

Температура газа не изменяется, поэтому внутренняя энергия газа также не изменяется...

Изменение энтропии

Теплоемкость процесса..., показатель политропы...

Изменение энтальпии... так как....

3. Адиабатный процесс сжатия газа

- показатель адиабаты для многоатомных газов.

Из уравнения адиабаты находим конечную температуру...

Конечное давление

Работа расширения газа

Изменение внутренней энергии

- процесс происходящий без теплообмена с окружающей средой, теплоёмкость процесса....

Изменение энтальпии...

4. Политропный процесс расширения газа

Запишем известные параметры

Определяем показатель политропы n:

Конечная температура газа

Работа процесса сжатия

Молярная изохорная теплоемкость воздуха:...

Молекулярная масса газа:...

Массовые изохорная и изобарная теплоемкости:

Изменение внутренней энергии

Количество теплоты отведенной от газа

Изменение энтропии

Результаты расчетов сводим в таблицу

5. Таблица результатов расчетов

Параметр Вид процесса

Изотермический Адиабатный Политропный

1 1,4 1,3

0,75 0,75 0,75

623 623 623

м3/кг 0,239 0,239 0,239

0,39 0,279 0,32

623 476 513

м3/кг 0,46 0,46 0,46

l, кДж/кг 117,5 103 106,8

кДж/кг 0 103 -189,8

q, кДж/кг -117,5 0 -83,1

кДж/кг 0,187 0 0,128

6....

7. Вывод

Работа расширения газа по политропе, сравнима с работой при адиабатическом расширении газа и близка с изотермическим расширением газа, однако политропный процесс требует меньшего количества тепла при достаточно высокой конечной температуре.

При адиабатном процессе нет теплообмена с окружающей средой, поэтому вся выполненная работа расширения газа переходит в его внутреннюю энергию и температура газа понижается.

Изотермический процесс по своим параметрам располагается выше политропного и выше адиабатического процессов по затраченной работе расширения газа.

Задача 2. Определить параметры рабочего тела в характерных точках идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с изохорно-изобарным подводом теплоты (смешанный цикл), если известны давление p1 и температура t1 рабочего тела в начале сжатия. Степень сжатия ?, степень повышения давления ?, степень предварительного расширения ? заданы.

Определить работу, получаемую от цикла, его термический КПД и изменение энтропии отдельных процессов цикла. За рабочее тело принять воздух, считая теплоемкость его в расчетном интервале температур постоянной.

Построить на "миллиметровке" в масштабе этот цикл в координатах р-v и Т-s. Дать к полученным графикам соответствующие пояснения.

Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 2.

Дано:

Рабочее тело - воздух.....

Решение:

1) Точка 1 по условию характеризуется параметрами:... - газовая постоянная воздуха.

По уравнению состояния определяем начальный объем:

2) Точка 2 по условию характеризуется параметрами:

- показатель адиабаты для воздуха.

По уравнению адиабаты определяем конечную температуру процесса сжатия:

3) Точка 3 по условию характеризуется параметрами:

4) Точка 4 по условию характеризуется параметрами:

5) Точка 5 по условию характеризуется параметрами:

6) Теплоемкости воздуха

- изохорная теплоемкость

- изобарная теплоемкость.

7) Определяем количество подведенного тепла в процессах 2-3 и 3-4:

Количество отведенного тепла в процессе 5-1:

8) Термодинамический КПД:

КПД цикла Карно:...

9) Работа расширения в процессах 3-4 и 4-5:

Работа сжатия в процессе 1-2:

Полезная работа равна алгебраической сумме работ расширения и сжатия:

10) Для построения TS - определяем изменение энтропии на участках цикла:

а) участок 3-4 (изобара)

б) участок 2-3 (изохора)

в) участок 5-1 (изохора)

Проверка:

- равенство выполняется.

11) Таблица результатов расчета:

Точка 1 2 3 4 5

298 831,4 1330 2168 763

0,855 0,0658 0,0658 0,092 0,855

0,1 3,63 5,81 5,81 0,256

12) Строим цикл в координатах PV и TS.

Пояснения:

1-2 - сжатие воздуха в цилиндре по адиабате

2-3 - подвод тепла за счет горения топлива при V=const

3-4 - то же самое при P=const

4-5 - адиабатное расширение (полезных ход)

5-1 - выхлоп при V=const

Задача 3. Наружная стена здания сделана из красного кирпича с коэффициентом теплопроводности ?=0,8 Вт/(м К), толщина стены ?. Температура воздуха в помещении t1, температура наружного воздуха t2.

Определить, пренебрегая лучистым теплообменом, коэффициент теплопередачи, удельную потерю тепла через стену и температуру обеих поверхностей стены по заданным коэффициентам теплоотдачи с обеих сторон стены а1 и а2.

Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблица 3.

Дано:

Решение:

1) Изобразим расчетные схемы:

2) Определяем линейный коэффициент теплопередачи:

3) Удельный тепловой поток:

4) Распределение температур по поверхностям трубы:

Проверяем:

- что примерно равно температуре... из условия задачи.

Задача 4. По стальной трубе, внутренний диаметр и внешний диаметр которой соответственно d1, и d2, а коэффициент теплопроводности ?1=40 Вт/(м К) течет газ со средней температурой tг; коэффициент теплоотдачи от газа к стенке а1. Снаружи труба охлаждается водой со средней температурой tв; коэффициент теплоотдачи от стенки к воде а2

Определить коэффициент теплопередачи К от газа к воде, тепловой поток на 1 м длины трубы g1 и температуры поверхностей трубы. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 4.

Определить также температуру внешней поверхности трубы и g1, если она покрылась слоем накипи толщиной ? = 4 мм, коэффициент теплопроводности которой ? 2=0,8 Вт/(м К) ( при а2 =const).

Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 4.

Дано:

Решение:

1) Изобразим расчетные схемы:

2) Определяем линейный коэффициент теплопередачи:

а) Трубка без накипи:

б) Труба с накипью:

3) Тепловой поток на 1 м длины трубы:

а) Труба без накипи

б) Труба с накипью

4) Распределение температур по поверхностям трубы:

а) Труба без накипи

б) Труба покрыта слоем накипи

или

Задача 5. Определить количество испаренной влаги W, потребное количество воздуха L и расход теплоты на сушку Q для конвективной зерносушилки производительностью G1, если начальное значение относительной влажности зерна w1, и конечное w2, влагосодержание и температура воздуха на входе в сушилку d1 и t1, на выходе из сушилки d2 и t2 температура наружного воздуха t0=15 °С.

Изобразить процесс сушки в h-d диаграмме влажного воздуха.

Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 5.

Дано:

Решение:

Определяем массу удельной влаги:

Потребное количество влажного воздуха:

Расход теплоты:..., где

- энтальпия воздуха после калорифера при... и...

- энтальпия воздуха в начальном состоянии.

Для определения значения энтальпий... и... изображаем процесс сушки в H - d диаграмме влажного воздуха.

Нагрев воздуха в калорифере перед подачей его в сушилку происходит при постоянном влагосодержании..., следовательно точку "0", характеризующую начальное состояние наружного воздуха, отмечаем на H - d диаграмме на пересечении линии температуры... и линии влагосодержания в этой точке.... Энтальпию воздуха на выходе из калорифера определяем по точке "1" пересечения изотермы....... С параметрами точки "1" воздух поступает в сушку. Параметры воздуха после сушки определяет точка "2", которую отмечаем на пересечении линии... и....

Таким образом:....