методички 2 курс ПБ / Каф. физики и теплотехники / Курсовая работа по теплотехнике
.pdfпродолжение таблицы 1
80 |
7 |
23 |
30б |
35а |
40д |
45г |
50в |
|
90 |
4 |
20 |
30г |
35в |
40б |
45а |
50д |
81 |
8 |
24 |
31б |
36а |
41д |
46г |
51в |
|
91 |
5 |
21 |
31г |
36в |
41б |
46а |
51д |
82 |
9 |
25 |
32б |
37а |
42д |
47г |
52в |
|
92 |
6 |
22 |
32г |
37в |
42б |
47а |
52д |
83 |
10 |
26 |
33б |
38а |
43д |
48г |
53в |
|
93 |
7 |
23 |
33г |
38в |
43б |
48а |
53д |
84 |
11 |
27а |
34б |
39а |
44д |
49г |
54в |
|
94 |
8 |
24 |
34г |
39в |
44б |
49а |
54д |
85 |
12 |
28е |
30в |
35б |
40а |
45д |
50г |
|
95 |
9 |
25 |
30д |
35г |
40в |
45б |
50а |
86 |
13 |
29е |
31в |
36б |
41а |
46д |
51г |
|
96 |
10 |
26 |
31д |
36г |
41в |
46б |
51а |
87 |
1 |
14 |
32в |
37б |
42а |
47д |
52г |
|
97 |
11 |
27е |
32д |
37г |
42в |
47б |
52а |
88 |
2 |
15 |
33в |
38б |
43а |
48д |
53г |
|
98 |
12 |
28а |
33д |
38г |
43в |
48б |
53а |
89 |
3 |
19 |
34в |
39б |
44а |
49д |
54г |
|
99 |
13 |
29а |
34д |
39г |
44в |
49б |
54а |
11
Теоретические вопросы
1.Рабочее тело. Газ как рабочее тело. Основные параметры состояния газа.
2.Давление. Давление с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Виды давления. Единицы измерения. Приборы для измерения давления. Использование данного параметра в практике работы.
3.Температура. Температура с точки зрения молекулярно-кинетической теории. Температурные шкалы. Приборы для измерения температуры. Использование данного параметра в практике работы.
4.Основное уравнение кинетической теории газов. Вывод уравнений Клапейрона и Клапейрона - Менделеева на его основе. Использование этих уравнений в практике пожарного дела.
5.Газовая постоянная. Универсальная газовая постоянная. Их физический смысл.
6.Законы идеальных газов: Бойля-Мариотта, Гей-Люссака, Шарля Закон Авогадро. Использование этих законов в практике пожарного дела.
7.Понятие газовой смеси. Парциальное давление. Закон Дальтона. Парциальный объем. Закон Амага. Способы задания газовых смесей. Пожарная опасность смесей горючих газов с воздухом.
8.Газовая смесь как рабочее тело. Уравнение состояния газовой смеси. Определение средней молярной массы, газовой постоянной, плотности, удельного объема смеси. Использование уравнений для газовых смесей
впрактике пожарного дела.
9.Теплоемкость газов. Виды теплоемкости газов и связь между ними. Теплоемкость газовых смесей. Зависимость теплоемкости от характера процесса, подвода тепла. Уравнение Майера. Использование теплоемкости для определения количества тепла, полученного газом в условиях пожара.
10.Зависимость теплоемкости от температуры. Истинная и средняя теплоемкости. Формулы для вычисления истинной и средней теплоемкости. Определение количества тепла при нагревании газов в интервале температур от T1 до Т2.
11.Закон сохранения энергии. Теплота и работа - формы передачи энергии. Внутренняя энергия системы и определение ее изменения. Определение работы расширения газа в различных процессах. Первый закон термодинамики и его математическое выражение.
12.Понятие о термодинамическом процессе. Обратимые (равновесные) и
необратимые (неравновесные) процессы. Основные термодинамические процессы. Общий метод исследования термодинамических процессов.
13 Исследование изохорного процесса изменения состояния газа, Практическое использование данного процесса в пожарном деле.
14.Исследование изобарного процесса изменения состояния газа, Практическое использование данного процесса в пожарном деле.
15.Исследование изотермического процесса изменения состояния газа.
12
Использование данного процесса в практике пожарного дела.
16.Исследование адиабатного процесса изменения состояния газа Использование данного процесса в практике пожарного дела.
17.Исследование политропного процесса изменения состояния газа Практическое использование данного процесса в пожарном деле.
18.Понятие о термодинамических циклах. Термический коэффициент полезного действия цикла,
19.Цикл Карно. Термический к. п. д. цикла Карно. Второй закон термодинамики.
20.Циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания.
21.Циклы компрессорных установок.
22.Циклы паросиловых установок.
23.Циклы газотурбинных установок.
24.Истечение газов и паров. Определение скорости истечения и массового расхода. Использование уравнений истечения газов и паров в практике пожарного дела.
25.Каналы переменного сечения. Сопло Лаваля.
26.Дросселирование газов и паров. Использование принципа дросселирования в технике и пожарном деле.
Задачи
27. В сосуде находится газ под разряжением 65 мм рт. ст. при температуре 0ºС. Ртутный барометр показывает 740 мм рт. ст. при температуре 20° С. Определить удельный объем и плотность газа при этих условиях.
|
|
|
|
а |
|
б |
|
в |
|
г |
|
д |
|
е |
|
||
|
|
газ |
воздух |
|
окись углерода |
|
азот |
|
хлор |
|
аммиак |
|
гексан |
|
|||
28. |
Баллон с газом емкостью 85 л при давлении 6 ат оказался в зоне очага |
||||||||||||||||
|
|
|
пожара. Определить, каково будет давление газа, если его температура |
||||||||||||||
|
|
|
через некоторое повысилась до: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
газ |
|
масса, кг |
|
|
температура, °С |
|
|||||
|
|
а |
|
|
гексан |
|
17 |
|
|
|
|
15 |
|
|
|||
|
|
б |
|
|
этилен |
|
14 |
|
|
|
|
17 |
|
|
|||
|
|
в |
|
|
|
метан |
|
10 |
|
|
|
|
20 |
|
|
||
|
|
г |
|
|
кислород |
|
7 |
|
|
|
|
22 |
|
|
|||
|
|
д |
|
|
|
этен |
|
3 |
|
|
|
|
25 |
|
|
||
|
|
е |
|
|
|
хлор |
|
2 |
|
|
|
|
28 |
|
|
||
29. Газ, заключенный в баллон емкостью 95 л, выпускают в атмосферу. Температура его вначале равна 30° С. Определить массу выпущенного газа, если начальное давление в баллоне составляло 107 бар, после выпуска – 52 бар, а температура снизилась
13
|
газ |
температура |
а |
аргон |
21 |
б |
бутан |
18 |
в |
пропан |
15 |
г |
двуокись углерода |
10 |
д |
кислород |
7 |
е |
пропан |
5 |
30. Компрессор подает сжатый воздух в резервуар, причем за время работы компрессора давление в резервуаре повышается от атмосферного до Р2, а температура от 20°С до t2. Объем резервуара 700 л. Барометрическое давление, приведенное к 0°С, равно 760 мм рт. ст. Определить массу воздуха, поданного компрессором в резервуар:
|
Р2, МПа |
t2, °С |
а |
0.7 |
25 |
б |
0.9 |
30 |
в |
1.1 |
35 |
г |
1.5 |
40 |
д |
2.0 |
45 |
31. Какова объемная доля азота в отработавших газах двигателя пожарная автомобиля, если объем остальных составляющих следующий: двуокись углерода-18%, кислород-6%, окись углерода-2%. Определить также газовую постоянную смеси, относительную молекулярную массу и плотность смеси при следующих давлении и температуре:
|
давление, МПа |
температура, °С |
а |
0.1 |
227 |
б |
0.4 |
300 |
в |
0.8 |
350 |
г |
2.1 |
370 |
д |
2.8 |
400 |
32. Определить объемный состав, молекулярную массу, газовую постоянную и объем смеси, если ее массовый состав следующий: пропан-48.7%, бутан16.8%, гексан-14.6%, этилен-4.7%, азот-15.2%. Давление смеси 3 бар, масса и температура смеси соответственно равны
|
масса, кг |
температура, °С |
а |
12 |
14 |
б |
9 |
17 |
в |
7 |
22 |
г |
4 |
25 |
д |
2 |
27 |
14
33. Объемный состав смеси следующий: пропан-18%, гексан-12%, азот-70%. До какого давления нужно сжать эту смесь, находящуюся при нормальных условиях, чтобы при температуре 230°С 11 кг ее занимали следующий объем:
|
а |
б |
в |
г |
д |
объем, л |
200 |
260 |
300 |
330 |
390 |
34. В помещении объемом 150 м3 при давлении воздуха 0.2 МПа и температуре 19° С произошло истечение ацетилена. Определить массовые и объемные доли смеси ацетилена с воздухом, а также сделать вывод о возможности образования взрывоопасной концентрации, если пределы воспламенения ацетилена 2.5 и 8.5 % по объему. Масса ацетилена равна:
|
|
|
|
|
масса, кг |
|
|
|
|
|
|
|
а |
|
8 |
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
6 |
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
г |
|
2,5 |
|
|
|
|
|
|
|
д |
|
1 |
|
|
|
|
35. Горючая смесь в цилиндре |
двигателя, |
имеющая температуру 100° С, |
|||||||
подвергается сжатию по политропе с показателем n=1.29. Определить |
|||||||||
конечное давление и степень сжатия в момент, когда температура |
|||||||||
достигнет: |
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
давление, кПа |
|
|
температура, ° С |
|
|
|
а |
|
91.2 |
|
190 |
|
|||
|
б |
|
88.4 |
|
175 |
|
|||
|
в |
|
71.9 |
|
148 |
|
|||
|
г |
|
60.5 |
|
120 |
|
|||
|
д |
|
56.1 |
|
90 |
|
|||
36.Газ массой 8 кг при давлении 0,1 МПа и температуре 26° С сжимается изотермически до давления 0.5 МПа, затем расширяется при постоянном давлении так, что объём увеличивается в 5 раз, после чего в изохорном процессе газ принимает начальное состояние. Рассчитайте неизвестные параметры в начале и конце каждого процесса. Для каждого процесса определите изменение внутренней энергии. Изобразите процесс изменения состояния газа в р-v диаграмме. Теплоёмкость принять линейно зависящей от температуры.
|
газ |
а |
азот |
б |
кислород |
в |
воздух |
г |
окись углерода |
д |
двуокись углерода |
15
37. Газовая смесь, находящаяся в реакторе, имеет следующий объемный состав: окись углерода =14%, азот =6%, кислород = 75%, водяные пары = 5% нагреваются от t1 до t2. Определить количество тепла, подведённого к газовой смеси. Зависимость теплоёмкости от температуры принять в соответствии со своим вариантом
|
t1, °С |
t2, °С |
m, кг |
|
а |
100 |
500 |
1 |
постоянная |
б |
150 |
600 |
2 |
линейная |
в |
100 |
700 |
3 |
нелинейная |
г |
150 |
800 |
4 |
постоянная |
д |
100 |
900 |
5 |
линейная |
38. |
4 кг газа при давлении |
402 кПа и температуре 100° С расширяются. |
|||||||||||||
|
Определить конечную температуру, количество тепла и совершенную |
||||||||||||||
|
работу, если расширение происходит: изобарно, адиабатно (k = 1.4). |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
газ |
|
давление, кПа |
|
|
|||
|
|
|
а |
|
|
хлор |
200 |
|
|
|
|||||
|
|
|
б |
|
|
метан |
160 |
|
|
|
|||||
|
|
|
в |
|
водяной пар |
135 |
|
|
|
||||||
|
|
|
г |
|
|
пропан |
107 |
|
|
|
|||||
|
|
|
д |
|
|
кислород |
85 |
|
|
|
|||||
39. |
Углекислоту сжимают |
изотермически при температуре 12° С до |
|||||||||||||
|
десятикратного уменьшения объёма. Определить конечное давление, |
||||||||||||||
|
работу сжатия и отводимое тепло, если начальное давление и масса |
||||||||||||||
|
углекислоты равны: |
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
масса, кг |
|
давление, МПа |
|
|
|||
|
|
|
|
|
а |
|
|
|
2 |
|
|
12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
б |
|
|
|
5 |
|
|
10.5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
в |
|
|
|
8 |
|
|
8,7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
г |
|
|
|
11 |
|
|
7 |
|
|
|
|
|
|
|
|
д |
|
|
|
14 |
|
|
5,5 |
|
|
|
40. |
3 кг газа при давлении 400 кПа и температуре 120° С расширяется до |
||||||||||||||
|
давления 87 кПа. Определить конечную температуру, количество тепла и |
||||||||||||||
|
совершаемую работу, если расширение происходит: |
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
газ |
|
|
термодинамический процесс |
|
|||
|
|
а |
|
|
|
хлор |
|
|
|
изохорный |
|
||||
|
|
б |
|
|
|
аргон |
|
|
|
изотермический |
|
||||
|
|
в |
|
|
пентан |
|
|
адиабатный (k=1.4) |
|
||||||
|
|
г |
|
углекислота |
|
|
политропный (n=1.2) |
|
|||||||
|
|
д |
|
|
водород |
|
|
изобарный |
|
||||||
16
41. В процессе политропного расширения газу сообщается 287 кДж тепла. Определить изменение внутренней энергии газа и произведенную работу, если объем газа увеличился в 15 раз, а давление уменьшилось в 8 раз.
|
а |
б |
в |
г |
д |
газ |
хлор |
кислород |
азот |
метан |
водород |
42. Воздух работает по циклу, с изохорным подводом тепла. Определить параметры цикла в характерных точках и полезную работу цикла, если масса воздуха, начальное давление, начальная температура, степень сжатия и количество подведённого во время сгорания тепла соответственно равны
|
m, кг |
Р1, кПа |
t1, °С |
Q, кДж |
ε |
а |
3 |
90 |
25 |
1600 |
4 |
б |
4 |
95 |
26 |
1500 |
5 |
в |
5 |
100 |
27 |
1400 |
6 |
г |
6 |
105 |
28 |
1300 |
7 |
д |
7 |
110 |
30 |
1200 |
8 |
Теплоёмкость воздуха принять постоянной. Вычертить график цикла.
43.При снятии индикаторной диаграммы дизельного двигателя пожарного судна (со смешанным подводом тепла) установлено, что степень повышения давления 1.4, степень расширения при изобарном подводе тепла 1.6. Показатель адиабаты 1.4. Рабочее тело – воздух. Определить параметры состояния рабочего тела в характерных точках и количество отведённой и подведённой теплоты, работу цикла, если масса воздуха, начальное давление, начальная температура и степень сжатия соответственно равны
|
m, кг |
Р1, кПа |
t1, °С |
ε |
а |
1 |
95 |
30 |
18 |
б |
2 |
100 |
28 |
19 |
в |
3 |
105 |
27 |
20 |
г |
4 |
110 |
26 |
21 |
д |
5 |
115 |
25 |
22 |
Сравнить КПД данного двигателя с КПД цикла Карно в этом температурном интервале. Вычертить график цикла.
44. Воздух совершает цикл Карно, наивысшее давление при этом составляет 20 бар, а наинизшее 1.2 бар, показатель адиабаты принять равным 1,4. Определить параметры состояния воздуха в характерных точках, работу, термический КПД цикла и количества подведенного и отведенного тепла. Начертить график процесса в координатах (р - v).
|
m, кг |
t1, °С |
t2, °С |
а |
1 |
25 |
297 |
17
б |
1.5 |
26 |
312 |
в |
2 |
27 |
320 |
г |
2.5 |
28 |
338 |
д |
3 |
29 |
349 |
45.Для идеального цикла газовой турбины с подводом тепла при постоянном давлении с начальными параметрами газа рассчитать: параметры в характерных точках, полезную работу, термический КПД, количество подведённого и отведённого тепла. Рабочее тело – воздух, теплоёмкость принять величиной постоянной горючей смеси
|
Р1, кПа |
t1, °С |
t3, °С |
λ |
ρ |
а |
900 |
80 |
580 |
13 |
5 |
б |
95 |
85 |
610 |
11 |
4 |
в |
100 |
90 |
650 |
10 |
3,5 |
г |
102 |
95 |
690 |
8 |
2,5 |
д |
105 |
100 |
700 |
6 |
1,5 |
Показатель адиабаты принять равным 1.4.
46. Для цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с подводом тепла при постоянном давлении определить параметры в характерных точках при использовании 1 кг рабочего тела, полученную работу, термический КПД, количество подведенного и отведенного тепла.
|
|
|
Р1, МПа |
t1, °С |
ε |
ρ |
|
а |
|
0.095 |
25 |
15 |
4 |
|
б |
|
0.098 |
27 |
13 |
3 |
|
в |
|
0.1 |
27 |
11 |
2 |
|
г |
|
0.15 |
28 |
9 |
1,5 |
|
д |
|
0.17 |
30 |
7 |
1 |
Рабочее тело – |
воздух. Теплоёмкость считать постоянной. |
|||||
47. Найти наибольшую степень сжатия в цикле с изохорным подводом теплоты, если известно, что начальное давление 100 кПа, показатель адиабаты 1.3, а начальная температура и температура самовоспламенения горючей смеси составляют:
|
t1, °С |
tсам, °С |
а |
100 |
380 |
б |
130 |
400 |
в |
160 |
430 |
г |
190 |
470 |
д |
200 |
500 |
48. В результате аварии в корпусе аппарата с хлором образовалось отверстие. Определить критическую скорость истечение и секундный массовый расход, если в ёмкости поддерживалось постоянное давление и температура.
18
|
d, мм |
Р, МПа |
t, ° С |
а |
8 |
8 |
18 |
б |
9 |
9 |
19 |
в |
10 |
10 |
20 |
г |
11 |
11 |
21 |
д |
12 |
12 |
22 |
Наружное давление принять равное 0.1МПа.
49.Для ликвидации горения продукта в реакторе предусмотрена подача азота. Определить требуемую площадь выходного сечения сопла, через которое будет происходить истечение газа в реактор, если известно, что давление азота, температура азота, требуемый секундный расход газа равны
|
Р, МПа |
t, ° С |
mτ, кг/с |
а |
0.40 |
25 |
0.15 |
б |
0.45 |
26 |
0.20 |
в |
0.50 |
27 |
0.25 |
г |
0.55 |
28 |
0.30 |
д |
0.60 |
29 |
0.35 |
Давление среды в реакторе 0.3МПа
50.Определить необходимый диаметр предохранительных клапанов для отвода продуктов взрыва из трубопровода, по которому транспортируется горячая паровоздушная смесь. Известно, что продукты взрыва имеют большую долю азота. Клапана срабатывают при давлении 0.122МПа. Количество продуктов сгорания, их плотность, время горения равны
|
V, м3 |
ρ, кг/м3 |
τ, сек |
а |
10 |
0.175 |
10 |
б |
15 |
0.180 |
15 |
в |
25 |
0.185 |
20 |
г |
30 |
0.190 |
25 |
д |
35 |
0.195 |
30 |
барометрическое давление 98кПа.
51.Воздух вытекает из резервуара. Найти значение давления среды, при котором теоретическая скорость адиабатного истечения будет равна критической и величину этой скорости, если первоначальное давление и температура соответственно равны
|
Р, бар |
t, ° С |
а |
1 |
15 |
б |
2 |
20 |
в |
3 |
25 |
19
|
|
|
г |
|
4 |
|
30 |
|
|
|
|
|
|
д |
|
5 |
|
35 |
|
|
|
52. Из газгольдера |
в атмосферу |
выходит метан. Определить диаметр |
||||||||
отверстия, если давление метана, его удельный объем и массовый расход |
||||||||||
равны: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Р, бар |
|
υ, м3/кг |
m , кг/с |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
τ |
|
|
а |
10 |
|
|
0.16 |
0.3 |
|
|||
|
б |
13 |
|
|
0.21 |
0.4 |
|
|||
|
в |
17 |
|
|
0.27 |
0.5 |
|
|||
|
г |
20 |
|
|
0.33 |
0.6 |
|
|||
|
д |
24 |
|
|
0.39 |
0.7 |
|
|||
53. Определить теоретическую скорость адиабатного истечения хлора и секундный массовый расход, если:
|
Р1, бар |
t1, ° С |
Р2, бар |
f, мм2 |
а |
70 |
50 |
45 |
10 |
б |
74 |
57 |
47 |
15 |
в |
83 |
64 |
50 |
20 |
г |
87 |
70 |
55 |
25 |
д |
91 |
75 |
60 |
30 |
Показатель адиабаты сжатия составляет 1.3.
54. Воздух вытекает из расширяющегося сопла в среду с давлением 1 бар. Определить размеры сопла, если первоначальные давление и температура, массовый расход воздуха и угол конусности расширяющейся части сопла соответственно равны
|
Р, бар |
t, ° С |
mτ, кг/с |
α |
а |
8 |
280 |
3 |
10° |
б |
9 |
300 |
4 |
20° |
в |
10 |
320 |
5 |
25° |
г |
11 |
340 |
6 |
30° |
д |
12 |
350 |
7 |
35° |
Расширение воздуха в сопле считать адиабатным.
Методические указания по изложению теоретических вопросов.
Изложению теоретического вопроса должна предшествовать детальная проработка всего программного материала по курсу «Термодинамика». При подготовке к ответу можно использовать литературу, предложенную в методических указаниях, или любую другую, допущенную Министерством высшего и среднего специального образования РФ в качестве учебного пособия.
20