Termodynamika Lista zadań nr 8
1. Dwutlenek węgla uczestniczy w odwracalnym obiegu Carnota. Temperatura górnego źródła ciepła wynosi 1000 K, zaś dolne źródło ciepła ma temperaturę 250 K. Najwyższe ciśnienie gazu w obiegu wynosi 77 bar, natomiast najniższe ma wartość 1 bar. Narysuj obieg we współrzędnych p-v i T-s. Określ parametry gazu w węzłowych punktach obiegu. Oblicz ciepło pobrane przez gaz, ciepło oddanego przez gaz oraz pracę obiegu dla 5 kg gazu.
2. Obieg silnikowy, w którym czynnikiem roboczym jest azot (M=28 kg/kmol, =1.4), składa się z: izotermy (1-2), izobary (2-3), politropy o n=1.3 (3-4) oraz izochory (4-1). Dane są parametry: p1=100 kPa, t1=27 C, v1/v2=8 i p4=300 kPa. Oblicz pozostałe ciśnienia, temperatury i objętości właściwe gazu we wszystkich punktach węzłowych obiegu. Narysuj obieg we współrzędnych p-v i T-s, zaznaczając qd, qw i lob. Wyznacz jednostkowe ciepło doprowadzone, jednostkowe ciepło wyprowadzone i jednostkową pracę obiegu. Podaj strumień ciepła doprowadzonego i wyprowadzonego oraz pracę obiegu, jeżeli ilość gazu wynosi 0.2 mu3
/s (pu=100 kPa, tu=0 C). Jaka jest rzeczywista oraz maksymalna sprawność obiegu? 1
3. Silnik cieplny pobiera z górnego źródła ciepła 400 kW ciepła oddając równocześnie 250 kW do dolnego źródła ciepła. Temperatura górnego źródła ciepła wynosi 900 K a dolnego 150 C.
Oblicz moc i sprawność rzeczywistą oraz maksymalną tego silnika.
4. W obiegu lewobieżnym Joule’a krąży gaz o właściwościach określonych przez M=30 kg/kmol i
=1.5. Obieg składa się z dwóch izobar i dwóch izentrop. Dane są: temperatura na początku izentropowego sprężenia, t1=27 C oraz v1/v2=8, v3/v2=1/2 i v3/v4=1/3. Narysuj obieg we współrzędnych p-v i T-s, z zaznaczeniem pól równoważnych ciepłu doprowadzonemu, odprowadzonemu i pracy obiegu. Oblicz: temperatury w punktach węzłowych obiegu, jednostkowe ciepło doprowadzone, jednostkowe ciepło odprowadzone i jednostkową pracę obiegu. Podaj sprawność obiegu chłodniczego i jego sprawność maksymalną oraz sprawność pompy ciepła i jej sprawność maksymalną, jeżeli te urządzenia pracują według rozważanego obiegu. 1
5. Oblicz egzergię jednostkową sprężonego powietrza (cp=1.004 kJ/kgK) o ciśnieniu absolutnym 1 MPa i temperaturze 50 C, jeżeli powietrze atmosferyczne ma 10 C i ciśnienie 100 kPa. Jak zwiększy się egzergia sprężonego powietrza, jeżeli: a) jego ciśnienie zwiększy się dwukrotnie, b) jego temperatura zwiększy się dwukrotnie? 1
1 na podstawie: J. Cieśliński, B. Grudziński, W. Jasiński, W. Pudlik, Termodynamika – zadania i przykłady obliczeniowe, Wydawnictwa Politechnik Gdańskiej, Gdańsk, 2008
dr hab. inż. Monika Maciejewska
