Теплотехника и применение теплоты
Контрольная работа - Физика
Другие контрольные работы по предмету Физика
Министерство сельского хозяйства Российской Федерации
Российский Государственный Аграрный Заочный Университет
Факультет энергетики и охраны водных ресурсов
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
По дисциплине Теплотехника
Теплотехника и применение теплоты
Выполнил: Пермяков А. Г.
Глазов 2010 г.
Задача №1
В процессе изменения состояния 1 кг газа внутренняя энергия его увеличивается на ?u. При этом над газом совершается работа, равная l. Начальная температура газа -t1, конечное давление p2.
Определить для заданного газа показатель политропы n, начальные и конечные параметры, изменение энтропии ?h. Представить процесс в p-v и T-s - диаграммах. Изобразить также (без расчёта) изобарный, изохорный, изотермический и адиабатный процессы, проходящие через ту же начальную точку, и дать их сравнительный анализ.
Дано:= 1 кг
?u =160 кДж/к=-230 кДж/кг=22?С=295 К=2,4 Мпа=? показатель политропы
Решение:
Для углекислого газа СО2 молярная теплоёмкость:
в изохорном процессе ?cv ? 29,3 кДж/(мольК)
в изобарном процессе ?cp ? 37,6 кДж/(мольК)
Массовая теплоёмкость ,
газ СО2 где ? - молекулярная масса газа, для СО2 (? = 44)
Найти:
По уравнению газового состояния:
pv=mRt
Предварительно определим газовую постоянную R для СО2:
По первому закону термодинамики:
=?u+l
=160 - 230= - 70 кДж/кг
Удельная массовая теплоёмкость СО2:
Теплота процесса:
=mcp(t2 - t1)
Преобразуем выражение:
По уравнению газового состояния:
=mRt
v2=mRt2
Из формулы работы политропного процесса:
Получаем:
Определим показатель политропы:
= 0,933 (n < 1) - политропа пройдёт выше изотермы, а это значит, что теплоты системе сообщается больше, чем при изотермическом, но меньше, чем при изобарном.
Из формулы соотношения параметров при политропном процессе определяем недостающие данные.
Определим изменение энтропии по формуле:
где
Определим изменение энтальпии для реального газа:
где срм1 , срм2 - соответственно теплоёмкости газа в температурных интервалах от 273 К до t1 и от 273 К до t2.
Определим данные по справочным таблицам для газа:
срм1=0,846 кДж/кгК
срм2=0,749 кДж/кгК
?h=0,749(213-273) - 0,849(295-273)= - 44,94 - 25,91= - 70,85 кДж/кг
Отразим процесс в pv и ts - координатах - координаты= 0,062 МПа ; v1 = 2,16 м3 = 2,4 МПа ; v2 = 0,0167 м3 - координаты=295 К=213 К
?s = - 1123,7
Контрольный вопрос.
Какова формулировка математическое выражение первого закона термодинамики?
Вся теплота, проводимая к системе, расходуется на изменение внутренней энергии системы и совершение внешней работы.
Q = U2 - U1 + L
= ?U + L
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 р1 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 теплоёмкость его в расчётном интервале температур постоянной.
Построить на миллиметровке в масштабе этот цикл в координатах p - v и T - s.
Дано:
р1 = 0,1 Мпа= 20?C = 293 K
? = 15
? = 1,9
? = 1,4
Решение:
Определим показатель адиабаты k :
для идеальных двигателей величина постоянная, зависит от числа атомов в молекуле газа.
Примем в качестве рабочего тела трёхатомный газ, тогда показатель плитропы будет k = 1,29.
По параметрам состояния рабочего тела в узловых точках цикла определяются:
По уравнению состояния идеального газа для точки 1.
=Rt
где R - идеальная газовая постоянная
(для воздуха принимаем ?=28,97)
Тогда
В точке 3:
(v2=v3)
В точке 4:
= p3 = 6,25 Мпа
В точке 5:
v5 = v1 = 0,841 м3
Термический КПД цикла:
Работа, получаемая от цикла, определяется следующим способом.
Определим количество теплоты, изохорно подводимое к рабочему телу в т.3:
= mcv(t3 - t2)
Определим m: pv = mRt
= 0,9981,012103(1220,9 - 642,6) = 584069,12 Дж=584,06 кДж
Работа процесса определяется по формуле:
= 584,06 0,531 = 310,13 кДж
Определим изменение энтропии отдельных процессов цикла.
Изменение энтропии определим по формуле:
на участке 1 - 2:
на участке 2 - 3:
на участке 3 - 4:
на участке 4 - 5:
на участке 5 - 1:
Построим в масштабе цикл в pv и ts - координатах:- координаты = 0,1 МПа v1 = 0,841 м3= 3,29 МПа