termodynamika opracowanie, POLITECHNIKA ŚLĄSKA Wydział Mechaniczny-Technologiczny - MiBM POLSL, Semestr 5, ...
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
1. Sprężarka o stałej mocy wewnętrznej mocy 80 kW pracowała przez 4 godziny ze
sprawnością
mechaniczną 0,80. Jaką pracę w kWh i w kJ doprowadzono do sprężarki?
Q=80/0,8*4=400[kWh]=400*3600=1440000[kJ]
2. Co to jest równanie stanu? Czy równanie Clapeyrona jest równaniem stanu? Podać jego
postać
Równanie stanu jest związkiem między parametrami układu termodynamicznego, takimi jak
ciśnienie
P
, gęstość masy ρ, temperatura
T
, entropia
s
, energia wewnętrzna
u
, który można zapisać
w postaci następującego równania:
Służy do opisywania właściwości płynów oraz ciał stałych.
Równanie Clapeyrona jest równanie stanu dla gazu doskonałego ma postać:
pV=RT=GRT=n(MR)T
p - ciśnienie [Pa];
V - objętość właściwa [m
3
/kg];
R - stała gazowa;
T - temperatura absolutna gazu [K];
(MR) - 8314,7 [J/kmolK];
n – ilość kilomoli gazu.
3. W jakiej przemianie ciśnienie czynnika jest stałe? Jaka jest pojemność cieplna czynnika w
takiej
przemianie? Jak wyznaczyć pracę całkowitą i bezwzględną? Pokazać obraz przemiany w
układach
Ts
i
pv
.
Ciśnienie czynnika jest stałe w przemianie izobarycznej. Pojemność cieplna będzie zależała od
liczby stopni swobody cząsteczki gazu
i. (izobara p = idem; v
2
/v
1
= T
2
/T
1
)
Układ Ts:
Prace bezwzględną wyznaczamy z wzoru dL = p dV.
4.W jaki sposób bilansujemy substancję w procesach fizycznych, a w jaki w procesach
chemicznych?
- w proc fizycznych bilnasujemy udział poszczególnych substancji
Gdi=(delta)Gui+Gwi
- w proc chemicznych bilansujemy atomy
ndi=(delta)nui+nwi
Gdi, ndi, Gwi, nwi - ilość substancji lub pierwiastka doprowadzonego do układu i
wyprowadzonego.
(delta)Gui, (delta)nui - przyrost ilości substancji lub pierwiastka w układzie.
i – kolejny numer substancji lub pierwiastka.
5. 1 kmol metanu CH
4
zmieszano z 2 kmol tlenu. Podać skład molowy i gramowy otrzymanego
roztworu. Zakładając iż składniki zachowują się jak gaz doskonały wyznaczyć pojemność
cieplną właściwą przy stałym ciśnieniu takiego roztworu? Ja wyznaczyć wykładni izentropy?
Masa molowa zastępcza (Mz) jest równa podziałowi molowemu (zi) przemnożonemu przez masę
molową (M).
MCH4=12+1*4=16[g/mol]
MO2=32[g/mol]
Mz=0,33*MCH4+0,66*MO2=0,33*16+0,66*64=5.28+42.24=47.52[g/kmol]
Udział gramowy:
gi=zi*Mi/Mz
gCH4=16/ 47.52=0,34g
gO2=32/47.52=0,67g
Udział molowy:
Na 2 mole O2 przypada jeden mol CH4.
6. Podać sposoby doprowadzania energii do układu. Co to jest energia wewnętrzna układu?
Kiedy należy uzwzględniać energię chemiczną?
1. przez przepływ ciepła,
2. za pomoca strugi czynnika,
3. przez wykonanie pracy mechanicznej,
4. za pomoca pradu elektrycznego.
Energia układu (energia wewnętrza) jest to suma energii odziaływań międzycząsteczkowych I I
wenątrzcząsteczkowych wukładu, także energii ruchów cieplnego cząsteczek oraz wszystkich
innych rodzajów energii. F
unkcja jego stanu. Przyrost energii układu, wywołany
przejsciem od
stanu poczatkowego do koncowego, nie zalezy od sposobu przejscia
miedzy tymi stanami, jest bowiem róznica energii koncowej E
uk
i poczatkowej E
up.
_E
u
= E
uk
− E
up
7. Podać definicję entalpii. Co to jest entalpia całkowita? Czym różni się od entalpii
spoczynkowej? Czy należy uwzględniać zmiany prędkości i zmiany wysokości czynnika?
Entalpia jest potencjał termodynamiczny, który jest transformatą Legendre’a energii wewnętrznej
względem V,to suma U + pV. Entalpia jest znamieniem stanu, gdyż „U” jak i „p” są znamionami
stanu.
i = u + pv;
I = U + pv; di = c
p
dT
u – energia właściwa wew.,
v – objętość właściwa,
i – entalpia właściwa
Entalpia całkowita
równa się energii doprowadzonej ze strugą, jest ona sumą energii wewnętrznej
doprowadzonego czynnika i pracy przetłoczenia.
i= U + p(v2-v1)
Ciepło doprowadzone do czynnika powoduje przyrost jego entalpii
Entalpia swobodna
, G, potencjał termodynamiczny przemiany izobarycznej, potencjał Gibbsa,
skalarna funkcja stanu termodynamicznego układu określona jako:
G = H-TS,
gdzie:
H – entalpia,
T - temperatura bezwzględna,
S - entropia.
8. Co to jest praca bezwzględna? Co to jest praca techniczna? Jak zobrazować te prace w
układzie pV.
Praca bezwzgędna jest to praca wykonana przez czynnik termodynamiczny wtedy gdy ciśnienie
otoczenia jest równe zero.
Praca bezwzględna (układ pV):
Praca techniczna - jest to także praca polegająca na zmianie objętości, jednak praca ta zawsze jest
wykonywana przy jednoczesnym zmniejszaniu wartości ciśnienia.
L
t
= L
1-2
+ L
n
+ L
w
9. Z czego składa się obieg Carnota? Pokazać ten obieg w Ts. Jaka jest sprawność silnika
działającego wg. tego obiegu? Jaką maksymalną sprawność można uzyskać w silniku
cieplnym?
Cykl Carnota-obieg termodynamiczny, złożony z dwóch przemian izotermicznych i dwóch
przemian adiabatycznych. Cykl Carnota jest obiegiem odwracalnym.
Obieg taki zapewnia najwyższą sprawność silnika cieplnego, zwaną sprawnością obiegu Carnota,
jednak praktyczna jego realizacja ze względów technicznych jest niemożliwa. Sprawność obiegu
Carnota jest funkcją stosunku temperatur
.
10. Omówić obieg Clausiusa Rankine'a. W jaki sposób można zwiększyć sprawność
elektrowni parowej?
Obieg Rankine'a (dokładniej obieg Clausiusa-Rankine'a) jest obiegiem
porównawczym dla
procesów, w których zachodzi parowanie i skraplanie czynnika roboczego np. dla
konwencjonalnych lub jądrowych
agregatów chłodziarek.
Jest on złożony z następujących przemian:
1 - 2 -adiabatyczne rozprężanie pary w turbinie parowej,
2 - 3 -izobarycznego skroplenia rozprężonej pary (odprowadzenia ciepła w skraplaczu),
3 - 4 - izentropowego, pompowania kondensatu w pompie,
[ Pobierz całość w formacie PDF ]