Контроль самостоятельной работы

Контроль самостоятельной работы студентов и качество освоения отдельных разделов дисциплины осуществляется посредством:

- результатов тестирования;

- результатов контрольных работ;

- защиты выполненных лабораторных работ

- опроса студентов на практических занятиях.

- защиты индивидуального задания.

Оценка текущей успеваемости студентов определяется в баллах в соответствии рейтинг-планом, предусматривающем все виды учебной деятельности.

 

Контрольные задачи

3 семестр.

Задача 1

Газовая смесь водорода (Н₂) и метана (СН₄) в количестве 67,2 м³ имеет газовую постоянную R_см = 2550 Дж/(кг·К), давление смеси 0,98 бар и температура 15 °С. Определить массовые и объемны доли, а также массу водорода и метана.

Задача 2

Определить количество тепла (кВт), необходимое для нагрева смеси газов от 20 до 500 °С, если количество смеси равно 10 кг/с, а ее состав (об.): водяной пар 15%, азот (N₂) 72%, углекислый газ (CO₂) 13%. Принять теплоемкость, независящей от температуры.

Задача 3

 

Найти среднюю теплоемкость процесса 1-3,

с_v = 0,7 кДж/(кг·К), Т₁ = 600 К.

 

 

6.2. К модулю 2

Задача 2

 

Найти термический КПД цикла и сравнить с термическим КПД цикла Карно, реализуемом в том же интервале температур. .

 

Задача 2

50 кг льда с начальной температурой -5°С помещены в воздух с температурой +15°С. Считая, что образующаяся при таянии вода нагреется до температуры воздуха, определить увеличение энтропии, происходящее в результате этого процесса. Теплота таяния льда λ=333 кДж/кг, теплоемкость льда с_р = 2,03 кДж/(кг∙К), теплоемкость воды с_р = 4,187 кДж/(кг∙К).

Задача 3

Определить термический КПД теплового двигателя, работающего по обратимому циклу Карно. Температура подвода тепла 500 °С, температура отвода тепла 20 °С. Определить сколько подводится и отводится теплоты в этом двигателе, если го мощность 5 МВт.

Задача 4

Холодильная установка холодопроизводительностью 7 МВт создает температуру в охлаждаемом помещении t = -10 °C. Температура помещения, в котором стоит холодильная установка, равна 20 °С. Установка работает по обратимому циклу Карно. Определить холодильный коэффициент, количество теплоты, передаваемое верхнему источнику, теоретическую мощность привода установки. Найти количество теплоты, подводимое к воздуху помещения.

Задача 5

В пароперегревателе сухой насыщенный пар при давлении 30 бар перегревается до 350 °С, затем адиабатно расширяется до 3 бар и вторично нагревается до 350 °С при постоянном давлении. Найти количество подведенного тепла и параметры пара после вторичного перегрева.

Задача 6

Воздух с начальными параметрами: t₁ = 40 °С и φ₁ = 30% охлаждается до температуры t₁ = 25 °С. Найти параметры воздуха в конце охлаждения, определить количество тепла, которое необходимо отнять от воздуха, и количество влаги, выпадающей на поверхности охладителя.

Задача 7

Состояние влажного воздуха задано следующими параметрами: температура t₁ = 25 °С и степень насыщения ψ = 0,7. Воздух подвергается охлаждению до конечной температуры t₂ = 10 °С. Определить, сколько влаги выделится при охлаждении воздуха и сколько тепла необходимо отвести от 1 кг воздуха. Показания барометра В = 745 мм рт. ст.

Задача 8

Найти при помощи h-s–диаграммы теплоту парообразования при р=5 бар.

Задача 9

На входе в сопло Лаваля скорость кислорода равна 50 м/с, температура 620 К давление 5 бар. Найти параметры в критическом сечении и расход газа, если диаметр критического сечения 5 мм.

Задача 10

В стенке резервуара, в котором поддерживается разряжение 80 кН/м², просверлено отверстие с входным диаметром 5 мм. Найти расход воздуха в резервуар из окружающей среды с давлением 100 кН/м² и температурой 20°С.

Задача 11

Водяной пар расширяется в сопле Лаваля от р₀ = 3,5 МПа и t₀ = 450 °С до р₂ = 0,05 МПа. Определить скорость истечения и параметры пара на выходе из сопла

Задача 12

Определить скорость струи пара и его параметры на выходе из сопла Лаваля если параметры пара на входе в сопло р₁ = 6,0 МПа и t₁ = 450 °С; давление на выходе из сопла р₂ = 1,2 МПа.

 

4 семестр

Задача 1

Найти давление на выходе из компрессора, если температура сжатого углекислого газа на выходе из трехступенчатого компрессора 152°С.. Температура на входе 5°С, давление 0,98 бар, адиабатный кпд 0,81.

Задача 2

Компрессор сжимает аргон от 0,1 МПа до 28,5 МПа, температура на входе 10°С. Найти работу сжатия, если адиабатный кпд ступени 0,82.

Задача 3

Сравнить производительность и мощность одноступенчатого компрессора со степенью повышения давления 8,5, при сжатии метана и углекислого газа.

Задача 4

В цикле Дизеля температура уходящих газов 450°С, степень сжатия 18, температура окружающего воздуха +15°С. Найти максимальную температуру

Задача 5

В цикле Отто коэффициент повышения давления 4,0. Найти температуру уходящих газов и максимальную температуру при степени сжатия 8. Параметры воздуха на входе по нормальным техническим условиям.

Задача 6

В простой ГТУ подводится 420 кДж/кг тепла. Найти внутренний кпд, если адиабатные кпд компрессора – 0,83, - турбины 0,88, температура окружающего воздуха +15°С

Задача 7

Возможна ли регенерация тепла в ГТУ, если степень повышения давления 8,0; температура на входе в турбину 700°С, кпд компрессора 0,86, кпд турбины 0,89, температура воздуха на входе 15°С.

Задача 8

ПТУ имеет один производственный отбор пара при 10 бар, коэффициент отбора 0,15. Найти удельную работу турбины, если давление на входе 40 бар, температура 420°С

Задача 9

Найти термический кпд цикла простой ПТУ, если t₀ = 450°С, р₀ = 4 МПа, р_к = 5 кПа.

Задача 10

Найти мощность паровой турбины с t₀ = 450°С, р₀ = 4 МПа, р_к = 5 кПа, D₀ =72 т/ч. Турбина имеет два отбора пара при р₁ = 1 МПА и р₂ = 0,12 МПа, коэффициенты отбора α₁ = 0,12, α₂ = 0,23.

Задача 11

Найти термический кпд ПТУ с одним регенеративным отбором пара при 2 МПа, если t₀ = 450°С, р₀ = 4 МПа, р_к = 5 кПа.

Задача 12

Найти расход пара в простой ПТУ мощностью 50 МВт если t₀ = 510°С, р₀ = 9 МПа, р_к = 4 кПа.

Задача 13

Найти холодопроизводительность компрессионной холодильной машины с температурой конденсации +60°С и температурой испарения 0°С.

Задача 14

Найти мощность, потребляемую компрессионной холодильной машиной с холодопроизводительностью 10 кВт, если температура испарения -25°С, конденсации + 45°С.

Задача 15

Найти холодильный коэффициент компрессионной холодильной машины при температуре конденсации +65°С и испарения -35°С.

Задача 16

Найти холодильный коэффициент двухступенчатой компрессионной холодильной машины при температуре конденсации +65°С и испарения -35°С

Задача 17

Найти коэффициент преобразования теплового насоса при температуре конденсации +50°С и испарения +8°С

 

Тестовые задания

1. Как перевести технические атмосферы в паскали?	1. 1 ат = 1 Па 2. 1 ат ≈ 1 МПа 3. 1 ат ≈ 0,1 МПа 4. 1 ат ≈ 0,01 МПа
2. Каким выражением определяется приращением внутренней энергии идеального газа ?	1.
3. Каким выражением определяется элементарная работа расширения газа ?	1. 2. 3. 4.
4. Из каких процессов состоит цикл Карно?	1. Адиабатные – сжатия и расширения, изобарные – подвод и отвод теплоты. 2. Адиабатные – сжатия и расширения, изотермические – подвод и отвод теплоты. 3. Адиабатные – сжатия и расширения, изохорные – подвод и отвод теплоты. 4. Политропные – сжатия и расширения, изотермические – подвод и отвод теплоты.
5. В каких пределах меняется теплоемкость политропного процесса?	1. 2. 3. 4.
6. Каким выражением определяется приращение энтропии ?	1. 2. 3. 4.

 

Индивидуальные задания.

Цель выполнения индивидуального задания – развить и закрепить у студента навыки практического использования знаний и умений, полученных при изучении курса

Задание 1 (3 семестр)

Рассчитать параметры газа по длине сопла Лаваля и построить профиль сопла при изоэнтропийном течении газа. Состав газа: азот – объемная доля r ₁, водяной пар – объемная доля r ₂, диоксид углерода – объемная доля r ₃. Давление газа на входе р1,бар; температура t1,°С. Давление на выходе из сопла р2. Течение с изоградиентным изменением давления. Параметры течения и состав газа задаются индивидуально случайной выборкой из массива данных..

Задание 2 (4 семестр).

Определить основанные показатели работы энергетической ГТУ с регенерацией тепла. Рассчитать режимные характеристики в зависимости от температуры наружного воздуха в интервале -30°С +40°С. При расчете процессов принять в качестве рабочего тела воздух. Заданы: мощность ГТУ, МВт; кпд турбины и кпд компрессора; температура на входе в турбину, °С; степень регенерации и коэффициент потерь в регенераторе; электрический кпд генератора и механический кпд ГТУ. Все параметры задаются индивидуально случайной выборкой из массива данных.

 

Вопросы к экзаменам.

3 семестр.

1. Термодинамическая система. Виды термодинамических систем. Состояние системы, параметры состояния, удельные параметры состояния. Уравнение состояния

2. Идеальный и реальный газы

3. Внутренняя энергия системы, удельная внутренняя энергия

4. Понятие термодинамического процесса. Термодинамические диаграммы. Изображение процессов на диаграммах

5. Теплота и работа как формы передачи энергии. Виды работы.

6. Энтальпия

7. Функции состояния и функции процесса

8. Теплоемкость. Зависимость теплоемкости от термодинамических параметров. Первое начало термодинамики.

9. Анализ изохорного процесса идеального газа.

10. Анализ изобарного процесса идеального газа.

11. Анализ изотермического процесса идеального газа.

12. Анализ адиабатного процесса идеального газа.

13. Анализ политропного процесса идеального газа.

14. Обратимые и необратимые процессы.

15. Круговой процесс (цикл). Цикл теплового двигателя и холодильной машины. Термический кпд. Холодильный коэффициент.

16. Обратимый и необратимый цикл Карно. Приведенная теплота.

17. Интеграл Клаузиуса для произвольного обратимого цикла. Энтропия.

18. Изменение энтропии в обратимых и необратимых процессах.

19. Второе начало термодинамики. Различные формулировки второго начала. Основное термодинамическое тождество

20. Смесь идеальных газов. Закон Дальтона. Способы задания смеси газов.

21. Газовая постоянная, средняя молярная масса, плотность, теплоемкость смеси.

22. Дифференциальные уравнения термодинамики. Дифференциальное уравнение состояния. Термические коэффициенты.

23. Дифференциальные уравнения Максвелла.

24. Дифференциальные выражения дл внутренней энергии, энтальпии и теплоемкостей.

25. Основные термодинамические потенциалы.

26. Немеханическая работа. Уравнения Гиббса-Гельмгольца. Анализ гальванического элемента.

27. Термодинамическое равновесие. Общие условия термодинамического равновесия.

28. Сложные термодинамические системы. Компонент. Фаза. Гомогенные и гетерогенные системы.

29. Химический потенциал.

30. Условия равновесия гомогенной системы.

31. Условия равновесия гетерогенной системы. Правило фаз Гиббса.

32. Т-р диаграмма однокомпонентной системы. Фазовые переходы.

33. Уравнение Клапейрона-Клазиуса. Теплота фазового перехода.

34. Реальные газы. Уравнение Ван-дер-Ваальса. Анализ уравнения Ван-дер-Ваальса, приведение его к безразмерному виду.

35. Основные состояния водяного пара. р-v-диаграмма водяного пара. Т-s-диаграмма и h-s диаграмма для водяного пара

36. Расчет основных процессов для водяного пара.

37. Основные уравнения изоэнтропийного течения газа: расхода, движения и энергии. Конфузоры и диффузоры Полные параметры потока и параметры торможения.

38. Изоэнтропийное течение газа в каналах переменного сечения. Соотношение Гюгонио, скорость звука и число Маха.

39. Параметры потока в критическом сечении. Критический перепад давления.

40. Истечение из суживающегося сопла.

41. Истечение из сопла Лаваля.

42. Дросселирование паров. Анализ процесса дросселирования. Кривая инверсии.

43. Влажный воздух. Влажность, влагосодержание, точка росы.

44. Параметры влажного воздуха.

45. h-d диаграмма влажного воздуха. Процессы изменения состояния влажного воздуха в h-d диаграмме.

 

4 семестр.

1. Общие принципы работы технических устройств. Производительность и эффективность устройства.

2. Назначение и принципы действия компрессоров. Структурная схема компрессора. Объемные и динамические компрессоры

3. Устройство и принцип действия одноступенчатого поршневого компрессора. Параметры работы компрессора.

4.. Индикаторная диаграмма поршневого компрессора.

5. Производительность поршневого компрессора. Коэффициент наполнения (объемный кпд). Факторы, влияющие на производительность компрессора.

6. Идеальный процесс сжатия газа в одноступенчатом поршневом компрессоре. Удельная работа сжатия.

7. Реальный процесс сжатия газа в одноступенчатом поршневом компрессоре. Кпд компрессора, адиабатный, политропный и изотермический кпд.

8. Сжатие газа в многоступенчатом компрессоре.

9. Влияние параметров на входе в поршневой компрессор на его показатели

10. Устройство и принцип действия турбокомпрессоров. Центробежные и осевые компрессоры.

11. Особенности сжатия газов в турбокомпрессорах.

12. Влияние параметров на входе в турбокомпрессор на его показатели.

13. Принципы преобразования энергии в работу. Основные типы преобразователей. Тепловые двигатели. Принципы организации работы тепловых двигателей. Термический кпд.

14. Анализ произвольного цикла теплового двигателя. Средние температуры подвода и отвода тепла. Эквивалентный цикл Карно.

15. Принципы повышения термического кпд тепловых двигателей. Идеальные регенеративные циклы.

16. Схема и принцип работы простой ГТУ. Анализ идеального цикла.

17. Анализ реального цикла простой ГТУ.

18. ГТУ с промежуточным охлаждением воздуха. Анализ идеального цикла.

19. ГТУ с промежуточным охлаждением воздуха. Анализ реального цикла.

20. Анализ регенеративной схемы ГТУ.

21. ГТУ с промежуточными охлаждением воздуха и подводом тепла.

22. Устройство, принцип действия турбореактивного двигателя, параметры, характеризующие его работу. Идеальный цикл ТРД.

23. Определение тяги и эффективности ТРД.

24. Поршневые ДВС, основные принципы организации рабочих процессов, смесеобразования. Мощность ДВС.

25. Четырехтактный карбюраторный двигатель, индикаторная диаграмма, идеальный цикл (Отто). Анализ цикла Отто.

26. Двигатель и цикл Дизеля.

27. Двигатель и цикл Тринклера.

28. ДВС с турбонаддувом. Цикл с продолженным расширением.

29. ДВС с турбонаддувом. Цикл с выравниванием давления.

30. Особенности использования реальных рабочих тел в тепловых двигателях. Требования к рабочему телу. Схема и цикл простой ПТУ.

31. Влияние основных параметров на термический кпд простой ПТУ.

32. Схема и цикл ПТУ с промежуточным (вторичным) перегревом пара.

33. Схема и цикл ПТУ с одним регенеративным отбором пара.

34. Схема и цикл ПТУ с несколькими регенеративными отборами пара.

35. ПТУ с теплофикационными и производственными отборами пара.

36. Бинарные схемы ПТУ.

37. Парогазовые установки. Анализ схемы ПГУ с котлом-утилизатором.

38. Парогазовые установки со сбросом газов в котел.

39. Парогазовые установки с высоконапорным парогенератором.

40. Принцип действия холодильных машин. Холодильный цикл Карно. Холодопроизводительность, холодильный коэффициент.

41. Газовые холодильные машины. Анализ идеального цикла.

42. Газовые холодильные машины. Анализ реального цикла.

43. Холодильные машины на реальных рабочих телах. Организация цикла. Требования к выбору рабочего тела.

44. Компрессионная холодильная машина. Анализ простого цикла одноступенчатой КХМ. Использование переохлаждения конденсата.

45. Двухступенчатая компрессионная холодильная машина.

46. Абсорбционные холодильные машины.

47. Получение глубокого холода. Цикл высокого давления с однократным дросселированием.

48. Принцип действия теплового насоса. Основные показатели работы. Классификация тепловых насосов.