Физика. Примеры решения задач контрольной работы

Физика. Примеры решения задач
контрольной работы
Кинематика
Механические колебания
МОЛЕКУЛЯРНАЯ  ФИЗИКА
Механика
Молекулярная физика и термодинамика
Электромагнетизм
Атомная и ядерная физика
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ
ТЕПЛОТЕХНИКИ
Термодинамические процессы
Термодинамический анализ
энергетических установок
Принцип термотрансформации
Конвективный теплообмен
Тепловое излучение
ОСНОВНЫЕ ФОРМУЛЫ ДЛЯ
КОНТРОЛЬНОЙ РАБОТЫ

Электростатика

 

Термодинамические процессы

 Политропные процессы. Задачей анализа любого термодинамического процесса является установление закономерностей изменения термических и калорических параметров состояния рабочего тела и выявления особенностей превращения энергии в форме тепла и работы.

 Политропным называется процесс при протекании которого выполняются три условия:

 - диссипация энергии в процессе отсутствует  и поэтому он является равновесным (идеализированным);

  - рабочим телом системы является идеальный (совершенный) газ, подчиняющийся уравнению состояния Клапейрона ();

 - теплоемкость газа в процессе не изменяется, т.е.  кДж/(кг К).

  При выполнении этих условий из уравнений 1-ого закона (19) и (20) можно получить основное уравнение политропного процесса в виде

  (24)

где  - показатель политропы, численное значение которого постоянно в ходе процесса. В качестве постоянной теплоемкости обычно принимают ее среднее значение в заданном (или предполагаемом) интервале температур (см. пример 3). Из определения следует, что политропное представление является лишь первым приближением при анализе реальных процессов. В рамках этих ограничений политропный процесс является обобщающим, так как при различных  получим:

  - изобарный процесс;

  - изохорный процесс;

  - изотермический процесс;

  - адиабатный процесс.

 В адиабатном политропном процессе ( - показатель адиабаты (изоэнтропы)).

  Из уравнений состояния и политропы следует связь между термическими параметрами состояния в процессе:

  (25)

 Выражения для работы изменения объема, согласно (16) в политропном процессе имеет вид, Дж/кг:

  (26)

 Выражение для теплоты политропного процесса, Дж/кг:

,  (27)

где, согласно формуле для показателя ,

  (28)

 Изменение энтропии в политропном процессе может быть найдено на основе (11) и (12), Дж/(кг·К):

  (29)

14

 Учитывая, что внутренняя энергия и энтальпия являются функциями состояния и их изменение не зависит от характера процесса, выражение для их расчета можно получить из уравнений 1-ого закона. В изохорном процессе   и поэтому

 (30)

  В изобарном процессе  и поэтому

  (31)

 Пример 4. При политропном сжатии 1 кг воздуха до объема v2=0,1v1 температура поднялась с 10 до 90оС, начальное давление равно 0,8 бар. Определите конечные параметры газа, показатель политропы, работу сжатия, изменение энтропии, количество теплоты процесса и покажите процесс в p, v- и T, s - координатах.

  Для воздуха можно принять: показатель адиабаты к=1,4 изобарная теплоемкость
, кДж/(кг·К) газовая постоянная кДж/(кг·К), мольная масса кг/кмоль.

  После использование уравнения состояния находим:

  Из уравнения (24) показатель политропы

  Изменение внутренней энергии

  кДж/кг.

 Изменение энтальпии

  кДж/кг.

 Теплоемкость политропного процесса

  кДж/(кг·К).

 Теплота политропного процесса

  кДж/кг.

 Работа сжатия 1 кг газа

  кДж/кг.

 Проверка согласно первому закону термодинамики:

  Изменение энтропии по объединенному уравнению термодинамики:

  кДж/(кг·К).

 Теплота отводится и энтропия газа снижается. На рис.2 показаны процессы в p, v- и T, s- координатах.

Основные уравнения стационарного поточного процесса. В машинах и аппаратах технических устройств, например, в турбинах, компрессорах, насосах, теплообменниках, трубопроводах и др., как правило, осуществляется стационарное течение одного или нескольких потоков газа или жидкости. При термодинамическом исследовании подобных систем их заключают в контрольное пространство (рис. 3) и применяют для описания процессов основные уравнения термодинамики и механики одномерного течения.

Пример. Вода в трубах теплообменного аппарата в количестве 25 кг/с при начальном давлении 1 бар подогревается от 20 до 27 . Определите тепловой поток, подводимый к воде, если давление на выходе из труб снижается на 5%.

Пример. Компрессор всасывает воздух при давлении   бар, температуре  и сжимает его до давления  бар. Производительность  м3/час при нормальных физических условиях. Определите мощность компрессора, если он неохлаждаемый, относительный внутренний к.п.д. , а также – параметры газа в конце сжатия.

Определить параметры в проточной камере при смешивании двух потоков азота. Параметры первого потока: t1=20 оC, Р1=6 бар, w1=10 м/с. Параметры второго потока: t2=200 оC, Р2=10 бар, w2=15 м/с. Давление в камере снизилось до Р=5 бар. Расходы исходных потоков следующие: кг/с, кг/с.

Пример. Определить состояние и калорические параметры водяного пара при  и .

Архитектура Зимнего дворца Санкт-Петербурга