Параметры состояния рабочего тела. Термодинамический процесс и законы термодинамики. Реальные газы. Влажный воздух. Физические свойства воды и водяного пара на линии насыщения, страница 5

Задача № 4.3

Сосуд емкостью V=40 литров содержит углекислый газ при давлении

а) Р₁ = 0,5 МПа;                       б) Р₁ = 0,8 МПа;             в) Р₁ = 1,0 МПа.

и температуре t₁=30 ^оС. Определить количество теплоты, которое необходимо отдать этому газу и температуру t₂, при которых давление повысилось до Р₂=(1,4+0,1·n), МПа. Теплоемкость считать постоянной.

Рекомендации: для определения необходимого значения температуры использовать соответствующее уравнение процесса (4.1, табл. 4.1), плотность ρ₁ определить по удельному объему υ₁=1/ ρ₁, который найти по уравнению состояния (4.7), массу газа найти через плотность и объем сосуда . Необходимая теплота находится по (4.5 и 4.10), где изохорная теплоемкость находится из зависимости (2.2) и табл. 2.1.

Задача № 4.4

Определить давление Р₁=Р₂, плотности ρ₁, ρ₂  и объем V₂   углекислого газа массой m = 3 кг, находящегося в баллоне объемом:

а) V₁ = 1,5 м³;                          б) V₁ = 2,5 м³;                в) V₁ = 3,5 МПа.

если его температура увеличилась с t₁ = 0 ^оС до t₂ = (50+10·n).

Рекомендации: плотность ρ₁ находятся заданным значениям m и V₁,  ρ₂  - по уравнениям процесса (4.1, 4.8), давление – по уравнению состояния (4.7), объем V₂ по (4.9). Молекулярная масса углекислого газа рассчитывается по значениям молекулярных масс его составляющих.

Задача № 4.5

Рассчитать, при какой температуре наружного воздуха в кислородном баллоне объемом 40 л возникает допустимое (критическое по прочности баллона) давление Р₂ = 240 ат, если первоначальная температура внешнего воздуха составляет , а масса кислорода в баллоне составляет

а) m=9 кг;                    б) m=11 кг;                        В) m=13 кг.

Рекомендации: определить первоначальное давление Р₁ по уравнению состояния (4.7) и затем по уравнению процесса (4.1) найти необходимую температуру.

Задача № 4.6

Определить температуру воздуха после адиабатического сжатия в компрессоре до давления Р₂=(700+100·n), кПа, температура и давление воздуха перед сжатием равны

а) Р₂=770 мм рт. ст.,  t₁ = 20 ^оС;     

б) Р₂=4 ат,  t₁ = 60 ^оС;

в) Р₂=8 ат,  t₁ = 100 ^оС.

Найти совершенную работу сжатия.

Объемный состав воздуха: кислород - 19 %, азот - 78 %, углекислый газ - 2 %.

Рекомендации: параметры состояния до и после сжатия находятся по уравнению (4.7), а также по уравнению процесса (4.1). Показатель адиабаты определяется по зависимости , молекулярная масса и теплоемкость воздуха определяются по (2.13) и (2.14). Работа сжатия находится по (4.6).

Тема 5. Реальные газы

5.1. Водяной пар

Насыщенный водяной пар – пар, получаемый при кипении воды при постоянной температуре (температуре насыщения).

Для определения характеристик насыщенного пара используют таблицы воды и водяного пара, в которых приводятся данные в зависимости только от температуры или давления (табл. 5.1 и 5.2).

Теплота, передаваемая при нагреве воды

, кДж,                                                (5.1)

где энтальпия воды       , кДж/кг.                                                 

Теплота, передаваемая при парообразовании

, кДж,                                        (5.2)

где m, V – масса (кг) и объем (м³) воды; ρ’ – плотность воды, кг/м³;  r – теплота парообразования, кДж/кг; с’_р – средняя изобарная теплоемкость воды, кДж/(кгּК).

Тепловая мощность находится из

, кВт,                                                         (5.3)

где τ – время, с.

Объемный расход среды определяется через скорость ее движения U (м/с) и площадь поперечного сечения канала S (м²)

G_υ=U·S, м³/с.                                                       (5.4)

Массовый расход среды находится из

G_m= G_υ · ρ, кг/с.                                                  (5.5)

Таблица 5.1

Физические свойства водяного пара на линии насыщения

(по температурам)