tarmodynamika techniczna - zadania z odpowiedziami, Inżynieria Środowiska, Termodynamika
[ Pobierz całość w formacie PDF ]TERMODYNAMIKA TECHNICZNA
TERMODYNAMIKA TECHNICZNA
konsultacje:
dr inż. Andrzej Ksiądz
poniedziałek
14-15
12-13
14
30
-15
30
pokój C-220
www.itc.polsl.pl/ksiadz
środa
czwartek
obecność obowiązkowa (3 nieobecności nieusprawiedliwione
Æ
informacja do dziekanatu)
9
warunki zaliczania – podane na wykładzie – ćwiczenia – 2 kolokwia
9
na kolokwiach można korzystać z karty wzorów – jednej kartki formatu A4 (własnoręcznie zapisanej,
zabronione jest umieszczanie na niej przykładowych rozwiązań zadań) + tabele/wykresy termodynamiczne
9
kartkówki – niezapowiedziane z ostatnich ćwiczeń
9
aktywność na zajęciach będzie premiowana
9
ocena z ćwiczeń – średnia z najwyższych ocen z poszczególnych kolokwiów z uwzględnieniem kartkówek i
innych form oceniania; aby uzyskać ocenę pozytywną należy zaliczyć oba kolokwia
9
9
nieobecność na kolokwiach należy zgłaszać prowadzącemu najpóźniej po upływie
tygodnia
od terminu
kolokwium
Warunki zaliczenia egzaminu:
1.
Egzaminy – termin zerowy, główny oraz 2 poprawkowe.
2.
Do egzaminu można przystąpić bez zaliczenia z laboratorium. Wpis oceny końcowej będzie możliwy
dopiero po zaliczeniu zajęć laboratoryjnych.
3.
Każdy kto uzyska zaliczenie z ćwiczeń tablicowych na ocenę 4 lub wyżej może przystąpić do egzaminu "0",
który ma miejsce na ostatnim wykładzie.
4.
W normalnych terminach studenci, którzy mają zaliczenie z ćwiczeń tablicowych z oceną wyższą lub równą
4 są zwolnieni z części zadaniowej.
5.
Egzamin składa się z 2 niezależnych części – testu z teorii oraz zadań (2 zadania). Można zdawać
przedmiot etapowo – tzn. raz zaliczona część jest uznawana do końca egzaminu. Ocena z zadaniowej
części egzaminu to średnia arytmetyczna z 2 pozytywnych ocen uzyskanych w danym terminie
zaokrąglona w stronę oceny wyższej. W przypadku uzyskania oceny negatywnej z któregoś z zadań ocena
z części zadaniowej również jest negatywna (niedostateczny).
6.
Student na częściach zadaniowych egzaminu może korzystać z karty wzorów – jednej kartki formatu A4
własnoręcznie zapisanej oraz odpowiednich tablic i wykresów – korzystanie z zeszytów i książek jest
zabronione! Zabronione jest umieszczanie na karcie wzorów przykładowych rozwiązań zadań. Na części
teoretycznej korzystanie z wszelkich pomocy naukowych jest zabronione.
7.
Student, który nie posiada zaliczenia z ćwiczeń tablicowych, może przystąpić do egzaminu i zdobyć
zaliczenie. W przypadku, gdy zaliczy część zadaniową na ocenę 4 lub wyżej zalicza również automatycznie
egzamin z części zadaniowej. Ocena niższa pozwala uzyskać jedynie zaliczenie z ćwiczeń tablicowych. W
celu zaliczenia części zadaniowej egzaminu student musi przystąpić do następnego terminu egzaminu.
8.
Nieobecność na egzaminach należy zgłaszać prowadzącemu najpóźniej po upływie tygodnia od terminu
egzaminu. W przypadku usprawiedliwionej nieobecności należy umożliwić studentowi przystąpienie do
egzaminu w innym terminie.
9.
Ocena końcowa z przedmiotu wystawiana jest jako średnia ważona z ocen z egzaminu, ćwiczeń i
laboratorium zaokrąglana w stronę oceny z egzaminu. Wagi wynoszą 0,4/0,4/0,2. Ocena z egzaminu
liczona jest jako średnia arytmetyczna z ocen z „teorii” i części zadaniowej zaokrąglana w stronę oceny z
„teorii”. W przypadku osób zwolnionych z części zadaniowej egzaminu do obliczania oceny z egzaminu
przyjmuje się ocenę z ćwiczeń (wyjątkowo na terminie „0” do obliczania oceny końcowej z części
ćwiczeniowej przyjmowana jest ocena bdb). W przypadku zdobycia zaliczenia na egzaminie podczas
wyznaczania oceny końcowej za ocenę z ćwiczeń przyjmowana jest ocena dostateczna.
W/w zasady zaliczania przedmiotu obowiązują w danym roku akademickim.
LITERATURA:
¾
Szargut Jan: Termodynamika, PWN, Warszawa, 2000
¾
Szargut Jan: Termodynamika techniczna, Wydawnictwo Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2011
¾
Szargut Jan, Guzik Antoni, Górniak Henryk: Zadania z termodynamiki technicznej
, Wydawnictwo
Politechniki Śląskiej, Gliwice, 2011
Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska, Gliwice
1
TERMODYNAMIKA TECHNICZNA
POJĘCIA PODSTAWOWE
¾
wielkość fizyczna
– wartość liczbowa i jednostka miary – np. 25 kJ, 34 kmol/s
¾
układ jednostek SI
– jednostki podstawowe (m, kg, mol, s, K, A, cd) i pochodne (N, Pa, J,
W); główne i wtórne (wielokrotności – mega, kilo, mili itp.), "nielegalne" (cal, kG, KM)
¾
wielkości właściwe
– oznaczane małą literą (odniesione do masy – v, u, s, i, q, odniesione
do mola – (Mv), (Mu), (Ms), (Mi), (Mq))
¾
strumienie wielkości fizycznej
– oznaczone kropką – np.
&
&
&
&
&
V
,
n
,
G
,
Q
,
I
¾
podstawowe wielkości fizyczne stosowane w termodynamice:
masa
– kg
siła
– N=kg·m/s
2
ilość substancji
:
mol n
(liczba Avogadro N=6,02283·10
26
drobin/kmol)
kilogram G
– masa zależy od poziomu energetycznego, ale dla typowych
rozwiązań technicznych zmiana masy jest pomijalna
normalny metr sześcienny V
n
– jeżeli gaz doskonały lub półdoskonały,
parametry normalne – najczęściej fizyczne (0°C, 101325 Pa=1 Atm=760 Tr)
G
n
=
M
3
n
3
nf
1
kmol
⇒
(Mv)
m
=
22,42
m
n
(
Mv
)
V
=
(
Mv
)
⋅
n
=
n
G
n
n
M
ciśnienie
– jednostki:
paskal
– 1 Pa=1 N/m
2
=1 kg/(m·s
2
) – w praktyce 1 MPa
bar
– 1 bar=10
5
Pa=0,1 MPa
atmosfera techniczna
– 1 at=98,0665 kPa
wysokość słupa cieczy: woda -
mmH
2
O
rtęć -
tor
– Tr (mmHg)
1 mmH
2
O=9,80665 Pa
1 Tr=133,32 Pa (gęstość rtęci dla 0°C – 13595 kg/m
3
)
atmosfera fizyczna
– 1 Atm=760 Tr=101325 Pa
ciśnienie manometryczne i bezwzględne
(absolutne):
p
=
p
+
p
m
ot
p
=
(
ρ
−
ρ
)
⋅
g
⋅
Δ
h
m
m
ciśnienie statyczne i dynamiczne
:
1
2
p
d
=
⋅
ρ
⋅
w
2
praca
(L),
ciepło
(Q),
energia
(E) – dżul (niutonometr, watosekunda) – 1 J=1 N·m=1
W·s, kilowatogodzina 1 kW·h=3,6 MJ; kilokaloria – 1 kcal=4,1868 kJ, tona paliwa
umownego (1 t p.u.=7 Gcal), tona oleju ekwiwalentnego (1 t o.e.=41,86 GJ)
moc
– wat – 1 W=1 J/s; koń mechaniczny 1 KM=735,499 W
temperatura
– Kelvin, Celsjusz, Fahrenheit
15
t
C
=
T
−
273
,
5
t
=
(
t
−
32
)
C
F
9
&
¾
warunek ciągłości strugi
:
A
⋅
w
⋅
ρ
=
G
&
przepływ ustalony w rurociągu (
G
=
idem
):
A
⋅
w
⋅
ρ
=
idem
&
=
G
&
&
ponieważ
V
, więc
V
=
A
⋅
w
ρ
Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska, Gliwice
2
TERMODYNAMIKA TECHNICZNA
POJĘCIA PODSTAWOWE
1.
Ciśnienie 760 Tr wyraź w kPa, mmH
2
O, barach i atmosferach fizycznych.
p=760 Tr=760 mmHg=1 Atm=101,325 kPa=1,013 bar=10329 mmH
2
O
2.
W liście od znajomego mieszkającego w USA przeczytała(e)ś: "Tutaj u nas w Bostonie było ostatnio
okropnie zimno. Termometry wskazywały 14 F". Znajomy pyta również o temperaturę panującą w
Gliwicach. Co odpiszesz znajomemu, jeżeli temperatura w Gliwicach wynosi 14°C? Jaką
temperaturę (w skali Celsjusza) ma powietrze w Bostonie? Obie temperatury przedstaw również w
skali Kelvina.
Boston: t
F
=14 F, t
C
= –10°C, T=263 K
Gliwice: t
C
=14°C, t
F
= 57,2 F, T=287 K
3.
Metan (CH
4
) w ilości n=5 kmol umieszczono w zbiorniku o pojemności V=100 m
3
. Oblicz ilość
metanu w kg i m
n
3
, a także jego gęstość rzeczywistą i normalną.
G=80 kg; V
n
=112,1 m
n
3
; ρ=0,8 kg/m
3
(v=1,25 m
3
/kg); ρ
n
=0,714 kg/m
n
3
4.
Zainstalowany w zbiorniku z powietrzem manometr wskazuje Δh=30 mmH
2
O podciśnienia.
Wiedząc, że ciśnienie otoczenia wynosi 750 Tr, a gęstość cieczy manometrycznej (woda) 1000
kg/m
3
oblicz ciśnienie absolutne wyrażając je w kPa.
p=99,698 kPa
5.
Do pomiaru prędkości przepływu powietrza użyto dwóch U-rurek. Uzyskano: Δh
1
=40 mm, Δh
2
=30
mm (oznaczenia jak na rysunku). Wiedząc, że cieczą manometryczną jest woda o gęstości 990
kg/m
3
, a gęstość powietrza wynosi 1,19 kg/m
3
oblicz prędkość przepływu powietrza.
w=12,8 m/s
POJĘCIA PODSTAWOWE – ZADANIA DODATKOWE
d1.
Określ dobowe zużycie energii (w kJ, kWh i kcal) przez żarówkę o mocy 100 W, przy założeniu,
że świeci się ona przez 1/3 doby.
E=0,8 kWh=2880 kJ=687 kcal
d2.
Rurociągiem o średnicy wewnętrznej 200 mm
przepływa zimna woda o gęstości 1000 kg/m
3
z
prędkością średnią 1,5 m/s. Oblicz strumień masy wody w kg/s i kg/h.
Ġ=47,1 kg/s=169560 kg/h
d3.
Temperaturę topnienia cyny wynoszącą 232°C wyraź w kelwinach.
T=505 K
Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska, Gliwice
3
TERMODYNAMIKA TECHNICZNA
d4.
Na termometrze zaopatrzonym w skalę Celsjusza zmierzono wzrost temperatury o 30°C. Jaki
przyrost temperatury zmierzono by posługując się termometrem zaopatrzonym w skalę Kelwina?
=30 K
d5.
Do turbiny dopływa para wodna o temperaturze 550°C i ciśnieniu 18 MPa, a po rozprężeniu
wypływa para o temperaturze 313 K i ciśnieniu 0,05 bara. Wyraź a) temperaturę pary na dolocie w
kelwinach, a na wylocie w °C; b) ciśnienie pary na dolocie w bar, Pa, hPa, kPa; c) ciśnienie pary
na wylocie w Pa, MPa, mmHg i mmH
2
O.
a) T
d
=823 K; tw=40°C; b) p
d
=180 bar=18·10
6
Pa=180·10
3
hPa=18·10
3
kPa;
c) p
w
=5000 Pa=0,005 MPa=510 mmH
2
O=37,5 mmHg
d6.
Barometru użyto do określenia wysokości wzniesienia. U podnóża góry wysokość słupa rtęci w
barometrze wynosiła 760 mm. Wysokość słupa rtęci na szczycie góry wynosiła 700 mm. Jaka jest
różnica poziomów przy założeniu, że średnia gęstość powietrza wynosi 1,2 kg/m
3
, a gęstość rtęci
13600 kg/m
3
.
h=680 m
d7.
W szklance umieszczono 250 g wody. Woda ta wyparowała w ciągu 25 dni. Ile cząsteczek wody
(średnio) opuszczało jej powierzchnię w ciągu 1 sekundy?
n
&
=3,87·10
18
cząsteczek/s
d8.
W zbiorniku znajduje się 250 kg etanu. Gęstość etanu w warunkach normalnych wynosi 1,34
kg/m
3
. Wyraź ilość gazu w kilomolach i metrach sześciennych normalnych.
n=8,33 kmol; V=186,8 m
n
3
d9.
Gęstość normalna pewnego gazu wynosi 1,78 kg/m
3
, jego masa molowa 40 kg/kmol, a jego ilość
100 m
n
3
. Ilość gazu wyraź w kilomolach i kilogramach.
n=4,46 kmol; G=178,4 kg
d10.
Manometr umieszczony na zbiorniku A wskazuje nadciśnienie 0,02 MPa, a manometr
umieszczony na zbiorniku B podciśnienie 0,03MPa. Oblicz ciśnienie bezwzględne panujące w
zbiorniku A i B zakładając, że ciśnienie otoczenia wynosi 1 bar.
p
A
=0,12 MPa; p
B
=0,07 MPa
d11.
Przewodem przepływa gaz. Ciśnienie dynamiczne zmierzone za pomocą rurki Pittota wynosi
30 mmHg (gęstość rtęci w warunkach normalnych wynosi 13600 kg/m
3
). Za pomocą manometru
zmierzono nadciśnienie statyczne 0,12 MPa. Wyznacz bezwzględne ciśnienie całkowite, jeżeli
ciśnienie otoczenia wynosi 1 bar.
p=224002 Pa
Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska, Gliwice
4
TERMODYNAMIKA TECHNICZNA
d12.
Oblicz pojemność zbiornika, w którym ma być zmagazynowane 1800 kg gazu, jeżeli gęstość tego
gazu w warunkach przechowywania wynosi 3 kg/m
3
.
V=600 m
3
d13.
Różnicę ciśnień pomiędzy dwoma zbiornikami zmierzono za pomocą U-rurki, w której znajduje
się alkohol etylowy o gęstości 790 kg/m
3
. Oblicz różnicę ciśnień w tych zbiornikach (w Pa), jeżeli
różnica poziomów cieczy manometrycznej w U-rurce wynosi 260 mm.
Δp=2015 Pa
d14.
Silnik wykonał pracę 80000 J w czasie 5 min. Oblicz średnią moc silnika w kW i KM.
P=0,267 kW=0,363 KM
d15.
Zmierzono strumień objętościowy powietrza w warunkach normalnych, który wynosi 950 m
n
3
/h.
Wyraź ten strumień w m
n
3
/s, kg/s oraz kmol/s.
V=0,264 m
n
3
/s; Ġ=0,34 kg/s; n
&
=0,0118 kmol/s
d16.
Oblicz średnicę wewnętrzną rurociągu, którym będzie przepływać 12000 kg/h gazu o gęstości
8 kg/m
n
3
z prędkością 30 m/s.
d=0,133 m
d17.
Kanałem o przekroju kwadratu o boku 60 cm przepływa woda z prędkością średnią 2 m/s.
Głębokość wody w kanale wynosi 20 cm. Oblicz strumień objętościowy wody (m
3
/h).
V
&
=864 m
3
/h
Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska, Gliwice
5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]