Задача 1. Смесь, состоящая из m1 килограммов азота и m2 килограммов кислорода, имея начальные параметры – давление P1 = 5 МПа и температуру t1 = 27 оС, расширяется при постоянном давлении до объема V2 = r V1; затем смесь расширяется в процессе pVn = const до объема V3 = δ V2 .
О п р е д е л и т ь газовую постоянную смеси, начальный объем V1, параметры смеси – давление, температуру и объем в состояниях 2 и 3. Найти изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии, теплоту и работу расширения в процессах 1-2 и 2-3. Построить процессы в рабочей и тепловой диаграммах. Исходные данные для решения задачи приведены в таблице 1.
При определении молярной массы и газовой постоянной обратить внимание на способ задания смеси.
Теплоемкости компонентов смеси рассчитать с использованием уравнения Майера.
Для расчета параметров состояния использовать уравнение состояния идеального газа.
| Последняя цифра шифра |
m1 , кг | m2, кг | r = V2 /V1 | Предпоследняя цифра шифра |
n | δ= V3 /V2 |
| 0 | 2 | 18 | 3 | 0 | 1,2 | 5 |
| 1 | 3 | 17 | 3,5 | 1 | 1,25 | 6 |
| 2 | 4 | 16 | 4 | 2 | 1,3 | 3,5 |
| 3 | 5 | 15 | 4,5 | 3 | 1,35 | 2 |
| 4 | 6 | 14 | 5 | 4 | 1,4 | 2,5 |
| 5 | 7 | 13 | 4,5 | 5 | 1,2 | 3,5 |
| 6 | 8 | 12 | 4 | 6 | 1,25 | 3,8 |
| 7 | 9 | 11 | 3,5 | 7 | 1,3 | 4,2 |
| 8 | 10 | 10 | 4 | 8 | 1,35 | 3 |
| 9 | 11 | 9 | 3 | 9 | 1,4 | 2,5 |
Задание 2. Рассчитать многоступенчатый поршневой компрессор для сжатия воздуха без учета трения и вредного пространства; о п р е д е л и т ь количество ступеней компрессора, степень повышения давления в каждой ступени, количество тепла, отведенное от воздуха в цилиндрах компрессора (при охлаждении до t1), и мощность на привод компрессора, если давление воздуха на входе в первую ступень Р1= 0,1 МПа, температура t1 = 27 оС . Допустимое повышение температуры в каждой ступени ∆t, показатель политропы сжатия n, расход воздуха G кг/с и конечное давление Рк выбрать из таблицы 2.
Таблица 2
| Последняя цифра шифра |
∆t1,°С | Рк, МПа | Предпоследняя цифра шифра |
n | G, кг/с |
| 0 | 180 | 11 | 0 | 1,29 | 0,2 |
| 1 | 190 | 12 | 1 | 1,31 | 0,3 |
| 2 | 195 | 13 | 2 | 1,32 | 0,4 |
| 3 | 200 | 14 | 3 | 1,36 | 0,5 |
| 4 | 205 | 15 | 4 | 1,28 | 0,6 |
| 5 | 210 | 16 | 5 | 1,3 | 0,7 |
| 6 | 180 | 17 | 6 | 1,25 | 0,8 |
| 7 | 190 | 18 | 7 | 1,3 | 0,9 |
| 8 | 200 | 19 | 8 | 1,37 | 1,0 |
| 9 | 210 | 20 | 9 | 1,33 | 1,2 |
При расчете по допустимым ∆t, как правило, получается число ступеней, не равное целому числу (например, 1,2, 3,6, 2,5), поэтому нужно принимать целое число (соответственно 2, 4, 3 ) и для ∆t, соответствующего целому числу ступеней проводить все расчеты. определении молярной массы и газовой постоянной обратить внимание на способ задания смеси.
Задача 3. Водяной пар, имея начальные параметры Р1= 5 МПа и х1 = 0,9, нагревается при постоянном давлении до температуры t2, затем дросселируется до давления Р3. При давлении Р3 пар попадает в сопло Лаваля, где расширяется до давления Р4 = 5 кПа.
О п р е д е л и т ь, используя i-s диаграмму водяного пара: количество тепла, подведенного к пару в процессе 1-2; изменение внутренней энергии и энтропии, а также конечную температуру t3 в процессе дросселирования 2-3. Определить конечные параметры и скорость на выходе из сопла Лаваля, параметры пара и скорость в минимальном сечении, а также расход пара в процессе изоэнтропного истечения 3-4, если известна площадь минимального сечения сопла fmin , см2. Все процессы показать в i-s диаграмме. Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 3.
Таблица 3
| Последняя цифра шифра |
t2,°С | Предпоследняя цифра шифра |
Р3, МПа | fmin, см2 |
| 0 | 300 | 0 | 1,4 | 10 |
| 1 | 330 | 1 | 1,3 | 20 |
| 2 | 370 | 2 | 1,2 | 30 |
| 3 | 400 | 3 | 1,1 | 40 |
| 4 | 420 | 4 | 1,0 | 50 |
| 5 | 460 | 5 | 0,9 | 60 |
| 6 | 500 | 6 | 0,8 | 70 |
| 7 | 530 | 7 | 0,7 | 80 |
| 8 | 550 | 8 | 0,6 | 90 |
| 9 | 600 | 9 | 0,5 | 100 |
Задача 4. Рассчитать теоретический цикл двигателя внутреннего сгорания или газотурбинной установки в зависимости от варианта, если известны начальные температура и давление (табл. 4). Тип цикла и его характеристики приведены в табл. 5.
Определить:
- параметры рабочего тела, внутреннюю энергию, энтропию и энтальпию в характерных точках цикла;
- теплоемкость, изменение внутренней энергии, энтальпии и энтропии, теплоту и работу для каждого процесса входящего в цикл;
- подведенную и отведенную теплоту, работу и термический КПД цикла;
- построить цикл в рабочей и тепловой диаграммах.
При решении задачи в качестве рабочего тела взять воздух. Начальное состояние соответствует нормальным условиям. Теплоемкость воздуха принять не зависящей от температуры. Расчет цикла произвести на 1 кг рабочего тела.
Таблица 4
| Предпоследняя цифра шифра |
t1,°С | Р1, бар | Предпоследняя цифра шифра |
t1,°С | Р1, бар |
| 0 | -10 | 0,8 | 5 | 40 | 1,1 |
| 1 | 0 | 0,9 | 6 | 30 | 1 |
| 2 | 10 | 1 | 7 | 20 | 0,9 |
| 3 | 20 | 1,1 | 8 | 10 | 0,8 |
| 4 | 30 | 1,2 | 9 | 0 | 1,2 |
Таблица 5
| Последняя цифра шифра |
n1 | n2 | e | l | r | p | Тип цикла |
| 0 | 1,4 | 1,35 | 5 | 4,6 | — | — | I |
| 1 | 1,34 | 1,3 | 5,5 | 4,3 | — | — | I |
| 2 | 1,38 | 1,33 | 10,5 | — | 2,1 | — | II |
| 3 | 1,32 | 1,25 | 12 | — | 1,8 | — | II |
| 4 | 1,34 | 1,3 | 16 | 1,6 | 1,8 | — | III |
| 5 | 1,4 | 1,36 | 19 | 1,5 | 1,5 | — | III |
| 6 | 1,36 | 1,34 | — | — | 1,8 | 6 | IV |
| 7 | 1,3 | 1,28 | — | — | 1,5 | 7,5 | IV |
| 8 | 1,4 | 1,38 | — | 1,4 | — | 7 | V |
| 9 | 1,36 | 1,34 | — | 1,6 | — | 6 | V |