Уравнение состояния идеального газа
- Уравнение состояния идеального газа
- pV = nRT
- Газовая постоянная
- R = 8,314 J/(mol·K)
- Объединённый газовый закон
- p1V1/T1 = p2V2/T2
- Моли
- n = m/M
- Температура
- T[K] = T[°C] + 273,15
Листы формул, ключевые шаги методов по каждой теме и тренировочные задачи (8) с полными решениями в конце.
Какой объём V занимает 260 g газа (Ar) при 100 kPa и 70 °C? Считайте газ идеальным.
Найдите плотность ρ газа (N₂) при 200 kPa и 80 °C, считая его идеальным.
Горячий теплоноситель (этанол) охлаждает воду в противоточном теплообменнике без потерь тепла. Найдите температуру воды на выходе tout.
Горячий теплоноситель (лёгкое масло) нагревает воду в теплообменнике, который теряет в окружающую среду 10% теплоты, отданной горячим потоком. Найдите необходимый расход воды ṁc.
Тепловая машина работает между горячим резервуаром при 725 °C и холодным при 20 °C. Найдите наибольший возможный термический КПД ηmax.
Тепловой насос поддерживает в доме 22 °C, когда на улице 2 °C, и подаёт в дом 13 kW теплоты. Найдите наибольший возможный холодильный коэффициент COPmax.
Идеальный цикл Дизеля имеет степень сжатия r = 14 и степень предварительного расширения rc = v₃/v₂ = 2. Используйте допущения холодного воздушного стандарта: воздух — идеальный газ с постоянными теплоёмкостями, k = 1,4, cp = 1,005 kJ/(kg·K) и cv = 0,718 kJ/(kg·K). Найдите его термический КПД η в процентах.
Идеальный цикл Брайтона работает со степенью повышения давления в компрессоре 20. Используйте допущения холодного воздушного стандарта: воздух — идеальный газ с постоянными теплоёмкостями, k = 1,4, cp = 1,005 kJ/(kg·K) и cv = 0,718 kJ/(kg·K). Найдите его термический КПД η в процентах.
Ответ: V = 185,7 L
Уравнение состояния идеального газа: PV = nRT, где n = m/M.
Ответ: ρ = 1,908 kg/m³
Плотность идеального газа: ρ = PM/(RT).
Ответ: tout = 58,64 °C
Энергетический баланс теплообменника: без потерь ṁhcp,h(Th,in − Th,out) = ṁccp,c(tout − tin).
Ответ: ṁc = 1,356 kg/s
Энергетический баланс с потерями: отданная теплота = полученная теплота + потерянная теплота.
Ответ: ηmax = 70,63 %
Ограничения второго закона: ни один цикл между резервуарами с абсолютными температурами TH и TL не может превзойти обратимый цикл (Карно): ηmax = 1 − TL/TH, COPR,max = TL/(TH − TL) и COPHP,max = TH/(TH − TL). Энергия всегда сохраняется: QH = W + QL.
Ответ: COPmax = 14,76
Ограничения второго закона: ни один цикл между резервуарами с абсолютными температурами TH и TL не может превзойти обратимый цикл (Карно): ηmax = 1 − TL/TH, COPR,max = TL/(TH − TL) и COPHP,max = TH/(TH − TL). Энергия всегда сохраняется: QH = W + QL.
Ответ: η = 59,26 %
Цикл Дизеля (двигатель с воспламенением от сжатия): 1→2 изоэнтропное сжатие, 2→3 подвод теплоты при постоянном давлении, 3→4 изоэнтропное расширение, 4→1 отвод теплоты при постоянном объёме. При степени сжатия r = v₁/v₂ и степени предварительного расширения rc = v₃/v₂: T₂ = T₁·rk−1, T₃ = rc·T₂, qin = cp·(T₃ − T₂) и η = 1 − (1/rk−1)·(rck − 1)/(k·(rc − 1)).
Ответ: η = 57,51 %
Цикл Брайтона (газовая турбина): 1→2 изоэнтропное сжатие, 2→3 подвод теплоты при постоянном давлении, 3→4 изоэнтропное расширение в турбине, 4→1 отвод теплоты при постоянном давлении. При степени повышения давления rp = P₂/P₁: T₂ = T₁·rp(k−1)/k, T₄ = T₃/rp(k−1)/k и η = 1 − 1/rp(k−1)/k. Полезная работа w = cp·[(T₃ − T₄) − (T₂ − T₁)]. С учётом изоэнтропных КПД компрессору нужно ws/ηc, а турбина отдаёт ηt·ws.
ExamProblems · examproblems.com/courses/thermodynamics-1