Тема №5970 Ответы к задачам по физике Афанасьев (Часть 1)
Поиск задачи:

Рассмотрим тему Ответы к задачам по физике Афанасьев (Часть 1) из предмета Физика и все вопросы которые связанны с ней. Из представленного текста вы познакомитесь с Ответы к задачам по физике Афанасьев (Часть 1), узнаете ключевые особенности и основные понятия.

Уважаемые посетители сайта, если вы не согласны с той информацией которая представлена на данной странице или считаете ее не правильной, не стоит попросту тратить свое время на написание негативных высказываний, вы можете помочь друг другу, для этого присылайте в комментарии свое "правильное" решение и мы его скорее всего опубликуем.

Ответы в самом низу встроенного документа

1.3. В процессе сжатия в компрессоре давление воздуха
в некоторые моменты составляло 4-103 кгс/м2, 6000 кгс/Ч2
и 0,8 кгс/см2. Выразить наибольшее из указанных давле­
ний в мегапаскалях (МПа), а наименьшее — в мм рт. ст.
Вычислить среднее арифметическое трех значений давле­
ния и выразить его в физических атмосферах и барах.
1.4. В трубке манометра / (рис. 1.1), соединяющейся с
окружающей средой, имеется столб воды высотой 50 мм
(избыточное давление). Определить давление р в ресивере 2
и выразить его в килопаскалях (кПа), если разность уров­
ней ртути в манометре составляет 120 мм, а барометриче­
ское давление В = 0,95 атм.
1.5. Из ресивера t (рис. 1.2) воздух поступает в коллек­
тор двигателя 2. Разрежение в ресивере измеряется ваку­
умметром с наклонной трубкой. Угол наклона трубки к го­
ризонтали 30°, вакуумметр заполнен водой. Определить даз-
ление р (Па) в ресивере, если показание вакуумметра Р в а к 350 мм вод. ст. (разрежение), а давление окружаю­
щей среды В =■ 1000 гПа.
1.6. Для пуска двигателя внутреннего сгорания (ДВС)
используется сжатый воздух, хранящийся в баллоне. Опре­
делить отношение давлений в баллоне до и после пуска ДВС,
если до пуска показание манометра было р1изб = 54- 10s Па,
а после пуска р2изб = 29,4-106 Па. Барометрическое дав­
ление 742 мм рт. ст. при температуре 293,15 К.
1.7. Давление пара на входе в турбину 2 (рис. 1.3)
атомной электростанции (АЭС) по паспортным данным
Ро — 6,65 МПа. Давление пара на выходе из реактора 1
измерено манометром, градуи­
рованным в технических ат­
мосферах, и равно р изб =
= 68,6 ат при показании ба­
рометра в помещении АЭС
В = 745 мм рт. ст. Для обес­
печения соблюдения паспорт­
ных данных турбины оценить
максимально допустимую по­
терю давления Ар (МПа) в
трубопроводе.
1.8. Определить давление на днище контейнера ракеты,
установленной на подводной лодке, если днище находится
на глубине 15,5 м, барометрическое давление при температу­
ре 253,15 К составляет 0,1 МПа.
1.9. По данным испытаний паровой турбины, разреже­
ние в ее конденсаторе составляет 94 % при барометриче­
ском давлении 97 кПа и 0 °С. Каково давление в конденса­
торе?
1.10. Давление в конденсаторе паровой турбины по
паспортным данным 4 кПа. Каково значение разрежения
8
(%), если турбина работает при условиях: В = 96 кПт
при /=» 25 °С?
1.11. В машинном отделении атомохода давление по во­
дяному манометру 100 мм вод. ст. Барометр на палубе по­
казывает 750 мм рт. ст. Показание манометра на выходе и»
парогенератора 19 ат, показание вакуумметра конденсатор!
640 мм рт. ст. (парогенератор и конденсатор расположены i
машинном отделении). Определить давление (Па) в машин­
ном отделений, на выходе из парогенератора и в конденса-
торе.

1.13. в помещении летательного аппарата, на борту ко­
торого установлена барокамера, давление по водяному ма­
нометру 50 мм вод. ст. В барокамере создано разрежение
180 мм рт. ст. Найти давление в барокамере в момент, когда
летательный аппарат находится на высоте 6 км над уров­
нем моря. Давление атмосферы на уровне моря 1013 гПа.
1.14. Избыточное давление в баллоне, заполненном кис­
лородом, составляет р„.л6 = 40 ат. Определить избыточное
давление кислорода р„гъ (Па) в баллоне после подъема его
на высоту 8000 м, если барометрическое давление на уров­
не моря 770 мм рт. ст. при температуре 303,15 К.

1.16. В баллоне вместимостью 0,10 м3 находится кисло­
род при давлении 6 МПа и температуре 25 °С. После того
как из него была выпущена часть газа, показание маномет­
ра стало 3 МПа, а температура кислорода понизилась до
15 °С. Определить массу выпущенного и плотность остав­
шегося в баллоне кислорода, если давление окружающей
среды 1000 гПа.
1.17. В резервуар вместимостью 8,5 м3 компрессор по­
дает воздух при температуре 15 °С и давлении 988 гПа. За
какое время компрессор, подача которого составляет 3 м3/
/мин, наполнит резервуар до давления ризб = 1,8 МПа,
если температура воздуха в резервуаре при указанном дав­
лении 47 °С? Перед накачиванием резервуар был сообщен
с атмосферой.
1.18. Баллон вместимостью 0,055 м3 наполнен углекислым
газом (С 02). Давление сжатого газа по манометру р„яб =
= 15 МПа. Определить температуру сжатого газа, если его
объем при нормальных условиях* составляет Vй — 7,5 м3.

Т.19. Давление в барокамере, имеющей размеры 2 X
X 2 X 1 м, измерено манометром и равно ризб = 200 гПа,
температура 17 °С. Определить массу воздуха, которую не
обходимо откачать из барокамеры, чтобы создать в ней раз­
режение р вак = 420 гПа, не изменяя температуры. Баро­
метрическое давление равно 1008 гПа.
1.20. Определить плотность углекислого газа при н.у.
1.21. Молярный объем некоторого двухатомного газа
при давлении р 0,02 МПа и температуре Т в три раза
больше, чем при н.у. Определить эту температуру. Какой
это газ, если его плотность при указанных р и Т равна
0,4167 кг/м3?
1.22. Масса баллона с газом тг = 2,9 кг, при этом
давление в баллоне по манометру р г = 4 МПа. После из­
расходования части газа при неизменной температуре дав­
ление в баллоне понизилось до р 2 = 1,5 МПа, при этом
масса баллона с газом уменьшилась до т 2 —■ 1,4 кг. Опреде­
лить плотность газа при давлении. 1013 гПа, если вмести­
мость баллона 0,5 м3.
1.23. В поршневом компрессоре газ сжимается при дви­
жении поршня по направлению к днищу цилиндра; сжатый
газ подается в резервуар высокого давления. Объем цилин
дров 0,012 м3. Определить частоту вращения вала компрес­
сора п, с-1 , если на нагнетание воздуха в резервуар вме­
стимостью 1,2 м3 до давления 4 МПа при температуре окру­
жающей среды затрачено 10 мин, а начальное давление в
резервуаре равно 0,8 МПа, температура и давление окру­
жающей среды 10 °С и 0,1 МПа.
1.24. Турбореактивный самолет летит на высоте 5500 м
над уровнем моря. Температура и давление газов на вхоле
в турбину равны 715 °С и 0,45 МПа. Определить избыточ­
ное давление газов на выходе из турбины, если температура
газов в этом сечении 388 °С, а плотность в 4,5 раза меньше,
чем на входе в турбину. Давление атмосферы на уровне
моря 1000 гПа. Считать, что газы имеют физические свойст­
ва воздуха.

1.26. ДВС мощностью 120 кВт расходует 0,024 кг топ­
лива на 1 кг рабочего тела. Определить объемный расход
(м3/с) рабочего тела, если удельный расход топлива состав­
ляет 190 г/(кВт-ч). Воздух всасывается в цилиндры ДВС
из помещения с параметрами р = 1000 гПа, Т = 290 К.
Считать, что рабочее тело имеет физические свойства сухо­
го воздуха.
1.27. Определить подъемную силу воздушного шара,
имеющего баллон объемом 4000 м3 и заполненного водо­
родом. Давление и температура окружающего воздуха
1013 гПа и 273 К. Массой оболочки пренебречь; считать,
что давление и температура водорода и окружающего возду­
ха одинаковы.
1.28. Расход пропана (СН3СН2СН3) для газовых горе­
лок в химической лаборатории составляет 0,27 м3 за рабо­
чую неделю. Пропан поставляется в баллонах вместимостью
12-10-4 м3, заполняемых на станции при температуре
10 °С до давления 6 МПа. Хранение и потребление пропана
в лаборатории происходит при температуре 22 °С и бароме­
трическом давлении 1000 гПа. Сколько баллонов с пропа­
ном необходимо иметь в неделю? Каково максимальное по­
казание манометра, присоединенного к баллону с пропаном
в лаборатории?
1.29. Масса воздуха, заключенного между днищем ци­
линдра и поршнем, 0,5 кг. Диаметр цилиндра 0,5 м, давле­
ние и температура внутри цилиндра 0,35 МПа и 400 К. При
1.2
неизменном давлении движущийся без трения поршень пере­
мещается на 20 см. Определить начальное расстояние порш­
ня от днища цилиндра и температуру в цилиндре после пере­
мещения поршня.
ГЛАВА 2
ТЕПЛОЕМ КОСТЬ, ВНУТРЕННЯЯ ЭН ЕРГИ Я
И ЭНТАЛЬПИЯ ИДЕАЛЬНОГО ГАЗА.
СМЕСИ ГАЗОВ
2.1. Коэффициент Пуассона для двухатомных газов ра­
вен 1,4. Определить, какое количество теплоты требуется
для нагревания 5 м3 газа на 200 градусов при постоянном
объеме и н. у.
2.2. Подсчитать массовую теплоемкость кислорода О,
и объемную теплоемкость (при н. у.) двуокиси азота N 0 6
при р = const, если молярная теплоемкость кД ж '
/(кмоль-К), одноатомного га за — 12,6, двухатомного —
20,9, трех- и многоатомного — 29,3.
2.3. Исходя из заданной зависимости истинной моляр­
ной теплоемкости [кДж/(кмоль-К)1 водорода от температу
ры
= 20,8034 + 0,838-1 0 -3 Т — 2,0112-1 0 -8 Т\
вычислить значения следующих истинных теплоемкостей во­
дорода при Т = 473 К: \1СР, кДж/(кмоль-К); ср и cv,
кДж/(кг-К); Ср и с», кДж/(м3-К).
2.4. Построить график зависимости истинной массовой
теплоемкости водяного пара от температуры в интервал-;
1 0 0 ... 400 °С, если известна зависимость истинной моляр­
ной теплоемкости [кДж/(кмоль-К)1 пара от температуры:
рср = 36,9 — 0,007977 + 0,93 • 10-8Та.
Пользуясь полученными результатами, подсчитать сред­
нюю массовую теплоемкость водяного пара при v = const
в указанном интервале температур и сравнить со значением,
взятым из табл. 2 Приложения.
2.5. Найти изменение внутренней энергии 20 кг ацетиле­
на при изменении его температуры от 300 до 600 °С, если за­
висимость истинной молярной теплоемкости [кДж/(кмоль X
X К)1 ацетилена от температуры выражается уравнением
цср = 26,8696 + 64,0232-10~3Г — 23,1288- 1 0 -вГ .

2.8. При расширении 2,5 кг воздуха температура его
изменяется от 500 до 200 °С. Определить изменение внутрен­
ней энергии воздуха, пользуясь таблицами Приложения:
а) считая среднюю теплоемкость воздуха не зависящей от
температуры; б) учитывая зависимость средней теплоемко­
сти от температуры.
2.9. Кислород занимает объем 2 м3 и имеет параметры
500 °С и 0,65 МПа. Определить конечные значения темпера­
туры и плотности газа, если в изобарном процессе его вну­
тренняя энергия уменьшилась на 2500 кДж. Определить
также изменение энтальпии кислорода.
2.10. Расход воздуха через теплообменник составляет
150 м3/ч (н. у.). Воздух нагревается от 20 до 300 °С. Опре­
делить изменение внутренней энергии и энтальпии воздуха
в теплообменнике, пользуясь таблицами Приложения:
а) по средним теплоемкостям; б) по значениям внутренней
энергии и энтальпии.

2.13. Объемные доли компонентов влажного воздуха:
21 % кислорода; 78,1 % азота и 0,9 % водяного пара. Опре­
делить массовые доли, состав и парциальные давления ком­
понентов воздуха при давлении смеси 0,1 МПа, газовую по­
стоянную воздуха и плотность при н.у.
2.14. Определить парциальные плотности азота, кисло­
рода и водяного пара в воздухе (см. условия предыдущей
задачи), если температура воздуха равна 300 К.
2.15. Состав продуктов сгорания органического топлива
в объемных долях: 13 % СОа; 8 % 0 2; 79 % N2. Найти
кажущуюся молярную массу, газовую постоянную и
удельный объем продуктов сгорания, а также парциальные
давления компонентов, если давление и температура про­
дуктов сгорания равны 95 кПа и 650 °С соответственно.
2.16. Под колоколом цилиндрического газгольдера по­
стоянного давления находится доменный газ (состав в объем­
ных долях: 12 % СОа; 29 % СО; 1 % Н2; 0,3 % СН4; 57,7 %
N2) при температуре 20 °С и давлении 0,106 МПа; колокол
расположен на высоте 2 м; диаметр колокола 5 м. Опреде­
лить начальную массу газа и скорость опускания колоко­
ла, если при равномерном потреблении газа его расход со­
ставляет 12 м3/ч.
18
2.17. Баллоны для автомобилей с газовыми двигателя­
ми заполняются на станции до давления 20 МПа при темпе­
ратуре 17 °С. Определить массу газа в баллоне с размерами
D *?= 220 мм, Н — 1200 мм, а также плотность смеси и пар­
циальные плотности компонентов смеси в баллоне после из­
расходования половины первоначальной массы газа, если
состав газа в объемных долях: 71,9 % метана (СН4); 10,1 %
этана (С2Нв); 3,2 % пропана (С3Н8); 2,7 % бутана (С4Н10|;
1,7 % пентана (C5H i2) и 10,4 % углекислого газа (С 02), а
давление в баллоне постоянно.
2.18. Определить значения газовой постоянной, кажу ­
щейся молярной массы и плотности при н. у., а Также при
температуре 400 °С и давлении р = 0,1013 МПа. Смесь га­
зов задана следующим массовым составом: 30 % Н2; 10 %
С 0 2; 60 % N..
2.19. Найти парциальные объемы компонентов смеси,
состоящей из 40 % Н2, 10 % С 0 2 и 50 % S 0 2 по массе.
Объем, занимаемый смесью, 2 м3, температура смеси 200 °С
и давление 0,2 МПа.
2.20. Для смеси, заданной в задаче 2.19, определить
парциальные давления компонентов.
2.21. Смесь задана объемными долями: 20 % СО и 80 с/о
С 0 2. Определить ее газовую постоянную и плотность при
н.у. (Т — 273,15 К , Р = 1,01325 Н/м2).
2.22. Смесь, заданная в объемных долях' 20 % Н20 ,
35 % С 0 2 и 45 % N2, находится при температуре 200 °С.
Определить истинные молярные и массовые теплоемкости
смеси при постоянном давлении и объеме.
2.23. Для смеси газов, заданной в предыдущей задаче,
определить количество теплоты, необходимое для нагрета
1 кг смеси при постоянном объеме от 200 до 400 °С.
2.24. Смесь задана массовыми долями: 80 % С 0 2; 20 Уо
Оа. Определить ее истинные молярную, массовую и объем­
ную теплоемкости при температуре 400 °С и постоянном дав­
лении р = 0,1 МПа.
2.25. Смесь, состоящая из следующих количеств вещестп:
2 кмоль N2, 1 кмоль 0 2 и 3 кмоль С 0 2, нагревается при
р = const от 100 до 400 °С. Определить изменение внутрен­
ней энергии смеси, пользуясь таблицами Приложения:
а) истинных теплоемкостей компонентов; б) средних тепло­
емкостей.
2.26. Для смеси предыдущей задачи определить значе­
ние ее энтальпии и парциальные объемы компонентов поа е
нагревания, если давление смеси равно 0,12 МПа.

2.28. Используя условия задачи 2.25 и таблицы термо­
динамических свойств [161, определить изменение внутрен­
ней энергии и энтальпии газовой смеси в расчете на 1 к г
смеси.

3.1. Масса воздуха, заключенного в жесткую оболоч­
ку, равна 8,5 кг, температура воздуха 70 °С. Определить из­
менение энтальпии воздуха и давление в конце изохорного
охлаждения, если отведенное количество теплоты составляет
300 кДж. Начальное давление равно 0,8 МПа.

3.3. Углекислый газ (С 02), занимающий объем 450 см3
и имеющий в начале процесса давление 0,1 МПа, нагревает­
ся при постоянном объеме от 100 до 500 °С. Определить
давление в конце нагревания, подведенное количество тепло­
ты и изменение энтальпии, если изобарная средняя моляр­
ная теплоемкость углекислого газа равна 49,7 кДж/(кмоль X
X К).
3.4. От воздуха массой 5 кг при постоянном объеме от­
водится 1800 кДж теплоты, при этом давление воздуха
уменьшается в три раза. Определить температуру воздуха
после охлаждения, приняв с в = 0,718 кДж/(кг-К).
3.5. Пусковой баллон ДВС заполняется продуктами сго­
рания так, что в конце заполнения они имеют давление
2,4 МПа при температуре 220 °С. Определить давление газа
в баллоне, когда его температура сравняется с температурой
окружающей среды, равной 15 °С, и выделенное количество
теплоты, если вместимость баллона равна 100 л, теплоем­
кость продуктов сгорания с в — 0,735 кДж/(кг-К), показа­
тель адиабаты 1,38.
3.6. В баллоне вместимостью 40 л избыточное давление
воздуха должно иметь значение 12,43 МПа. Температура
и давление в помещении, где установлен баллон, 18 °С
и 0,102 МПа. Какую массу воздуха следует выпустить из
баллона для поддержания в нем заданного давления, если

за счет солнечной радиации температура сжатого воздуха
повысилась на 10 К? Определить также избыточное давле­
ние в баллоне, если при указанных условиях массу воздуха
в нем не уменьшать.

3.8. В цилиндре ДВС к воздуху подводится количество
теплоты 8120 кДж/кмоль при р = const. Определить рас­
стояние поршня от верхней мертвой точки в конце этого
процесса и работу, совершенную воздухом, если объем ка­
меры сжатия составляет 250 см3, диаметр цилиндра D —
— 80 мм, начальная температура воздуха ^ — 540 °С.
3.9. Определить расход охлаждающей воды через про­
межуточный холодильник компрессора, если в результате
Охлаждения сжатого воздуха до 17 °С при р = const его
Плотность увеличивается в 1,4 раза, а температура воды при
этом возрастает на 20 К. Объемная подача компрессора при
н. у. Vй = 350 м3/ч.
23
3.10. В камере сгорания при р = const сжигается топ­
ливо с удельной теплотой сгорания 42 000 кДж/кг. Опре­
делить расход топлива, если расход поступающего в камеру
сгорания воздуха 40 кг/с, температура воздуха и энтальпия
топлива на входе 290 °С и 200 кДж/кг, температура газов
на выходе 650 °С. Считать, что физические свойства газов и
воздуха одинаковы. Потерями теплоты пренебречь.

3.12. В теоретическом цикле (см. рис. 11.3) дизеля теп­
лота подводится к рабочему телу последовательно в процес­
сах .v = const (2-2') и р — const (2'-3). Температура в
начале процесса v = const равна /, = 530 °С; молярный рас­
24
ход рабочего тела составляет 2,8 кмоль/ч; объемный рас­
ход при условии в начале процесса v = const составляет
3,75 м3/ч. При подводе количества теплоты -j- QP =
~ 120 МДж/ч давление в процессе v = const увеличилось
в 1,35 раза. Считая, что рабочее тело имеет физические
свойства воздуха, определить, как изменяются параметры
ръ- и 7 V в конце изохорного подвода теплоты, если в два
раза уменьшить количество теплоты, подводимое изобарно,
а общее подводимое количество теплоты оставить неизмен­
ным. Как изменится степень предварительного расширения
v 3/vr? Проанализировать полученные результаты.
3.13. На сжатие 5 кг азота (N2) при / = 100 °С затраче­
на работа 1800 кДж. Определить давление и объем, занимае­
мый азотом в конце сжатия, если начальное давление Р\ —
*= 0,25 МПа.
3.14. В процессе подвода теплоты рабочее тело (С 02)
расширяется в три раза при t = 650 °С = const до давления
5 МПа. Определить начальные давление и плотность рабо­
чего тела, а также подведенное количество теплоты, если
массовый расход углекислого газа составляет 1000 кг/ч.

3.16. При изотермическом расширении 0,25 кг кислоро­
да в цилиндре поршневой машины давление понижается от
12,5 до 5,6 МПа, а поршень перемещается на 50 мм. Опреде­
лить температуру кислорода, подведенное количество теп­
лоты и произведенную работу, если диаметр цилиндра ра­
вен 220 мм.
3.17. Воздух массой 1 кг при давлении рх = 0 ,1 МПа
и температуре tx — 30 °С сначала сжимается изотермиче­
ски до давления р2 = 1 МПа, затем расширяется при по­
стоянном давлении до десятикратного объема, после чего,
охлаждаясь при постоянном объеме, принимает первона­
чальное состояние. Определить парал^етры воздуха в нача­
ле и в конце каждого процесса, а также для каждого процес­
са изменение внутренней энергии и энтальпии, работу и ко­
личество теплоты. Изобразить изменение состояния воздуха
в координатах и, р и s, Т.
3.18. Воздух массой 0,5 кг при давлении р 1 — 0,2 МПа
занимает объем Vx — 0,4 м3. Воздух изотермически расширя­
ется, а затем изохорически нагревается так, что в конечном
состоянии его давление становится равным первоначально­
му. Суммарное количество теплоты, подводимое к газу в
процессах Т = const и и = const, равно 370,5 кДж, Опреде­
лить работу, совершенную воздухом в указанном процессе
и параметры воздуха в конце изотермического расширения.
3.19. Воздух массой 1 кг при температуре tx = — 20 °С
и давлении р х = 0 ,1 МПа адиабатно сжимается до давления
р г — 0,8 МПа. Определить удельный объем воздуха и его
температуру в конце сжатия и затраченную работу.
3.20. Воздух массой 1 кг при температуре tx — 25 °С
и давлении р л = 0 ,1 0 2 МПа адиабатно сжимается до дав­
ления р г — 2 МПа. Определить удельные изменения внут­
ренней энергии и энтальпии воздуха, работу деформации
и располагаемую работу.

3.22. В тазовой турбине адиабатно расширяется 1000 кг/ч
воздуха от состояния р г — 0,8 МПа, /, = 650 °С до р г =
= 0,1 МПа. Определить температуру воздуха на выходе из
турбины, изменение внутренней энергии воздуха, проходя­
щего через турбину за 1 с, и теоретическую мощность тур­
бины.
3.23. Углекислый газ расширяется по адиабате в тур­
бине, мощность которой равна 1000 кВт. Определить массо­
вый расход углекислого газа, если его давление и темпера­
тура на входе в турбину 0,32 МПа и 827 °С, а давление на
выходе 0,15 МПа. Какой будет мощность турбины, если
вместо углекислого газа [ср = 1,13 кДж/(кг-К)1 в ней бу­
дет расширяться то же количество гелия [с,, = 5,2 кДж/
/(кг-К)1 при тех же исходных данных?
3.24. Определить скорость вылета снаряда массой 2 кг,
приобретаемую при адиабатном расширении пороховых га­
зов в стволе орудия в 40 раз, и необходимую длину ствола,
если диаметр ствола 80 мм. Считать, что после взрыва поро­
ховые газы занимают объем tV2 =*. 0,2 л и имеют давление
pi — 8 МПа. Показатель адиабаты k = 1,4.
3.25. Для создания в рабочем участке аэродинамиче­
ской трубы скорости воздуха 600 м/с необходимо осущест­
вить его адиабатное расширение от 0,4 до 0,1 МПа. До ка­
кой температуры нужно подогревать воздух перед соплом
трубы, чтобы его температура в рабочем участке была рав­
на 350 К? Какой должна быть мощность электрического на­
гревателя воздуха, если воздух нагревается при р = const
от начальной температуры 298 К? Площадь поперечного се­
чения трубы на рабочем участке равна 0,025 м2

3.27. В цилиндре ДВС воздух, имеющий температуру
tx = 17 °С и давление рх = 0 ,1 МПа, сжимается по адиаба­
те, а затем при р = const; к нему подводится количество
теплоты 150 кДж. В конце изобарного процесса температу­
ра t3 — 650 ®С. Определить степень адиабатного сжатия
е = v jv 2, давление р 2 — р 3 и работу адиабатного сжатия.
Каким будет максимальное давление, если при полученной
степени сжатия то же количество теплоты подвести по изо­
хоре?

 

 

 

 

3.29. Воздух, расширяясь, проходит через следующие
состояния: 1) р х — 1000 гПа, tx = 0°С ; 2) р 2 — 1000 кПа,
цг = 0,1 м3/кг; 3) v3 = 0,13 м3/кг, /3 = 180 °С; 4) р4 =
— 1,5 МПа, и4 = 0 ,0 8 7 м3/кг. Для процессов 1-2, 2-3 и 3-4
определить значения показателя политропы и указать на­
звание процесса и алгебраический знак работы.
3.30. Два процесса характеризуются показателями поли­
тропы: 1) м = 1 ,7 ;2 ) п — 0,7. Какому значению п соответст­
вует повышение температуры газа при сжатии и какому —
понижение? Во сколько раз понизится температура в одном
из указанных процессов сжатия при изменении давления в
5 раз?
3.31. Определить показатель политропы, отведенное ко­
личество теплоты, среднюю массовую теплоемкость процес­
са, изменение внутренней энергии и затраченную работу,
если в результате сжатия 18 м3 воздуха от давления рх =
= 0,1 МПа до давления р 2 ~ 0,8 МПа объем его уменьшил­
ся в 6 раз.
3.32. В политропном процессе заданы начальные пара­
метры 1 кг воздуха: /7а = 0,1 МПа; tx = 0 °С, и конечные:
/7а = 0,8 МПа и ц2 = 0,14 м3/кг. Определить показатель
29
политропы п, количество теплоты q, изменение внутренней
энергии А и, изменение энтальпии At, работу деформации
/; располагаемую работу /0 и изменение энтропии As.
3.33. В некотором политропном процессе кислород был
нагрет от Тг — 300 К до Т 2 — 500 К, при этом его объем уве­
личился в 2,5 раза. Найти теплоемкость кислорода в этом
процессе, если его изобарная теплоемкость с р — 0,94
кДж/(кг-К). Как организовать дальнейшее нагревание га­
за, чтобы при подводе количества теплоты 170 кДж/кг
его температура увеличилась в 1,5 раза? Изобразить про­
цессы в координатах v, р.

3 .3 5 . Компрессор сжимает воздух от 0,1 до 1,0 МПа,
Сначала сжатие протекает по политропе с. показателем
пх ~ 1,38; после очистки рубашек цилиндров и усиленного
отвода теплоты компрессор стал работать по политропе с
показателем п2 = 1,16. Определить экономию работы ком­
прессора после очистки рубашек.
3.36. Определить располагаемую работу L 0 (МДж/ч),
совершаемую при расширении продуктов сгорания в тур­
бине, и плотность газов на выходе из турбины, если расши­
рение происходит по политропе от рх — 2 МПа, 7\ = 950 К
до р 2 = 0,1 МПа, а объем продуктов сгорания увеличивает­
ся в 7 раз. Состав продуктов сгорания на 1 кг топлива
псо, = 0,0717 кмоль/кг; «н,о = 0,0685 кмоль/кг; п о2 =
= 0,741 кмоль/кг; /iN„ = 3,18 кмоль/кг. Расход топлива
5 кг/ч.
3.37. В некотором процессе начальные параметры возду­
ха массой 1 кг: р х — 0,1 МПа и tx = 30 °С, конечное давле­
ние р г =■ 0,3 МПа; отношение количества теплоты процес­
са к работе составляет 6,5. Определить температуру воз­
духа в конечном состоянии и массовую теплоемкость про­
цесса.
3.38. Показать, что в логарифмической системе коорди­
нат политропа является прямой.
3.39. Построить политропный процесс в координатах
V, р, перенося промежуточные точки политропы из логариф­
мических координат lg v, lg р (см. задачу 3.38). Начальные
параметры газа = 0,1 МПа; — 0 °С; конечные t2 —
= 160 °С, о2 = 0,35 м3/кг. Газовая постоянная R = 0,298
кДж/(кг-К).

3.46. На сжатие 3 кг метана в политропном процесса
затрачено 1100 кДж работы, при этом внутренняя энергия
увеличилась на 900 кДж. Определить знак и количестве
теплоты в этом процессе, найти конечную температуру газа
среднюю массовую теплоемкость и показатель политропь
процесса сжатия, если начальная температура 30 °С. За­
висимость изохорной молярной теплоемкости [кДж/(кмоль х
X К)1 метана от температуры (К) аппроксимируется форму
лой рс0 = 9,14 + 60,46-10"3Г — 1,117-10-в7^ — 7,20 X
X 10-»7^.
3.47. В процессе сжатия в цилиндре компрессора над,
воздухом совершается работа 18 кДжУкг и отводится коли
чество теплоты 27 кДж/кг. Используя табл. 3 Приложения
определить, на сколько повысится температура при сжатии,
если начальная температура 20 °С.
3.48. При сжатии 0*05 кг углекислого газа затрачено
10 кДж работы, при этом температура повысилась с 30 до
250 °С. Определить изменение внутренней энергии и энталь
пии, знак и количество теплоты, а также среднюю массо
б) q p = \ ср (Т ) 6 Т = f (0,935 + 0 ,2 4 -1 0 -*Т -
1000
— 0 ,0 2 9 Ы 0 -6 Т2) d T = 0,935 (1000— 450) + 0 ,1 2 - 10~3 X
вую теплоемкость газа в данном процессе. Использовать таб­
лицы термодинамических свойств газов [161.
3.49. Азот подвергается изоэнтропному сжатию от на­
чального давления р х = 0,1 МПа и температуры 7\ = 400 К
до давления р 2 = 10 МПа. Определить конечную темпера­
туру азота: а) считая, что теплоемкость с}, = 1,06 кДж/
/(кг-К) не зависит от температуры; б) из условия постоян­
ства энтропии, используя зависимость энтропии от темпера­
туры и давления из таблиц стандартных справочных данных
1181.

3.54. В газовой турбине продукты сгорания, обладаю­
щие свойствами воздуха, расширяются адиабатно и изоэн-
тропно от давления 1,2 МПа и температуры 973 К до дав­
ления 0,11 МПа. Пользуясь табл. 4 Приложения, определить
конечную температуру, изменение энтальпии при расшире­
нии и теоретическую мощность газовой турбины при рас­
ходе продуктов сгорания 120 кг/с.

4.1. Прямой цикл Карно (рис. 4.1) состоит из четырех
обратимых процессов: двух изотермических а-6, d-c и
двух адиабатных a-d, Ъ-с. В тепловой машине, работаю­
щей по этому циклу, подвод теплоты от высшего источника
осуществляется при 1200 К , а отвод к низшему — при
300 К. Какая доля подводимого количества теплоты расхо­
дуется на совершение работы и какая отводится к низшему
источнику теплоты?

4.3. Учитывая, что экономичность работы любой теп­
лоэнергетической установки, в которой реализовывались
бы обратимые циклы Карно, зависит только от темпера­
туры высшего и низшего тепловых источников и не за­
висит от свойств рабочего тела, найти выражения для
термического к. п. д., холодильного и отопительного коэф­
фициентов.
4.4. Используя полученные в предыдущей задаче выра­
жения для термического к. п. д. и холодильного коэффициен­
та, исследовать влияние на них температур высшего и низ­
шего тепловых источников.
4.5. Эффективный к. п. д. ДВС (с учетом всех потерь и
отклонений реального процесса от теоретического) отлича­
ется от термического к. п. д. цикла Карно на 30%. Опреде­
лить диапазон изменения эффективного к. п. д. ДВС, если
температура сгорания топлива 1800 °С, а двигатель эксплу­
атируется при температуре окружающей среды ± 5 0 °С.

4.7. Универсальная тепловая машина, цикл которой
представлен на рис. 4.4, может работать как двигатель, как
тепловой насос и как холодильник. Указать пути увеличе­
ния к. п. д. цикла.
4.8. Определить удельную работу цикла холодильной
машины, работающей по обратимому циклу Карно, необ­
ходимую для отвода 30 кДж теплоты от рабочего тела, имею­
щего температуру —30 °С, в окружающую среду с темпе­
ратурой 25 °С? Чему равен холо­
дильный коэффициент машины?
4.9. В отопительной системе ОС
(рис. 4.5) тепловой двигатель ТД
приводит в действие холодильную
машину ХМ , отбирающую теплоту
от природного теплового источни­
ка П ТИ. Вода в отопительной си­
стеме ОС, нагревающаяся за счет
теплоты, отводимой от двигателя и
от холодильной машины, является
одновременно холодильником для
тепловой и термостатом высокой
температуры для холодильной машины. Какую массу тог-
лива необходимо сжечь в топке теплового двигателя, чтобы
количество теплоты, поступающее в отапливаемое помеще­
ние, составляло 10® кДж за цикл? Известно, что темпе­
ратура в котле паровой машины 300 °С, в отопительной
системе 65 °С. Температура грунтовой воды 5

4.14. Считая процессы, протекающие в понижающем
трансформаторе теплоты (рис. 4.6), обратимыми, опреде­
лить коэффициент преобразования трансформатора, если
известно, что усредненные значения температур при подво­
де и отводе теплоты равны 600 и —20 °С соответственно, а
усредненная температура потребителя 60 °С.
4.15. В пароводяной эжекторной холодильной установ­
ке (рис. 4.7) для сжатия хладагента используется эжектор
1, в котором эффект сжатия смеси достигается с помощью
кинетической энергии пара, подаваемого-из котла 2. Смесь,
состоящая из пара хладагента, поступающего из испарите-
44
ля 4, и из водяного пара, вводимого из котла 2, направляется
в конденсатор 7, где, охлаждаясь, полностью конденсируется
и разделяется на два потока. Один, после дросселирования
в вентиле 3, подается в испаритель 4, где и отбирает
некоторое количество теплоты от охлаждаемого объема 5.
Другой поток насосом 6 направляется в котел 2. Не­
обходимо определить отношение, характеризующее степень
термодинамического совершенства процессов, едейств,/етеорет>
если ®действ = 0.68, средняя температура пара в котле
150 °С, смеси в конденсаторе 35 °С и смеси в испарителе
4.16. Для преобразования некоторого количества теп­
лоты среднего температурного потенциала с температурой
Т 2 в некоторое количество теплоты высокого потенциала с
температурой 7\ применяется повышающий трансформатор
(рис. 4.8). Конечным результатом действия теплового дви­
гателя ТД , работающего в интервале температур Т 2—Т
и теплового насоса ТН, работающего в интервале темпера­
тур 7\— Г 2, является перенос теплоты от температурного
уровня ^ к температурному уровню Т г. Определить ко­
эффициент преобразования повышающего трансформатора
ф в виде отношения количества теплоты qlt полученного выс­
шим тепловым источником, к количеству теплоты
и установить зависимость ф от термического к. п. д. тепло­
вого двигателя и холодильного коэффициента теплового
насоса

4.28. Определить работу процесса и располагаемую ра­
боту адиабатного процесса для 1 кг воздуха, начальные
параметры которого р х = 6-10* гПа, Тх ~ 273 К, конеч­
ное давление р % — 20-10* гПа.
4.29. Определить изменение внутренней энергии и рас­
полагаемую работу адиабатного процесса для 1 кг воздуха,
начальные параметры которого = 0,14м*/кг, tx = 250 °С,
конечная температура /2 — 100 °С.
4.30. Определить изменение внутренней энергии, работу
и располагаемую работу адиабатного процесса для 1 кг
воздуха, начальные параметры которого р х = 50-10* гПа,
Тх = 550 К , конечная температура Тг — 400 К.
4.31. Сжатие воздуха в ДВС происходит адиабатно от
начального давления р х = I- 10* гПа при tx = 15 °С до
давления р2 = 9-10* гПа. Определить располагаемую ра­
боту процесса сжатия для 1 кг воздуха.
4.32. В политропном процессе заданы следующие пара­
метры: р х — 1 • 10* гПа, tx = 27 °С, р2 — 1 • 104 гПа, н2 =
= 0,12 м*/кг. Определить показатель политропы, подведен­
ное количество теплоты, изменения внутренней энергии и
энтальпии, работу процесса для 1 кг воздуха.
4.33. В политропном процессе заданы начальные и ко­
нечные параметры: р х — 18-10* гПа, vx = 0,06 м*/кг, /2 =
= 200°С, р2 = 2-104 гПа. Определить п; q; Аи; At; I и
10.
4.34. Построить в sT-диаграмме политропу с параметра­
ми р х — 1-10* гПа, tx = 0°С , v2 = 0,7 м*/кг, р2 = 1,4 X
X 10* гПа. Определить показатель политропы, работу про­
цесса и располагаемую работу.
4.35. Построить политропу в sT-диаграмме по следующим
параметрам: р х — 1-10‘ гПа, tx = 50 °С, р2 = 6 -10* гПа,
п = 0,8. Определить: q; Аи; At; I; 10.
4.36. Построить политропу в sT-диаграмме, если дано:
р х = 5 - 104 гПа, tx = 250 °С, о2 — 0,025 м*/кг и п — —0,58.
Определить q; Аи; At; I; /0. Изобразить этот процесс в коор­
динатах v, р.

4.38. Газгольдер постоянного давления имеет колокол
массой 15 т, размеры колокола: d = 10 м, h — 5 м
(рис. 4.14). В нем находится природный газ, имеющий сле­
дующий состав в объемных долях: метан СН4 = 49 % , этан
С2Нв = 11 %, пропан С 3Н8 = 17 % , бутан С4Н10 = 1 5 % ,
пентан С5Н12= 4 % , углекислый газ С 0 2 = 1 %, азот
N.. = 3 %. Смесь медленно изотермически выходит из газ­
52
Рис. 4.14
гольдера при температуре 50 °С и ат­
мосферном давлении 760 мм рт. ст.
Определить изменение энтропии выхо­
дящей смеси.
4.39. Рассматривая природный газ
в предыдущей задаче как идеальную
газовую смесь, заданную массовыми
долями, определить ее энтропию сме­
шения

4.41. Смесь выхлопных газов реактивного самолета со­
стоит из углекислого газа, водяного пара, кислорода и азо­
та и находится при давлении 98 кПа и температуре 469 °С.
Массовые доли компонентов: geo, — 0,18, gH,o = 0,17,
g o, = 0,182 и £ м2 == 0,468. Определить энтропию 1 кг га­
зовой смеси, предполагая, что энтропия газов равна нулю
при давлении 10 кПа и температуре 0 °С. При решении вос­
пользоваться понятием энтропии смешения.
4.42. Решить предыдущую задачу, не прибегая к вычис­
лению энтропии смешения.
4.43. Смесь водорода и гелия массой 1 кг, находящаяся
в резервуаре объемом 0,1 мэ при температуре 175 °С, выте­
кает в другой резервуар, объем которого вдвое больше.
Какую температуру приобретает смесь газа после заверше­
ния этого процесса, если энтропия смеси увеличилась на
2,7 кДж/(кг-К). Состав смеси в объемных долях 94 % водо­
рода и 6 % гелия.

5.17. Вывести уравнение Клапейрона— Клаузиуса: а) ме­
тодом функций; б) методом циклов.
5.18. Воспользовавшись уравнением Клапейрона— Кла­
узиуса, получить уравнения Эренфеста для фазовых пере­
ходов второго рода.
5.19. Используя уравнение Клапейрона— Клаузиуса, по­
лучить уравнение кривой упругости пара для небольшого
диапазона изменения температур.

5.21. Удельный объем льда при 273 К составляет
0,1091 - 10—2 м8/кг, воды — 1 ■ 10~8 м8/кг, а теплота плав­
ления 336 кДж/кг. Определить изменение температуры плав­
ления льда при повышении давления на 0,1 МПа.
5.22. При каком давлении вода, имея температуру
368 К , будет кипеть, если при р, = 0,1013 МПа (760 мм
рт. ст.) Т н = 373 К , а теплота парообразования в преде­
лах этих температур г = 2260 кДж/кг?
5.23. При давлении р г = 0,09807 МПа температура ки­
пения воды Тя = 373,2 К, а при р г = 0,118 МПа Тп —
= 377,4 К. Определить удельную теплоту парообразования
в пределах этих температур.
5.24. Определить изменение Art А Т теплоты парообра­
зования бензола СвНв при повышении температуры на 1 К,
если для паров бензола при температуре 323 К ср —
— 1230 Дж/(кг • К), а для жидкого бензола с'р =
== 1880 Дж/(кг-К).

5.29. Определить теплоту сублимации льда при 273 К,
если объем 1 г водяного пара при 273 К равен 204,68 X
X 103 см3, объем льда 1,09 см3 и изменение давления пара
при изменении температуры на 3,5 К составляет 100 Па.
5.30. Теплота плавления парафина при 325,7 К и давле­
нии 0,1013 МПа равна 148 кДж/кг. Какова температура
плавления парафина при давлении 1,013 МПа, если объем
1 г парафина при плавлении увеличивается на 0,125 см3?
5.31. Через эфир при температуре 303 К и давлении
0,0985 МПа продувают 3 - 10_3 м3 воздуха. Каков объем
получаемой смеси и сколько в ней эфира, если температура
кипения эфира при давлении 0,1013 МПа будет 308 К , а
молярная теплота парообразования 27 900 кДж/кмоль?

6.2. Определить состояние водяного пара, если темпера­
тура его 300 "С, а давление 6,0 МПа.
6.3. Определить состояние водяного пара, если его дав­
ление 4,5 МПа, а удельный объем 0,0707 м3/кг.

6.7. Определить состояние водяного пара, если его дав­
ление 7,5 МПа, а удельный объем 0,019 м3/кг.
6.8. В верхней половине барабана парового котла на­
ходится сухой насыщенный пар, а в нижней — вода в со­
стоянии насыщения. Во сколько раз масса воды больше мас­
сы пара, если давление пара в барабане р = 11,5 МПа?
6.9. Состояние водяного пара определяется давлением
14 МПа и температурой 813 К. Найти значения остальных
параметров состояния по таблицам 1151 (см. также Прило­
жение).

6.11. Пользуясь si-диаграммой*, определить парамет­
ры состояния водяного пара, если: а) температура пара
100 °С, а удельный объем 1,4 м3/кг; б) давление пара
0,2 МПа, а температура 250 °С; в) температура пара 170 °С;
г) энтальпия пара составляет 2410 кДж/кг, а давление —
0,02 МПа; д) энтропия пара равна 8 кДж/(кг- К), его темпе­
ратура 430 °С.
6.12. Перегретый пар массой 2 кг занимает объем 1,0 м3.
Пользуясь st-диаграммой, найти давление пара, если его
температура равна 490 °С.
6.13. Сухой насыщенный пар массой 16 кг занимает
объем, равный 4 м3. Найти температуру и давление насыще­
ния.

6.14. Определить теплоту, необходимую для перегрева
1 кг пара в пароперегревателе котла, если давление в нем
постоянно и равно 14 МПа, а температура перегрева
6.15. Решить предыдущую задачу для случая, когда на
входе в пароперегреватель влажность пара составляет 3 %.
6.16. Сухой насыщенный пар объемом 1,5 м8 при давле­
нии в 1 МПа подогревается так, что давление в конце про­
цесса увеличивается вдвое при неизменном объеме. Найти
количество теплоты, затраченное на нагревание.

6.18. Пар массой 1 кг при давлении 3 МПа имеет сте­
пень сухости х ~ 0,7. Какое количество теплоты нужно за­
тратить, чтобы степень сухости довести до л; = 0,91?
6.19. Влажный пар при давлении 1,1 МПа имеет степень
сухости х = 0,8. Какое количество теплоты необходимо под­
вести к 1 кг этого пара, чтобы при постоянном давлении
перевести его в состояние сухого насыщенного?

6.21. Сухой насыщенный пар занимает объем v =
= 0,18 м3/кг. Какое количество теплоты надо затратить, что­
бы нагреть его при постоянном объеме до температуры
450 °С? Чему будет равно давление в конце процесса?
6.22. Пар со степенью сухости х = 0,726 и давлением
0,1 МПа расширяется изотермически до сухого насыщенно­
го состояния. Найти изменение удельной внутренней энер­
гии и теплоту процесса.

 

 

7.7. В барокамере должны непрерывно поддерживатьсн
следующие параметры воздуха: температура t = 25 °С, дав­
ление р = 106 Па и относительная влажность ф = 0,4.
Определить, каково будет при указанных условиях влаго-
содержание воздуха d и температура точки росы /р.

8.24. Для реакции СО (г) + Н20 (г) = СОа (г) Д Н2 (г)
при температуре 1500 К константа равновесия К р — 0,3
(р, Па). Определить, в каком направлении будет протекать
реакция при следующих значениях парциальных давлений
компонентов в смеси; а) рсо =: 2-105 Па; р н 2о = 6 X
X 105 Па; р с о , = 4-105 Па; р н , ~ 3 -105 Па; б) р со =
= 20-105 Па; />н,о = 5 -105 Па; р Со , = 6 -105 Па; pHj =
= 2 -105 Па.
8.25. Для реакции 2FeO (т) = 2Fe (т) Д 0 2 (г) при тем­
пературе 1000 К константа равновесия К р = 3-10_3 (р, Па).
Определить, в каком направлении будет протекать реакция
при следующих значениях парциального давления кислоро­
да над смесью окиси железа и железа: а) р 0г = 4-10_3Па;
б) ро2 = 2-10-3 Па.
8.26. Вычислить химическое сродство Н._, и N2 в реак­
ции
ЗН2 (г)Д- N, (г )= 2NH3 (г)
при температуре 723 К и определить направление реакции,
если при данной температуре константа равновесия К с —
= 1,93 и начальные молярные концентрации веществ в сме­
си: С н, = 5 кмоль/м3, Cn. = 3 кмоль/м3, Cnh, = 6 кмоль/м3


Категория: Физика | Добавил: Админ (10.04.2016)
Просмотров: | Теги: афанасьев | Рейтинг: 0.0/0


Другие задачи:
Всего комментариев: 0
avatar