Термодинамика ТТ.5 Глава V

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: 120 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: 120 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 с_рт 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 N_эл = 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 N_эл = 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. η_ст = 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 R_газ = R_возд. Теплоемкость продуктов сгорания при­нять равной теплоемкости воздуха.

Стоимость: 200 руб

Часть задач есть решенные, контакты