Методические указания и задания к выполнению контрольных работ для студентов инженерного факультета по специальностям 110301 и 110304

Задание 1 ЗАДАЧИ 1. Газовая смесь массой 10 кг состоит из 6 кг азота, 1 кг углекислого газа и 3 кг окиси углерода. Начальное состояние смеси: давление р1 = 2 МПа, температура t1 = 37°С. В процессе Т =const смесь расширяется до давления р2 = 0,5 МПа. Определить работу расширения смеси L, количество подведенной теплоты Q, объем V, до которого расширится газовая смесь, и парциальные давления газов, входящих в смесь в начальном состоянии. Изобразить графически процесс в диаграммах. 2. Газовая смесь, состоящая из кислорода и азота, при давлении р{ = = 1 МПа занимает объем V = 0,5 м3 и имеет массу m = 5 кг. Парциальный объем кислорода V02 = 0,2 м3, а азота VN2 = 0,3 м3. Над смесью совершается изохорный процесс с подводом теплоты Q = 1000 кДж. Определить термодинамические параметры смеси в начальном и конечном состояниях, а также парциальные давления в начале процесса. Изобразить графически процесс в  диаграммах. 3. В сосуде объемом V=10 м3 при температуре t1 — 27°С содержится воздух в количестве m = 100 кг. Сколько необходимо выпустить из сосуда воздуха, чтобы при подводе к оставшемуся воздуху теплоты в количестве Q = 10 МДж давление в сосуде оставалось неизменным? Изобразить графически процесс в  диаграммах. 4. В резервуаре содержится 100 кг углекислого газа при температуре t1 = 80°С и давлении р1 — 1 МПа. После выпуска части газа давление в резервуаре стало р2 — 0,2 МПа, а температура t2 = 30°С. Определить массу выпущенного газа и показатель политропы процесса. Изобразить графически процесс в  диаграммах. 5. Определить работу, совершаемую при изотермическом и адиабатном процессах расширения 10 кг азота, если его давление уменьшается от р1= 1 МПа до р2 = 0,1 МПа. Начальная температура газа t1 = 700°С. В каком из этих процессов удельная работа расширения больше к на сколько? Изобразите оба процесса в  диаграммах. 6. Начальное состояние 1 кг воздуха задано параметрами р1 — 10 МПа и t1 = 147°С. Воздух сначала расширяется изотермически до давления р2 = 1,0 МПа, а затем сжимается изобарно до удельного объема V3 = 0,07 м3/кг. Определить суммарные количества теплоты, работы и изменения внутренней энергии воздуха, имевшие место при совершении процессов 1—2 и 2 — 3. Изобразить графически процессы а диаграммах pv и Ts. 7. Начальное состояние 10 кг кислорода характеризуется параметрами р1=15МПа и t1=200°С. В процессе 1—2 происходит политропное измене­ние состояния до p2= 1,5 МПа и t2 = 67°С, а в процессе 2 — 3 кислород изохорно сжимается до давления р3 = 6 МПа. Определить суммарные количества теплоты, работы и изменения внутренней энергии кислорода, имевшие место при совершении процессов 1—2 и 2 — 3. Изобразить процессы в pv- и Ts-диаграммах. 8. Начальное состояние 1 кг углекислого газа характеризуется парамет­рами р1=1 МПа и V1 = 0,1 м3/кг. В политропном процессе изменения его состояния к газу подводится теплота q — 150 кДж/кг, при этом он совершает работу l=200 кДж/кг. Определить показатель политропы процесса и пара­метры углекислого газа в конце процесса. Изобразить процесс в pv- и Ts-диаграммах. 9. Воздух в идеальном одноступенчатом компрессоре сжимается до давления р2 — 0,5 МПа. Начальное давление р1 = 0,1 МПа, а температура tx = 27°С. Массовая подача воздуха тх = 1,3 кг/с. Определить теоретическую (без потерь) мощность, затрачиваемую на привод компрессора, для случаев изотермического и адиабатного сжатия воздуха. Найти удельное количество теплоты, которое необходимо отводить для осуществления изотермического процесса сжатия. Изобразить графически процессы сжатия воздуха в pv- и Ts-диаграммах. 10. В идеальном одноступенчатом компрессоре воздух сжимается до дав­ления р2 = 0,3 МПа и температуры Т2 = 373 К. Начальное состояние воздуха характеризуется давлением р1 = 0,1 МПа и температурой t1 — 27°С. Определить вид процесса и удельную работу сжатия. На сколько эта работа будет боль­ше удельной работы при изотермическом сжатии при той же степени повы­шения давления и начальной температуре t1 = 27°С? 11. Водяной пар массой 1 кг с давлением р1 = 3,5 МПа и температурой t1 = 435°С в паровой турбине изоэнтропно расширяется до давления р2=6 кПа. Определить параметры пара в начальной и конечной точках процесса, изме­нение внутренней энергии, работу расширения. Дать качественный график процесса в hs-диаграмме. 12. Влажный насыщенный водяной пар массой 5 кг при давлении р1 =1,0 МПа и степени сухости х1 = 0,85 нагревается в процессе при постоянном давлении до состояния сухого насыщенного пара. Определить параметры пара в начальной и конечной точках процессов, теплоту, работу и изменение внут­ренней энергии. Изобразить тепловой процесс в hs-диаграмме. 13. Из парового котла влажный насыщенный водяной пар с начальными параметрами p1=1,5 МПа и х1 = 0,98 поступает в пароперегреватель, после которого температура пара возрастает до t2 = 375°С (процесс перегрева пара происходит при постоянном давлении). Определить удельную теплоту, затра­ченную на перегрев в пароперегревателе, изменение удельной энтальпии и удельный объем пара в начальном и конечном состояниях. Изобразите теп­ловой процесс в /s-диаграмме. 14. Перегретый водяной пар массой 1 кг с начальными параметрами р1 = 5 МПа и t1 = 350°С в сопле Лаваля изоэнтропно расширяется до дав­ления р2 = 0,12 МПа. Определить параметры пара в конце расширения, а также работу и изменение внутренней энергии. Представить качественный график процесса в /s-диаграмме. 15. В процессе изотермического расширения 1 кг влажного насыщенного пара с начальными параметрами p1 = 2,0 МПа и х1 = 0,85 подводится 510 кДж/кг теплоты. Определить конечное состояние пара, работу расширения и изменение внутренней энергии. Представить процесс в hs- и Ts-диаграммах. 16. Перегретый водяной пар массой 10 кг с начальными параметрами, р1=5,0 МПа и t1 = 350°С дросселируется до конечного давления р2 = 1,8 МПа. Определить параметры пара до и после дросселирования, изменение внутрен­ней энергии и энтропии. Представить процесс дросселирования пара в hs-диаграмме. 17. В баллоне находится 1 кг азота под давлением 20,0 МПа и t1= 20°С. При выпуске из баллона азота он дросселируется до давления 8 МПа. Определить параметры азота после дросселирования, а также изменение энтропии в процессе дросселирования, считая азот идеальным газом. Теплоемкость принимать постоянной. 18. К соплам одноступенчатой активной паровой турбины поступает пере­гретый водяной пар с давлением р1 = 3,0 МПа. В соплах пар изоэнтропно (адиабатно) расширяется до давления 0,5 МПа. Определить параметры пара до и после истечения, а также абсолютную скорость истечения пара. Пред­ставить тепловой процесс истечения пара в /s-диаграмме. 19. Влажный насыщенный водяной пар массой 5 кг с начальным давлени­ем р1=0,8 МПа и степенью сухости x1 = 0,72 в процессе при постоянном давлении нагревается до сухого насыщенного пара. Определить параметры состояния в начальной и конечной точках процесса, а также теплоту, работу и изменение внутренней энергии. Изобразите тепловой процесс в hs-диаграмме. 20. Перегретый водяной пар массой 1 кг с начальными параметрами р1=2,5 МПа и удельным объемом v1 = 0,09 м3/кг нагревается в процессе при постоянном давлении до температуры 320°С. Определить конечный удельный объем водяного пара, количество подведенной теплоты, работу, совершенную паром в процессе, а также изменение внутренней энергии. Представить про­цесс в hs- и Ts-диаграммах. 21. Сравнить значения термического к. п. д. для изобарного и изохорного подводов теплоты в идеальном цикле двигателя внутреннего сгорания, если температура и давление рабочего тела (воздуха) t1 = 65°С и р1 = 0,095 МПа, степень сжатия е = 11 и в процессе подводится q = 800 кдж/кг теплоты. Представить циклы в pv- диаграмме. 22. Для идеального цикла двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объеме определить параметры (р, v, Т) в характер­ных точках, количество подведенной и отведенной теплоты, термический к. п. д , а также полезную работу в цикле, если 1 кг воздуха в начале адиа­батного сжатия имеет следующие параметры: р1 = 0,1 МПа и t1 = 20°С, сте­пень сжатия ԑ = 7, степень повышения давления λ = 1,7. Изобразить цикл в pv- и Ts-диаграммах. 23. Для идеального цикла газотурбинной установки с подводом теплоты при постоянном давлении определить основные параметры (р, v, Т) в харак­терных точках, термический к. п. д., полезную работу, а также количество подведенной и отведенной теплоты, если температура и давление рабочего тела (воздуха) в начале адиабатного сжатия равны t1 = 40°С и р1 =0,085 МПа, а температура рабочего тела в конце расширения t2 = 180°С, степень повы­шения давления λ = 4, степень предварительного расширения р = 2,1. Пред­ставьте цикл в pv- и Ts-диаграммах. 24. Рабочее тело (воздух) с первоначальными параметрами t1 = 70°С и р1 = 0,12 МПа поступает в двигатель внутреннего сгорания, работающий по идеальному циклу со смешанным подводом теплоты. Определить параметры (p,V, Т) в характерных точках, количество подведенной и отведенной тепло­ты, полезную работу цикла и термический к. п. д., если степень сжатия ԑ = 15, степень повышения давления λ = 1,8, степень предварительного расши­рения р = 1,4. Представить цикл в pv- и Ts-диаграммах. 25. В цикле воздушной холодильной машины в компрессор поступает воз­дух из холодильной камеры с давлением р1 =» 0,095 МПа и температурой t1=12°С. Определить температуру воздуха, поступающего в холодильную камеру, холодильный коэффициент, холодопроизводительность (q2), теорети­ческую работу, затрачиваемую в цикле, если давление воздуха в расшири­тельном цилиндре р = 0,5 МПа, а температура t = 15°С. Изобразить рассмат­риваемый цикл в pv- и Ts-диаграммах. 26. Определить температуру и объем сжатого метана, а также теорети­ческую работу сжатия и теоретическую мощность для привода компрессора, если идеальный одноступенчатый компрессор всасывает V = 350 м3/с метана при Р1 = 0,1 МПа и t1 = 17°С и сжимает его политропно при n = 1,25 до давления р2 = 0,3 МПа. Изобразить теоретический цикл одноступенчатой компрессорной установки в pv-диаграмме. 27. Паросиловые установки работают по циклу Ренкина при одинаковых начальных и конечных давлениях р1 = 3 МПа и р2 = 5,0 кПа соответственно. Сравнить термические к. п. д. идеальных циклов, если в одном случае рабо­чее тело — влажный пар со степенью сухости Х= 0,85, в другом — сухой насыщенный пари в третьем — перегретый пар с температурой t1 = 380°С. Изобразить тепловые процессы идеальных циклов в hs-диаграмме. 28. Паротурбинная установка работает по циклу с промежуточным пере­гревом пара. Первоначальные параметры пара на входе в турбину P1=20 МПа и t1 = 500°С, давление в конденсаторе р2 = 0,004, промежуточный перегрев пара происходит при рп.п = 4,0 МПа до температуры tп.п = 450°С. Определить термический к. п. д., удельный расход пара, количество теплоты, сообщенной пару в парогенераторе, потерю теплоты в конденсаторе и степень сухости влажного пара. Изобразить тепловой процесс цикла в hs-диаграмме. 29. В паросиловом цикле Ренкина пар перед турбиной имеет параметры Р1= 3,5 МПа и t1 = 435°С, давление в конденсаторе р2 = 0,004 МПа. Опреде­лить термический к. п. д. цикла, сравнить его с к. п. д. цикла Карно, а также определить абсолютный внутренний к. п. д. паровой турбины, если внутренний относительный к. п. д. µoh = 0,82. Представить цикл в Ts-диаграмме и тепло­вой процесс в турбине в hs-диаграмме. 30. Паровые турбины мощностью до Ne = 1000 кВт выпускали раньше с начальными параметрами р1 = 3,0 МПа, t1 = 380°С и давлением в конденса­торе р2=0,004 МПа. В настоящее время паровые турбины выпускаются с начальным давлением p1 = 3,5 МПа, температурой t1= 435°С и давлением в конденсаторе p1= 0,0045 МПа. Определить, на сколько процентов умень­шается секундный и удельный расходы пара при переходе на новые парамет­ры, если внутренний относительный к. п. д. остается одинаковым и равным µoh — 0,74, а механический к. п. д. µм = 0,96. Представить тепловой процесс в турбинах в hs-диаграмме. 31. Передача теплоты в котле от дымовых газов к воде происходит через стальную стенку, покрытую слоем сажи. Принимая стенку плоской, опре­делить: 1) коэффициент теплопередачи и поверхностную плотность теплового пото­ка, если δст = 20 мм; λст = 50 Вт/(м . К), а δс = 2 мм, λс = 0,08Вт/(м • К); 2) температуры на поверхности сажи (tс) и на поверхностях стальной стенки (t ст1 и tст2)°С. При расчетах принять: температуру дымовых газов t1 = 900°С, температуру кипящей воды t2 = 170°С, коэффициент теплоотдачи от газов к стенке α1 = 50 Вт/(м2• К), а от стенки к кипящей воде α2 = 5000 Вт/(м2 • К). Изобразить схематично характер изменения температуры в теплоносителях, разделяющей их стальной стенке и слое сажи. 32. Стальная труба паропровода покрыта слоем теплоизоляции с тепло­проводностью λиз = 0,07 Вт/(м • К) и толщиной δиз = 60 мм. Найти суточную потерю теплоты с 1 м длины изолированного паропровода и определить, во сколько раз при наличии изоляции потеря теплоты меньше, чем при неизоли­рованном паропроводе. Определить температуру на наружной поверхности теплоизоляции. При расчете принять следующие исходные данные: d1тр = 50 мм, d2тp = 60 мм, λст= 50 Вт/(м • К), температура пара t1 = 170°С, температура окружающей среды t2= 15°С, коэффициенты теплоотдачи: от пара к стенке αх = 2000 Вт/(м2 • К) и от стенки к окружающей среде α2 = 10 Вт/(м3 • К). 33. Плоская стальная стенка толщиной δСТ = 30 мм с одной стороны по­крыта слоем накипи, толщиной δн = 3 мм, а с другой стороны слоем сажи толщиной δс = 1,5 мм. Теплопроводность принять: для стали λст = 50 Вт/(м- К), для накипи λн = 2,3 Вт/(м • К), для сажи λс — 0,08 Вт/(м•К). Температура наружной поверхности сажи tc = 600°С, а температура наружной поверхности накипи tн = 120°С. Определить поверхностную плотность теплового потока через стенку, температуры на поверхностях соприкосновения сажи и накипи с металлом. Найти, во сколько раз увеличится поверхностная плотность тепло­вого потока через стенку, если удалить сажу и накипь. Привести графики изменения температур в обоих случаях. 34. Цилиндрическая стальная труба с внутренним диаметром d1 = 150 мм и толщиной стенки δСТ = 20 мм (λсх = 40 Вт/(м • К)) покрыта двухслойной теп­лоизоляцией толщиной δиз1 = 100 мм (λиз1 = 0,12 Вт/(м • К)) и δиз2 = 100 мм (λиз2 = 0,06 Вт/(м • К)). Найти толщину слоя изоляции δнз с теплопроводностью λнз = 0,035 Вт/(м • К), которой можно заменить двухслойную изоляцию без изменения теплоизоляционных свойств системы. Показать характер распреде­ления температур в обоих случаях. 35. Воздух с температурой tв = 140°С и давлением рв= 0,1 МПа движется по трубе диаметром d = 200 мм со скоростью V = 10 м/с. Температура внут­ренней поверхности стенки трубы tст1 = 100°С. Определить суточную потерю теплоты за счет конвективной теплоотдачи трубой длиной 5 м. 36. Определить суточную потерю теплоты за счет теплообмена при сво­бодной конвекции горизонтальной трубой диаметром d = 0,2 м и длиной l = 5 м. Температура на поверхности трубы t1 — 100°С, температура окружаю­щего воздуха t2 — 20°С и давление р2 = 0,1 МПа. 37. Определить суммарную часовую потерю теплоты за счет конвективной теплоотдачи и излучения с 1 пог. м горизонтального паропровода диаметром d = 160 мм, если температура наружной поверхности трубы t = 180°С, темпе­ратура воздуха в помещении tB — 20°С, коэффициент черноты поверхности паропровода ԑ = 0,8. Принять, что площадь поверхности стен помещения m много раз больше площади поверхности паропровода. 38. Из какого материала должен быть изготовлен экран, чтобы при уста­новке его между параллельными пластинами с коэффициентом черноты ԑ1=ԑ2=0,9 тепловой поток излучением уменьшился в 33 раза? Чему равна в этом случае температура экрана, если температура пластин t1= 300°С и t2 = 20°С? 39. Найти расход конденсирующегося пара и площадь поверхности труб­чатого пароводяного подогревателя при следующих условиях: давление сухого насыщенного пара, конденсирующегося на внешней поверхности труб, р = 0,2 МПа; текущая по трубам вода нагревается от °С до t”2 = 100°С; расход воды mt = 3 кг/с; средний коэффициент теплопередачи К = 2800 Вт/(м2 * К). При расчетах теплоемкость воды принять св = 4,19 кДж/(кг • К). Изобразить схематично график изменения температур теплоносителей вдоль поверхности теплообмена. 40. Определить поверхности нагрева для трубчатых прямоточного и про-тивоточного водонагревателей, обогреваемых дымовыми газами. Для расчета принять: температуры дымовых газов до и после подогревателя  = 300°С и t”1— 200°С; температуру воды, поступающей в подогреватель, t'2 = 10°С, а выходящей из него — t”2 = 80°С. Секундный расход воды тt = 5 кг/с, теп­лоемкость воды св = 4,19 кДж/(кг • К), коэффициент теплопередачи от дымо­вых газов к воде К=15 Вт/(м2 • К). Изобразить схематично график измене­ния температур рабочих жидкостей вдоль поверхности нагрева для схемы „прямоток" и „противоток".

Похожие:

	Методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине “ Методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине “Основы внешнеэкономической деятельности” для студентов экономических...		Методические указания по его изучению и по выполнению контрольных... Л. К. Коростелёва Фармацевтическая технология: Методические указания, программа и контрольные задания для студентов заочного отделения...
	Методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине «Информатика» Задания и методические указания к выполнению контрольных работ по дисциплине «Информатика». Екатеринбург, фгаоу впо «Российский государственный...		Методические указания по выполнению контрольных работ для студентов... Методические указания предназначены для выполнения самостоятельных работ на I, II, III курсах гуманитарных специальностей заочного...
	Методические указания по изучению дисциплины и выполнению контрольных... Педагогика: Методические указания по изучению дисциплины и выполнению контрольных работ /Университет га. С. – Петербург, 2012		Методические указания по выполнению контрольных работ по дисциплине Методические указания по выполнению контрольных работ по дисциплине «Правовые основы российского государства» для студентов по специальности...
	Методические указания по изучению курса и выполнению контрольных... География воздушного транспорта : Методические указания по изучению курса и выполнению контрольных работ/ Университет га. С. – Петербург,...		Методические указания по изучению курса и выполнению контрольных работ Для студентов зф Автоматизированные системы бронирования и продажи авиационных услуг: Методические указания по изучению курса и выполнению контрольных...
	Методические указания по выполнению контрольных работ №1,2 Для самостоятельной... Английский язык. Методические указания по выполнению контрольных работ №1, 2 для самостоятельной работы студентов-заочников первого...		Методические указания по выполнению контрольных работ для экономических специальностей Методические указания по выполнению контрольных работ по дисциплине "Экономическая теория" для студентов экономических специальностей–...
	Методические указания по выполнению контрольных работ для студентов... Данные методические указания по выполнению контрольных работ по иностранному языку (английскому, немецкому, французскому) предназначены...		Методические указания для студентов заочного обучения Настоящие методические указания ставят своей целью ознакомить студентов с объемом знаний, которые им необходимо усвоить; требованиями,...
	Методические указания по дисциплине «Рынок ценных бумаг» по выполнению... Методические указания составлены на основании требований Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования...		Методические указания по их выполнению для студентов экономического... Задания для контрольной работы и методические указания по их выполнению для студентов
	Методические указания по выполнению контрольных работ общие положения... Методические указания и задания контрольной работы по дисциплине для студентов специальностей 080301 – Коммерция (торговое дело);...		Методические указания по выполнению контрольных работ… Задания для... Для специальности: 080502 «Экономика и управление на предприятии (ресторанно-гостиничного бизнеса, туризма)»