Термодинамика

Задача В термосе находится 1 кг воды при 100 ^оС, температура окружающей среды 20 ^оС. После открытия крышки термоса температура воды в нем снизилась до 50 ^оС. Определить изменение энтропии данной системы, приняв изобарную теплоемкость воды постоянной и равной 4,187 кДж/(кг∙К). Показать процессы передачи теплоты в T,S - диаграмме.

Задача В бак, содержащий 20 кг воды с t₁ = 10 ^оС, вливается 15 кг воды с t₂ = 80 ^оС. Считая бак адиабатной оболочкой, а процесс смешения изобарным с постоянной теплоемкостью воды с_pH2O = 4,19 кДж/(кг∙К), определить возрастание энтропии системы за счет необратимости процесса смешения воды и потерю максимально возможной работы (эксергии) системы при температуре внешней среды 5 ^оС.

Задача Определить возрастание энтропии системы при диффузионном смешении азота (N₂) и водорода (H₂) (рис. 1).
Задано:  V₁ = 1 м³; V₂ = 2 м³; р₁ = р₂ = 1 бар; t₁ = t₂ = t_ос = 30 °С. Газы считать идеальными.

Задача Определить эксергию источника теплоты с T = 500 K = const, отдающего 100 кДж теплоты, если температура окружающей среды t_ос = 20 ^оС. Показать эксергию в Т,S - диаграмме.

Задача Определить эксергию источника теплоты в виде 1 кг водяного пара, изобарно охлаждающегося от р₁ = 10 бар и t₁ = 500 ^оС до температуры окружающей среды t₂ = t_ос = 20 ^оС. Показать эксергию в Т, S- диаграмме.

Задача В воздушный тепловой двигатель с внутренним относительным КПД h_oi=0,7 поступает воздух с параметрами р_о=1,1 МПа, t_о=270 ^оС и расширяется без теплообмена с окружающей средой до р_к=0,11 МПа (рис. 1). Считая, что реальный необратимый процесс изменения состояния воздуха (1-2*) описывается уравнением рvⁿ=const, определить удельные теоретическую и действительную технические работы, потерю работы за счет трения, теплоту трения, возрастание энтропии воздуха. Воздух считать идеальным двухатомным газом с постоянными теплоемкостями с_р и с_v.

Рис. 1 Обратимый 1-2 и необратимый 1-2^* процессы адиабатного расширения идеального воздуха в T,s- диаграмме

Задача В компрессоре воздух адиабатно сжимается от давления р₁ = 1 бар до р₂ = 10 бар, при этом его температура повышается от Т₁ = 295 К до Т_2i = 640 К. Определить удельные теоретическую l_о и действительную l_оi технические работы, потерю работы за счет трения  и адиабатный коэффициент компрессора. Показать в диаграмме T,s процесс и соответствующие ему l_о, l_оi, .Воздух считать идеальным двухатомным газом с постоянными теплоемкостями с_р и с_v.

Задача Определить удельные теоретическую и действительную технические работы сжатия воды в насосе. Параметры воды на входе в насос р₁ = 15 бар, t₁ = 25 ^оC, а давление на выходе р₂ = 100 бар. Процесс сжатия считать адиабатным, а адиабатный коэффициент насоса η_н = 0,8.

Задача В двухступенчатом компрессоре с промежуточным изобарным охлаждением (рис. 1) воздух политропно сжимается от давления 1 бар до 60 бар. Начальная температура воздуха в каждой ступени одинакова t₁=t₃=20 °С. Отношение давлений в каждой ступени также одинаково n₁=р₂/р₁=n₂=р₄/р₃. Показатель политропы n=1,25 в каждой ступени сжатия компрессора. Объемная производительность компрессора 500 н.м³/ч (при нормальных физических условиях). Определить мощность, необходимую для привода компрессора. Изобразить процесс сжатия воздуха в диаграммах р,v и T,s.
Воздух считать идеальным двухатомным газом с постоянными теплоемкостями с_р и с_v.

Рис. 1 Схема двухступенчатого компрессора с промежуточным изобарным охлаждением воздуха

Задача Через сопло происходит истечение двуокиси углерода СО₂. Задано: расход газа G = 1 кг/c, давление перед соплом р_o = 5 бар, начальная температура t_o = 400 °С, давление за соплом р_к = 1 бар.

Выбрать профиль соплового канала и определить площади его характерных сечений.

Газ считать идеальным с постоянным коэффициентом Пуассона.

Расчет произвести для трех случаев:

1) считая процесс истечения обратимым, а начальную скорость равной нулю с_о = 0;

2) считая процесс истечения обратимым, а начальную скорость равной с_о = 200 м/c;

3) считая процесс истечения необратимым с h_с = 0,9 , а начальную скорость равной с_о = 200 м/c.