1 Масса 1 м3 метана при определенных условиях составляет 0,7 кг. Определить плотность и удельный объем метана при этих условиях. Ответ: ρ = 0,7 кг/м3 ; v = 1,429 м3 /кг. 2 Плотность воздуха при определенных условиях равна 1,293 кг/м3 . Определить удельный объем воздуха при этих условиях. Ответ: v = 0,773 м3 /кг. 8 3 В сосуде объемом 0,9 м3 находится 1,5 кг окиси углерода. Определить удельный объем и плотность окиси углерода при указанных условиях. Ответ: v = 0,6 м3 /кг; ρ = 1,67 кг/м3 . 4 Давление воздуха, измеренное ртутным барометром, равно 765 мм при температуре ртути 20°С. Выразить давление в барах. Ответ: Р = 1,02 бар. 5 Определить абсолютное давление газа в сосуде, если показание ртутного манометра равно 500 мм рт. ст., а атмосферное давление по ртутному барометру составляет 750 мм. Температура воздуха в месте установки приборов равна 0°С. Ответ: Рабс = 1,667 бар = 0,1667 МПа. 6 Определить абсолютное давление в паровом котле, если манометр показывает 2,45 бар, а атмосферное давление по ртутному барометру составляет 700 мм при t = 20 ºС. Ответ: Р = 3,38 бар. 7 Какой высоте водяного столба соответствует 1 мм рт. ст.? Ответ: h = 13,6 мм вод. ст. 8 Какой высоте водяного столба соответствует давление равное 1 кгс/м2 ? Ответ: h = 1 мм вод. ст. 9 Определить абсолютное давление в конденсаторе паровой турбины, если показание присоединенного к нему ртутного вакуумметра равно 705 мм рт. ст., а показание ртутного барометра, приведенное к 0°С, 747 мм. Температура воздуха в месте установки приборов t = 20°С. Ответ: Р = 5900 Па. 9 10 Разрежение в газоходе парового котла измеряется тягомером с наклонной трубкой. Угол наклона трубки α = 30°. Длина столба воды, отсчитанная по шкале, 160 мм. Определить абсолютное давление газов, если показание ртутного барометра, приведенное к 0ºС составляет, 740 мм. Ответ: Р = 734,1 мм рт. ст. 11 Для предупреждения испарения ртути, пары которой оказывают вредное действие на человеческий организм, обычно при пользовании ртутными манометрами над уровнем ртути наливают слой воды. Определить абсолютное давление в сосуде, если разность столбов ртути в U-образном манометре составляет 580 мм при температуре ртути 25°С, а высота столба воды над ртутью - 150 мм. Атмосферное давление по ртутному барометру равно 770 мм при температуре 25°С. Ответ: Р = 1,81 бар. 12 В трубке вакуумметра высота столбика ртути составляет 570 мм при температуре ртути 20°С. Над ртутью находится столбик воды высотой 37 мм. Барометрическое давление воздуха составляет 728 мм рт. ст. при 15°С. Определить абсолютное давление в сосуде. Ответ: Р = 155,4 мм рт. ст. 13 Для измерения расхода жидкостей и газов используют дроссельные диафрагмы. Вследствие дросселирования жидкости при прохождении через диафрагму давление ее за диафрагмой всегда меньше, чем перед ней. По разности давлений перед и за диафрагмой, измеряемой дифференциальным U-образным манометром, можно определить массовый расход жидкости (килограмм в секунду) по формуле G a f 2 P( P ) , = 1 − 2 ρ 10 где а - коэффициент расхода, определяемый экспериментально: при ламинарном режиме - а = 0,5; при турбулентном – а = 0,5 - 0,82; f - площадь входного отверстия диафрагмы, м2 ; Р1 - Р2 - перепад давления на диафрагме, Па; ρ - плотность жидкости, протекающей по трубе, кг/м3 . Определить массовый расход воды, измеренный при помощи дроссельного устройства, если а = 0,8; показание дифференциального манометра 84 мм рт. ст.; ρ = 1000 кг/м3 , а диаметр входного отверстия диафрагмы 10 мм. Ответ: G = 1,89 кг/с. 14 Присоединенный к газоходу парового котла тягомер показывает разрежение, равное 80 мм вод. ст. Определить абсолютное давление дымовых газов, если показание барометра при температуре 0°С равно 770 мм рт. ст. Ответ: Р = 764,1 мм рт. ст. 15 Тягомер показывает разрежение в газоходе, равное 42 мм вод. ст. Атмосферное давление по ртутному барометру 757 мм рт. ст. при t = 15°С. Определить абсолютное давление дымовых газов. Ответ: Р = 751,95 мм рт. ст. 16 Определить абсолютное давление в газоходе котельного агрегата при помощи тягомера с наклонной трубкой. Жидкость, используемая в тягомере, спирт с плотностью ρ = 800 кг/м3 . Отсчет по наклонной шкале 200 мм. Угол наклона трубки α = 30°. Барометрическое давление 745 мм рт. ст. (приведено к 0°С). Ответ: Р = 739 мм рт. ст. 17 Температура пара, выходящего из перегревателя парового котла, равна 950°F. Перевести эту температуру в °С. Ответ: t = 510°С. 11 18 Какая температура в градусах Фаренгейта соответствует абсолютному нулю? Ответ: t = - 459°F. 19 Определить барометрическое давление на высоте 9500 м, если известно, что давление на уровне моря составляет 740 мм рт. ст. при 15°С. Ответ: Р = 0,276·105 Па. 20 Барометр, находящийся при 0°С, показывает, что на уровне моря давление составляет 757 мм рт. ст. Барометр, установленный на борту самолета, показывает давление в 3,7 раза меньше давления на уровне моря. Оценить высоту полета самолета. Ответ: h = 9750 м. 21 Манометр показывает, что давление в баллоне, заполненном кислородом, составляет 40 aт. Определить избыточное давление кислорода в баллоне при подъеме его на высоту 6000 м, если барометрическое давление на уровне моря 770 мм рт. ст. при температуре окружающей среды 30°С. Ответ: Р = 3,97 МПа. 22 Определить давление на нижнее днище контейнера ракеты, установленной на подводной лодке, если указанное днище находится на глубине 15,5 м, а давление атмосферы, измеренное ртутным барометром при температуре 20° С, составляет 755 мм рт. ст. Ответ: Р = 0,253 МПа. 23 В помещении, где установлена барокамера, давление по водяному манометру 50 мм вод. ст. Барометр, установленный вне помещения, показывает 750 мм рт. ст. при 30°С. В барокамере создан вакуум 180 мм рт. ст. Найти абсолютное давление в барокамере. Ответ: Р = 76 кПа.
24 Определить плотность окиси углерода при давлении 1 бар и температуре 15°С. Ответ: ρ = 1,169 кг/м3 . 25 Определить плотность и удельный объем двуокиси углерода (С02) при нормальных условиях. Ответ: ρн = 1,964 кг/м3 ; vн = 0,509 м3 /кг. 26 Определить удельный объем кислорода при температуре 280°С и давлении 23 бар. Ответ: v = 0,0625 м3 /кг. 27 Чему равна плотность воздуха при давлении 15 бар и температуре 20°С, если плотность воздуха при нормальных условиях равна 1,293 кг/м3 ? Ответ: ρ = 17, 82 кг/м3 . 28 Определить массу углекислого газа, содержащегося в сосуде объемом 4 м3 при t = 80ºС. Давление газа по манометру равно 0,4 бар. Барометрическое давление 780 мм рт. ст. Ответ: m = 8,6 кг. 29 В цилиндре с подвижным поршнем находится 0,8 м3 воздуха при давлении 5 бар. Как должен измениться объем, чтобы при повышении давления до 8 бар температура воздуха не изменилась? Ответ: V = 0,5 м3 . 30 Дымовые газы, образовавшиеся в топке парового котла, охлаждаются с 1200 до 250°С. Во сколько раз уменьшается их объем, если давление газов в начале и в конце газоходов одинаково? Ответ: в 2,82 раза. 19 31 При какой температуре плотность азота (давлении 1,5 МПа) будет равна 3 кг/м3 ? Ответ: t = 1422°С. 32 Во сколько раз изменится плотность газа в сосуде, если при постоянной температуре показание манометра от Р1 = 18 бар уменьшится до Р2 = 3 бар? Барометрическое давление принять равным 1 бар. Ответ: Р2 = 1/6 Р1. 33 В воздухоподогреватель парового котла подается вентилятором 130 000 м3 /ч воздуха при температуре 30°С. Определить объемный расход воздуха на выходе из воздухоподогревателя, если нагрев его производится до 400°С при постоянном давлении. Ответ: V = 288700 м3 /ч. 34 Определить газовую постоянную для кислорода, водорода и метана (CH4). Ответ: Rо2 = 259,8 Дж/(кг·К); Rн2 = 4124 Дж/(кг·К); Rсн4 = 518,8 Дж/(кг·К). 35 Определить массу кислорода, содержащегося в баллоне емкостью 60 л, если давление кислорода по манометру равно 10,8 бар, а показание ртутного барометра — 745 мм рт. ст. при температуре 25°С. Ответ: m = 0,91 кг. 36 В сосуде находится воздух под разрежением 75 мм рт. ст. при температуре 0°C. Ртутный барометр показывает 748 мм при температуре ртути 20ºС. Определить удельный объем воздуха при этих условиях. Ответ: v = 0,876 м3 /кг. 20 37 Какой объем будут занимать 11 кг воздуха при давлении 0,44 МПа и температуре 18°С? Ответ: V = 2,088 м3 . 38 В цилиндре диаметром 60 см содержится 0,41 м3 воздуха при Р = 2,5 бар и t1 = 35 °С. До какой температуры должен нагреваться воздух при постоянном давлении, чтобы движущийся без трения поршень поднялся на 40 см? Ответ: t2 = 117,6 °С. 39 В цилиндрическом сосуде, имеющем внутренний диаметр 0,6 м и высоту 2,4 м, находится воздух при температуре 18°С. Давление воздуха составляет 7,65 бар. Барометрическое давление (приведенное к нулю) равно 764 мм рт. ст. Определить массу воздуха в сосуде. Ответ: m = 7,04 кг. 40 В сосуде объемом 0,5 м3 находится воздух при давлении 0,2 МПа и температуре 20°С. Сколько воздуха надо выкачать из сосуда, чтобы разрежение в нем составило 420 мм рт. ст. при условии, что температура в сосуде не изменится? Атмосферное давление по ртутному барометру равно 768 мм при температуре ртути в нем, равной 18ºС; разрежение в сосуде измерено ртутным вакуумметром при температуре ртути 20ºС. Ответ: m = 1,527 кг. 41 Резервуар объемом 4 м3 заполнен углекислым газом. Найти массу и силу тяжести (вес) газа в резервуаре, если избыточное давление газа 0,4 бар, температура его 80°С, а барометрическое давление воздуха 780 мм рт. ст. Ответ: m = 8,64 кг; N = 84,8 H. 21 42 Определить плотность и удельный объем водяного пара при нормальных условиях, принимая условно, что в этом состоянии пар будет являться идеальным газом. Ответ: ρн = 0,804 кг/м3 ; v = 1,243 м3 /кг. 43 Какой объем занимают 10 кмолей азота при нормальных условиях? Ответ: V = 224 м3 . 44 Какой объем занимает 1 кмоль газа при давлении 2 МПа и температуре 200°С? Ответ: v = 1,97 м3 /кмоль. 45 При какой температуре 1 кмоль газа занимает объем 4 м3 , если давление газа Р = 1 кПа? Ответ: t = 198 °С. 46 Какова будет плотность кислорода при температуре 0°С и давлении 600 мм рт. ст., если при 760 мм рт. ст. и 15°С она равна 1,310 кг/м3 ? Ответ: ρ = 1,09 кг/м3 . 47 Во сколько раз больше воздуха (по массе) вмещает резервуар при 10°С, чем при 50°С, если давление остается неизменным? Ответ: в 1,14 раза. 48 Баллон емкостью 0,9 м3 заполнен воздухом при температуре 17°С. Присоединенный к нему вакуумметр показывает разрежение 600 мм рт. ст. Определить массу воздуха в баллоне, если показание барометра равно 740 мм рт. ст. Ответ: m = 0,2018 кг. 22 49 Масса пустого баллона для кислорода емкостью 50 л равно 80 кг. Определить массу баллона после заполнения его кислородом при температуре t = 20°С до давления 100 бар. Ответ: m = 86,57 кг. 50 Для автогенной сварки привезен баллон кислорода вместимостью 100 л. Определить массу кислорода, если его давление 12 МПа и температура 16°С. Ответ: m = 16 кг. 51 Определить необходимый объем аэростата, наполненного водородом, если подъемная сила, которую он должен иметь на максимальной высоте Н = 7000 м, равна 39 240 Н. Параметры воздуха на указанной высоте принять равными: Р = 0,41 бар, t = - 30°С. Насколько уменьшится подъемная сила аэростата при заполнении его гелием? Чему равен объем аэростата V2 на поверхности земли при давлении 0,981 бар и температуре 30°С? Ответ: V1 = 7311 м3 ; ∆Н = - 177 Н; V2 = 3738 м3 . 52 Сжатый воздух в баллоне имеет температуру 15°С. Во время пожара температура воздуха в баллоне поднялась до 450°С. Взорвется ли баллон, если известно, что при этой температуре он может выдержать давление не более 9,8 МПа? Начальное давление 4,8 МПа. Ответ: да. 53 Сосуд емкостью 4,2 м3 наполнен 15 кг окиси углерода. Определить давление в сосуде, если температура газа в нем t = 27°С. Ответ: Р = 3,18 бар. 54 Воздух, заключенный в баллон емкостью 0,9 м3 , выпускают в атмосферу. Температура его в начале равна 27°С. Определить массу выпущенного воздуха, если начальное давление в баллоне 23 составляло 93,2 бар, после выпуска — 42,2 бар, а температура воздуха снизилась до 17°С. Ответ: m = 51,8 кг. 55 По трубопроводу протекает 10 м3 /с кислорода при температуре 127°С и давлении 4 бар. Определить массовый расход газа в секунду. Ответ: G = 33,5 кг/с. 56 Поршневой компрессор всасывает в минуту 3 м3 воздуха при температуре 17°С и барометрическом давлении 750 мм рт. ст., нагнетает его в резервуар, объем которого равен 8,5 м3 . За сколько минут компрессор поднимает давление в резервуаре до 7 бар, если температура в нем будет оставаться постоянной? Начальное давление воздуха составляло 750 мм рт. ст. при температуре 17°С. Ответ: за 17 мин. 57 Дутьевой вентилятор подает в топку парового котла воздух в количестве 102000 м3 /ч при 300°С и давлении 155 мм вод. ст. Барометрическое давление воздуха в помещении 755 мм рт. ст. Определить часовую производительность вентилятора в кубических метрах (при нормальных условиях). Ответ: V = 48 940 м3 /ч. 58 Компрессор подает воздух в резервуар. За время работы компрессора давление в резервуаре повышается от атмосферного до 7 бар, а температура — от 20 до 25°С. Объем резервуара - 56 м3 . Барометрическое давление, приведенное к 0°С, равно 750 мм рт. ст. Определить массу воздуха, поданного компрессором в резервуар. Ответ: m = 391,7 кг.
59 В 1 м3 сухого воздуха содержится примерно 0,21 м3 кислорода и 0,79 м3 азота. Определить массовый состав воздуха, его газовую постоянную и парциальные давления кислорода и азота. Ответ: g ,0 232; g ,0 768; R 287Дж /(кг K); O2 N2 = = = ⋅ N см О Рсм Р 79,0 P ; Р 21,0 2 2 = = . 28 60 Определить газовую постоянную смеси газов, состоящей из 1 м3 генераторного газа и 1,5 м3 воздуха, взятых при нормальных условиях, и найти парциальные давления составляющих смеси. Плотность генераторного газа принять равной 1,2 кг/м3 . Ответ: Rcм = 295 Дж/(кг·К); Рг.г = 0,4 Рсм; Рвозд = 0,6 Рсм. 61 Объемный состав сухих продуктов сгорания топлива (не содержащих водяных паров) следующий: СО2=12,3%; О2=7,2%; N2=80,5%. Найти молекулярную массу, газовую постоянную, плотность и удельный объем продуктов сгорания при давлении 750 мм. рт. ст. и температуре 800оС. Ответ: µсм=30,3 кг/кмоль; Rсм=274 Дж/(кг·К); v =2,94 м3 /кг; ρсм =0,34 кг/м3 . 62 Генераторный газ имеет следующий объемный состав: Н2=7%; СН4=2%; СО=27,6%; СО2=4,85%; N2=58,6%. Определить массовые доли, молекулярную массу, газовую постоянную, плотность и парциальные давления при 15оС и 0,1 МПа. Ответ: H2 g =0,005; CH4 g =0,012; CO g =0,289; CO2 g =0,079; N2 g =0,615; µсм =26,72 кг/кмоль; Rсм=310,8 Дж/(кг·K); ρсм =1,095 кг/м3 ; H2 P =0,07 бар. 63 Газ коксовых печей имеет следующий объемный состав: Н2=57%; СН4=23%; СО=6%; СО2=2%; N2=12%. Определить молекулярную массу, массовые доли, газовую постоянную и плотность при температуре 15оС и давлении 1 бар. Ответ: µсм =10,77 кг/кмоль; H2 g =0,107; СО2 g =0,082; Rсм=772 Дж/(кг·К); ρсм =0,45 кг/м3 . 29 64 Генераторный газ состоит из следующих объемных частей: Н2=18%; СО=24%; СО2=6%; N2=52%. Определить газовую постоянную генераторного газа и массовый состав входящих в смесь газов. Ответ: Rсм= 342 Дж/(кг·К); СО2 g = 10,86%; N2 g = 60,03%; H2 g ;=1,48% CO g =27,63%. 65 Анализ продуктов сгорания топлива показал следующий их состав: CO2=12,2%; O2=7,1%; CO=0,4%; N2= 80,3%. Определить массовый состав входящих в смесь газов. Ответ: CO2 g = 17,7%; O2 g = 7,5%; gCO =0,37%; N2 g = 74,43%. 66 Определить газовую постоянную, плотность при нормальных условиях и объемный состав смеси, если ее массовый состав следующий: Н2=8,4%; СН4=48,7%; С2Н4=6,9%; СО=17%; СО2=7,6%; О2=4,7%; N2=6,7%. Ответ: Rсм=717 Дж/(кг·К); O 2 r =0,017; N 2 r =0,028; H2 r =0,484; CO2 r =0,02; ρH =0,518 кг/м3 . 67 Определить газовую постоянную, удельный объем газовой смеси и парциальные давления ее составляющих, если объемный состав смеси следующий: СО2=12%; СО=1%; Н2О=6%; О2=7%; N2=74%, а общее давление ее составляет 750 мм рт. ст. Ответ: Rсм=281 Дж/(кг·К); v =0,76 м3 /кг; CO2 Р =90 мм рт. ст. 68 В резервуаре емкостью 125 м3 находится газ при давлении 5 бар и температуре 18оС. Объемный состав газа следующий: Н2=0,46; СН4=0,32; СО=0,15; N2=0,07. После расходования некоторого 30 количества газа давление его понизилось до 3 бар, а температура упала до 12оС. Определить массу израсходованного коксового газа. Ответ: m = 2167 кг. 69 Массовый состав смеси следующий: СО2=18%; О2=12% и N2=70%. До какого давления нужно сжать эту смесь, находящуюся при нормальных условиях, чтобы при температуре 180оС 8 кг ее занимали объем, равный 4 м3 . Ответ: Р = 0,24 МПа. 70 Определить массовый состав газовой смеси, состоящей из углекислого газа и азота, если известно, что парциальное давление углекислого газа 1,2 бар, а давление смеси 3 бар. Ответ: CO2 g = 0,512; N2 g = 0,488. 71 Газовая смесь имеет следующий массовый состав: CО2=12%; О2=8% и N2=80%. До какого давления нужно сжать эту смесь, находящуюся при нормальных условиях, чтобы плотность ее составляла 1,6 кг/м3 ? Ответ: до 0,213 МПа. 72 Смесь двух объемов водорода и одного объема кислорода называют гремучим газом. Определить газовую постоянную смеси. Ответ: R = 693 Дж/(кг·К). 73 Определить массовые доли кислорода и азота, содержащиеся в воздухе, если известно, что в 1 м3 воздуха содержится 0,21 м3 О2 и 0,79 м3 N2. Определить плотность воздуха и парциальные давления компонентов при 30оС и 745 мм рт. ст. Ответ: g ,0 233; g ,0 767; 14,1 кг /м ; 3 O2 N2 = = ρ = Р 20 85, кПа; Р 78 45, кПа.
74 Определить значение массовой теплоемкости кислорода при постоянном объеме и постоянном давлении, считая С=const. Ответ: Ср = 0,916 кДж/(кг·К); Сv = 0,654 кДж/(кг·К). 75 Определить среднюю массовую теплоемкость углекислого газа при постоянном давлении в пределах 0 - 825оС, считая зависимость от температуры нелинейной. Ответ: 825 Ср 0 = 1,090 кДж/(кг·К). 76 Вычислить значение истинной мольной теплоемкости кислорода при постоянном давлении для температуры 1000оС, считая зависимость теплоемкости от температуры линейной. Определить относительную ошибку по сравнению с табличными данными. Ответ: С 36 55, кДж /(кмоль K); 79,1 % . µ р = ⋅ ε = 77 Найти среднюю теплоемкость ′ Сp и Сv в пределах от 200оС до 800оС для СО, считая зависимость теплоемкости от температуры линейной. Ответ: С ,1 1216 кДж /(кг K ;) p = ⋅ С ,1 0371кДж /(м K .) 3 v = ⋅ ′ 78 Найти среднюю теплоемкость ′ ′ Ср и Сv для воздуха в пределах 400 – 1200оС, считая зависимость теплоемкости от температуры нелинейной. Ответ: С ,1 4846 кДж/(м K); С ,1 1137 кДж/(м K). 3 v 3 р = ⋅ ′ = ⋅ ′ 41 79 Найти среднюю теплоемкость ′ Сp и Сv углекислого газа в пределах 400 - 1000оС, считая зависимость теплоемкости от температуры нелинейной. Ответ: С ,1 2142 кДж /(кг K ;) p = ⋅ С ,2 3865 кДж /(м K). 3 v = ⋅ ′ 80 Определить среднюю массовую теплоемкость при постоянном объеме для азота в пределах 200 - 8000С, считая зависимость теплоемкости от температуры нелинейной. Ответ: С ,0 8164 кДж /(кг K). v = ⋅ 81 Решить предыдущую задачу, если известно, что средняя мольная теплоемкость азота при постоянном давлении может быть определена по формуле C 28,7340 ,0 0023488 .t µ р = + Ответ: С ,0 8122 кДж /(кг K). v = ⋅ 82 Воздух охлаждается от 1000 до 100оС в процессе с постоянным давлением. Какое количество тепла теряет 1 кг воздуха? Задачу решить, принимая теплоемкость воздуха постоянной, а также учитывая зависимость теплоемкости от температуры. Определить относительную ошибку, получаемую в первом случае. Ответ: 1) q = - 911,9 кДж/кг; 2) q = - 990,1 кДж/кг; ε = 8 %. 83 Пользуясь формулой, которую получили в предыдущей задаче, определить истинную мольную теплоемкость кислорода при постоянном давлении для температуры 700оС. Сравнить полученное значение теплоемкости со справочным значением. Ответ: С = 34,725 кДж /(кмоль ⋅K). µ 84 Найти количество тепла, необходимое для нагрева 1 м3 (при нормальных условиях) газовой смеси следующего объемного состава: 42 СО2=14,5%, О2=6,5%, N2=79,0% от 200 до 1200оС при Р=const и нелинейной зависимости теплоемкости от температуры. Ответ: q = 1582,2 кДж/м3 . 85 Газовая смесь имеет следующий состав по объему: СО2 0,12; О2 - 0,07; N2 - 0,75; H2O - 0,06. Определить среднюю массовую теплоемкость, если смесь нагревается при постоянном давлении от 100 до 300оС. Ответ: С ,1 0928 кДж /(кг K .) р = ⋅ 86 В регенеративном подогревателе газовой турбины воздух нагревается от 150 до 600оС. Определить количество тепла, сообщенное воздуху в единицу времени, если расход его составляет 360 кг/ч. Зависимость теплоемкости от температуры принять нелинейной. Ответ: Q = 47,84 кДж/с. 87 Продукты сгорания топлива поступают в газоход парового котла при температуре газов 1100оС и покидают газоход при температуре 700оС. Состав газов по объему: СО2=11%, О2=6%, Н2О=8%, N2=75%. Определить, какое количество тепла теряет 1 м3 газовой смеси, взятой при нормальных условиях. Ответ: q = 697,5 кДж/м3 . 88 В закрытом резервуаре объемом 100 л находится воздух при 0оС и давлении 760 мм рт. ст. Определить количество теплоты, затраченное на нагревание этого воздуха до 200оС. Ответ: Q = 18,8кДж.
89 Определить 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% тепла сожженного топлива. Ответ: G = 7,59 т/ч. 90 Мощность турбогенератора 12000 кВт, КПД генератора 0,97. Какое количество воздуха нужно пропустить через генератор для его охлаждения, если конечная температура воздуха не должна превышать 55оС? Температура в машинном отделении равна 20оС; среднюю теплоемкость воздуха принять равной 1,0 кДж/(кг·К). Ответ: G = 10,3 кг/с. 91 Использование атомной энергии для производства тепловой или электрической энергии в техническом отношении означает применение новых видов топлив - ядерных горючих. Количество энергии, выделяемой при расщеплении 1 кг ядерных горючих, может быть условно названо их «теплотой сгорания». Для урана эта величина равна 22,9·106 кВт·ч/кг. Во сколько раз уран как горючее эффективнее каменного угля с теплотой сгорания 27500 кДж/кг? Ответ: В 3 млн. раз. 92 Важнейшим элементом атомной электростанции является реактор, или «атомный котел». Тепловой мощностью реактора называют полное количество тепла, которое выделяется в нем в течение часа. Обычно эту мощность выражают в киловаттах. Определить годовой расход ядерного горючего для реактора с тепловой мощностью 500000 кВт, если теплота сгорания применяемо50 го урана равна 22,9·106 кВт·ч/кг, а время работы реактора составляет 7000 ч. Ответ: G = 153 кг/год. 93 Теплоемкость газа при постоянном давлении опытным путем может быть определена в проточном калориметре. Для этого пропускают через трубопровод исследуемый газ и нагревают его электронагревателем. При этом измеряют количество газа, пропускаемого 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 690 кг/ч , мощность электронагревателя 0,5 кВт, температура воздуха перед электронагревателем 18оC, а температура воздуха за электронагревателем 20,6оC. Ответ: Ср = 1,0 кДж/(кг·К). 94 Метод проточного калориметрирования, описанный в предыдущей задаче, может быть также использован для определения количества газа или воздуха, протекающего через трубопровод. Определить часовой расход воздуха G кг/ч, если мощность электронагревателя 0,8 кВт, а приращение температуры воздуха составило 1,8оC. Определить также скорость воздуха ω в трубопроводе за электронагревателем, если давление воздуха 900 мм. рт. ст., температура его за электронагревателем 20,2оС, а диаметр трубопровода 125 мм. Ответ: G = 1600 кг/ч , ω = 25,4 м/с. 95 При испытании двигателей внутреннего сгорания широким распространением пользуются так называемые гидротормоза. Работа двигателя при этом торможении превращается в теплоту трения и для уменьшения нагрева тормозного устройства применяется водяное ох51 лаждение. Определить часовой расход воды на охлаждение тормоза, если мощность двигателя 45 л.с., начальная температура воды 15оC; принять, что вся теплота трения передается охлаждающей воде. Ответ: G = 632 кг/ч. 96 При испытании нефтяного двигателя было найдено, что удельный расход топлива равен 170 г/(л.с.·ч). Определить эффективный КПД этого двигателя, если теплота сгорания топлива равна 41000 кДж/кг. Ответ: η= 0,38. 97 В котельной электростанции за 10 часов работы сожжено 100 т каменного угля с теплотой сгорания 29300 кДж/кг. Определить количество выработанной электроэнергии и среднюю мощность станции, если КПД процесса преобразования тепловой энергии в электрическую составляет 20%. Ответ: Q =162780 кВт·ч; Nср=16278 кВт. 98 В сосуд, содержащий 5 л воды при температуре 20оС, помещен электронагреватель мощностью 800 Вт. Определить, сколько времени потребуется, чтобы вода нагревалась до температуры 100оС. Потерями тепла сосуда в окружающую среду пренебречь. Ответ: 30 мин. 99 В калориметр, содержащий 0,6 л воды при температуре 20оС, опускают стальной образец массой 0,4 кг, нагретый до 200оС. Определить теплоемкость стали, если повышение температуры воды составило 12,5oС. Массой калориметра пренебречь. Ответ: C=0,469 кДж/(кг·К). 100 Свинцовый шар падает с высоты 100 м на твердую поверхность. В результате падения кинетическая энергия шара полностью превращается в тепло. Одна треть образовавшегося тепла передается окружающей среде, а две трети расходуются на нагревание 52 шара. Теплоемкость свинца 0,030 ккал/(кг·К). Определить повышение температуры шара. Ответ: ∆t = 52о . 101 Автомобиль массой 1,5 т останавливается под действием тормозов при скорости 40 км/ч. Определить конечную температуру тормозов t2, если их масса равна 15 кг, начальная температура 10оС, а теплоемкость стали, из которой изготовлены тормозные части, равна 0,46 кДж/(кг·К). Потерями тепла в окружающую среду пренебречь. Ответ: t2 = 23,4oС. 102 Предполагая, что все потери гидротурбины превращаются в тепло и тратятся на нагрев воды, определить КПД турбины по следующим данным: высота падения воды равна 400 м, нагрев воды составляет 0,2оС. Ответ: η = 78,6%. 103 В машине вследствие плохой смазки происходит нагревание 200 кг стали на 40оС в течение 20 мин. Определить вызванную этим потерю мощности машины. Теплоемкость стали принять равной 0,46 кДж/(кг· К). Ответ: 3,07 кВт. 104 Найти изменение внутренней знергии 2 м3 воздуха, если температура его понижается от 250 до 70оС. Зависимость теплоемкости от температуры принять линейной. Начальное давление воздуха 6 бар. Ответ дать в килокалориях. Ответ: ∆U = 253,8 ккал. 105 К газу, заключенному в цилиндре с подвижным поршнем, подводится извне 100 кДж тепла. Величина произведенной работы при этом составляет 115 кДж. Определить изменение внутренней энергии газа, если количество его равно 0,8 кг. 53 Ответ: ∆U = - 18,2 кДж. 106 2 м3 воздуха при давлении 5 бар и температуре 50оС смешиваются с 10 м3 воздуха при давлении 2 бар и температуре 100оС. Определить давление и температуру смеси. Ответ: tсм = 82оС; Рсм = 2,5 бар. 107 В двух разобщенных между собой сосудах содержатся: 50 л азота при давлении 20 бар и температуре 200оС и 200 л углекислого газа при давлении 5 бар и температуре 600оС. Определить давление и температуру, которые установятся после соединения сосудов. Теплообменом с окружающей средой пренебречь. Ответ: Т = 684 К; Р = 8,9 бар. 108 Три разобщенных между собой сосуда А, В, С заполнены различными газами. В сосуде А, имеющем объем 10 л, находится оксид серы SO2 при давлении 60 бар и температуре 100оС, в сосуде В с объемом 5 л — азот при давлении 4 бар и температуре 200оС и в сосуде С с объемом 5 л — азот при давлении 20 бар и температуре 300оС. Определить давление и температуру, которые установятся после соединения сосудов между собой. Считать, что теплообмен со средой отсутствует. Ответ: Р = 21,8 бар, t = 118° С. 109 В одном сосуде находится 100 л водорода при давлении 15 бар и температуре 1200оС, а в другом - 50 л азота при давлении 30 бар и температуре 200оС. Определить давление и температуру, которые установятся после соединения сосудов при условии отсутствия теплообмена с окружающей средой. Ответ: t= 467°С; Р = 20,8 бар. 110 Уходящие из трех паровых котлов газы при давлении 1 бар смешиваются в сборном газоходе и через дымовую трубу удаляются в 54 атмосферу. Объемный состав уходящих газов из отдельных котлов следующий: из первого котла - СO2=10,4%; О2 =7,2%; N2=77,0%; H2O=5,4%; из второго котла - СО2 = 11,8%; О2 = 6,9%; N2 = 75,6%; Н2О = 5,8%; из третьего котла - СО2= 12,0%; О2 = 4,1%; N2 = 77,8%; Н2О = 6,1%. Часовые расходы газов составляют G1 = 12 000 кг/ч; G2= 6500 кг/ч; G3 = 8400 кг/ч, а температурs газов – соответственно: t1 = 130°С; t2 = 180°С; t3 = 200°С. Определить температуру уходящих газов после смешения в сборном газоходе. Принять, что показатели адиабаты этих газов одинаковы. Ответ: t2 = 164°С. 111 В газоходе смешиваются три газовых потока, имеющих одинаковое давление, равное 2 бар. 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. Определить температуру газов после смешения и их объемный расход в общем газопроводе. Ответ: t1 = 423°С; V = 23000 м3 /ч. 112 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 принять, что Rгаза=Rвоздуха. , теплоемкость продуктов сгорания равна теплоемкости воздуха. Ответ: Gвозд=36 6 кг/ч.
113 Газ при давлении 10 бар и температуре 20°С нагревается при постоянном объеме до температуры 300°С. Определить конечное давление газа. Ответ: Р2= 19,56 бар. 114 В закрытом сосуде емкостью 0,3 м3 содержится 2,75 кг воздуха при давлении 8 бар и температуре 25°С. Определить давление и удельный объем после охлаждения воздуха до 0°С. Ответ: Р2= 7,32 бар; v = 0,109 м3/кг. 115 В закрытом сосуде заключен газ при давлении 28 бар и температуре 120°С. Чему будет равно конечное давление, если температура упадет до 25°С? Ответ: Р2= 21,2 бар. 116 В закрытом сосуде находится газ при разрежении 20 мм рт. ст. и температуре 10°С. Показание барометра составляют 750 мм рт. ст. После охлаждения газа разрежение стало равным 150 мм рт. ст. Определить конечную температуру газа. Ответ: t2= - 40,4°С. 117 До какой температуры нужно нагреть газ при V = соnst, если начальное давление газа 2 бар и температура 20°С, а конечное давление 5 бар. Ответ: до t2 = 459,5°С. 118 В закрытом сосуде емкостью 0,5 м3 содержится двуокись углерода при Р1= 6 бар и t1= 527°С. Как изменится давление газа, если от него отнять 100 ккал? Принять зависимость C = f (t) линейной. Ответ: Р2 = 4,2 бар. 119 До какой температуры нужно охладить 0,8 м3 воздуха с начальным давлением 3 бар и температурой 15°С, чтобы давление при постоянном объеме понизилось до 1 бар? Какое количество тепла нужно для этого отвести? Теплоемкость воздуха принять постоянной. Ответ: до t2 = -177°С; Q = - 402 кДж. 120 Сосуд объемом 60 л заполнен кислородом при давлении 125 бар. Определить конечное давление кислорода и количество сообщенного ему тепла, если начальная температура кислорода 10°С, а конечная - 30°С. Теплоемкость кислорода считать постоянной, не зависящей от температуры. Ответ: Р2= 134 бар; Q = 133 кДж. 121 В цилиндре диаметром 400 мм содержится 80 л воздуха при давлении 2,9 бар и температуре 15°С. Принимая теплоемкость воздуха постоянной, определить, до какой величины должна увеличиться сила, действующая на поршень, чтобы последний оставался неподвижным, если к воздуху подводятся 20 ккал тепла. Ответ: N = 51,1 кН. 122 В калориметрической бомбе емкостью 300 см3 находится кислород при давлении 26 бар и температуре 22°С. Определить температуру кислорода после подвода к нему тепла в количестве 1 ккал, считая зависимость теплоемкости от температуры линейной. Ответ: t2 = 593°С. 123 Газовая смесь, имеющая следующий массовый состав: СО2 - 14%; О2 - 6%; N2 - 75%; Н2О - 5%, нагревается при постоянном давлении от 600 до 2000°С. Определить количество тепла, подведенного к 1 кг газовой смеси. Зависимость теплоемкости от температуры принять нелинейной. Ответ: qp = 1841 кДж/кг. 124 Определить количество тепла, необходимое для нагревания 2000 м3 воздуха при постоянном давлении 5 бар от 150 до 600°С. Зависимость теплоемкости от температуры считать нелинейной. Ответ: Qp = 3937 МДж. 125 В установке воздушного отопления внешний воздух при температуре - 15° С нагревается в калорифере при Р = соnst до 60°С. Какое количество тепла надо затратить для нагрева 1000 м3 наружного воздуха? Теплоемкость воздуха считать постоянной. Давление воздуха принять равным 760 мм рт. ст. Ответ: Q = 103 033 кДж. 126 0,2 м3 воздуха, имеющего начальную температуру 18°С, подогреваются в цилиндре диаметром 50 см при постоянном давлении 2 бар до температуры 200°С. Определить работу расширения, перемещение поршня и количество затраченного тепла, считая зависимость теплоемкости от температуры линейной. Ответ: L = 25 000 Дж; h = 0,64 м; Q = 88,3 кДж. 127 На отходящих газах двигателя мощностью N = 2500 кВт установлен подогреватель, через который проходит 60 000 м3 /ч воздуха при температуре 15°С и давлении 1,01 бар. Температура воздуха после подогревателя равна 75°С. Определить, какая часть тепла топлива использована в подогревателе? Коэффициент полезного действия двигателя принять равным 0,33. Зависимость теплоемкости от температуры считать линейной. Ответ: 17,4%. 128 К 1 м3 воздуха, находящемуся в цилиндре со свободно движущимся нагруженным поршнем, подводится при постоянном давлении 335 кДж тепла. Объем воздуха при этом увеличивается до 1,5 м3 . Начальная температура воздуха равна 15°С. Какая устанавли77 вается в цилиндре температура и какова работа расширения? Зависимость теплоемкости от температуры считать линейной. Ответ: t2 = 159°С; L = 95,1 кДж. 129 2 м3 воздуха с начальной температурой 15°С расширяются при постоянном давлении до 3 м3 вследствие сообщения газу 837 кДж тепла. Определить конечную температуру, давление газа в процессе и работу расширения. Ответ: t2= 159°С; Р = 2,4 бар; L = 239 кДж. 130 Отходящие газы котельной установки проходят через воздухоподогреватель. Начальная температура газов 300°С, конечная – 160оС; расход газов равен 1000 кг/ч. Начальная температура воздуха составляет 15°С, а расход его равен 910 кг/ч. Определить температуру нагретого воздуха, если потери воздухоподогревателя составляют 4%. Средние теплоемкости для отходящих из котла газов и воздуха принять соответственно равными 1,0467 и 1,0048 кДж/(кг·К). Ответ: 168,9°С. 131 В цилиндре двигателя внутреннего сгорания находится воздух при температуре 500°С. Вследствие подвода тепла конечный объем воздуха увеличился в 2,2 раза. В процессе расширения воздуха давление в цилиндре практически оставалось постоянным. Определить конечную температуру воздуха и удельные количества тепла и работы, считая зависимость теплоемкости от температуры нелинейной. Ответ: t2 = 1428°С; qp=1088,7 кДж/кг; l = 266,3 кДж/кг. 132 Воздух, выходящий из компрессора с температурой 190°С, охлаждается в охладителе при постоянном давлении 5 бар до температуры 20°С. При этих параметрах производительность компрессора 78 равна 30 м з /ч. Определить часовой расход охлаждающей воды, если она нагревается на 10°С. Ответ: V = 733 л/ч. 133 При сжигании в топке парового котла каменного угля объем продуктов сгорания составляет 11,025 м3 /кг. Анализ продуктов сгорания показывает следующий их объемный состав: СО2 -10,3%; О2 7,8%; N2 - 75,3%; H2O - 6,6%. Считая количество и состав продуктов сгорания неизменными по всему газовому тракту парового котла, а зависимость теплоемкости от температуры — нелинейной, определить количество тепла, теряемого с уходящими газами (на 1 кг топлива), если на выходе из котла температура газов равна 180°С, а температура окружающей среды 20°С. Давление продуктов сгорания принято равным атмосферному. Ответ: Qyx=2418 кДж/кг. 134 Воздух в количестве 0,5 кг при Р1 = 5 бар и t1 = 30°С расширяется изотермически до пятикратного объема. Определить работу, совершаемую газом, конечное давление и количество тепла, сообщаемого газу. Ответ: Р2 =1 бар; L = Q = 70 кДж. 135 Для осуществления изотермического сжатия 0,8 кг воздуха при Р1 = 1 бар и t = 25°С затрачена работа в 100 кДж. Как велико давление Р2 сжатого воздуха и сколько тепла необходимо при этом отвести от газа? Ответ: Р2 = 3,22 бар; Q = - 90 кДж. 136 8 м3 воздуха при Р1 =0,9 бар и t1 = 20°С сжимаются при постоянной температуре до 8,1 бар. Определить конечный объем, затраченную работу и количество тепла, которое необходимо отвести от газа. 79 Ответ: V2 = 0,889 м3 ; L = Q = - 1581 кДж. 137 При изотермическом сжатии 0,3 м3 воздуха с начальными параметрами Р1 = 10 бар и t1 = 300°С отводится 500 кДж тепла. Определить конечный объем и конечное давление. Ответ: V2 = 0,057 м3 ; Р2 = 52.6 бар. 138 В воздушный двигатель подается 0,0139 м3 /с воздуха при давлении 5 бар и t1 = 40°С. Определить мощность, полученную при изотермическом расширении воздуха в машине, если Р2 = 1 бар. Ответ: L = 11,188 кВт. 139 Воздух при давлении 1 бар и температуре 27°С сжимается в компрессоре до давления 35 бар. Определить величину работы, затраченной на сжатие 100 кг воздуха, если сжатие производится изотермически. Ответ: L = - 30 576 кДж. 140 При изотермическом сжатии 2,1 м3 азота, взятого при давлении 1 бар, от газа отводится 335 кДж тепла. Определить конечный объем, конечное давление и затраченную работу. Ответ: V2 = 0,426 м3 ; L = - 335 кДж; Р2 = 4,93 бaр. 141 0,5 м3 кислорода при давлении 10 бар и температуре 30°С сжимаются изотермически до объема, в 5 раз меньше начального. Определить объем и давление кислорода после сжатия, работу сжатия и количество тепла, отнятого у газа. Ответ: Р2 = 50 бар; V2 = 0,1 м3 ; L = - 805 кДж. 142 Газ расширяется в цилиндре изотермически до объема, в 5 раз больше первоначального. Сравнить величины работ: полного расширения и расширения на первой половине хода поршня. Ответ: L2/ L1 = 0,684. 80 143 Воздуху в количестве 0,1 м3 при давлении 10 бар и температуре 200°С сообщается 125 кДж тепла; температура его при этом не изменяется. Определить конечное давление, конечный объем и получаемую работу. Ответ: Р2 = 2,86 бар; V2 = 0,35 м3 ; L = 125 кДж. 144 1 кг воздуха при температуре 15°С и начальном давлении 1 бар адиабатно сжимается до 8 бар. Определить работу, конечный объем и конечную температуру. Ответ: t2= 248°С; v2 = 0,187 м3 /кг; I = -167,2 кДж/кг. 145 Воздух при давлении 4,5 бар, расширяясь адиабатно до 1,2 бар, охлаждается до t2 = - 45°С. Определить начальную температуру и работу, совершенную 1 кг воздуха. Ответ: t 1 = 61°С; l = 75,3 кДж/кг. 146 1 кг воздуха, занимающий объем 0,0887 м3 /кг при давлении 10 бар, расширяется до 10-кратного объема. Определить конечное давление и работу, совершенную воздухом, в изотермическом и адиабатном процессах. Ответ: 1) Т = соnst; Р2 = 1 бар; l = 204 кДж/кг; 2) dQ = 0; Р2 = 0,4 бар; I = 133,5 кДж/кг. 147 Воздух при температуре 25°С адиабатно охлаждается до t2 =55°С; давление при этом падает до 1 бар. Определить начальное давление и работу расширения 1 кг воздуха. Ответ: Р1 = 3 бар; l = 57,4 кДж/кг. 148 0,8 м3 углекислого газа при температуре 20°С и давлении 7 бар адиабатно расширяются до трехкратного объема. Определить конечные параметры, величину полученной работы (показатель адиабаты принять равным 1,28). Ответ: Р2 = 1,71 бар, t2= - 57,6°С; L= 535,7 кДж. 81 149 До какого давления нужно адиабатно сжать смесь воздуха и паров бензина, чтобы в результате повышения температуры наступило самовоспламенение смеси? Начальные параметры: Р1 = 1 бар; t1 = 15°С. Температура воспламенения смеси t2 = 550°С; показатель адиабаты - 1,39. Ответ: Р2 = 42 бар. 150 Работа, затраченная на адиабатное сжатие 3 кг воздуха, составляет 471 кДж. Начальное состояние воздуха характеризуется параметрами: t1= 15°С; Р1 = 1 бар. Определить конечную температуру и изменение внутренней энергии. Ответ: t2 = 234o С; U2 – U1 = - 471 кДж.