5 Первый закон термодинамики

5.1 Какое количество теплоты необходимо затратить, чтобы нагреть 2 м³ воздуха от 100ºС до 500ºС при избыточном постоянном давлении 0,2 МПа? Какую работу совершит при этом воздух? Давление атмосферы принять равным 101235 Па. Объемная средняя изобарная теплоемкость равна .

Ответ: Qp=2927 кДж, L=646 кДж.


5.2 Одинаковые массы ртути и воды падают с одинаковой высоты на твердую поверхность. Перед падением и ртуть и вода имеют одну и ту же температуру. Полагая, что вся энергия падения аккумулируется падающими массами, определить, у какой из них изменение температуры будет больше и во сколько раз?

Теплоемкость ртути ср=0,140 кДж/(кг·К).

Ответ: ΔtHg≈30ΔtH2O.


5.3 Найти часовой расход топлива, который необходим для работы паровой турбины мощностью 25 МВт, если теплота сгорания топлива Qнр=33,85 МДж/кг и известно, что на превращение тепловой энергии в механическую используется только 35% теплоты сожженного топлива.

Ответ: G=7,59 т/ч.


5.4 В котельной электрической станции за 20 ч работы сожжены 62 т каменного угля, имеющего теплоту сгорания 28900 кДж/кг. Определить среднюю мощность станции, если в электрическую энергию превращено 18% теплоты, полученной при сгорании угля.

Ответ: N=4479 кВт.


5.5 Паросиловая установка мощностью 4200 кВт имеет к.п.д. ηст=0,20.

Определить часовой расход топлива, если его теплота сгорания Qнр=25000 кДж/кг.

Ответ: bчас=3024 кг/ч.


5.6 В машине вследствие плохой смазки происходит нагревание 200 кг стали на 40ºС в течение 20 мин.

Определить вызванную этим потерю мощности машины. Теплоемкость стали принять равной 0,46 кДж/(кг·К).

Ответ: ΔN=3,07 кВт.


5.7 (Вариант 00) Продукты сгорания из печи установки гидроочистки в количестве G1 при температуре T1 и постоянном давлении нагревают водородосодержащий газ (ВСГ) от температуры t1 до t2. Температура продуктов сгорания на выходе из теплообменного аппарата Т2. Массовый состав продуктов сгорания и ВСГ представлен в таблице 4.

Определить:

— секундный расход ВСГ;

— количество теплоты, переданное продуктами сгорания ВСГ;

— изменение внутренней энергии продуктов сгорания и ВСГ в процессе теплообмена;

— термодинамическую работу продуктов сгорания и ВСГ.

Исходные данные взять из таблиц 3 и 4. Значения теплоемкостей в зависимости от температуры представлены в приложении Б. Процесс теплообмена считать без потерь в окружающую среду.

Таблица 3 — Исходные данные для задачи №2

G1, кг/чТ1, ºСТ2, ºСt1, ºСt2, ºС
40060020050150

Таблица 4 — Исходные данные для задачи №2

Массовый состав, % масс.Массовый состав, % масс.
Продукты сгоранияВСГ
CO2N2H2CO
75257030

Варианты задачи: 01, 02, 03, 04, 05, 06, 07, 08, 09, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 30, 31, 32, 33, 34, 35, 36, 37, 38, 39, 40, 41, 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49, 50, 51, 52, 53, 54, 55, 56, 57, 58, 59, 60, 61, 62, 63, 64, 65, 66, 67, 68, 69, 70, 71, 72, 73, 74, 75, 76, 77, 78, 79, 80, 81, 82, 83, 84, 85, 86, 87, 88, 89, 90, 91, 92, 93, 94, 95, 96, 97, 98, 99.

Методические указания.


5.8 Какое количество охлаждающей воды следует подавать на колодки испытательного тормоза в 1 ч, если мощность двигателя N=55 кВт, температура охлаждающей воды 10 ºС, а предельно допустимая температура воды на выходе 80 ºС? Часть теплоты трения (20%) рассеивается в окружающей среде.

Ответ: mв=543 кг/ч.


5.9 Сколько нужно сжечь керосина, чтобы полностью испарить 100 г воды, температура которой 20 ºС? КПД керосинового нагревателя 0,2.

Ответ: mк=0,035 кг.


5.10 При испытании двигателей внутреннего сгорания часто используются гидротормоза. Работа двигателя при торможении превращается в теплоту трения, и для уменьшения нагрева применяется водяное охлаждение. Определить часовой расход воды на охлаждение тормоза, если мощность двигателя равна 45 л.с., начальная температура воды 15 ºС, конечная — 60 ºС. Принять, что вся теплота трения передается охлаждающей воде.

Ответ: mв=636 кг/ч.