Задачі для самост ій ного розв'язування

Задача 1

 

Газова суміш масою 10 кг складаєгься з 6 кг азоту, 1 кг- вуглекнслого газу та 3 кг окису вуглецю. Початковий стан суміші: тиск Р₁ = 2 МПа, температура t₁ = 37°С. У процесі при Т=const суміш розширюється до тиску Р₂ = 0,5 МПа. Визначити роботу розширення суміші L, кількість підведеної тенлоти Q, об'єм V₂, до якого розшириться газова суміш, а також парціальний тиск газів, що входять у суміш у початковому стані.

 

Задача 2

Газова суміш, що складасться з кисню та азоту, при тиску Р₁=1МПа мае об'см V₁=0,5 м³ та масу m=5 кг. Парціальний об'єм кисню V(О₂) = 0,2 м³, а азоту V(N₂) = 0,3 м³. Над сумішю виконується ізохорний процес з підводом тсплоти Q = 1000 кДж. Визначити термодинамічні параметри суміші у початковому та кінцевих станах. Зобразити графічно процес у pv- та Тs- діаграмах.

 

Задача 3

Маса газової суміші m= 25 кг. Об'ємні частки газової суміші, %: N₂ = 79, О₂ = 21. Суміш нагрівається при постійному об'ємі V₁=20 м³ вiд температури t₁=50°С до температуря t₂ =250 °С, а потім охолоджуеться при постійному тиску до початкової температури tз=t₁. Визначити кінцевий тиск та об'єм суміші, величину роботи та кількість теплоти, що беруть участь у процесах, а також зміну ентропії 1 кг суміші. Розрахунок ілюструвати зображенням прцесіву pv- та Тs- діаграмах.

 

Задача 4

Суміш, що складаеться з СО₂ та СО, задана масовими частками g(СО₂) = 0,5 та g(СО) = 0,5. Маючи початкові параметри - тиск Р₁= 0, 5 МПа та температуру t₁= 27 С, суміш розширюсться при поспйному тиску до об'ему V₂= 4V₁. Визначити газову постійну суміші, її початковий об'єм V₁, параметри сумішіу кінцевому стані змінення внутрішньої енергії, ентальпії, ентропії, теплоту та роботу розширення у процесі 1-2, якщо маса суміші m = 4 кг. Зобразити графічно процес у pv- та Тs- діаграмах.

 

Задача 5

Суміш, що складаеться з m₁=5 кг азоту та m₂=15 кг водню, маючи початков іпараметри – тиск Р₁ = 5 МПа та температуру t₁ = 27 °С, розширюється при постійному тиску до об'єму V₂ = 5V₁, потім суміш розширюється у процесі pvⁿ = соnst до об'ему Vз= 11V₂, n=1,25. Визначити газову сталу суміші, і початковий об'єм V₁, густину ρ при нормальних умовах (t=0 °С, р=10⁵ Па), параметри суміші у станах 2 та 3, зміну внутрішньої енергії, ентальпії, ентропії, кількість теплоти та роботу розширення у процесах 1-2 та 2-3. Зобразити графічно процеси у pv- та Тs- координатах.

 

Водяна пара

Водяна пара являє собою реальний газ, який підкоряється рівнянню стану Ван-дер-

Ваальса:

,                                                          (50)

де р - тиск, v - об'єм, Т - абсолютна температура, R - газова стала, а i b -коефіцієнти, що враховують, відповідно, сили тяжіння та відштовхування між молекулами пари.

Водяна пара може бути насиченою та ненасиченою. Насиченою зветься пара, яка утворюється в процесі: кипіння і знаходиться в терм|ічній та динамічній рівновазі з рідиною. Відрізняють суху насичену пару, яка не вміщуе в собі рідини при температурі насичення, та вологу насичену пару, яка є двофазовою системою з сухої насиченої пари (m_сп) та рідини (m_p).

Показннк сухості:

.                                                                 (51)

Перегріта пара має місце при температурах, вищіх за температуру насичення.

Для практичних розрахунків термодинамічних процесів водяної пари широке використання знайшла is – діаграма (див. додаток 5). На діограмі розміщено ізобари (р=соnst), ізохори (V=соnst), ізотерми (Т=соnst), а також лінії з різними показниками сухості (х =соnst). Лінія з різними показниками сухості х=1 відповідає сухій насиченій парі. Вище цієї лініі знаходиться перегріта пара, а нижче-волога пара. Слід пам'ятати, що в області вологої пари ізотерми збігаються з ізобарами. Адіабатний процес в is -діаграмі-вертикальна лінія (s=const), процес дроселювання- горизонтальна лінія (i=соnst).

Розв’язання задач треба починати з якісного зображення процесу в координатах is. Якщо задано параметри стану водяної пари, то точка в координатах is, що зображує термодинамічний стан пари, знаходиться на перетині відповідних ізоліній. Для цієї точки знаходять значения ентальпії (і) та ентропії (s). Перехід в новий термодинамічний стан дасть нові значення термодинамічних параметрів р, v, Т, а також термодинамічних функцій i та s. Це дае можливістъ підрахувата кількість втраченої теплоти, внутрішню ентропію та інше.

Запитання д ля самоконтролю і повторения

1.Реальні гази. Чим вони відрізняються від ідеальних?

2.Рівняння стану реальних газів (рівняння Ван-дер-Ваальса).

З.Водяна пара та її характеристики.

4. is -діаграма водяної пари. Зобразити основні процеси на is -діаграмі.