10 Политропные процессы
10.21 Определить конечное состояние газа, расширяющегося политропно от начального состояния с параметрами р1, t1 изменение внутренней энергии, количество подведенной теплоты, полученную работу, если задан показатель политропы (n), конечное давление p2. Показать процесс в pυ- и Ts-координатах. Исходные данные, необходимые для решения задачи, выбрать из табл. 4.
Таблица 4
| Вариант | р1, МПа | t1, °С | р2, МПа | n | Газ | m, кг |
| 00 | 0,5 | 100 | 0,1 | 1,2 | О2 | 1 |
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.
ВУЗ: ТюмГНГУ
10.22 3 кг азота сжимаются политропно от 2 бар до 8 бар. Начальная температура 350 ºС. Показатель политропы 0,8.
Определить конечные температуру и объем газа, теплоту и работу процесса, изменение внутренней энергии, энтропии и эксергии, начальные и конечные значения энтропии и эксергии.
Изобразить процесс в р-υ и T-s координатах.
Температура окружающей среды 15 ºC.
10.23 (Вариант 55) Газовая смесь массой m, имеющая начальную плотность 0,9 м³/кг, в ходе политропного процесса сжимается от давления 0,1 МПа до давления рк. При этом её температура достигает значения Тк. Данные для расчета выбрать из табл.1 в соответствии с номером зачетки.
Определить:
— удельную газовую постоянную смеси;
— показатель политропы сжатия;
— подводимую теплоту, изменение внутренней энергии и энтальпии, а также работу, совершенную газом;
— изобразить процесс сжатия на обобщенных р-υ и T-s диаграммах.
Температурной зависимостью теплоемкости пренебречь. Смесь считать идеальным двухатомным газом. Контроль вычислений энергетических характеристик процесса выполнить по первому закону термодинамики.
Таблица 1
| m, кг | рк, кПа | Состав смеси | tк, ºC | |||
| доли | H2 | N2 | O2 | |||
| 1,5 | 325 | массовые | 0,3 | 0,6 | 0,1 | 75 |
10.24 Рабочее тело – углекислый газ (СО2), (обладающий свойствами идеального газа), начальное давление которого 99350 Па, а температура 24 ºС, выполняет произвольный цикл, образованный тремя термодинамическими процессами, имеющими показатели политропы n12=1,4, n23=20, n31=1,16. Отношение температуры в точках 1 и 3 равно 0,75.
Рассчитать: 1) температуру, удельный объем и давление в узловых точках процессов; 2) изменение энтропии, энтальпии и внутренней энергии, в каждом процессе и за цикл; 3) работу и теплоту в каждом процессе и за весь цикл; 4) теплоемкость рабочего тела в каждом процессе; 5) Определить тепловую эффективность цикла (термический КПД для прямого цикла и холодильный коэффициент для обратного цикла). Построить цикл в р-υ и T-s координатах.
10.25 (Вариант 95) Воздух подвергается политропному сжатию по закону pυn=const. Начальные параметры воздуха равны соответственно: давление p1 и температура T1, начальный объем воздуха V1. Степень сжатия воздуха равна ε (отношение начального V1 и конечного V2 объемов воздуха).
Определить:
массу сжимаемого воздуха;
конечные параметры воздуха (давление p2, удельный объем υ2 и температуру T2);
изменение внутренней энергии ΔU и энтальпии ΔI воздуха;
количество отведенной теплоты Q.
При выполнении вычислений принять для воздуха: удельную изобарную и изохорную теплоемкости ср=1,005 кДж/(кг·ºС) и сυ=0,718 кДж/(кг·ºС), показатель адиабаты k=1,4 и газовую постоянную R=0,287 кДж/(кг·ºС).
Изобразить процесс сжатия воздуха в рυ — диаграмме.
Таблица 1 – Исходные данные
| V1, м3 | ε | n | р1, МПа | t1, ºС |
| 25 | 5,5 | 1,15 | 0,3 | 30 |
10.26 В газовом двигателе политропно сжимается горючая смесь до температуры 450ºС. Начальное давление смеси 0,9 бара, начальная температура 80 ºC. Показатель политропы n = 1,35. Определить работу сжатия и степень сжатия. Газовую постоянную смеси принять 340 кДж/(кг·К).
10.27 m кг газа расширяется политропно с показателем политропы n от начального состояния с параметрами p1 и t1 до конечного давления p2. Определить теплоту Q, работу L, изменение внутренней энергии U, энтальпии H и энтропии S. Считать, что c=const.
Изобразить процесс на pυ — диаграмме без соблюдения масштаба. Данные для расчета приведены в табл. 3.
Таблица 3
| Вариант 33 | |||||
| Газ | n | m, кг | p1, МПа | t1, ºС | p2, МПа |
| O2 | 1,2 | 30 | 0,6 | 20 | 3,0 |
Варианты задачи: 85.
10.28 0,3 м³ аммиака политропно сжимается от давления 2 бара до давления 10 бар. Плотность газа до сжатия 1,6 кг/м³, после сжатия 12 кг/м³.
Определить показатель политропы, конечный объем и температуру газа, теплоту и работу процесса, изменение внутренней энергии, энтропии и эксергии, начальные и конечные значения энтропии и эксергии.
Изобразить процесс в р-υ и T-s координатах.
Температура окружающей среды 15 ºС.
10.29 m кг газа расширяется политропно с показателем политропы n от начального состояния с параметрами p1 и t1 до конечного давления p2. Определить теплоту Q, работу L, изменение внутренней энергии ΔU, энтальпии ΔH и энтропии ΔS. Считать, что c=const.
Изобразить процесс на pυ — диаграмме без соблюдения масштаба. Данные для расчета приведены в табл. 2.
Таблица 2
| Вариант | Газ | m, кг | n | р1, МПа | t1, ºС | р2, МПа |
| 00 | N2 | 10 | 1 | 0,2 | 10 | 0,8 |
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.
ВУЗ: КНИТУ
10.30 3 кг азота политропно расширяется от 0,2 м³ до 1,4 м³. Температура изменяется от 15 ºС до 120 ºС.
Определить показатель политропы, начальное и конечное давление газа, теплоту, работу процесса, изменение внутренней энергии, энтропии и эксергии, начальные и конечные значения энтропии и эксергии.
Изобразить процесс в р-υ и T-s — координатах.
