Індивідуальні розрахункові Завдання

 

Загальні вимоги до виконання розрахункових завдань

Для більш глибокого засвоєння матеріалу курсу кожний студент виконує індивідуальні розрахунки згідно з варіантом, який визначає викладач.

Бали за кожну розрахункову роботу складаються з 3-х частин:

- оцінка за якість розрахунків та оформлення роботи;

- оцінка за строк виконання роботи;

- оцінка за захист роботи – перевірка рівня засвоєння теоретичного матеріалу за темою.

Захист розрахункових робіт здійснюється на лабораторних або практичних заняттях за допомогою тестів. Приклади тестів наведено на сторінці 103.

Індивідуальні роботи оформлюються на окремих аркушах паперу. Обов’язково вказувати прізвище та групу студента, номер варіанта, який задається викладачем. При рішенні задач потрібно обґрунтовувати вибір формул для розрахунків. Обов’язково вказувати одиниці вимірювання усіх величин. Строк подання роботи встановлює викладач.

Для полегшення виконання індивідуальних робіт в посібнику наведені приклади рішення задач.

Завдання № 1 Термодинамічні процеси ідеальних газів. Суміші ідеальних газів

Задача 1. Вважаючи теплоємність газів лінійно залежною від температури, визначити:

- параметри газу в початковому та кінцевому стані (P, V, Т),

- зміну внутрішньої енергії та ентропії (DU, DS),

- роботу розширення L,

- теплоту, яка бере участь у процесі, Q.

Побудувати процес на PV - та TS -діаграмах.

Примітка. При виконанні завдання потрібно використовувати дані додатків А та В.

Вихідні дані наведено в таблиці 34.

 

Таблиця 34 – Вихідні дані для задачі 1

Перша цифра варіанта	Газ	Р1, МПа	m, кг	Друга цифра варіанта	Процес	t1, °С	t2,°С
	О2				Ізохорний
	N2				Ізобарний
	H2O				Адіабатний
	N2				Ізохорний
	СО				Ізобарний
	СО2				Адіабатний
	N2				Ізохорний
	H2O				Ізобарний
	О2				Адіабатний
	СО				Ізохорний

 

Задача 2. Суміш газів складається із n₁ кіломолей азоту та n₂ кіломолей кисню із початковими параметрами: P₁ = 1,0 МПа та T₁ = 1000 К і розширюється до тиску P₂. Розширення може проходити за ізотермою та адіабатою. Визначити:

- масу суміші m_сум,

- газову постійну суміші R_сум,

- початковий об’єм V₁,

- кінцеві параметри V₂ та T₂,

- роботу розширення L,

- теплоту процесу Q,

- зміну ентропії DS.

Показник адіабати та теплоємності враховувати постійними і незалежними від температури.

Побудувати процеси на PV- та TS -діаграмах.

Примітка. При виконанні завдання потрібно використовувати дані додатку А.

Вихідні дані наведено в таблиці 35.

 

Таблиця 35 – Вихідні дані для задачі 2

Перша цифра варіанта	P2, МПа	Друга цифра варіанта	n1	n2
кмоль
	0,43		0,1	0,9
	0,40		0,2	0,8
	0,35		0,3	0,7
	0,33		0,4	0,6
	0,31		0,5	0,5
	0,47		0,6	0,4
	0,54		0,7	0,3
	0,57		0,8	0,2
	0,62		0,9	0,1
	0,66		0,5	0,5

 

 

Завдання № 2 hs-Діаграма водяної пари. Дроселювання

 

Водяна пара має початкові параметри P₁ = 5 МПа та х₁ = 0,9. Вона нагрівається при постійному тиску до температури t₂, а потім дроселюється до тиску P₃. При тиску P₃ пара попадає до сопла Лаваля, де розширюється до тиску P₄ = 5 кПа.

Користуючись hs-діаграмою, визначити:

- кількість теплоти, яку необхідно підвести до пари для нагрівання її до температури t₂;

- зміну внутрішньої енергії на кожному етапі;

- кінцеву температуру t₃ в процесі дроселювання;

- кінцеві параметри та швидкість на виході із сопла;

- витрату пари при розширенні від P₃ до P₄.

Усі процеси побудувати на hs -діаграмі.

Вихідні дані наведено в таблиці 36.

 

Таблиця 36 – Вихідні дані

Перша цифра варіанта	P3, МПа	Площа перерізу сопла fmin, см^2	Друга цифра варіанта	t2, °С
	1,4
	1,3
	1,2
	1,1
	1,0
	0,9
	0,8
	0,7
	0,6
	0,5

 

Завдання № 3 Теплопередача

Задача 1. Плоска стальна стінка товщиною d₁ з теплопровідністю сталі l₁ = 40 Вт/(м∙К) з однієї сторони омивається газами з коефіцієнтом тепловіддачі a₁, а з другої сторони стінка ізольована шаром ізоляції товщиною d₂ з коефіцієнтом теплопровідності l₂ = 0,15 Вт/(м∙К). Коефіцієнт тепловіддачі від шару ізоляції до повітря a₂. Задані також температура газу t_г та повітря t_п. Визначити:

- густину теплового потоку q,

- температури t_ст’, t_ш’ та t_ст’’.

Вихідні дані наведено в таблиці 37.

Навести рисунок з позначенням температур.

 

Таблиця 37 – Вихідні дані для задачі 1

Перша цифра варіанта	d2, мм	a2, Вт/(м^2∙К)	tп, °С	Друга цифра варіанта	d1, мм	a1, Вт/(м^2 К)	tг, °С
			-5
			-10
			-20

Задача 2. Повітря рухається всередині труби при температурі t_п та швидкості w, внутрішній діаметр труби d₁, товщина стінки труби d, а теплопровідність стінки l = 20 Вт/(м∙К).

Зовнішня поверхня труби омивається гарячими газами, температура газів t₂, коефіцієнт тепловіддачі до труби a₂. Визначити:

- коефіцієнт тепловіддачі від стінки труби до повітря a₁,

- тепловий потік на 1 м довжини труби.

Вихідні дані наведено в таблиці 38. При виконанні завдання потрібно використовувати дані додатків Е та Ж.

 

Таблиця 38 – Вихідні дані для задачі 2