Министерство образования и науки Российской Федерации

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

“Ивановский Государственный энергетический университет

им. В.И. Ленина”

Кафедра ТОТ

Контрольная работа

по курсу

«Техническая термодинамика ч.1»

Выполнил:

Студент гр. 2-75

Беляев А.Н. (512002)

Иваново 2014.

Содержание:

Контрольная работа №1	3
Задание 1	3
Задание 1.1 «Расчет основных характеристик смеси идеальных газов»	3
Задание 1.2 «Расчет политропного процесса смеси идеальных газов»	5
Задание 2 «Расчет комбинированного процесса идеального воздуха»	7
Контрольная работа №2	10
Задание 3 «Расчет процесса воды и водяного пара»	10
Задание 4 «Расчет процесса влажного атмосферного воздуха»	13
Список использованной литературы	16

Контрольная работа 1.

Задание 1: Провести расчет процесса закономерного (политропного) изменения состояния смеси идеальных газов и изобразить этот процесс в P,V- и T,s-диаграммах.

Задание 1.1 «Расчет основных характеристик смеси идеальных газов».

Исходные данные задания 1.1.

№	N4	N5	Газ 1	Газ 2	μ1, кг/кмоль	μ2, кг/кмоль	μcvсм, Дж/(кмоль∙К)
2	0	0	H2	CH4	2	16	22864

Выполнение задания 1.1:

Определение мольной изобарной теплоемкости газов:

где R_μ – универсальная газовая постоянная ();

Объемные доли определяются на основании уравнения мольной теплоемкости смеси газов и равенства r₁+r₂=1:

и мольных теплоемкостей каждого из газов:

где i – число степеней свободы данного газа.

Подставим мольные теплоемкости газов 1 и 2 в уравнения мольной теплоемкости смеси этих газов, получим объемные доли r₁ и r₂:

Далее находим условную мольную массу смеси газов:

Расчет массовых долей смеси газов:

Определение газовой постоянной смеси газов:

Расчет удельных массовых изохорных и изобарных теплоемкостей смеси газов:

Определение коэффициента Пуассона смеси газов:

Таблица: «Характеристики смеси идеальных газов»

Газ 1 – H2, газ 2 – CH4
g1	g2	r1	r2	μсм, кг/кмоль	Rсм, Дж/(кг ∙К)	μcVсм, Дж/(кмоль∙К)	μcPсм, Дж/(кмоль∙К)	cVсм, кДж/(кг∙К)	cPсм, кДж/(кг∙К)	Kсм
0.11	0.89	0.5	0.5	9	923.8	22864	31178	2.54	3.46	1.362

Задание 1.2 «Расчет политропного процесса смеси идеальных газов».

Исходные данные задания 1.2.

№	N4	N5	P1, МПа	V1, м^3/кг	Процесс 1-2	P2, МПа
2	0	0	0.01	11.645	T-const	0.05

Выполнение задания 1.2:

Определение термических параметров газового процесса.

Определение термических параметров газа в начале и конце процесса ведется по закономерностям обратимого изотермического процесса и уравнению состояния идеального газа:

Таблица: «Термические параметры начального и конечного состояний смеси идеальных газов политропного процесса»

P1, МПа	t1, °C	V1, м^3/кг	P2, МПа	t2, °C	V2, м^3/кг
0.01	-147.05	11.645	0.05	-147.05	2.329

Определение энергетических характеристик газового процесса.

Энергетические характеристики газового процесса рассчитываются по первому закону термодинамики с учетом закономерностей процесса. Процесс обратимый изотермический, следовательно, изменение внутренней энергии и энтальпии равны нулю (ΔU=0, Δh=0), а работа изменения объема равна теплоте процесса:

Изменение энтропии определяется как:

Таблица: «Результаты расчета политропного процесса смеси идеальных газов»

Процесс (изотермический)	n	q, кДж/кг	l, кДж/кг	ΔU, кДж/кг	Δh, кДж/кг	Δs, кДж/(кг∙К)
T=const	1	-187.48	-187.48	0	0	-1.487

Схематичное изображение расчетного изотермического процесса смеси идеальных газов 1-2 в P,V- и T,s-диаграммах.

Качественный и количественный анализ процесса:

Работа изменения объема данного процесса отрицательная (l<0), т.к. объем газа уменьшается (V₂<V₁), изменение внутренней энергии и энтальпии равны нулю (ΔU=0, Δh=0), т.к. процесс изотермический (T=const). Первый закон термодинамики в данном расчете выполняется: ΔU=0; q-l=-187.48+187.48=0.

Задание 2: Выполнить расчет комбинированного процесса 1-2-3 идеального воздуха, с учетом влияние температуры на его изобарную и изохорную теплоемкости, т.е. при с_р=f(t) и с_v=f(t). Процесс 1-2 – обратимый адиабатный (s=const), а 2-3 – изохорный (V=const) или изобарный (P=const).

Исходные данные задания 2.

№	N4	N5	t1, °C	V1, м^3/кг	Процесс 1-2	P2, МПа	Процесс 2-3	P3, МПа
2	0	0	175	0.2573	s=const	0.1	V=const	0.16

Выполнение задания 2:

Определение термических параметров и энергетических характеристик в характерных точках процесса 1-2-3.

Адиабатный процесс 1-2:

По уравнению состояния идеального газа найдем давление в начальной точке процесса:

где R – удельная газовая постоянная для сухого воздуха ().

По таблице свойств идеального воздуха найдем его термодинамические параметры при t₁=175°C:

t, °C	T, К	h, кДж/кг	U, кДж/кг			s^0, кДж/(кг∙К)
175	448.15	450.04	321.38	5.6911	2260.7	7.11

Рассчитываем во второй точке процесса по отношению давлений адиабатного процесса:

По величине определяем по таблице термодинамических свойств идеального воздуха его температуру и калорические параметры:

	t, °C	T, К	h, кДж/кг	U, кДж/кг		s^0, кДж/(кг∙К)
1.13822	10	283.15	283.35	202.06	7179	6.6464

Задавшись (произвольно) величиной P₀=1 бар, рассчитываем абсолютные значения энтропий:

Равенство значений энтропии s₁=s₂ (в пределах погрешности расчета) указывает на правильность определения параметров обратимого адиабатного процесса.

По уравнению состояния идеального газа найдем объем в конечной точке процесса:

Разность энтальпий, разность внутренних энергий и работа изменения объема для адиабатного процесса 1-2 определяется в соответствии с первым законом термодинамики:

Изохорный процесс 2-3:

Определяем температуру в конечной точке процесса по уравнению состояния идеального газа:

По таблице свойств идеального воздуха найдем его термодинамические параметры при t₃=180°C:

t, °C	T, К	h, кДж/кг	U, кДж/кг	s^0, кДж/(кг∙К)
180	453.04	455.15	325.05	7.1213

Задавшись (произвольно) величиной P₀=1 бар, рассчитываем абсолютные значения энтропии:

Рассчитываем изменение энтальпии и внутренней энергии. Теплота в изохорном процессе равна изменению внутренней энергии, т.к. работа изменения объема равна нулю:

Определяем теплоту, работу изменения объема, изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии на всем процессе 1-2-3:

Таблица: «Результаты расчета процесса 1-2-3»

Точка	P, МПа	t, °C	V, м^3/кг	U, кДж/кг	h, кДж/кг	s, кДж/(кг∙К)
1	0.5	175	0.2573	321.38	450.05	6.64
2	0.1	10	0.8126	202.06	283.35	6.64
3	0.16	180	0.8126	325.05	455.15	6.9864
Процесс		q, кДж/кг	l, кДж/кг	ΔU, кДж/кг	Δh, кДж/кг	Δs, кДж/(кг∙К)
1-2		0	119.38	-119.38	-166.7	0
2-3		122.99	0	122.99	171.8	0.3464
1-2-3		122.99	119.38	3.61	5.1	0.3436

Схематичное изображение 1-2-3 процесса идеального воздуха в P,V- и T,s-диаграммах.