Федеральное агентство по образованию
Государственное общеобразовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Пермский национальный исследовательский политехнический университет»
Кафедра теплотехники
КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА
по дисциплине «Термодинамика и теплопередача»
Вариант №7
Выполнил:
студент 1 курса АКФ гр. АД-13бзу
Пыряев Данила Анатольевич
Проверила:
преподаватель:
Ошивалов Михаил Анатольевич
Пермь, 2014
ЗАДАЧА №1
Произвести расчёт термодинамических параметров газовой смеси, совершающей изобарное расширение до объема 
, если известны начальная температура t1, начальное давление p1 и масса смеси m.
ОПРЕДЕЛИТЬ:
Газовую постоянную и кажущуюся молекулярную массу, начальный объем V1, основные параметры в конечном состоянии, изменение внутренней энергии, энтальпии, энтропии, и работу расширения в процессе 1-2.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
| N2, % | CO, % | CO2, % | H2, % | P, мм.рт.ст | t1, 0C | m, кг | ρ |
| 3.5 |
РЕШЕНИЕ:
1) Молярные массы компонентов смеси:
а.е.м.
а.е.м.
а.е.м.
а.е.м.
2) Средняя молярная масса смеси:
кг/моль
3) Газовая постоянная смеси:
Дж/кг∙К
4) Определяем начальный объем:
Из уравнения состояния: 
, p = 780 мм.рт. ст. = 99991.5 Па, 
К
м3/кг
5) Определяем конечную температуру:
Из закона Гей-Люссака: 
, v2 = 3v1 = 4.883м3/кг
К
6) Удельная работа изменения объёма:
моль∙К/кг
7) Удельные теплоёмкости:
Дж/К
Дж/К
8) Изменение удельной внутренней энергии:
Дж
9) Изменение энтальпии:
Дж
10) Изменение энтропии:
Дж/кг∙К
11) Энергетический баланс:
1.406*10^6 = 
+ 
1.406*10^6 = 1.406*10^6
ЗАДАЧА №2
Рассчитать теоретический цикл двигателя внутреннего сгорания – ДВС (газотурбинной установки – ГТУ), если известны начальные температура и давление, тип цикла и его характеристики.
ОПРЕДЕЛИТЬ:
Параметры рабочего тела, внутреннюю энергию, энтропию и энтальпию в характерных точках цикла; теплоёмкость, изменение внутренней энергии, энтропии и энтальпии, теплоту и работу для каждого процесса, входящего в цикл; подведённую и отведённую теплоту, работу и термический КПД цикла.
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:
t1 = - 10°C
P1 = 0,8 бар = 80 кПа = 0,08 МПа
n1 = 1,34
n2 = 1,3
ε = 16
λ = 1,6
ρ = 1,8
В качестве рабочего тела принят – воздух:
R = 287 Дж/кг∙К
k = Cp / Cv = 1.4
R = Cp – Cv
 Дж/кг∙К
 Дж/кг∙К
| Цикл — III
тепла. Диаграмма P – V.
|
РЕШЕНИЕ:
1) Определим параметры состояния рабочего тела (воздуха) в точках цикла. Расчёт произведён массу рабочего тела m = 1 кг. Уравнение состояния газа pν = RT.
Точка «1»:
р1 = 80 кПа
Т1 = -10 + 273,15 = 263.15 К
м3/кг
Точка «2»:
Степень сжатия рабочего тела 
м3/кг
«1 – 2» — политропное сжатие
МПа
К
Точка «3»:
ν3 = ν2 = 0.059 м3/кг
Степень повышения давления 
МПа
К
Точка «4»:
p4 = p3 = 5.26 МПа
Степень предварительного расширения 
м3/кг
К
Точка «5»:
ν5 = ν1 = 0.944 м3/кг
«4 – 5» — политропное расширение
МПа
К
2) Заданный цикл ДВС включает в себя 5 процессов:
1. «1 – 2» — политропное сжатие:
Изменение внутренней энергии
кДж/кг
Изменение удельной энтальпии
кДж/кг
Изменение удельной энтропии
кДж/кг∙К
Удельная работа изменения объёма
кДж/кг
Удельное количество теплоты
кДж/кг
Согласно Первому закону термодинамики: 
Проверка: -52.21 = -348,1 + 295,86
-52.21 ≈ -52.23
2. «2 – 3» — процесс изохорного подведения теплоты q’1 (ν = const)
Изменение внутренней энергии
кДж/кг
Изменение удельной энтальпии
кДж/кг
Изменение удельной энтропии
кДж/кг∙К
Удельная работа изменения объёма
Удельное количество теплоты
кДж/кг
Согласно Первому закону термодинамики:
Проверка: 291.16 = 0 + 291.16
291.16 = 291.16
3. «3 – 4» — процесс изобарного подведения теплоты q”1 (p = const)
Изменение внутренней энергии
кДж/кг
Изменение удельной энтальпии
кДж/кг
Изменение удельной энтропии
кДж/кг∙К
Удельная работа изменения объёма
кДж/кг
Удельное количество теплоты
кДж/кг
Согласно Первому закону термодинамики:
Проверка: 868.98 = 248.28 + 620.7
868.98 = 868.98
процесс политропного расширения
Изменение внутренней энергии
кДж/кг
Изменение удельной энтальпии
кДж/кг
Изменение удельной энтропии
кДж/кг∙К
Удельная работа изменения объёма
кДж/кг
Удельное количество теплоты
кДж/кг
Согласно Первому закону термодинамики:
Проверка: 224 = 896 + (-672)
224 = 224
5. «5 – 1» — процесс отвода теплоты q2 (ν = const)
Изменение внутренней энергии
кДж/кг
Изменение удельной энтальпии
кДж/кг
Изменение удельной энтропии
кДж/кг∙К
Удельная работа изменения объёма
Удельное количество теплоты
кДж/кг
Согласно Первому закону термодинамики:
Проверка: -535.72 = 0 + (-535.72)
-535.72 = -535.72
|
Рис.2 Диаграмма Т – S цикла ДВС со смешанным подводом тепла
3) Рассчитаем окончательные параметры данного цикла:
Количество подведённой теплоты
q1 = q’1 + q”1 = 291.16 + 868.98 = 1160.14 кДж/кг
Количество отведённой теплоты
q2 = 535.72 кДж/кг
Полезная работа цикла ДВС
℮ц = q1 + q2 =1160.14 – 535.72 = 624.42 кДж/кг
Термический КПД цикла:
ЗАДАЧА № 3