III. Исходные данные к задачам.

Министерство образования и науки РФ

СЕВМАШВТУЗ

Кафедра

«Океанотехника и энергетические установки»

А.М. Воронин

Термодинамика

Методические указания и контрольные задания для студентов ЗФО

Северодвинск

 

 

Воронин А.М. Термодинамика. Методические указания и контрольные задания для студентов ЗФО.

Северодвинск: САФУ (Севмашвтуз), 2015. – 22 с.

 

Учебное пособие предназначено для студентов, обучающихся по направлению 26.03.02 «Кораблестроение, океанотехника и системотехника объектов морской инфраструктуры», профиль «Судовые энергетические установки».

Пособие содержит требования к оформлению контрольных работ и варианты заданий для студентов ЗФО.

Цель настоящего учебного пособия – оказать помощь студентам ЗФО в изучении курса «Термодинамика».

 

Содержание

I.Требования для выполнения контрольной работы 4

II. Варианты заданий для контрольной работы 5

III. Исходные данные задачам 7

IV. Приложение 1 9

Список литературы 12

I. Требования к выполнению контрольной работы

К решению задач контрольной работы можно приступать после изучения соответствующих разделов курса. Только сознательное решение приносит пользу и помогает "закрепить" теоретический материал.

При выполнении контрольной работы необходимо соблюдать следующие требования:

1) выписывать условия задачи и исходные данные;

2) решение задач сопровождать кратким пояснительным текстом, четко записывать формулы, указывать какие величины подставляются в формулу и откуда они берутся (из условия задачи, из справочника или были определены выше);

3) в исходных и вычисленных величинах проставлять размерность;

4) вычисление производить с точностью в два знака после запятой, в интернациональной системе единиц ("СИ");

5) работа выполняется в тетради с полями справа в 25 мм для замечаний преподавателя;

6) заканчивается работа списком использованной учебной и справочной литературы, а по ходу решения конкретных задач ставятся ссылки на литературные источники.

 

II. Варианты заданий для контрольной работы

Задача 1

Смесь газов с начальными параметрами P₁ и T₁ расширяется до конечно­го объема V₂ = a·V₁. Расширение может осуществляться по изотерме, адиабате и политропе с показателем "n". Определить газовую постоянную смеси, ее массу или начальный объем, конечные параметры, работу рас­ширения, теплоту процесса, изменение внутренней энергии и энтропии. Дать сводную таблицу результатов и проанализировать ее. Показать про­цесс на Pv- и Ts - диаграммах.

Данные, необходимые для решения задачи, выбрать из таблицы 3.1.

 

Задача 2

Для сложного термодинамического процесса изменения состояния во­дяного пара и каждого элементарного процесса найти удельную теплоту, работу и изменение внутренней энергии. Изобразить процессы в hs- и Ts-диаграммах водяного пара (схематично). Исходные данные дня решения задачи взять в таблице 3.2.

 

Задача 3

Водяной пар с начальным давлением Р₁ и степенью сухости X₁ поступа­ет в пароперегреватель, где его температура повышается на ∆t °С. После пароперегревателя пар изоэнтропно расширяется в турбине до давления Р₂.

Определить количество теплоты, подведенной к одному килограмму пара в пароперегревателе, степень сухости пара в конце расширения, термиче­ский КПД цикла и удельный расход пара. Данные для решения задачи выбрать из таблицы 3.3.

 

 

Задача 4

Конденсационная паровая турбина служит для привода генератора мощностью N_эл. Параметры пара на входе в турбину Р₁, t₁; давление в конденсаторе Р₂; внутренний КПД турбины η, механический η_мех.

Определить секундный и удельный (на один кВт.ч) расходы пара на турбину и термический КПД цикла Ренкина. Найти, как изменится мощ­ность турбины и термический КПД цикла при дроссельном регулирова­нии, если начальное давление пара уменьшится на 40% при постоянном массовом расходе пара. Изобразить примерный вид процессов в Ts- и hs - диаграммах состояния. (Исходные данные взять из таблицы 3.4.).

 

III. Исходные данные к задачам.

Исходные данные к задаче 1

Таблица 3.1

Посл. цифра шифра	Состав газовой смеси	Показатели политропы n	Степень расш. α	Нач. параметры
Р1, МПа	T1, К
	2 кг О2 + 8 кг N2	1,25		5,0
	5 кг СО + 5 кг СО2	1,15		4,0
	3 кг СО2 + 7 кг O2	1,30		7,0
	6 кг N2 + 4 кг СО2	1,28		6,0
	5 кг Н2О + 5 кг СО	1,20		8,0
	2 м3 О2 + 8 м3 N2	1,10		10,0
	2,5 м3 N2 +7,5 м3 H2	1,22		5,6
	3 м3 СН4 + 7 м3 СО	1,40		9,0
	5м3СО2 + 5м3 СО	1,27		4,8
	6 м3 СН4 + 4 м3 Н2	1,21		7,2

 

Исходные данные к задаче 2

Таблица 3.2

Посл. цифра шифра	Параметры в узловых точках	Тип процесса
Р,МПа; t,°C; V,м3/ч	1 - 2	2 - 3	3 - 4
	P1=10; x1=l; t2=500; Р3=1; Р4=0,05	P=const	t=const	s=const
	t1=200; x1=0,95; P2=1; t3=500; x4=0,9	t=const	P=const	s=const
	P1=5; x1=0,9; t2=600; Р3=1; x4=0,9	v=const	t=const	s=const
	P1=5; x1=0,9; t2=600; Р3=1; x4=1	P=const	t=const	s=const
	P1=5; x1=0,9; t2=500; x3=1; x4=0,8	P=const	s=const	P=const
	P1=5; x1=0,85; t2=400; Р3=0,1; x4=1	P=const	t=const	s=const
	P1=5; t1=600; Р2=1; x3=1; x4=0,8	t=const	s=const	P=const
	P1=2; x1=0,85; Р2=1,5;t3=450; x4=1	t=const	P=const	s=const
	x1=0,8; P1=0,1; x2=1; t3=400; P4=0,l	s=const	P=const	t=const
	P1=0,3; v1=0,5;t2=300;x3=l; x4=0,8	P=const	s=const	P=const

 

Исходные данные к задаче 3

Таблица 3.3

Посл. цифра шифра	Параметры пара	∆t, °C	Р2, кПа
P, МПа	X1
	10,0	0,9
	8,0	0,92
	12,0	0,88
	9,0	0,95
	5,0	0,96
	6,0	0,98
	7,0	0,91
	11,0	0,93
	10,0	0,94
	8,0	0,96

 

 

Исходные данные к задаче 4

Таблица 3.4

Посл. цифра шифра	Nэл, кВт	Внутренний КПД турбины η	Начальные параметры пара	Давление в конденсаторе P2, MПa	ηмех
Р1 МПа	Т1 0С
		0,74	10,0		0,006	0,92
		0,78	12,0		0,005	0,88
		0,75	4,8		0,004	0,94
		0,80	13,0		0,0045	0,96
		0,79	6,0		0,0035	0,87
		0,72	9,0		0,0055	0,9
		0,84	8,0		0,003	0,93
		0,82	7,6		0,004	0,95
		0,76	5,0		0,0045	0,91
		0,72	11,0		0,005	0,94

 

IV. Приложение 1

 

Таблица 4.1

Средние теплоемкости некоторых газов в пределах от 0 до 1500 °С

Газ	Удельная массовая теплоемкость Сх, кДж/(кг·К)	Удельная объемная теплоемкость Cx', кДж/(м3·К)
Воздух	Cv = 0,7088 + 0,000093 t	Cv' = 0,9157 + 0,0001201 t
Ср = 0,9956 + 0,000093 t	Cp' = 1,287 +0,00012011
Н2	Cv = 10,12 + 0,0005945 t	Cv' = 0,9094 + 0,0000523 t
Cp = 14,33 +0,0005945 t	Cp' = 1,28+.0,0000523 t
N2	Cv = 0,7304 + 0,00009855 t	Cv' = 0,9131 + 0,0001107 t
Cp = 1,032 + 0,00009855 1	Cp' = 1,306+ 0,0001107 t
О2	Cv = 0,6594 + 0,0001065 1	Cv' = 0,943+0,0001577 t
Cp = 0,919 + 0,0001065 t	Cp'= 1,313 +0,0001577 t
СО	Cv = 0,7331 + 0,00009681 t	Cv' = 0,9173+ 0,000121 t
Cp = 1,035 + 0,00009681 t	Cp' = 1,291+0,000121 t
Н2О	Cv = 1,372 + 0,0003111 t	Cv'= 1,102 +0,0002498 t
Cp = 1,863 + 0,0003111 t	Cp' = 1,473 + 0,0002498 t
СО2	Cv = 0,6837 + 0,0002406 t	Cv' = 1,3423 +0,0004723 t
Cp = 0,8725 + 0,0002406 t	Cp' = 1,7132+ 0,0004723 t

 

 

Таблица 4.2

Термодинамические свойства воды и водяного пара.

Состояние насыщения (по температурам)

t °С	P, Па	v' 103, м3/кг	v" 103, м3/кг	ρ", кг/м3	h', кДж/кг	h", кДж/кг	r, кДж/кг	s' кДж/(кг·К)	s" кДж/(кг·К)
0,01	6,112 102	1,0002	206,3	0,004847	0,0			0,0	9,1544
	1,2271 103	1,0004	106,42	0,009398	42,04			0,1510	8,8994
	23368 103	1,0018	57,84	0,01729	83,90			0,2964	8,6665
	4,2417 103	1,0044	32,93	0,03037	125,71			0,4366	8,4523
	73749 103	1,0079	19,55	0,05115	167,50			0,5723	3,2559
	1,2335 104	1,0121	12,04	0,08306	209,3			0,7038	8,0753
	1,9919 104	1,0171	7,678	0,1302	251,1			0,8311	7,9084
	3,1161 104	1,0228	5,045	0,1982	293,0			0,9549	7,7544
	4,7359 104	1,0290	3,408	0,29934	334,9			1,0753	7,6116
	7,0108 104	1,0359	2,361	0,4235	377,0			1,1925	7,4737
	1,01325 105	1,0435	1,673	0,5977	419,1			1,3071
	1,4326 105	1,0515	1,210	0,8264	461,3			1,4183	7,2387
	1,9854 105	1,0603	0,8917	1,121	503,7			1,5277	7,1298
	2,7012 105	1,0697	0,6683	1,496	546,3			1,6345	7,0272
	3,6136105	1,0798	0,5087	1,966	589,0			1,7592	6,9304
	4,7597 105	1,0906	0,3926	2,547	632,2			1,8418	6,8383
	6,1804 105	1,1021	0,3068	3,258	675,5			1,9427	6,7508
	7,9202105	1,1144	0,2426	4,122	719,2			2,0417	6,6666
	1,0027 106	1,1275	0,1939	5,157	763,1			2,1395	6,5858
	1,2552 106	1,1415	0,1564	6,394	807,5			2,2357	6,5074
	1,5551 106	1,1565	0,5272	7,862	852,4			2,3308	6,4318
	23201 106	1,1900	0,0860	11,62	943,7			2,5179	6,2849
	3,3480 106	1,2291	0,0597	16,76	1037,5			2,7021	6,1421
	4,6940 106	1,2755	0,0421	23,72	1135,l			2,8851	6,0013
	6,4191 106	1,3321	0,0301	33,19	1236,9			3,0681	5,8573
	8,5917 106	1,4036	0,216	46,21	1344,9			3,2548	5,7049
	1,129 107	1,499	0,0154	64,72	1462,1			3,4495	5,5353
	1,4608 I07	1,639	0,0107	92,76	1594,7			3,6605	5,3361
	1,8674 107	1,894.	0,0069	144,0				3,9162	5,0530
	2,2084 107	2,800	0,0034	288,0				4,3258	4,5029

Таблица 4.3

Термодинамические свойства воды и водяного пара.

Состояние насыщения (по давлениям)

Р 103,Па	t °С	v' 103 м3/кг	v" м3/кг	ρ". кг/м3	h', кДж/кг	h", кДж/кг	r, кДж/кг	s' кДж/(кг·К)	s" кДж/(кг·К)
0,010	6,92	1,0001	129,9	0,00770	29,32			0,1054	8,975
0,025	21,094	1,0021	54,24	0,01843	88,50			0,3124	8,642
0,050	32,88	1,0053	28,19	0,03547	137,83			0,4761	8,393
0,075	40,32	1,0080	19,23	0,05198	168,8			0,5754	8,250
0,10	45,84	1,0103	14,68	0,06812	191,9			0,6492	8,149
0,15	54,00	1,0140	10,02	0,09980	226,1			0,7550	8,007
0,20	60,08	1,0171	7,647	0,1308	251,4			0,8321	7,907
0Д5	64,99	1,0199	6,202	0,1612	272,0			0,8934	7,830
0,20	69,12	1,0222	5,226	0,1913	289,3			0,9441	7,769
0,40	75,88	1,0264	3,994	0,2504	317,7			1,0261	7,670
0,60	85,95	1,0330	2,732		360,0			1,1453
0,80	93,52	1,0385	2,087	0,4792	391,8			1,2330	7,434
1,00	99,64	1,0432	1,694	0,5903	417,4				7,360
1,5	111,38	1,0527	1,159	0,8627	467,2			1,4336	7,223
2,0	120,23	1,0605	0,8854	1,129	504,8			1,5302	7,127
2,5	127,43	1,0672	0,7185	1,392	535,4			1,6071	7,053
3,0	133,54	1,0733	0,6057	1,651	561,4			1,672	6,992
3,5	138,88	1,0786	0,5241	1,908	584,5			1,728	6,941
4,0	143,62	1,0836	0,4624	2,163	604,7			1,177	6,897
4,5	147,92	1,0883	0,4139	2,416	623,4			1,8821	6,857
5,0	151,84	1,0927	0,3747	2,660	640,1			1,860	6,822
6,0	158,84	1,0117	0,3156	3,169	670,5			1,931	6,761
7,0	164,96	1,1081	0,2728	3,666	697,2			1,992	6,709
8,0	170,42	1,1149	0,2403	4,161	720,9			2,046	6,663
9,0	175,35	1,1213	0,2149	4,654	742,8			2,094	6,623
10,0	179,88	1,1273	0,1946	5,139	762,7			2,138	6,587
11,0	184,05	1,1331	0,1775	5,634	781,1			2,179	6,554
12,0	187,95	1,1385	0,1633	6,124	798,3			2,216	6,523
13,0	191,60	1,1438	0,1512	6,0614	814,5			2,251	6,495
14,0	195,04	1,1490	0,1408	7,103	830,0			2,284	6,469
15,0	198,28	1,1539	0,1317	7,493	844,6			2,314	6,445
16,0	201,36	1,1586	0,1238	8,080	858,3			2,344	6,422
17,0	204,30	1,1632	0,1167	8,569	871,6			2,371	6,400
18,0	207,10	1,1678	0,1104	9,058	884,4			2,397	6,379
19,0	209,78	1,1722	0,1047	9,449	896,6			2,422	6,359
20,0	212,37	1,1766	0,09958	10,041	908,5			2,447	6,340
30,0	233,83	1,2163	0,06665	15,0	1008,3			2,646	6,186
40,0	250,33	1,2520	0,04977	20,09	1087,5			2,796	6,070
50,0	263,91	1,2857	0,03944	25,35	1154,4			2,921	5,973
60,0	275,56	1,3185	0,03243	30,84	1213,9		1570,8	3,027	5,890
70,0	285,80	1,3510	0,02437	36,44	1267,4		1504,9	3,122	5,814
80,0	294,98	1,3838	0,02352	42,52	1317,0		1441,1	3,208	5,745
90,0	303,32	1,4174	0,02048	48,83	1363,7		1379,3	3,287	5,678
100,0	310,96	1,4521	0,01803	55,46	1407,7		1317,0	3,360	5,615
120,0	324,63	1,527	0,01426	70,13	1491,1		1193,5	3,496	5,492
140,0	336,63	1,611	0,01149	87,03	1570,8		1066,9	3,623	5,372
160,0	347,32	1,710	0,00931	107,3			932,0	3,746	5,247
180,0	356,96	1,837	0,00750	133,2			778,2	3,871	5,107
200,0	365,71	2,040	0,00585	170,9				4,015	4,928
220,0	373,7	2,730	0,00367	272,5				4,303	4,591

Список литературы

 

1. Чечеткий А.В., Занемонец Н.А. Теплотехника, – М.: Высш. шк„ 1986. –344 с.

2. Нащокин В.В. Техническая термодинамика и теплопередача:Учеб. пособие для вузов. 3-е изд.,испр. и доп. – М: Высш. шк.,. 1980. – 469 с.

3. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейдлин А.Е. Техническая термодинамика, 4-е изд. – М: Энергоиздат, 1983 – 416 с.

4. Павлов К.Ф., Романков П.Г., Носков А.А. Примеры И задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. 10–е изд. Л.:Химия, 1987. – 522 с.

5. Задачник по технической термодинамике и теории тепломассообмена: Учеб. пособие для энергомашиностроит. спец. вузов. В.Н. Афанасьев, С.И. Исаев, И.А. Кошинов и др. – М.:Высш. шк. 1986. – 381 с.

6. Рабинович О.М. Сборник задач по технической термодинамике. – М., 1973.

7. Ривкин С.Л., Александров А.А. Термодинамические свойства воды и водяного пара: Справочник. 2-е изд., переработ. и доп., – М.: Энергоатомиздат, 1984. – 80с.

 

 

 

 

Воронин Александр Михайлович

Термодинамика

Методические указания и контрольные задания для студентов ЗФО.

 

 

Компьютерный набор и верстка авторов.

Подготовка к печати – А.М. Воронин