Файл: Контрольная работа по предмету Основы термодинамики Шарко А. В проверил Преподаватель Деревинская Е. Л. 2022г.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.01.2024
Просмотров: 133
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
МИНОБРНАУКИ РОССИИФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ«ЮГОРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»Институт нефти и технологий (филиал) федерального государственногоБюджетного образовательного учреждениявысшего образования «Югорский государственный университет»Контрольная работапо предмету:Основы термодинамикиВыполнил: Шарко А.ВПроверилПреподаватель: Деревинская Е.Л. 2022г1. Предмет термодинамики. Основные понятия и определения (термодинамическая система, рабочее тело, термодинамический процесс).Термодинамика наука о превращениях различных видов энергии из одного в другой, и о наиболее общих макроскопических свойствах материи. Она изучает различные как физические, так и химические явления, обусловленные превращениями энергии. Применение закономерностей термодинамики позволяет анализировать свойства веществ, предсказывать их поведение в различных условиях. Термодинамика дает возможность исследовать различные процессы от простых в однородных средах до сложных с физическими и химическими превращениями, биологических и др.Слово «термодинамика» происходит от греч. «therme» – тепло и «dynamis» – сила. Название науки возникло в период ее основания – в начале XIX в. В настоящее время слово «термодинамика» трактуют так: наука «о силах, связанных с теплотой».Термодинамика основана на двух, экспериментально установленных законах (началах).Первый закон (начало) является по существу законом преобразования и сохранения энергии применительно к процессам, изучаемым в термодинамике; невозможен процесс возникновения или исчезновения энергии.Второй закон (начало) – определяет направление течения реальных (неравновесных) процессов; невозможен процесс, имеющий единственным своим результатом превращение теплоты в работу.Термодинамический метод исследования основан на законах (началах) термодинамики и представляет собой их логическое и математическое развитие.
Объект исследования в термодинамике называют термодинамической системой или, в простом случае, термодинамическим телом. Одна из особенностей метода термодинамики состоит в том, что система (тело) противопоставляется всем другим телам, которые называют окружающей средой. Термодинамика построена дедуктивно: частные выводы получены из общих законов (начал).Принято разделять термодинамику на физическую, или общую, химическую и техническую.Физическая термодинамика разрабатывает метод термодинамики и применяет его для изучения фазовых превращений термоэлектрических и магнитных явлений, излучения, поверхностных явлений и т. п.Химическая термодинамика изучает процессы с физическими и химическими превращениями с помощью метода термодинамики.Техническая термодинамика устанавливает закономерности взаимного преобразования теплоты и работы, для чего изучает свойства газов и паров (рабочих тел) и процессы изменения их состояния; устанавливает взаимосвязь между тепловыми, механическими и химическими процессами, протекающими в тепловых двигателях и холодильных установках. Одна из основных ее задач – отыскание наиболее рациональных способов взаимного превращения теплоты, и работы2. Циклы ДВС со смешанным подводом теплотыЦикл со смешанным подводом теплоты – цикл Тринклера – характерен для так называемых бескомпрессорных двигателей тяжелого топлива.Особенности: механическое распыление горючего (с помощью плунжерного насоса), внутреннее смесеобразование, самовоспламенение от сжатого до высокой температуры воздуха.Это теоретический цикл всех современных транспортных и стационарных дизелей.Изобразим цикл на рабочей и тепловой диаграмме (рис.3).Рис.3. Цикл Тринклера. Рабочая (p-v) и тепловая (T-s) диаграммы.Рассмотрим термодинамические процессы цикла:1-2 – адиабатное сжатие,2-3 – изохорный подвод теплоты,3-4 – изобарный подвод теплоты
Решение: 1. Определяем универсальную газовую постоянную, : , 2. Определяем массу газа m, кг : .Удельный объем вещества, :Cила тяжести вещества, Н:где - ускорение свободного падения, Задача 2.
Повышение температуры в изохорном процессе:откуда Давление воздуха в конце процесса изохорного нагревания:Задача 3.
Рис. Цикл Карно в p-v, T-s диаграммах. Прямой цикл Карно состоит из: 1-2, 3-4 –изотермы, 2-3, 4-1-адиабаты. Параметры рабочего тела в т.1: р1= рmax = 5. 106 Па. T1 = Tmax = 973К. Отсюда:v1 = RT1/p1 = 308.901/5. 106 = 0,5м3/кг.Параметры рабочего тела в т.2: T2 = Tmax = 300K.Давление в т. 2 определяем из уравнения адиабатного процесса:р3 /р2 = (Т3/Т2 )k/(k-1), отсюда р2 = р3 (Т2/Т3 )k/(k-1)и т.к. р3 = рmin = 0,1 . 106 Па, T3 = Tmin = 333 K, тор2 = 0,1 . 106 (901/333)1,4/1,4-1 =0.27. 106 Па.удельный объем: v2 = RT2/p2 = 303.901/0.27 . 106 = 1 м3/кг.параметры рабочего тела в т.3: р3 = рmin = 0,1 . 106 Па, T3 = Tmin = 333 K, тоv3 = RT3/p3 = 287.333/0,1 . 106 = 0,9 м3/кг.т.3: T3 = Tmin = T4 = 333 K.из уравнений адиабатного процесса 4-1:р4 /р1 = (Т4/Т1 )k/(k-1), отсюда р4 = р1 (Т4/Т1 )k/(k-1)=8. 106 (333/813)1,4/1,4-1 = 0,3 . 106 Па.из уравнений изотермического процесса 3-4:р4
v4 = р3 v3откуда: v4 = р3 v3/p4 = 0,1. 106. 0,9 /0,2 . 106 = 0,45 м3/кг.Термический КПД цикла:η = 1- Tmin/ Tmax = 1- 333/901=0,3.Количество подведенного тепла:q1 = RT1ln v2 / v1=300 . 901. ln0.013/0.04 = 270300Дж/кг.Количество отведенного тепла: q2 = RT3ln v3 / v4 =300 . 333 . ln0.191/0.497 = 90900Дж/кг.Работа цикла: l = q1 - q2 = 270300- 90900= 179 400Дж.проверяемый термический КПД: η =1- q2/ q1= l/ q1 =90900/270300 ͌ 0.33Задача № 4.
.4. Расход:Список литературы
Объект исследования в термодинамике называют термодинамической системой или, в простом случае, термодинамическим телом. Одна из особенностей метода термодинамики состоит в том, что система (тело) противопоставляется всем другим телам, которые называют окружающей средой. Термодинамика построена дедуктивно: частные выводы получены из общих законов (начал).Принято разделять термодинамику на физическую, или общую, химическую и техническую.Физическая термодинамика разрабатывает метод термодинамики и применяет его для изучения фазовых превращений термоэлектрических и магнитных явлений, излучения, поверхностных явлений и т. п.Химическая термодинамика изучает процессы с физическими и химическими превращениями с помощью метода термодинамики.Техническая термодинамика устанавливает закономерности взаимного преобразования теплоты и работы, для чего изучает свойства газов и паров (рабочих тел) и процессы изменения их состояния; устанавливает взаимосвязь между тепловыми, механическими и химическими процессами, протекающими в тепловых двигателях и холодильных установках. Одна из основных ее задач – отыскание наиболее рациональных способов взаимного превращения теплоты, и работы2. Циклы ДВС со смешанным подводом теплотыЦикл со смешанным подводом теплоты – цикл Тринклера – характерен для так называемых бескомпрессорных двигателей тяжелого топлива.Особенности: механическое распыление горючего (с помощью плунжерного насоса), внутреннее смесеобразование, самовоспламенение от сжатого до высокой температуры воздуха.Это теоретический цикл всех современных транспортных и стационарных дизелей.Изобразим цикл на рабочей и тепловой диаграмме (рис.3).Рис.3. Цикл Тринклера. Рабочая (p-v) и тепловая (T-s) диаграммы.Рассмотрим термодинамические процессы цикла:1-2 – адиабатное сжатие,2-3 – изохорный подвод теплоты,3-4 – изобарный подвод теплоты
,
4-5 – адиабатное расширение,
5-1 – изохорный отвод теплоты.
Характеристики цикла:
- степень сжатия (отношение объемов в начале и конце процесса сжатия 1-2).
- степень повышения давления (отношение давлений в процессе изохорного подвода теплоты).
- степень предварительного расширения (отношение объемов в процессе изобарного подвода теплоты).
При анализе считают известными: состояние рабочего тела в т.1( Т1, p1) и характеристики цикла ε, λ, ρ. Вместо одной из характеристик может быть задана максимальная температура или максимальное давление.
Задача №1.
| Дано: | CИ |
| р = 100 кПа | 100 . 103 Па |
| t = 200C | Т = 273 + t = 293K |
| V = 110 м3 | |
| Рабочее тело - кислород | μ=28 |
| m - ? | |
| v-? | |
| G-? | |
| Дано: | CИ | Решение: |
| V=0.1 м3 | | Масса воздуха:  |
| р1=0,2 Мпа | 0,2 . 106 Па | |
| t1 = 22 0C Q=105 кДж | Т1= 273+ t1 =295 К | Если не учитывать зависимость теплоемкости сv от температуры, то: |
| р2 - ? | Универсальная газовая постоянная: |  |
| T2-? | R=287 Дж/кг.К. | |
| | | |
Повышение температуры в изохорном процессе:откуда Давление воздуха в конце процесса изохорного нагревания:Задача 3.
| Дано : | СИ |
| р1=5 МПа | 5. 106 Па |
| р3= 0,1 МПа | 0,1 . 106 Па |
| t1 =628 С |  =273+628 = 901K |
| t2 =27 С |  =273+27 =300К |
| v1, 2,3,4-? р2,4-? l, q1,2-? η-? | |
v4 = р3 v3откуда: v4 = р3 v3/p4 = 0,1. 106. 0,9 /0,2 . 106 = 0,45 м3/кг.Термический КПД цикла:η = 1- Tmin/ Tmax = 1- 333/901=0,3.Количество подведенного тепла:q1 = RT1ln v2 / v1=300 . 901. ln0.013/0.04 = 270300Дж/кг.Количество отведенного тепла: q2 = RT3ln v3 / v4 =300 . 333 . ln0.191/0.497 = 90900Дж/кг.Работа цикла: l = q1 - q2 = 270300- 90900= 179 400Дж.проверяемый термический КПД: η =1- q2/ q1= l/ q1 =90900/270300 ͌ 0.33Задача № 4.
| Дано: | СИ | Решение: 1. Отношение давлений при истечении кислорода:  =0,8> - режим истечения дозвуковой.2.Удельный объем газа на входе в сопло:  =0,018 .3.Теоретическая скорость истечения: |
| р1 = 5 МПа | 5 . 106 Па | |
| р2 = 4 МПа | 4 . 106 Па | |
| t1 = 90 0C | Т1 = 273+ t1=363 К | |
| f = 20 мм2 | 20 . 10-6 м2 | |
| сt - ? | Постоянные для кислорода: | |
| mt -? | R = 260 Дж/(кг.К); k=14;  . |
-
Брюханов, О. Н. Основы гидравлики и теплотехники: учебник / О. Н. Брюханов, В. И. Коробко, А. Т. Мелик-Аракелян. - Москва: ИНФРА-М, 2020.- 254 с. - ISBN 978-5-16-102480-5. - URL: http://znanium.com/bookread2.php?book=1046933 - Текст: электронный.
-
Кудинов, В. А. Техническая термодинамика и теплопередача: учебник для СПО / В. А. Кудинов, Э. М. Карташов, Е. В. Стефанюк. - Москва: Юрайт, 2019. – 454 с. – ISBN 978-5-534-12196-4. – URL:https://www.biblio-online.ru/viewer/tehnicheskaya-termodinamika-i-teploperedacha-447045#page/2 - Текст: электронный.