7 Изобарные процессы

7.1 2 м³ воздуха с начальной температурой t1=15ºC расширяются при постоянном давлении до 3 м³ вследствие сообщения газу теплоты.
Определить конечную температуру, давление газа в процессе и работу расширения.

Ответ: t2=159ºC, р=0,24 МПа, L=239 кДж.


7.2 (Вариант 12) Требуется определить: p — давление газа, Па; L — работу газа, Дж; l — удельную работу газа, Дж/кг;  V1, V2— начальный и конечный объемы газа, м³; υ1, υ2 — начальный и конечный удельные объемы газа, м³/кг; ρ1, ρ2 — начальную и конечную плотности газа, кг/м³; t1, t2 — начальную и конечную температуры газа, ºС; Q — теплоприток, Дж; q — удельный теплоприток к газу, Дж/кг; ΔU — прирост внутренней энергии газа, Дж; Δu — прирост удельной внутренней энергии, Дж/кг; ΔН — прирост энтальпии, Дж; Δh — прирост удельной энтальпии газа, Дж/кг.

Изобразить процесс расширения газа в диаграммах p-υ и T-s, показать, как на диаграммах выражаются работа и теплоприток. Исходные данные к задаче приведены в таблице 1.thermo_7.2

Таблица 1 — Исходные данные

G, кгF, м2Р, кНy1, мy2, мГаз
0,20,2201,01,3N2

Варианты задачи: 15, 36, 10, 25, 27, 13, 23.


7.3 1 кг воздуха с давлением 0,1 МПа и температурой t1 изобарически расширяется до температуры t2. Определить конечный объем, подведенное тепло q, внешнюю работу L и изменение энтропии Δs. Изобразить в Ts — и pυ — диаграмме тепло и работу процесса через соответствующие площади.

Таблица 1

Ответ: V2=1,071 м³, q=80,528 кДж/кг, L=22,960 кДж/кг, Δs=0,243 кДж/(кг·К).


7.4 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 1,3 кДж/(м³·К).

Ответ: Qp=2927 кДж, L=646 кДж.


7.5 При сжигании в топке парового котла каменного угля объем продуктов сгорания составляет: Vк=11,025 м³/кг. Анализ продуктов сгорания показывает следующий их объемный состав: CO2=10,3%, O2=7,8%, N2=75,3%, H2O=6,6%.

Считая количество и состав продуктов сгорания неизменными по всему газовому тракту парового котла, а зависимость теплоемкости от температуры нелинейной, определить количество теплоты, теряемой с уходящими газами (на 1 кг топлива), если на выходе из котла температура газов равна 180ºC, а температура окружающей среды 20ºC. Давление продуктов сгорания принято равным атмосферному.

Ответ: qух=2418 кДж/кг.


7.6 В цилиндре с поршнем заключено 2 кг этилена (С2Н4). При давлении р,бар и температуре t1,ºC, газ подогревается до температуры t2,ºC. Определить количество тепла, истраченного при изобарном процессе, и величину полученной работы.

Таблица 2

Вариантр, барt1, ºCt2, ºC
11,415500

Ответ: Qp=3140 кДж, L=228 кДж.

Варианты задачи: 2, 3, 4, 5.


7.7 Воздух в количестве 6 м³ при давлении 0,3 МПа и температуре 25ºС нагревается при постоянном давлении до температуры 130ºС. Считая среднюю объемную изобарную теплоемкость равной 1,3 кДж/(м³·К) найти количество подведенной к воздуху теплоты.

Ответ: Qp=370 кДж.


7.8 1 кг азота, имея начальную  температуру t1=0ºC, расширяется при постоянном давлении p, при этом удельный объем его увеличивается в n раз. Определить удельный объем и температуру азота в конце процесса, работу в процессе, изменения внутренней энергии и энтропии, а также подведенную теплоту. Средняя массовая теплоемкость азота имеет линейную зависимость от температуры, cpm=1,0258+0,00008382t кДж/(кг·К).

Таблица 1 — Исходные данные

Вариантр, МПаn
172

Ответ: υ2=0,024 м³/кг, t2=273,15 ºC, l1-2=81,0 кДж/кг, q1-2=286,5 кДж/кг, Δs1-2=0,727 кДж/(кг·К), Δu1-2=205,5 кДж/кг.

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


7.9 Определите изменение энтропии (Δs) при нагреве воздуха в изобарном (p=const) процессе от t1=0ºC до t2=400ºC тремя способами:
— используя табличные значения s0 [7];
— используя среднеарифметическое значение теплоемкости cp для данного интервала температур;
— приняв теплоемкость постоянной, согласно молекулярно — кинетической теории газов.
Воспользуйтесь таблицами термодинамических свойств газов [7].
Сравните полученные результаты. Какое значение Δs является наиболее точным и почему?


7.10 Требуется определить количество теплоты, отдаваемое каждым килограммом отработавших газов дизеля в утилизационном котле, где газы при постоянном давлении охлаждаются от температуры t1 до температуры t2. Объемный состав отработавших газов: rCO2=0,08; rH2O=0,06; rO2=0,20; rN2=0,76.

Таблица 1 — Исходные данные

Вариантt1, ºCt2, ºC
1410230

Ответ: qp=-198 кДж/кг.

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