• 1. Какое массовое количество воздуха, должно быть подано компрессором в резервуар объемом V=3 м3, чтобы при постоянной температуре t1 и барометрическом давлении 750 мм рт. ст. давление по манометру в нем повысилось от p1 до p2?
• 2. Анализ продуктов сгорания показал следующий объемный состав, %: CO2- 12,2; O2 - 7,1; CO - 0,4; N2 - 80,3. Определить массовый состав входящих в смесь газов, газовую постоянную, удельный объем и плотность меси при абсолютном давлении p и температуре t. Определить также парциальные давления компонентов смеси.
• 3. Найти затрату теплоты на нагревание объема воздуха V, м3, при постоянном давлении 750 мм рт. ст., если начальная температура воздуха t1, а конечная t2. Определить объем воздуха в конце процесса нагревания. Процесс изменения состояния воздуха изобразить в p,V- координатах. Для объемной средней теплоемкости воздуха при нормальных физических условиях принять линейную зависимость c'pm=1,2866+0,00012t, кДж/(м3 К).
• 4. Определить газовую постоянную, среднюю (кажущуюся) молекулярную массу смеси идеальных газов, если ее массовый состав следующий, %: CO2=18; O2=12 и N2=70. Определить также удельный объем и плотность смеси при абсолютном давлении p1=0,1 МПа и температуре t1. Найти среднюю массовую теплоемкость смеси при постоянном давлении в интервале температуры t1 и t2.
• 5. Определить объемный состав смеси идеальных газов, заданной в массовых долях (см. задачу №4), парциальные давления ее компонентов при абсолютном давлении смеси p, а также средние изобарные мольную и объемную теплоемкости смеси в интервале температуры от 0°С до t.
• 6. До какой температуры будет нагрет углекислый газ (СО2) объемом V1, если сообщить ему теплоту Q, кДж, при постоянном абсолютном давлении p? Начальная температура газа t1=100°С. Определить объем газа в конце процесса нагрева, а также удельные значения изменений внутренней энергии, энтальпии и энтропии в процессе. Теплоемкость газа принять не зависящей от температуры.
• 7. До какого давления надо сжать воздух в политропном процессе со средним показателем n=1,3 в цилиндре двигателя внутреннего сгорания (дизеля) при начальном абсолютном давлении p1 и температуре t1, чтобы достигнуть температуры воспламенения топлива 650°С? Определить также работу, затрачиваемую на сжатие, и количество отводимой теплоты, отнесенных к 1 кг воздуха. Теплоемкость воздуха считать независящей от температуры.
• 8. Начальные параметры 1 м3 азота p1 и t1. Определить конечные параметры газа (V2, p2, t2), если в процессе адиабатного расширения газа его внутренняя энергия уменьшалась на ΔU, кДж. Определить также удельное значение изменения энтальпии газа в процессе. Теплоемкость азота принять независящей от температуры.
• 9. В пароперегревателе котельного агрегата за счет подведенной теплоты q к 1 кг водяного пара при постоянном давлении p температура пара повысилась до значения t. Определить состояние пара и его параметры до пароперегревателя (температуру, удельный объем, энтальпию, внутреннюю энергию и энтропию). Решение задачи иллюстрировать h,s-диаграммой.
• 10. 1 кг влажного водяного пара изотермически расширяется от состояния с параметрами p1 и x1 до давления p2. Определить конечные параметры (v, h, s), а также изменения внутренней энергии, энтропии, количество подведенной теплоты и работу пара в процессе.
• 11. 1 кг водяного пара с начальными параметрами t1 и x1 сжимается в адиабатном процессе, при этом объем пара уменьшается в 10 раз. Определить параметры пара (p, v, t, h, s) в конце сжатия, а также изменение энтальпии и работу сжатия. Решение задачи иллюстрировать h,s-диаграммой.
• 12. Водяной пар в количестве G, кг, при начальном абсолютном давлении p1=0,8 МПа расширяется при постоянной температуре от объема V1 до объема V2. Определить количество подведенной теплоты, изменение внутренней энергии и работу в процессе. Решение задачи иллюстрировать h,s-диаграммой.
• 13. 1 кг влажного насыщенного водяного пара при начальном значении энтропии s1 и начальной влажности (1 - x) сжимается в процессе без теплообмена, при этом объем пара уменьшается в ε раз. Определить абсолютное давление, температуру и энтальпию пара в конце процесса сжатия, а также работу процесса. Решение задачи иллюстрировать h,s-диаграммой.
• 14. Определить, пользуясь H,d-диаграммой влажного воздуха, влагосодержание, парциальное давление пара и относительную влажность воздуха при барометрическом давлении B=745 мм рт. ст., если известны температура влажного воздуха t и точка росы tр.
• 15. Воздух, имея давление по манометру p1 и температуру t1, вытекает в атмосферу через сопло Лаваля. Массовый расход воздуха - G. Определить теоретическую скорость истечения и основные размеры сопла (изобразить схему сопла в масштабе). Угол конуса расширяющейся части сопла принять равным 10°. Барометрическое давление B=750 мм рт. ст. Определить также располагаемую мощность струи при истечении. Истечение считать адиабатным, скорость воздуха перед соплом и потери на трение не учитывать.
• 16. Определить теоретическую скорость адиабатного истечения и массовый расход воздуха из суживающегося сопла с площадью выходного сечения f2, если абсолютное давление воздуха перед соплом p1, а давление среды, в которую вытекает воздух, p2. Температура воздуха перед соплом t=47°С. Скоростью воздуха на входе в сопло и потерями на трение пренебречь. Будет ли полное расширение воздуха в сопле, если при прочих равных условиях давление за соплом понизится до 400 кПа? Как при этом изменятся расход и скорость истечения воздуха?
• 17. Азот с начальным абсолютным давлением p1 и температурой t1 вытекает в количестве 0,2 кг/с через сопло в атмосферу (барометрическое давление B=750 мм рт. ст.). Определить тип сопла, скорость истечения и выходной диаметр сопла. Истечение считать адиабатным. Скоростью на входе в сопло и потерями на трение пренебречь.
• 18. Влажный насыщенный водяной пар с начальными параметрами p1 и x1 дросселируется до давления p2. Определить состояние пара в конце процесса дросселирования и его конечные параметры, а также изменение внутренней энергии и энтропии. Условно изобразить процесс дросселирования на h,s-диаграмме.
• 19. В клапанах паровой турбины водяной пар с начальными параметрами p1 и t1 дросселируется до давления p2, а затем в соплах турбины адиабатно расширяется до давления p3. Определить потерю полезной работы турбины вследствие дросселирования. Решение задачи иллюстрировать h,s-диаграммой.
• 20. Для цикла Карно определить параметры всех переходных точек цикла, подведенную и отведенную теплоту, а также термический КПД цикла, если заданы значения граничных абсолютных давлений pmax и pmin и температур tmax и tmin. Рабочим телом является 1 кг сухого воздуха.
• 21. Определить степень сжатия, давление и температуру в переходных точках идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с подводом теплоты при постоянном объеме, а также термический КПД, удельные значения (на 1 кг рабочего тела) полезной работы, подведенной и отведенной теплоты, если известно, что абсолютное давление рабочего тела в начале сжатия p1=95кПа, а в конце сжатия - p2. Отношение давления рабочего тела в процессе подведения теплоты λ. Температура в начале процесса сжатия t1=47°C. Рабочим телом считать сухой воздух.
• 22. Для идеального цикла поршневого двигателя внутреннего сгорания с изобарным подводом теплоты определить основные параметры рабочего тела в переходных точках цикла, термический КПД, полезную работу, если заданы начальные параметры цикла p1=0,1 МПа и t1=47°С, степень сжатия ε и количество подведенной теплоты q1. Рабочее тело - 1 кг сухого воздуха. Теплоемкость принять не зависящей от температуры.
• 23. 1 кг сухого воздуха в идеальном цикле поршневого двигателя внутреннего сгорания со смешанным подводом теплоты имеет начальные параметры p1=0,1 МПа и t1=67°С. Определить основные параметры рабочего тела в переходных точках цикла, термический КПД и полезную работу цикла, если заданы степень сжатия ε, количество подведенной теплоты по изохоре qν и по изобаре qp. Теплоемкость воздуха принять не зависящей от температуры.
• 24. Для идеального цикла газотурбинной установки с изобарным подводом теплоты определить основные параметры рабочего тела в переходных точках цикла, термический КПД, полезную работу, количество подведенной и отведенной теплоты, если в начале сжатия рабочего тела абсолютное давление p1=0,1МПа, температура t1=17°C. Степень повышения давления в цикле - λ, а температура рабочего в конце расширения - t4. Рабочее тело - 1 кг сухого воздуха.
• 25. Для теоретического одноступенчатого воздушного компрессора определить секундную работу, затрачиваемую на его привод, если подача компрессора при начальных параметрах воздуха (p1=0,1 МПа t1=17°С) составляет V. Сжатие газа до конечного абсолютного давления p2 протекает по политропе с показателем n=1,2. Определить также расход воды, если температура ее в охлаждающей рубашке компрессора повысилась на 20°С.
• 26. Одноступенчатый поршневой компрессор всасывает воздух в количестве V при давлении p1=0,1 МПа и температуре t1=27°С и сжимает его до давления по манометру p2. Определить секундную работу процесса сжатия и теоретическую мощность привода компрессора для случаев изотермического, адиабатного и политропного (с показателем политропы n=1,2) сжатия. Сделать вывод по данным расчета.
• 27. Сравнить значения термического КПД основного цикла паросиловой установки при одинаковых начальном и конечном абсолютных давлениях p1=p2=5 кПа, если в одном случае пар сухой насыщенный, а в другом - перегретый до температуры t1 (при тех же значениях p1 и p2). Решение задачи иллюстрировать h,s-диаграммой.
• 28. Определить термический КПД основного цикла паросиловой установки, работающей с начальным абсолютным давлением водяного пара p1 и начальной температурой t1. Как изменится КПД, если пар предварительно дросселировать от давления p1 до давления p2? Конечное давление пара pк=4 кПа. Решение задачи иллюстрировать h,s-диаграммой.
• 29. Определить термический КПД цикла паросиловой установки с промежуточным (вторичным) перегревом водяного пара, если начальное абсолютное давление - p1, начальная температура - t1, конечное давление pк=5 кПа и промежуточное давление p2=1,0 МПа. Температуру пара при вторичном перегреве t3 принять на 20°С меньше t1. Решение задачи иллюстрировать h,s-диаграммой.