В цилиндре находится воздух при давлении 0 5 мпа

8.1. Какое количество теплоты необходимо затратить , чтобы нагреть 2 м 3 воздуха при постоянном избыточном давлении р=0.2 МПа от t₁=100°С до t₂=500°С? Какую работу при этом совершит воздух?

Давление атмосферы принять равным 101 325 Па.

c_pm1=1.0061 кДж/кг К; c_pm2=1.0387 кДж/кг К.

Массу воздуха определяем из характеристического уравнения

M=РV/RT=(0.2+0.1013)10 6 ∙2/287∙373=5.63 кг.

Количество теплоты можно получить не только по массе воздуха , но и по его объему. В этом случае уравнение следует написать так:

Пользуясь табл. 4.2, получаем

q_p=1.3427∙500-1.3004∙100=541.4 кДж/м 3 .

Объем воздуха должен быть приведен к нормальным условиям. Согласно уравнению

8.2. Определить количество теплоты , необходимое для нагревания 2000 м 3 воздуха при постоянном давлении р=0.5 МПа от t₁=150°С до t₂=600°С. Зависимость теплоемкости от температуры считать нелинейной.

8.3. В установке воздушного отопления внешний воздух при t₁=-15°С нагревается в калорифере при р=const до 60°С. Какое количество теплоты надо затратить для нагревания 1000 м 3 наружного воздуха? Теплоемкость воздуха считать постоянной. Давление воздуха принять равным 101 325 Па.

8.4. В цилиндре находится воздух при давлении р=0.5 МПа и температуре t₁=400°С. От воздуха отнимается теплота при постоянном давлении таким образом, что в конце процесса устанавливается температура t₂=0°С. Объем цилиндра , в котором находится воздух , равен 400 л.

Определить количество отнятой теплоты, конечный объем, изменение внутренней энергии и совершенную работу сжатия. Зависимость теплоемкости от температуры считать нелинейной.

Количество отнятой теплоты по формуле

Объем воздуха при нормальных условиях определим из выражения

Это же количество теплоты можно вычислить не только по объему воздуха , но и по его массе:

Массу воздуха определяем из характеристического уравнения

Конечный объем получим из уравнения (10.4)

Изменение внутренней энергии

Пользуясь табл. 4.2, находим

Работа, затраченная на сжатие, по формуле (8.4)

8.5. Для использования отходящих газов двигателя мощностью N=2500 кВт установлен подогреватель, через который проходит 60000 м 3 /ч воздуха при температуре t₁=15 °С и давлении Р=0.101 МПа. Температура воздуха после подогревателя равна 75 °С.

Определить, какая часть теплоты топлива использована в подогревателе? К.П.Д. двигателя принять равным 0.33. Зависимость теплоемкости от температуры считать линейной.

8.6. 2 м 3 воздуха с начальной температурой t₁=15 °С расширяются при постоянном давлении до 3 м 3 вследствие сообщения газу 837 кДж теплоты. Определить конечную температуру, давление газа в процессе и работу расширения.

Ответ: t₂=159°С, Р=0.24 МПа, L=239 кДж.

8.7. Отходящие газы котельной установки проходят через воздухоподогреватель. Начальная температура газов t_г1=300 °С, конечная t_г2=160 °С; расход газов равен 1000 кг/ч. Начальная температура воздуха составляет t_в1=15 °С, а расход его равен 910 кг/ч.

Определить температуру нагретого воздуха t_в2, если потери воздухоподогревателя составляют 4 %. Средние теплоемкости (c_pm) для отходящих из котла газов и воздуха принять соответственно равными 1,0467 и 1,0048 кДж/кг К.

8.8. Определить, какая часть теплоты, подводимой к газу в изобарном процессе, расходуется на работу и какая — на изменение внутренней энергии.

Аналитическое выражение первого закона термодинамики

может быть представлено в виде

определяет ту долю от всей подводимой к газу теплоты, которая превращается в работу расширения. Так как для идеального газа в процессе Р=const

Читайте также: Насос из цилиндра трактора

Следовательно, в изобарном процессе только 28.5% теплоты, подводимой к газу, превращается в работу. Вся остальная теплота, т.е. 71.5%, расходуется на увеличение внутренней энергии.

Дата добавления: 2014-11-13 ; просмотров: 358 ; Нарушение авторских прав

Видео:Физика В баллоне объемом 10 л находится воздух при давлении 1,5 МПа. Каким станет давление газаСкачать

7 Изобарные процессы

7.41 В цилиндре находится воздух при давлении р=0,5 МПа и температуре t₁=400 ºC. От воздуха отнимается теплота при постоянном давлении таким образом, что в конце процесса устанавливается температура t₂=0 ºC. Объем цилиндра, в котором находится воздух, равен 400 л.

Определить количество отнятой теплоты, конечный объем, изменение внутренней энергии и совершенную работу сжатия. Зависимость теплоемкости от температуры считать нелинейной.

Ответ: Q_p=-425 кДж, V₂=0,1622 м³, ΔU=-306,5 кДж, L=-118,9 кДж.

7.42 В цилиндре ДВС находится воздух при температуре 500 ºС. После подвода теплоты конечный объем воздуха увеличится в 2,2 раза, при этом давление остается постоянным.

Найти конечную температуру, удельное количество теплоты и работы. Зависимость теплоемкости от температуры считать линейной.

Построить график процесса.

Ответ: t₂=1428 ºC, q_p=1091 кДж/кг, l=266 кДж/кг.

7.43 До какой температуры будет нагрет газ объемом V₁, м³, если сообщить ему теплоту Q, кДж при постоянном, абсолютном давлении р, МПа? Начальная температура газа t₁, ºС. Определить объем газа в конце процесса, изменения внутренней энергии, энтальпию в процессе. Теплоемкость принять не зависящей от температуры.

Таблица 1 – Исходные данные

Ответ: V₂=0,706 м³, ΔU=-516 кДж, ΔН=735 кДж.

7.44 Углекислый газ массой m в результате изобарного подвода теплоты увеличивает температуру от t₁ до t₂. Определить работу расширения, количество подведенной теплоты и изменение внутренней энергии. Давление в процессе равно p. Изобразить процесс в p,υ- и T,s — диаграммах.

Таблица 1 – Исходные данные

Ответ: L=2862 кДж, Q=18069 кДж, ΔU=15207 кДж.

7.45 Для использования теплоты отходящих газов двигателя мощностью N=2500 кВт установлен подогреватель, через который проходит L=60000 м³/ч воздуха при температуре Т₁=15 ºС и давлении р=101 кПа. Температура воздуха после подогревателя равна 73 ºС. Определить, какая часть теплоты топлива использована в подогревателе. КПД двигателя принять равным 0,33.

7.46 Азот при давлении р₁ МПа и температуре t₁ занимал объём, равный 10 м³. В результате пожара температура азота увеличилась до t₂. Принимая давление при расширении величиной постоянной, а зависимость теплоёмкости от температуры прямолинейной [табл. Приложение 4], определить, какой объём займёт азот и полученное им количество теплоты.

Ответ: V₂=24 м³, Q=20512 кДж.

7.47 Азот массой М кг расширяется по изобаре при абсолютном давлении р МПа так, что температура его повышается от t₁ до t₂ ºC.

Найти конечный объем азота, совершенную им работу и подведенную теплоту.

Таблица 1 – Исходные данные

Номера задач: 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10.

7.48 0,2 м³ воздуха, имеющего начальную температуру 50 ºС подогреваются в цилиндре диаметром 50 см при постоянном давлении р=2 бар до температуры 260 ºС. Определить работу расширения, перемещение поршня и количество затраченного тепла, считая зависимость теплоемкости от температуры линейной.

Ответ: L=26000 Дж, h=0,66 м, Q_p=92,4 кДж.

7.49 В цилиндре находится воздух при давлении р=5 бар и температуре t₁=400 ºC. От воздуха отнимается тепло при постоянном давлении таким образом, что в конце процесса устанавливается температура t₂=0 ºC. Объем цилиндра, в котором находится воздух, равен 400 л. Определить количество отнятого тепла, конечный объем, изменение внутренней энергии и совершенную работу сжатия. Зависимость теплоемкости от температуры считать нелинейной.

Читайте также: Блок цилиндров для воздушных компрессоров

Ответ: Q_p=-425 кДж, V₂=0,1622 м³, ΔU=-306,5 кДж, L=-118,9 кДж.

7.50 В регенеративном подогревателе газовой турбины воздух нагревается при постоянном давлении от t₁=130 ºC до t₂=500 ºC. Определить количество теплоты, сообщенное воздуху в единицу времени, если расход его составляет 250 кг/ч. Ответ дать в кДж/c и в киловаттах.

Видео:В закрытом гофрированном цилиндре переменного объёма (сильфон) находится воздух при - №27347Скачать

Методические указания по проведению практических занятий по дисциплине «Термодинамика, теплопередача и гидравлика» для обучающихся по специальности 20.02.04 Пожарная безопасность (стр. 2 )

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6

Задача 2. Найти абсолютное давление пара в котле, если манометр показывает рм = 0,13 МПа. Атмосферное давление по показаниям ртутного барометра составляет В = 730 мм рт. ст. при t = 25 0С.

Показание барометра получено при температуре ртути t = 25 0С. Это показание необходимо привести к 0 0С по формуле

В0= В∙(1-0,000172∙ t) = 730 (1-0,000172∙25) = 726,861 мм рт. ст.= 726,861∙133,3 = 96890,57 Па.

Абсолютное давление пара в котле

р= В+рм=96890,57+0,13∙106=226890,75 Па=0,227 МПа.

Задача 3. 0,5 м3 воздуха находится в сосуде при температуре 120 0С. Подключенный к сосуду вакуумметр показывает разрежение 700 мм вод. ст. при барометрическом давлении 750 мм рт. ст. Определить массу газа в сосуде.

Абсолютное давление газа p=B-pв=750∙133,3-700∙9,81=93108 Па

Абсолютная температура воздуха Т=t +273,15=120+273,15=393,15 К

Газовая постоянная

Из уравнения состояния идеального газа, записанного в виде pV=mRT,

выразим массу газа

Задача 4. Какой объем займет кислород при температуре 150 0С и давлении 0,3 МПа, если при нормальных физических условиях он занимает 4 м3?

Под нормальными физическими условиями понимают состояние газа при

р = 760 мм рт. ст. и t = 0 0С.

Уравнение состояния идеального газа для нормальных физических условий и для физических условий данной задачи

Абсолютное давление: рну=760∙133,3=101308 Па=1,013∙105 Па

Тн. у = 273,15 К; Т1=150+273,15=423,15 К.

Подставим значения в формулу для расчета объема при заданных условиях

1. Определить давление, при котором 5 кг азота занимают мают объем 2 м3, если температура азота равна 70 0С? Ответ: 0,25 МПа.

2. В баллоне емкостью 0,5 м3 находится азот при температуре 30 0С и избыточном давлении 0,5 МПа. Определить массу азота, выпущенного из баллона, если избыточное давление понизилось до 0,2 МПа, а температура − до 20 0С. Барометрическое давление равно 750 мм рт. ст. Ответ: 1,61 кг.

3. Объем воздуха при давлении 0,6 МПа и температуре 100 0С составляет 3 м3. Какой объем займет воздух при нормальных физических условиях? Ответ: 13 м3.

4. Определить плотность водорода, если он находится в сосуде при температуре 50 0С, а его избыточное давление составляет 50 см вод. ст. при барометрическом давлении 760 мм рт. ст.

5. В цилиндре с подвижным поршнем находится 0,2 м3 воздуха при давлении 0,1 МПа. Как должен измениться объем, чтобы при повышении давления до 0,2 МПа температура воздуха не изменилась?

Ответ: объем уменьшится в 2 раза.

6. В цилиндре диаметром 0,6 м содержится 0,4 м3 воздуха при давлении 0,25 МПа и температуре t1 = 35 0С. До какой температуры (t2) должен быть нагрет воздух при постоянном давлении, чтобы движущийся без трения поршень поднялся на 0,4 м?

Контрольные вопросы

1. Какие термодинамические параметры характеризуют состояние идеального газа?

2. Чем отличается шкала температур Кельвина от шкалы Цельсия?

3. Сформулировать газовые законы.

Тема: Решение задач по определению количества теплоты с помощью значений теплоемкости и удельной теплоты сгорания топлива (2 часа)

Читайте также: Средство от нагара в цилиндрах

Цель занятия: научиться определять количество теплоты при решении задач.

Оборудование: справочник по термодинамике, калькулятор

Лепёшкин, А. В. Гидравлические и пневматические системы: учебник для студ. учреждений сред. проф образования/ , .- М.: Издательский центр «Академия», 2008. Брюханов, гидравлики и теплотехники: учебник для сред. проф. образования/ , -Аракелян.- М.: Издательский центр «Академия», 2010.

Егорушкин, гидравлики и теплотехники/ , . — М.: Машиностроение, 1981. Кузовлев, термодинамика и основы теплопередачи/ . — М.: Высшая школа, 1983.

Никитин, гидравлики и объемные гидроприводы/ . — М.: Машиностроение 2004.

При расчете и проектировании теплообменных устройств требуется рассчитать тепловой поток при конвективной теплоотдаче от флюида к стенке или, наоборот, от стенки к флюиду. В этом случае тепловой поток находят по закону теплоотдачи – закону Ньютона:

где Q – тепловой поток, Вт; △T= Tw-Tf – модуль разности температур между стенкой и флюидом, оС (К); Tw – температура поверхности теплообмена (стенки), оС (К); Tf – температура текучей среды (флюида) вдали от стенки, оС (К); F – площадь поверхности теплообмена, м2; ��– средний коэффициент теплоотдачи, Вт/(м2∙К).

При заданных геометрических размерах системы теплообмена, температурах стенки и текучей среды задача расчета теплового потока сводится к определению коэффициента теплоотдачи (�� ).

Величину коэффициента теплоотдачи находят, решая уравнение подобия или критериальное уравнение, которое получают в результате обработки многочисленных экспериментальных данных. Форма критериального уравнения зависит от вида конвекции (свободная или вынужденная) и режима движения жидкости (ламинарный, переходный или турбулентный режимы). В общем случае уравнение подобия или критериальное уравнение имеет вид

где Nu, Gr, Re, Pr – критерии подобия.

Критерий подобия – безразмерный комплекс, составленный из физических величин, который характеризует отношение физических эффектов.

Задача 1. Нагреватель, выполненный из трубки диаметром d=25 мм и длиной l=0,5 м, погружен вертикально в бак с водой, имеющей температуру Tf=250C. Определить количество теплоты, передаваемое нагревателем в единицу времени, считая температуру его поверхности постоянной по всей длине и равной Tw= 55,5 0C.

При заданных значениях температур на поверхности нагревателя и окружающей среды решение задачи сводится к определению коэффициента теплоотдачи. Для расчета б при свободной конвекции около вертикальной поверхности применим формулу , по которой за опре — деляющую температуру принята средняя температура пограничного слоя 

При этой температуре вода имеет следующие свойства :

л=0,63 Вт/(м∙К); ср 4187 Дж/(кг∙К); н=0,687∙10-6 м2/с;

За определяющий размер принимается длина нагревателя  R0= l=0,5 м.

.

Так как Ra=Gr∙Pr=∙4,52=1,5∙10112∙107,

то режим движения турбулентный и эмпирические коэффициенты принимают следующие значения: C=0,135; n=0,33.

Количество теплоты, передаваемое воде в единицу времени

Задача 2. По трубе d=60 мм протекает воздух со скоростью 5м/с. Определить значение среднего коэффициента теплоотдачи, если средняя температура воздуха Tf=1000C.

За определяющую температуру принимаем T0=Tf=100 0 C. При определяющей температуре воздух имеет свойства:

л=0,0321 Вт/(м∙0С); н =23,13∙10-6 м2/с.

За определяющий размер принимаем диаметр трубы R=d=0,06м

,

так как Re104, то режим течения турбулентный.

Критерий Нуссельта Nu=0,018∙Re0,8=0,018∙1955=35,2.

Задача 3. Через трубу диаметром d=50 мм и длиной l=3м со скоростью 0,8 м/с протекает вода. Определить средний коэффициент теплоотдачи, если средняя температура воды Tf =500C, а температура стенки Tw=700C.

При определяющей температуре Tf =500C физические свойства воды следующие: л=0,648 Вт/(м∙К); н=5,56∙10-7м2/с; Prw=3,54.

При Tw=700C критерий Прандтля для воды Prw=2,55.

Определяющим критерием при вынужденном движении жидкости внутри трубы является критерий Рейнольдса

Так как Re то режим течения турбулентный. В этом случае критериальная формула имеет вид

💥 Видео

В цилиндре находится воздух с относительной влажностью 40. Во сколько раз концентрация - №23910Скачать

Физика В цилиндре под поршнем находится воздух при давлении 200 кПа и температуре 27 С. Какой массыСкачать

В цилиндр объемом 0,5 м3 насосом закачивается воздух со скоростью 0,002 кг/c. В верхнем торце - №Скачать

Связь между давлением и объёмом газаСкачать

Урок 1. Решение задач МКТ. Повышенный уровень. ЕГЭСкачать

В горизонтально лежащей пробирке находится воздух заблокированный ртутью. Уровень воздуха - №29375Скачать

Урок 3. Решение задач на МКТ. Высокий уровень. ЕГЭСкачать

подвижный поршень вода и воздухСкачать

0093 (часть 2) основы мкт и механика: открытие клапана при нагнетании воздуха в цилиндрСкачать

В цилиндр объёмом 0,5 м3 насосом закачивается воздух со скоростью 0,002 кг/с. В верхнем - №29367Скачать

ЕГЭ Физика 2024 Интересная задача 27 из реального варианта 2023 (цилиндр с клапаном)Скачать

Один моль аргона, находящийся в цилиндре при температуре T1​ =600 K и давлении p1​ =4⋅10^5 - №29414Скачать

РТ-2023 3-й этап B10 "Сжимаем влажный воздух"Скачать

Как ПРАВИЛЬНО подкачать воздух в насосную станцию с гидроаккумуляторомСкачать

Физика В вертикальном цилиндре под поршнем находится воздух массой 29 г. Какую работу совершаетСкачать

Механические и тепловые процессы. Задачи ЕГЭ высокого уровня (№30). В описании разобранные задачиСкачать

ВЕЗДЕСУЩАЯ ЭНЕРГИЯ АТМОСФЕРЫ. ЧАСТЬ 2.Скачать

Почему в насосной станции появляется воздух?Скачать