11 Комбинированные процессы

11.1 Начальное состояние m, кг газа определяется параметрами Р1 и Т1. Газ изохорно нагревается до температуры Т2, а затем адиабатно расширяется до давления Р3.

Определить: параметры состояния газа в конце нагрева и адиабатного расширения; работу газа; изменение внутренней энергии, количество подведенной теплоты.

Расчет производится для обоих процессов. Найти суммарное изменение этих величин.

Представить процесс в рυ и Ts координатах. Исходные данные взять из таблиц 3.7 и 3.8 по последней и предпоследней цифрам номера зачетной книжки.

Таблица 3.7

Предпоследняя цифраГазm, кг
9Н2О (пар)1

Таблица 3.8

Параметры газаОбозначения,
единицы измерения
Последняя цифра
4
Давлениер1, Па1,5•105
ТемператураТ1, К315
ТемператураТ2, Па500
Давлениер3, Па1,3•105

Варианты задачи: 46, 00, 04, 20, 48, 26, 82, 10, 36, 70, 69, 34, 16, 24, 32.


11.2 Кислород с начальными параметрами t1=155ºC, р1=1,7 бар изотермно расширяется до υ2=2,7υ1, а затем изобарно сжимается до υ3=0,5υ2. Определить параметры газа в рабочих точках, подведенную теплоту, изменение внутренней энергии, совершенную работу и изобразить процессы на рυ- и  Ts- диаграммах.

Ответ: υ1=0,654 м³/кг, s1=0,277 кДж/(кг·К),  υ2=1,766 м³/кг, р2=0,7 бар, t2=155ºC, s2=0,508 кДж/(кг·К), υ3=0,883 м³/кг, t3=-59ºC, s3=-0,127 кДж/(кг·К), q1-2=110,457  кДж/кг, q2-3=-194,024  кДж/кг, Δu1-2=0, Δu2-3=-139,956 кДж/кг, l2-3=-61,810 кДж/кг, l1-2=110,457 кДж/кг.


11.3 1 кг газа изотермически сжимается от начального объема V1 до объема V2, а затем изобарно расширяется до начального объема V1. Начальное давление газа равно p1, температура T1.

Определить параметры состояния газа в конце сжатия и расширения, работу газа, изменение внутренней энергии, количество теплоты, участвовавшей в процессе. Расчет произвести для обоих процессов и найти суммарное изменение этих величин. Представить процессы в pυ и Ts координатах.

Исходные данные взять из таблиц 3.5 и 3.6 по последней и предпоследней цифрам шифра зачетной книжки.

Таблица 3 — Исходные данные

ГазН2О (пар)
Отношение объемов V2/V10,3
Температура Т1, К308
Давление р1, Па1,3·105

Варианты задачи: 78, 58, 36, 10, 40, 50, 54, 34, 76, 86, 69.


11.4 Воздух, начальные параметры которого р1=0,12 МПа, Т1=298 К, адиабатно сжимается в цилиндре ДВС. Степень сжатия ε=15. Затем в изобарном процессе к нему подводится 242 кДж/кг теплоты. Определить работу сжатия и параметры воздуха после подвода теплоты.

Ответ: υ1=0,713 м³/кг, υ2=0,048 м³/кг, р2=5,245 МПа, Т2=877 К, l=-415,433 кДж/кг, р3=5,245 МПа, Т3=1116 К, υ3=0,061 м³/кг.


11.5  Азот с начальными параметрами t1=250ºC, р1=1,5 бар изотермно расширяется до υ2=2,5υ1, а затем изобарно сжимается до υ3=0,6υ2. Определить параметры газа в рабочих точках, подведенную теплоту, изменение внутренней энергии, совершенную работу и изобразить процессы на р-υ и T-s диаграммах.

Ответ: υ1=1,035 м³/кг, s1=0,564 кДж/(кг·К),  υ2=2,588 м³/кг, р2=0,6 бар, s2=0,836 кДж/(кг·К), υ3=1,553 м³/кг, t3=41ºC, s3=0,302 кДж/(кг·К), q1-2=142,263 кДж/кг, q2-3=-218,614 кДж/кг, Δu1-2=0, Δu2-3=-156,123 кДж/кг, l2-3=-62,100 кДж/кг.


11.6 Азот с начальными параметрами t1=250 ºC, р1=1,5 бар изотермно расширяется до υ2=2,5υ1, а затем изобарно сжимается до υ3=0,6υ2. Определить параметры газа в рабочих точках, подведенную теплоту, изменение внутренней энергии, совершенную работу и изобразить процессы на р-υ и T-s диаграммах.

Ответ: υ1=1,035 м³/кг, s1=0,564 кДж/(кг·К), υ2=2,588 м³/кг, р2=0,6 бар, s2=0,836 кДж/(кг·К), υ3=1,553 м³/кг, t3=41 ºC, s3=0,302 кДж/(кг·К), q1-2=142,263 кДж/кг, q2-3=-218,614 кДж/кг, Δu1-2=0, Δu2-3=-156,123 кДж/кг, l2-3=-62,100 кДж/кг.


11.7 В цилиндре 1 кг воздуха сжимается в одном случае по изотерме, а в другом — по политропе со средним показателем n=1,2, ток, что объем уменьшается в ε раз. Определить конечные значения температуры, давления и плотности воздуха, а также работу, изменение энтропии в процессах сжатия. Начальные параметры: р1=750 мм рт.ст и t1. Теплоемкость воздуха считать не зависящей от температуры.

Таблица 1

Вариантεt1, ºC
1847

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.


11.8 Воздух, имея начальную температуру t1=27 ºC и абсолютное давление p1, изотермически расширяется до давления р2=0,1 МПа, а затем нагревается в изохорном процессе до тех пор, пока давление вновь не станет равным р1. Требуется определить удельный объем воздуха в конце изотермического расширения и температуру в конце изохорного подвода теплоты, а также изменения удельных значений внутренней энергии, энтальпии и энтропии в изохорном процессе. Теплоемкость воздуха считать не зависящей от температуры. Изобразить процессы в рυ и Ts — диаграммах.

Таблица 2 – Числовые данные к задачам контрольной работы 

Вариантр1, МПа
10,5

Ответ: υ2=0,860 м³/кг, t3=1227 ºC, Δu2-3=869 кДж/кг, Δh2-3=1214 кДж/кг, Δs2-3=1,165 кДж/(кг·К).

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.


11.9 (Вариант 21) Газ массой m кг  расширяется от начального состояния при давлении р1 и температуре t1 до конечного давления p2. Определить конечные параметры газа, а также работу газа, изменение внутренней энергии и количество подведенной теплоты при изотермном, адиабатном и политропном расширении. Показать работу процессов на pυ — диаграмме, сопоставить величину работы в этих процессах между собой при графическом и аналитическом определении. Исходные данные в табл.1.

Таблица 1

р1, барр2, барt1, ºCm, кггазn
731303CH41,3

Варианты задачи: 119, 2427, 28, 29.


11.10 (Вариант 93) Газовая смесь массой М, заданная по объемному составу, нагревается при постоянном объеме V1 от температуры t1 до температуры t2, а затем охлаждается при постоянном давлении до начальной температуры t1.

Определите конечные давления и объем смеси, величину работы и теплоты, участвующих в процессах, изменение внутренней энергии и энтропии смеси в каждом процессе. Расчет иллюстрировать  изображением процессов в pυ- и Ts- координатах.

Данные для решения задачи выбрать из таблицы 1.

Таблица 1

М, кгV1, м3t1, ºCt2, ºCОбъемный
состав смеси, %
N2H2О
4842854005050

Примечание: Задачу решить с учетом зависимости теплоемкости газов от температуры.

Варианты задачи: 98, 97, 71, 18, 35, 78, 27, 28, 20, 09, 86, 03, 36, 99, 07.