TT.5 Глава V. Рабинович
Первый закон термодинамики 118-149
Часть задач есть решенные, контакты
118. Найти часовой расход топлива, который необходим для работы паровой турбины мощностью 25 МВт, если теплота сгорания топлива = 33,85 МДж/кг и известно, что на превращение тепловой энергии в механическую используется только 35% теплоты сожженного топлива.
Стоимость: 90 руб
119. В котельной электрической станции за 20 ч работы сожжены 62 т каменного угля, имеющего теплоту сгорания 28900 кДж/кг. Определить среднюю мощность станции, если в электрическую энергию превращено 18% теплоты, полученной при сгорании угля.
Стоимость: 90 руб
120. Мощность турбогенератора 12 000 кВт, к. п. д. генератора 0,97. Какое количество воздуха нужно пропустить через генератор для его охлаждения, если конечная температура воздуха не должна превышать 55°С? Температура в машинном отделении равна 20°С; среднюю теплоемкость воздуха срт принять равной 1,0 кДж/(кг·К).
121. Во многих странах за единицу количества теплоты принята так называемая британская тепловая единица (ВТU), представляющая собой количество теплоты, необходимое для нагрева 1 английского фунта (1 lb = 0,4536 кг) воды на 1° F. Выразить 1FTU, 1ВТU/1b и 1ВТU/1b° F соответственно в кДж, кДж/кг, кДж/(кг · К).
122. Теплота сгорания топлива, выражаемая в кДж/кг, может быть также выражена в кВт · ч/кг. Принимая теплоту сгорания нефти равной 41 900 кДж/кг, каменного угля 29 300 кДж/кг, подмосковного бурого угля 10 600 кДж/кг, выразить теплоту сгорания перечисленных топлив в кВт · ч/кг.
123. Использование атомной энергии для производства тепловой или электрической энергии в техническом отношении означает применение новых видов топлив — ядерных горючих. Количество энергии, выделяющейся при расщеплении 1 кг ядерных горючих, может быть условно названо их теплотой сгорания. Для урана эта величина равна 22,9 млн. кВт · ч/кг. Во сколько раз уран как горючее эффективнее каменного угля с теплотой сгорания 27 500 кДж/кг?
124. Важнейшим элементом атомной электростанции является реактор, или атомный котел. Тепловой мощностью реактора называют полное количество теплоты, которое выделяется в нем в течение 1 ч. Обычно эту мощность выражают в киловаттах. Определить годовой расход ядерного горючего для реактора с тепловой мощностью 500 000 кВт, если теплота сгорания применяемого для расщепления урана равна 22,9·106 кВт · ч/кг, а число часов работы реактора составляет 7000.
125. Первая, в мире атомная электростанция, построенная в СССР, превращает атомную энергию, выделяющуюся при реакциях цепного деления ядер урана, и тепловую, а затем в электрическую энергию. Тепловая мощность реактора атомной электростанции равна 30 000 кВт, а электрическая мощность электростанции составляет при этом 5000 кВт. Найти суточный расход урана, если выработка электроэнергии за сутки составила 120 000 кВт · ч. Теплоту сгорания урана принять равной 22,9 · 106 квт · ч/кг. Определить также, какое количество угля, имеющего теплоту сгорания 25 800 кДж/кг, потребовалось бы для выработки того же количества электроэнергии на тепловой электростанции, если бы к.п.д. ее равнялся к.п.д. атомной электростанции.
126. Теплоемкость газа при постоянном давлении опытным путем может быть определена в проточном калориметре. Для этого через трубопровод пропускают исследуемый газ и нагревают его электронагревателем (рис. 8). При этом измеряют количество газа, пропускаемое через трубопровод, температуры газа перед и за электронагревателем и расход электроэнергии. Давление воздуха в трубопроводе принимают неизменным. Определить теплоемкость воздуха при постоянном давлении методом проточного калориметрирования, если расход воздуха через трубопровод М = 690 кг/ч, мощность электронагревателя Nэл = 0,5 кВт, температура воздуха перед электронагревателем t1 = 18°С, а температура воздуха за электронагревателем t = 20,6°С.
127. Метод проточного калориметрирования, описанный в предыдущей задаче, может быть также использован для определения количества газа или воздуха, протекающего через трубопровод. Найти часовой расход воздуха М кг/ч, если мощность электронагревателя Nэл = 0,8 кВт, а приращение температуры воздуха t2 = t1 =1,8°С. Определить также скорость воздуха с в трубопроводе за электронагревателем, если давление воздуха 120 кПа, температура его за электронагревателем 20,2°С, а диаметр трубопровода 0,125 м.
128. При испытании двигателей внутреннего сгорания широким распространением пользуются так называемые гидротормоза. Работа двигателя при торможении превращается в теплоту трения, и для уменьшения нагрева тормозного устройства применяют водяное охлаждение. Определить часовой расход воды на охлаждение тормоза, если мощность двигателя N = 33 кВт, начальная температура воды = 15ºС, конечная = 60ºС; принять, что вся теплота трения передается охлаждающей воде.
129. При испытании нефтяного двигателя было найдено, что удельный расход топлива равен 231 г/(вВт/ч). Определить эффективный к.п.д. этого двигателя, если теплота сгорания топлива = 41000 кДж/кг (9800 ккал/кг).
130. Паросиловая установка мощностью 4200 кВт имеет к.п.д. ηст = 0,20. Определить часовой расход топлива, если его теплота сгорания = 25000 кДж/кг.
131. В котельной электростанции за 10 ч работы сожжено 100 т каменного угля с теплотой сгорания = 29300 кДж/кг. Найти количество выработанной электроэнергии и среднюю мощность станции, если к.п.д. процесса преобразования тепловой энергии в электрическую составляет 20%.
132. В сосуд, содержащий 5 л воды при температуре 20°С, помещен электронагреватель мощностью 800 Вт. Определить, сколько времени потребуется, чтобы вода нагревалась до температуры кипения 100° С. Потерями теплоты сосуда в окружающую среду пренебречь.
133. В калориметр, содержащий 0,6 кг воды при t = 20°С, опускают стальной образец массой в 0,4 кг, нагретый до 200°С. Найти теплоемкость стали, если повышение температуры воды составило 12,5°. Массой собственно калориметра пренебречь.
134. Свинцовый шар падает с высоты h = 100 м на твердую поверхность. В результате падения кинетическая энергия шара полностью превращается в теплоту. Одна треть образовавшейся теплоты передается окружающей среде, а две трети расходуются на нагревание шара. Теплоемкость свинца с = 0,126 кДж/(кг · К). Определить повышение Температуры шара.
135. Автомобиль массой 1,5 т останавливается под действием тормозов при скорости 40 км/ч. Вычислить конечную температуру тормозов t2, если их масса равна 15 кг, начальная температура t1 = 10°С, а теплоемкость стали, из которой изготовлены тормозные части, равна 0,46 кДж/(кг · К). Потерями теплоты в окружающую среду пренебречь.
136. Предполагая, что все потери гидротурбины превращаются в теплоту и тратятся на нагрев воды, определить к.п.д. турбины по следующим данным: высота падения воды равна 400 м, нагрев воды составляет 0,2°С.
137. В машине вследствие плохой смазки происходит нагревание 200 кг стали на 40°С в течение 20 мин. Определить вызванную этим потерю мощности машины. Теплоемкость стали принять равной 0,46 кДж/(кг · К).
138. Найти изменение внутренней энергии 1 кг воздуха при переходе его от начального состояния t1 = 300ºС до конечного при t2 = 50ºС. Зависимость теплоемкости от температуры принять линейной. Ответ дать в кДж.
139. Найти изменение внутренней энергии 2 м3 воздуха, если температура его понижается от t1 = 250°С до t2 = 70°С. Зависимость теплоемкости от температуры принять линейной. Начальное давление воздуха р1 = 0,6 МПа.
140. К газу, заключенному в цилиндре с подвижным поршнем, подводится извне 100 кДж теплоты. Величина произведенной работы при этом составляет 115 кДж. Определить изменение внутренней энергии газа, если количество его равно 0,8 кг.
141. 2 м3 воздуха при давлении 0,5 МПа и температуре 50°С смешиваются с 10 м3 воздуха при давлении 0,2 МПа и температуре 100°С. Определить давление и температуру смеси.
142. В двух разобщенных между собой сосудах А и В (рис. 9) содержатся следующие газы: в сосуде А – 50 л азота при давлении р1 = 2 МПа и температуре t1 = 200ºС, в сосуде В – 200 л углекислого газа при давлении р2 = 0,5 МПа и температуре t2 = 600ºС. Определить давление и температуру, которые установятся после соединения сосудов. Теплообменом с окружающей средой пренебречь.
143. При решении задач на смешение газов пользуются иногда формулами (64) и (65) в качестве приближенных, Решите предыдущую задачу, пользуясь приближенными формулами, и сравните полученные результаты по точным и приближенным формулам.
144. Три разобщенных между собой сосуда А, В, С заполнены различными газами. В сосуде А, имеющем объем 10 л, находится сернистый ангидрид SO2 при давлении 6 МПа и температуре 100°С, в сосуде В с объемом 5 л — азот при давлении 0,4 МПа и температуре 200°С и в сосуде С с объемом 5 л — азот при давлении 2 МПа и температуре 300°С. Определить давление и температуру, которые установятся после соединения сосудов между собой. Считать, что теплообмен со средой отсутствует.
145. В сосуде А находится 100 л водорода при давлении 1,5 МПа и температуре 1200°С, а в сосуде В — 50 л азота при давлении 3 МПа и температуре 200°С. Найти давление и температуру, которые установятся после соединения сосудов при условии отсутствия теплообмена с окружающей средой.
146. В сборном газоходе котельной смешиваются уходящие газы трех котлов, имеющие атмосферное давление. Для упрощения принимается, что эти газы имеют одинаковый состав, а именно:
СО2 = 11,8%; О2 = 6,8%; N2 = 75,6%;
Н2О = 5,8%.
Часовые расходы газов составляют
V1 = 7100 м3/ч; V2 = 2600 м3/ч; V3 = 11 200 м3/ч,
а температуры газов соответственно
t1 = 170°С; t2 = 220° С; t3 = 120°С.
Определить температуру газов после смешения и их объемный расход через дымовую трубу при этой температуре.
147. Уходящие газы из трех паровых котлов при давлении 0,1 МПа смешиваются в сборном газоходе и через дымовую трубу удаляются в атмосферу. Объемный состав уходящих газов из отдельных котлов следующий:
из первого
СО2 = 10,4%; О2 = 7,2%; N2 = 77,0%;
Н2О = 5,4%;
из второго
СО2 = 11,8%; О2 = 6,9%; N2 = 75,6%;
Н2О = 5,8%;
из третьего
СО2 = 12,0%; О2 = 4,1%; N2 = 77,8%;
Н2О = 6,1%.
Часовые расходы газов составляют М1 = 12 000 кг/ч; М2 = 6500 кг/ч; М3 = 8400 кг/ч, а температуры газов соответственно
t1 = 130°С; t2 = 180°С; t3 = 200°С.
Определить температуру уходящих газов после смешения в сборном газоходе. Принять, что мольные теплоемкости этих газов одинаковы.
148. В газоходе смешиваются три газовых потока, имеющих одинаковое давление, равное 0,2 МПа. Первый поток представляет собой азот с объемным расходом V1 = 8200 м3/ч при температуре 200°С, второй поток — двуокись углерода с расходом 7600 м3/ч при температуре 500°С и третий поток — воздух с расходом 6400 м3/ч при температуре 800°С. Найти температуру газов после смешения и их объемный расход в общем газопроводе.
149. Продукты сгорания из газохода парового котла в количестве 400 кг/ч при температуре 900°С должны быть охлаждены до 500°С и направлены в сушильную установку. Газы охлаждаются смешением газового потока с потоком воздуха при температуре 20°С. Давление в обоих газовых потоках одинаковое. Определить часовой расход воздуха, если известно, что Rгаз = Rвозд. Теплоемкость продуктов сгорания принять равной теплоемкости воздуха.
Часть задач есть решенные, контакты