Zestaw 5

ZADANIA Z TERMODYNAMIKI TECHNICZNEJ – zestaw 5
1. W dwu zbiornikach A i B połączonych rurociągiem znajduje się powietrze (gaz
doskonały), którego temperatura początkowa wynosi TA1= 500K , TB1=300K.
Objętości zbiorników wynoszą: VA=5m3, VB=10m3. Ciśnienie, którego wartość
początkowa p1=0,5MPa, jest w obu zbiornikach wyrównane. Wskutek ostygania
zbiornika A powietrze ze zbiornika B przepływa częściowo do zbiornika A.
Temperatura w zbiorniku B jest stała. Temperatura końcowa w zbiorniku A wynosi
TA2=300K. Obliczyć: a) wspólne ciśnienie końcowe, b) ilość ciepła doprowadzonego
z otoczenia do zbiornika B,
c) ilość ciepła odprowadzonego do otoczenia ze
zbiornika A.
2. W zbiorniku o objętości Vz = 2m3 znajduje się powietrze (dwuatomowy gaz
doskonały) o parametrach początkowych: p1=pot=0,1 MPa, T1=Tot=290K. Do
zbiornika dołączono idealną pompę próżniową, która zasysa powietrze ze zbiornika,
sprężą je izotermicznie do ciśnienia otoczenia i wyrzuca do otaczającej atmosfery. Po
ewakuacji ciśnienie końcowe w zbiorniku wynosi p2= 8kPa. Temperatura w zbiorniku
utrzymuje się w ciągu przemiany na stałej wartości: T=T1=Tot. Obliczyć: a)
całkowitą pracę użyteczną włożoną do napędu pompy,
b)
ilość ciepła
doprowadzonego do zbiornika.
3. W zbiornika o objętości V=10m3 znajduje się powietrze o parametrach początkowych:
p1=0,2MPa, T1=290K. Do zbiornika dołączono idealną sprężarkę, która zasysa
powietrze atmosferyczne o parametrach: p1=0,1MPa , T=290K spręża je izotermicznie
i wtłacza do zbiornika. Dzięki odprowadzeniu ciepła do otoczenia temperatura
temperatura powietrza w zbiorniku ma stałą wartość. Ciśnienie końcowe w zbiorniku
p2= 1MPa. Obliczyć: a) całkowitą pracę użyteczną włożoną do napędu sprężarki,
b) ciepło oddane do otoczenia przez zbiornik.
4. Obliczyć pracę sprężania m=1 kg powietrza (gaz doskonały) od parametrów
początkowych: p1=0,1 MPa, t1=200C do końcowego ciśnienia p2=1MPa dla
przemiany: a) izotermicznej, b) izentropowej , c) politropowej o zadanym
wykładniku politropy m.
5. Do nagrzewnicy dopływa powietrze (dwuatomowy gaz doskonały) o parametrach:
p1=0,1MPa, t1= -200C w ilości Vn=720nm3/h, gdzie izobarycznie zostaje podgrzane do
temperatury t2= 200C przy wykorzystaniu energii elektrycznej. Średnica kanału
dolotowego i wylotowego wynosi D=200mm. Obliczyć: a) strumień powietrza
n [kmol/s] , m [kg/s], b) prędkość przepływu powietrza w kanale dolotowym i
wylotowym w1 , w2 , c) moc cieplną grzejnika elektrycznego, jeżeli przyjąć, że straty
ciepła do otoczenia z powierzchni zewnętrznej nagrzewnicy wynoszą 5% mocy
grzejnika.
6. Transformator ciśnienia składa się z turbiny A i napędzanej przez nią sprężarki B.
W obu maszynach zachodzą przemiany adiabatyczne i odwracalne. Do turbiny
dopływa dwuatomowy gaz doskonały o parametrach pA1=3MPa , TA1=500K i rozpręża
się do ciśnienia pA2=1MPa. Taki sam gaz jest sprężany w maszynie B od
początkowych parametrów: pB1=0,1MPa , TB1=300K do ciśnienia pB2=pA2= 1MPa.
Gazy opuszczające obie maszyny są kierowane do wspólnego rurociągu, gdzie
następuje też wyrównanie ich temperatury. Obliczyć: a) temperatury gazów TA2 oraz
TB2 za maszynami (ale przed zmieszaniem), b) stosunek strumieni kilomolowych
gazów nA/nB ,
c) temperaturę gazu w rurociągu po zmieszaniu gazów T3.
Jak zmienią się wyniki, jeżeli przemiany w obu maszynach byłyby izotermiczne.