Литература

1. Амерханов Р.А. Теплоэнергетические установки и системы сельского хозяйства. Р.А. Амерханов, А.С. Бессараб, Б.Х. Драганов., С.П. Рудобашта, /Под ред. Б.Х. Драганова. – М.: Колос-Пресс, 2002. – 424 с.: ил.

2. Болотов А.К. Сборник задач по теплотехнике. А.К. Болотов, А.А. Лопарев. – Киров, 2001. – 288 с.

3. Драганов Б.Х. Теплотехника и применение теплоты в сельском хозяйстве. Б.Х. Драганов, А.В. Кузнецов, С.П. Рудобашта. – М.: Агропромиздат, 1990. – 463 с.: ил.

4. Кузнецов А.В. Основы теплотехники, топливо и смазочные материалы. А.В. Кузнецов, С.П. Рудобашта, А.В. Симоненко – М.: Колос, 2001. – 248 с.:ил.

5. Манташов А.Т. Теплотехника. Часть 1. Термодинамика и теплопередача. Учебное пособие. А.Т. Манташов.– П.: ПГСХА, 2009. – 184 с.

6. Манташов А.Т. Теплотехника. Часть 1I. Теплотехническое обеспечение обитаемости объектов сельскохозяйственного назначения. Учебное пособие. А.Т. Манташов.– П.: ПГСХА, 2011. – 116 с.

Контрольное задание

Согласно учебному плану студент заочного обучения выполняет контрольную работу назначенного преподавателем варианта. Каждый вариант включает четыре задания с вопросами и задачами. Номера вопросов и задач вариантов приведены в таблице на с. 27.

Отвечать на вопросы и решать задачи только своего варианта, работа, выполненная не по своему варианту, не рецензируется. Ответы на контрольные вопросы должны предшествовать решению задач. Формулировки контрольных вопросов и условия задачи переписываются полностью. Ответы на контрольные вопросы должны быть исчерпывающими и изложены в собственном представлении данного вопроса. Решения задач сопровождать краткими пояснениями и подробными вычислениями. При решении задач воспользоваться справочными данными, приведенными в Приложениях работ [2] и [5]. В ответах на вопросы и при решении задач применять только Международную систему единиц (СИ).

Контрольная работа выполняется рукописно и должна быть представлена в сброшюрованном виде. Допускается выполнение работы на компьютере. Образец титульной страницы работы приведен на с. 28.

На последней странице контрольной работы приводится список использованной литературы. Ниже, студент, выполнивший данную работу, ставит свою подпись и дату.

Контрольную работу необходимо отправить в деканат заочного обучения минимум за две недели до сессии.

Задание № 1

Задание соответствует содержанию тем №№ 1, 2 и 3 учебной программы. Литература: [5], с. 9…58 и с. 68…76; [2], с. 6…41.

Контрольные вопросы

1. Приведите пример закрытой термодинамической системы, объясните параметры, описывающие ее состояние.

2. Раскройте сущность понятия энергии и ее составляющих для термодинамической системы.

3. Что в термодинамике понимается под теплотой и работой процесса, их обозначения и единицы измерения?

4. Проанализируйте аналитическое выражение первого закона термодинамики. Приведите примеры применения закона.

5. Приведите основные формулировки второго закона термодинамики и поясните их.

6. Запишите аналитическое выражение второго закона термодинамики и поясните величины, входящие в него.

7. Что понимают под термическим КПД , какие потери он учитывает?

8. Запишите и пояснить уравнение состояния идеального газа для произвольной массы.

9. Раскройте особенности газовых смесей и поясните, как можно вычислить молярную массу смеси газов.

10. Поясните, каким образом задают состав газовой смеси и как определяют ее газовую постоянную.

11. Дайте определение теплоемкости и поясните особенности теплоемкости газов.

12. Запишите и поясните выражения для вычисления истиной и средней в интервале температур теплоемкости газа.

13. Объясните, как вычислить c_{v см}, если известны c_{p см} и .

14. Получите уравнения для построения политропы в pv и Ts – координатах.

15. Покажите, как определяется показатель политропы по известным термодинамическим параметрам процесса в двух точках.

16. Поясните, как в pv – координатах можно представить работу расширения и работу техническую политропного процесса.

17. Изобразите в Ts – координатах изобарный и изохорный процессы^*.

18. Изобразите в pv – координатах адиабатный и изотермический процессы.^*

19. Раскройте особенности распределения энергии в изотермическом процессе.

………………………………………………………………………………

* Кривые должны быть на одном поле графика и выходить из одной точки.

20. Выведите уравнение и соотношение между параметрами в адиабатном процессе.

21. Поясните особенности распределения энергии в характерных группах термодинамических процессов.

22. Запишите и проанализируйте уравнение энергии потока газа в тепловой и механической формах.

23. Получите выражение для определения скорости газа в канале.

24. Поясните, от чего зависит расход газа через сечение канала.

25. Покажите, как изменяются давление и температура потока реального газа при дросселировании.

З а д а ч и

1.1. Мощность турбогенератора 12000 кВт, его КПД равен 97%. Какое количество воздуха нужно использовать для охлаждения генератора, если температура в машинном отделении равна 20 ⁰С, а температура воздуха на выходе из турбогенератора не должна превышать 55 ⁰С?

1.2. Найти приращение энтропии 2,5 кг воздуха: а) при нагревании его в изобарном процессе от 20 до 400 ⁰С; б) при нагревании его в изохорном процессе от 20 до 880 ⁰С: в) при изотермическом расширении с увеличением его объема в 15 раз. Теплоемкость в процессах принимать при средних температурах.

1.3. В результате сгорания топлива в ДВС при v = const температура рабочего тела изменилась от t₂ = 320 ⁰С до t₃ = 2300 ⁰С. Определить изменение удельной внутренней энергии и удельной энтальпии в процессе горения, если молярная масса продуктов горения _см = 28,7 кг/моль и средняя теплоемкость с_{v ср} = 0,763 кДж/(кг·К).

1.4. Газовая смесь задана массовыми долями g _СО2 = 0,18;

g _О2 = 0,12 и g _N2 = 0,70. До какого давления нужно сжать 0,08 кг этой смеси, находящуюся при нормальных физических условиях, чтобы при

t₂ = 180 ⁰C ее объем уменьшился в 5 раз?

1.5. Кислород из начального состояния 1 изотермически сжимается до состояния 2, а затем в изохорном процессе охлаждается до состояния 3, в котором р₃ = р₁. В точке 2 параметры кислорода t₂ = 1200 ⁰C; p₂ = 6 МПа, в точке 3 температура t₃= 300 ⁰С. Определить недостающие параметры в точках 1, 2 и 3. Изобразить процесс 1-2-3 в pv и Ts – координатах.

1.6 Воздух из начального состояния 1 (р₁ = 4 МПа и t₁ = 1600 ⁰C) изохорно охлаждается до температуры t₂ = 200 ⁰C, а затем изотермически сжимается до состояния 3, в котором р₃ = р₁. Определить недостающие параметры состояния в точках 1, 2 и 3 и показать процесс 1-2-3 в pv и Ts – координатах.

1.7. Воздух массой 4 кг с начальным давлением p₁ = 0,2 МПа и начальной температурой t₁ = 17 ⁰C сжимается адиабатно до конечного давления p₂ = 1,2 МПа. Определить объем и температуру воздуха в конце сжатия, изменение внутренней энергии и работу сжатия.

1.8. Какое минимальное время потребуется, чтобы вскипятить 0,7 литра воды кипятильником мощностью 400 Вт в открытом сосуде при нормальных технических условиях? Потерями тепла в окружающую среду и на нагрев сосуда пренебречь.

.

1.9. Смесь газов при температуре в камере сгорания 2800 К имеет парциальные давления: = 1,56 МПа; = 0,93 МПа и р_CO =0,51 МПа. Определить плотность продуктов сгорания.

1.10. Газовая смесь при t =15 ⁰C имеет следующий массовый состав: g_CO2 = 0,07; g_о2 = 0,21 и g_N2 = 0,72. До какого давления нужно сжать эту смесь, чтобы ее плотность достигла 28 кг/м ³?

1.11. Смесь газов задана парциальными давлениями: = 1,2 МПа, = 0,1 МПа; = 0,3 МПа Теплоемкость смеси при постоянном давлении с_{р см} = 1,2 кДж/(кг К). Определить теплоемкость смеси при v=const.

1.12. В калориметр, содержащий 1,5 литра воды при температуре

17 ⁰С, опустили стальной образец массой 0,32 кг нагретый до 500 ⁰С. Определить среднюю в диапазоне изменения температуры теплоемкость стали, если температура воды повысилась на 10 градусов.

1.13. Определить техническую работу в ДВС для 1 кг продуктов сгорания при их адиабатном расширении для условий: Т₃ = 2650 К; давление изменяется от p₃ = 5,3 МПа до p₄ = 0,4 МПа, молярная масса продуктов сгорания µ = 27,3 кг/моль, показатель адиабаты к = 1,31.

1.14. Перегретый водяной пар с давлением р₀ = 12,5 МПа и температурой t₀ = 550 ⁰C через сверхзвуковое геометрическое сопло поступает к лопаткам турбины. Вычислить скорость пара на срезе сопла, если адиабатное расширение происходит до давления 0,1 МПа. Теплоемкость пара c_p = 1938 Дж/(кг·К).

1.15. В баллоне емкостью 40 л содержится азот при давлении р₁= 3 МПа и температуре t₁ = – 40 ⁰С. Определить количество теплоты, которое следует подвести к азоту, чтобы повысить его температуру до t₂ = 18 ⁰C. Каково будет конечное давление азота в баллоне?

1.16. Продукты сгорания топлива дизельного двигателя охлаждаются в окружающей атмосфере от t₁= 400 ⁰C до t₂ = 0 ⁰C. Какое количество теплоты отводится от двигателя каждым килограммом выхлопных газов, если их состав включает g_CO2 = 0,16, g_N2 = 0,72 и g _H2O = 0,12?

1.17. К 1кг рабочего тела в испарителе бытового холодильника с холодильным коэффициентом = 2,4 подведено от охлаждаемых продуктов q = 98 кДж/кг теплоты. Определить удельную работу компрессора и энтропию рабочего тела на выходе из испарителя, если на входе она равна s = 6,41 кДж/(кг ·К), а температура в испарителе t = – 15 ⁰ С.

1.18. Газообразный фреон с молярной массой 120 кг/моль в количестве 0,22 кг нагнетается компрессором в объем 2,85 литра до давления

1,6 МПа. Определить температуру сжатого фреона.

1.19. Проба продуктов сгорания, отобранная из цилиндра ДВС при температуре 2250 ⁰С и давлении 5,8 МПа и находящаяся в герметичном газоотборнике объемом V=2,5 л., охлаждена до 20 ⁰С. Продукты сгорания имеют: = 26,8 кг/моль и = 0,76 кДж/(кг·К). Вычислить количество отведенной теплоты при охлаждении продуктов сгорания и конечное давление.

1.20. В поршневом компрессоре 3 литра всасываемого воздуха при температуре 20 ⁰С политропно сжимаются от р₁ = 0,1 МПа до

р₂ = 0,42 МПа.. Показатель политропы n = 1,28. Вычислить температуру в конце сжатия и работу, затраченную на сжатие воздуха.

1.21. Воздух из резервуара с постоянным давлением р₀ = 10 МПа и температурой T₀ = 288 К вытекает в атмосферу с давлением р_а = 0,1 МПа через трубку с внутренним диаметром 10 мм . Определить скорость адиабатного истечения воздуха из трубки и его начальный массовый расход.

1.22. Определить температуру заторможенного воздуха на поверхности космического корабля, движущегося в плотных слоях атмосферы со скоростью 3000 м/с. Термодинамическую температуру воздуха принять равной –50 ⁰С.

1.23. Определить, на сколько минут хватит аквалангисту воздуха, содержащегося в двух баллонах по 6 литров каждый при абсолютном давлении 15 МПа, если аквалангист делает 20 вдохов в минуту и при каждом вдохе потребляет 2,5 литра воздуха при р = 0,1 МПа?

1.24. Температура в газогенераторе рабочего тела равна 900 ⁰С. Вычислить значение показателя адиабаты к, если массовые доли газовой смеси составляют: g _CO = 0,6; g _O2 = 0,1 и g _N2 = 0,3.

1.25. Воздух при постоянном давлении нагревается в электрическом калорифере от t₁ = –10 ⁰C до t ₂ = 50 ⁰С. При давлении 750 мм рт. ст. объемная подача воздуха =100 м³/ч. Какова мощность электрокалорифера, если его КПД равен 96 %?