11 Комбинированные процессы
11.1 Азот массой 1 кг при начальных параметрах р1 и t1 расширяется до давлении р2 по изохоре и адиабате. Найти начальные и конечные объемы V1, V2, конечную температуру t2, работу расширения l, количество теплоты указанных процессов. Изобразите на рисунке в рυ- и Ts-координатах названные процессы и схемы их энергобаланса. Принять показатели k = 1,41 (адиабаты). Газовая постоянная азота 296,8 Дж/(кг·К). Значения входных параметров принять по таблице 1.1 согласно выбранному варианту.
Таблица 1.1
| Вариант | р1, МПа | t1, ºС | р2, МПа |
| 1 | 1,9 | 100 | 0,4 |
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.
11.3 В баллоне объемом 40 л находится сжатый кислород при р1 = 14,0 МПа и при температуре среды. После быстрого открытия выпускного вентиля кислород вытекает в атмосферу. Затем вентиль снова закрывается. Теплообмен между содержимым баллона и средой за время выпуска практически не успевает совершиться. Давление в баллоне р2 после выпуска оказывается 7,0 МПа. Через некоторое время температура снова становится равной температуре среды t1 = 20ºС.
Какой стала температура кислорода в баллоне сразу после выпуска? Какое количество кислорода вытекло из баллона? Чему стало равно давление после восстановления первоначальной температуры? Какое количество кислорода может вытечь, если выпуск производить очень медленно при постоянной температуре газа и конечном давлении р2 = 7,0 МПа?
Ответ: после выпуска t2 = -33ºС; выпущено Δmад = 2,86 кг кислорода; р2 = 8,55 МПа; при изотермическом выпуске Δmизот = 3,68 кг.
11.4 Определить термодинамические параметры р, υ, Т в точках 1, 2, 3, 4 и изменение удельных внутренней энергии, энтальпии, энтропии, работы изменения объема, технической работы и количества теплоты в каждом из процессов и суммарно во всех трех процессах для 1 кг смеси указанного состава (r — объемные доли, g — массовые доли компонентов).
Таблица 1 — Исходные данные
| Смесь | m, кг | |q3-4|, кДж/кг | n | |
| gCO | gH2 | |||
| 0,6 | 0,4 | 1 | 200 | 1,2 |
11.5 Сухой пар диоксида углерода с начальной температурой t1 = 15ºC адиабатно расширяется до состояния 2, в котором t2 = -50ºC. Затем в изобарном процессе отвода теплоты диоксид углерода переходит в состояние 3, в котором степень сухости х3 = 0,25. Определить значения p, υ, t, h, s и u в конечном состоянии, удельную теплоту и изменение удельной внутренней энергии в процессе 1-2-3. Показать процесс 1-2-3 в рυ-, Ts— и hs – диаграммах.
11.6 Кислород из состояния 1 изотермически расширяется до состояния 2, в котором р2 = 0,1 МПа и t2 = 200ºС, а затем в изохорном процессе нагрева переходит в состояние 3, в котором р3 = р1 и t3 = 1400ºС. Показать процесс 1-2-3 в рυ- и Ts — диаграммах. Определить значения , и кислорода в точках 1, 2 и 3. Вычислить удельные работу, теплоту, изменение внутренней энергии и энтропии кислорода в процессах 1-2, 2-3 и 1-2-3 в целом. Изохорный процесс рассчитать с учетом зависимости теплоемкости кислорода от температуры (см. табл. 2 приложения).
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 2 – Числовые данные к задачам контрольной работы
| Предпоследняя цифра шифра | ε | t1, ºC |
| 1 | 8 | 47 |
Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.
ВУЗ: МИИТ
Все задачи из: Термодинамика и теплопередача МИИТ 2013
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
| Предпоследняя цифра шифра | р1, МПа |
| 1 | 0,5 |
Варианты задачи: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 0.
ВУЗ: МИИТ
Все задачи из: Термодинамика и теплопередача МИИТ 2013
11.9 Воздух из начального состояния 1 (р1 = 4 МПа и t1 = 1600ºС) изохорно охлаждается до t2 = 200ºС, а затем изотермически сжимается до состояния 3, в котором р3 = р1. Показать процесс 1-2-3 в рυ- и Ts – диаграммах. Определить значения t, p и υ воздуха в точках 1, 2 и 3. Вычислить удельные значения работы, теплоты, изменения внутренней энергии и энтропии воздуха в процессах 1-2, 2-3 и 1-2-3 в целом. Изохорный процесс рассчитать с учетом зависимости теплоемкости воздуха от температуры (см. табл. 2 приложения).
11.10 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
| Вариант 03 | |||||
| М, кг | V1, м3 | t1, ºC | t2, ºC | Объемный состав смеси, % |
|
| N2 | H2 | ||||
| 25 | 20 | 80 | 550 | 50 | 50 |
Примечание: Задачу решить с учетом зависимости теплоемкости газов от температуры.
Варианты задачи: 07, 09, 17, 18, 20, 27, 28, 35, 36, 78, 86, 88, 93, 97, 98, 99.
