Технічна термодинаміка та теплові процеси технології будівельних матеріалів

1. Цегляна стіна із легкового шамоту має товщину 200 мм. Температури поверхнею стіни складають: t₁ = 680⁰C, t₂ = 25⁰C. Теплопровідність шамоту 0,465 В/м*К. Визначити поверхневу щільність теплового потоку.

Відповідь: q = 1523 Вт/м²

2. Неізольований трубопровід із зовнішнім і внутрішнім діаметром відповідно d_зов/d_вн 80/70 мм для гарячої води з температурою 100⁰С розташовується у прохідному каналі, в якому температура повітря 30⁰С. Довжина труби 100 м. Визначити кількість теплоти, яка втрачається крізь трубу за 1 год. Трубопровід виконаний із вуглецевої сталі =45Вт/ (м*К).

Відповідь: Q = 800 МДж.

3. Паропровід накритий 2 шарами ізоляції. Розмір паропроводу d_зов/d_вн = 159/147 м, =45Вт/ (м*К). Перший шар ізоляції - товщина 55 мм, = 0,186 Вт/ (м*К); другий шар - товщина 60 мм, = 0,0,93 Вт/ (м*К). Температура внутрішньої поверхні стінки 320⁰С, а зовнішньої поверхні ізоляції 40⁰С. Визначити щільність теплового потоку крізь стінку 1 м паропроводу.

Відповідь: 260 Вт/м

4. Стінка печі складається з двох шарів цегли: шамотної б₁ = 0,23м і діатомітової б₂ = 0,15 м. Температура внутрішньої поверхні стінки 1300⁰С, навколишнього повітря 25⁰С. Коефіцієнти тепловіддачі: димовий газ-стінка... ₁ = 34,89 Вт/м²*К, стінка-повітря... ₂ = 16,3 Вт/м²*К. Теплопровідність цегли: шамотної ₁ = 1,155 Вт/м*К, діатомітової ₂ = 0, 208 Вт/м*К. Визначити щільність теплового потоку крізь 1 м стінки, температуру на межі між шарами шамоту і діатоміту.

Відповідь: q = 1632 Вт/м², t₂ = 1250⁰С, t₃ = 930⁰С

5. Визначити температури внутрішньої і зовнішньої поверхні стінки теплообмінного апарату, зовнішньої поверхні ізоляції. Температури: рідини в апараті 80⁰С, зовнішнього повітря 10⁰С. Апарат виготовлений із вуглецевої сталі. Для ізоляції б_із = 50 мм. Коефіцієнт тепловіддачі: рідина - стінка апарату... ₁ = 232 Вт/м²*К, поверхня ізоляції - повітря... ₂ = 10,4 Вт/м²*К. Теплопровідність ізоляції ₁ = 0,12 Вт/м*К.

Відповідь: t₂ = 79,4⁰С, t₃ = 79,4⁰С, t₄ = 22,4⁰С.

6. Цегляна порожниста стінка має загальний опір теплопередачі R_о=0,667 м²*К/Вт. Чому дорівнює коефіцієнт теплопередачі стіни?

Відповідь: 1,5Вт/м²*К

7. Визначити щільність теплового потоку, який втрачається 1 м неізольованого трубопроводу d_зов/d_вн 267/252 мм, прокладеному в закритому приміщенні. Температура пари 170⁰С, повітря в приміщенні 20⁰С, теплопровідність сталі = 45 Вт/м*К. Коефіцієнт тепловіддачі: пара - стінка... ₁ = 640 Вт/м²*К, стінка - повітря... ₂ = 14 Вт/м²*К.

Відповідь: 1700 Вт/м

8. По трубі діаметром 0,25 м, довжиною 5 м рухається гаряче повітря (середня температура 150⁰С). Середня температура стінки труби складає 300⁰С, середня швидкість повітря - 15 м/с. Визначити коефіцієнт тепловіддачі конвенцією до повітря.

Відповідь: 34 Вт/м²*К

9. Визначити щільність теплового потоку випромінювання 1 м² обмурівки печі (температура 50⁰С). Ступінь чорноти цегляної кладки 0,93.

Відповідь: q = 581,5 Вт/м²

10. Визначити приведений коефіцієнт випромінювання, якщо площа поверхні матеріалу, який сприймає тепло, 0,6м², а площа поверхні, яка віддає тепло 2,8м². Ступінь чорноти поверхні матеріалу і футерівки 0,8.

Відповідь: 4,33 Вт/ (м²*К⁴)

11. Визначити коефіцієнт тепловіддачі випромінювання, якщо щільність теплового потоку, який передається випромінюванням від газу до 1м² стінки, 4000 Вт/м², а температури газів і стінки складають відповідно 850⁰С і 600⁰С.

Відповідь: 16 Вт/м²*К

12. Визначити сумарний коефіцієнт тепловіддачі та тепловий потік поверхні сталевого теплообмінника висотою 2,8м, діаметром 2м. Теплообмінник розташований у приміщенні з габаритами Н - 4м, L-15м, В - 5м. Температура стінки апарату Т₁ = 380К, температура повітря Т₂ = 300К.

Відповідь: L = 15.34 Вт/м²*К, Q = 29,3кВт.

13. В холодильнику необхідно понизити температуру від 90⁰С до 40⁰С. Кількість охолоджуючої рідини 10000кг/год при 3350 Дж/кг*к. Початкова температура охолоджуючої води 25⁰С. Коефіцієнт теплопередачі 290 Вт/м²*К. Визначити необхідну площу поверхні теплообміну та витрату води у прямому і протетичному режимах.

Відповідь: F₁ = 68,3м², F₂ = 52м², m = 40т/год

14. Визначити щільність теплового потоку, який втрачає обертова піч у навколишнє середовище, якщо: температура внутрішньої поверхні печі 1450⁰С, зовнішньої поверхні корпусу 100⁰С, товщина корпусу 20мм, теплопровідність сталі 46,52 Вт/ (м*К), товщина футерівки 200мм, теплопровідність хромомагнезиту 1,49 Вт/ (м*К), товщина гарнисажу 150мм, теплопровідність гарнисажу 1,453 Вт/ (м*К).

Відповідь: 5605 Вт/м²

15. Визначити тепловий потік випромінювання корпусом печі 5х185м у навколишнє середовище, якщо питома щільність теплового потоку 5,605 кВт/м².

Відповідь: Q = 16280 кВт

16. Визначити тепловіддачу неізольованої сталевої труби d_зов/d_вн 21/15 мм, якщо коефіцієнт тепловіддачі теплоносій - стінка труби... = 1168 Вт/м*К, стінка - повітря... = 1163 Вт/м*К, температура теплоносія 98⁰С, навколишнього повітря 18⁰С, теплопровідність стінки труби = 58,15 Вт/м*К.

Відповідь: q = 60,5 Вт/м

17. В холодильнику необхідно охолодити рідину масою 10000кг/год від температури 60⁰С до температури 30⁰С, питома теплоємність рідини 2680 Дж/кг*К. Тепло передається воді, яка підігрівається від 25⁰С до температури 32⁰С. Коефіцієнт тепловіддачі від рідини до води К = 240 Вт/м²*К. Визначити витрати води і площу поверхні нагріву за проти річною схемою.

Відповідь: m_H2O= 27400 кг/год, F = 69,3м²

18. Сталева труба діаметром 100мм з температурою стінок 127⁰С прокладена в цегляному каналі розміром 0,28х0,35м з температурою стінок 27⁰С. Визначити теплопередачу випромінювання з 1м труби за 1 год. Для сталі С₁ = 4,2Вт/м²*К⁴, для цегли каналу С₂ = 5,33Вт/м²*К⁴.

Відповідь: Q = 797,5 МДж

19. Визначити товщину теплової ізоляції, виконаної з: альфою, шлакової вати. Питома втрата теплоти523 Вт/м², температури поверхнею 700⁰С, 40⁰С, коефіцієнти теплопровідності альфою 0,0302+0,000085t, коефіцієнт теплопровідності шлаковати 0,058+0,000145t.

Відповідь: альфою - 77,8мм, шлаковати - 139мм

20. Для зменшення теплових втрат у навколишнє середовище необхідно ізолювати паропровід діаметром 44/50мм. Чи доцільно застосувати як ізоляцію азбест, якщо коефіцієнт тепловіддачі зовні ізоляції у навколишнє середовище 11,63 Вт/м*К?

Відповідь: так, доцільно

21. Визначити коефіцієнт тепловіддачі вертикальної стінки висотою 2м до повітря, якщо середня температура стінки 120⁰С, а температура повітря на відстані від стінки 20⁰С.

Відповідь: L = 6,82 Вт/м²*К

22. Визначити теплові втрати від стінки розміром а=1м, в=2м, встановленої більшим розміром під кутом 60⁰ до вертикалі, якщо температура поверхні тепловіддачі 80⁰С, а температура повітря 10⁰С.

Відповідь: Q = 1073Вт

23. Визначити еквівалентний коефіцієнт теплопровідності та питомий тепловий потік крізь повітряний прошарок товщиною 30мм, якщо температура гарячої і холодної поверхонь стінок, між якими міститься повітря, дорівнює 150⁰С і 50⁰С.

Відповідь: q = 342 Вт/м²

24. Температура повітря, яке виходить із камери сушіння складає 60⁰С, а температура мокрого термометра 50⁰С. Визначити відносну вологість, волого вміст, тепловміст повітря після камери.

Відповідь: = 60%, d = 8421кг, I = 280,8 кДж/кг сухого повітря

25. Визначити тепловий потік від зовнішніх поверхонь парових корпусів касетної установки ТВО, якщо: температура поверхні 80⁰С, температура повітря в приміщенні 20⁰С. Зовнішня поверхня сталева, відносна поглинаюча здатність її 0,93. Коефіцієнт теплообміну розрахувати за формулою:

Відповідь: q = 867 кВт/м²

26. Визначити коефіцієнт випромінювання, якщо щільність теплового потоку від газу до 1м² стінки дорівнює q = 4000 Вт/м², а температура газів і стінки складають відповідно 850⁰С, 600⁰С.

Відповідь: 1,02 Вт/м²К

27. Визначити густину води, якщо вона перебуває в стані кипіння при температурі 250⁰С.

Відповідь: 20кг/м³

28. Водяна пара перебуває під тиском 1000кПа і температурі 220⁰С. Визначити стан пари, її питомий об'єм, ентальпію.

Відповідь: пара перегріта, V = 0,217м³/кг, і = 2875 кДж/кг

29. Стан пари 800 кПа, х = 0,94. Визначити питомий об'єм пари, температуру насичення, ентальпію.

Відповідь: V = 0,226м³/кг,t = 170,4⁰С, і = 2645,1 кДж/кг

30. Визначити стан водяної пари з температурою 140⁰С і питомим об'ємом V = 0,4м³/кг.

Відповідь: пара волога, насичена, х=0,785

31. Визначити стан водяної пари, її питомий об'єм, ентальпію, густину, якщо тиск її 1500 кПа, температура 200⁰С.

Відповідь: пара перегріта, V = 0,1324м³/кг,

і = 2796 кДж/кг, =7,55 кг/м³

32. Визначити ступінь перегріву пари з тиском 500кПа, температурою 180⁰С.

Відповідь: 28, 20С

33. Визначити за допомогою діаграми стан і параметри водяної пари при температурі 90⁰С і тиску 30 кПа.

Відповідь: пара перегріта, і = 2680 кДж/кг, S = 7,89 кДж/кг*К

34. Водяна пара масою 1 кг під тиском 1МПа при температурі 200⁰С нагрівається за сталим тиском до температури 300⁰С. Визначити кількість витраченої теплоти та роботу розширення пари.

Відповідь: q = 223 кДж/кг, l = 52 кДж/кг

35. Визначити параметри сухої насиченої пари при температурі 150⁰С.

Відповідь: р=0,476 МПа, і=2750 кДж/кг, S=6,8 кДж/кг*К

36. Водяна пара нагрівається ізобарно до 350⁰С від вихідного стану 400 кПа і температури 250⁰С. Як змінюються параметри пари?

Відповідь: і = 200 кДж/кг, = 0,4 кДж/кг*К

37. Визначити ступінь сухості та температуру водяної пари після адіабатного розширення від стану сухої насиченої пари при температурі 150⁰С до тиску 200 кПа.

Відповідь: t = 120⁰С, х = 0,946

38. Тиск пари в котлі складає 1,6 МПа. Визначити її температуру.

Відповідь: 200⁰С

39. Тиск пари 0,4 МПа, ступінь сухості х = 0,9. Визначити ентальпію 1 кг пари.

Відповідь: 2520 кДж/кг

40. Тиск насиченої пари 1 МПа, х = 0,9. Визначити значення t, і, S.

Відповідь: t = 178⁰С, і = 748 кДж/кг, S =6,18 кДж/кг*К

41. Ентальпія вологої пари при р = 1,4 МПа дорівнює і = 2706,7 кДж/кг. Як зміниться ступінь сухості, якщо до пари підвести q = 37,7 кДж тепла при p = const?

Відповідь: від х = 0,96 до х = 0,98

42. Для отримання 1 кг вологої пари при р = 1,6 МПа витрачено 2702,55 кДж тепла. Визначити ступінь сухості пари, її питомий об'єм, густину.

Відповідь: х = 0,955, = 8,3 кг/м³. V = 0,122 м³/кг

43. Визначити об'єм перегрітої пари при р = 1,2 МПа і t = 300⁰С.

Відповідь: 0, 2088 м³/кг

44. За умов попереднього прикладу визначити витрати тепла для отримання 1 кг пари із води, взятої при 0⁰С (визначити ентальпію перегрітої пари).

Відповідь: 3040 кДж/кг

45. У змішувальну камеру надходять два потоки повітря: перший - витрати m₁ = 0,4 кг/с, t₁ = 40⁰С, = 45%, другий - m₂ = 0,6 кг/с, t₂ = 60⁰С, = 30%. Визначити параметри суміші з використанням діаграми.

Відповідь: t = 52⁰С, = 37%, d = 32,4 г/кг

46. Повітря надходить в калорифер при температурі 20⁰С та відносній вологості 60%, де підігрівається до температури 150⁰С. Відносна вологість гріючого агента сушіння на виході із сушарки 80%, волого вміст 33,8 г/кг сухого повітря. Визначити витрати повітря на випаровування 1 кг вологи та витрати тепла з використанням діаграми.

Відповідь: l = 24,64 кг/кг вол., q = 3469 кДж/кг вол

47. Атмосферне повітря при температурі 25⁰С та відносній вологості 70% підігрівається в калорифері до 100⁰С, надходить в камеру сушіння, з якої виходить при температурі 40⁰С. Визначити кінцевий волого вміст, витрати повітря та тепла на 1 кг випареної вологи за допомогою діаграми.

Відповідь: d = 38 г/кг с. пов, l = 42 кг/кг вол, q = 3374 кДж/кг вол

48. У трьох посудинах різної ємності міститься вода із різною температурою: 2 л - 60⁰С, 6 л - 30⁰С, 7 л - 40⁰С. Яку температуру набуде вода, якщо злити її в одну посудину?

Відповідь: 38,6⁰С

49. У трьох посудинах різної ємності міститься розчин NaCl із різною температурою: 6 л - t = 30⁰С, C = 3.35 кДж/кг*К...25% NaCl; 3 л - t = 80⁰С, C = 3.77 кДж/кг*К...12,5% NaCl; 11 л - t = 60⁰С, C = 3.98 кДж/кг*К...6,25% NaCl. Яку температуру набуде розчин, якщо всю рідину злити в одну ємність?

Відповідь: 55,8⁰С

50. Яка кількість теплоти необхідна для перетворення льоду масою 5 кг з температурою - 20⁰С у пару з температурою 100⁰С?

Відповідь: 1,53*10⁴кДж

Завдання до самостійної роботи

Задачі

1. Маса 1м³ метану за певних умов складає 0,7 кг. Визначити густину та питомий об'єм метану, виходячи з тих самих умов.

Відповідь:

2. Густина повітря за певних умов дорівнює 1,293 кг/м³. Визначити питомий об'єм, виходячи з тих самих умов.

Відповідь: V = 0,773м³/кг

3. Тиск повітря згідно показанням ртутного барометра дорівнює 720 мм рт. ст. при 0^оС. Перевести цей тиск у Паскалі.

Відповідь: р =102660 Па = 102,7 кПа

4. Визначити абсолютний тиск пари в котлі, якщо манометр показує 0,245 МПа, атмосферний тиск за показаннями ртутного барометра складає B = 93325 Па (750 мм рт. ст) при t = 20⁰С.

Відповідь: р = 0,338 Па

5. Яка висота водяного стовпчика відповідає 10 Па?

6. Яка висота ртутного стовпчика відповідає 100 кПа?

Відповідь: h = 750мм

7. Визначити абсолютний тиск у конденсаторі парової турбіни, якщо показання ртутного вакуумметра дорівнює 94 кПа (705 мм рт. ст), а показання ртутного барометра, приведене до 0^оС, В₀=99,6 кПа (747 мм рт. ст). Температура повітря на місцях розташування приладів t=20^оС.

Відповідь: =60 кПа

8. Ртутний вакуумметр, приєднаний до посудини, показує розрідження р = 56 кПа (420мм рт. ст) при температурі ртуті у вакуумметрі t = 20⁰С. Тиск атмосфери по ртутному барометру В=102,4 кПа (768 мм рт. ст) при температурі ртуті t = 18⁰С. Визначити абсолютний тиск в посудині.

Відповідь: р_абс=46,3 кПа

9. Тягомір, який приєднаний до газоходу парового котла, показує розрідження 780 Па. Визначити абсолютний тиск димових газів, якщо барометр показує В = 102658 Па (770 мм рт. ст) при t = 0^оС.

Відповідь: р=101870 Па (764,1 мм рт. ст)

10. Тягомір показує розрідження в газоході 412 Па (42 мм в. ст). Атмосферний тиск складає В = 100925 Па (757 мм рт. ст) при t= 15⁰С. Визначити абсолютний тиск димових газів.

Відповідь: р=100250 Па (751,96 мм рт. ст)

11. У газгольдер об'ємом V = 200 м³ подається газ по трубі діаметром d = 0,1 м із швидкістю 3 м/с. Питомий об'єм газу н = 0,4 м³/кг. За який час газгольдер буде наповненим, якщо густина газу дорівнює 1,3 кг/м³?

Відповідь: 4407 с

12. Визначити густину газу СО при р = 0,1 МПа, t = 15⁰С.

Відповідь: = 1.169 кг/м³

13. Визначити густину та питомий об'єм газу СО₂ при нормальних умовах.

Відповідь: _н= 1,964 кг/м³, н_н=0,509м³/кг

14. Визначити питомий об'єм кисню під тиском р=2,3МПа, при температурі t= 280⁰С.

Відповідь: v =0,0625 м³/кг

15. Густина повітря в нормальних умовах _н= 1,293 кг/м³. Яку густину має повітря під тиском р=1,5 МПа при температурі t=20⁰С?

Відповідь: = 17,82 кг/м³

16. Визначити масу СО₂ у посудині з об'ємом V = 4м³ при t=80⁰С. Тиск газу згідно манометру складає 0,04 МПа. Барометричний тиск В = 103990 Па.

Відповідь: М = 8,6 кг

17. В циліндрі з рухомим поршнем перебуває 0,8 м³ повітря під тиском р=0,5 МПа. Як повинен змінитися об'єм, щоб при підвищенні тиску до 0,8 МПа температура повітря не змінилася?

Відповідь: V = 0,5 м³

18. Димові гази після топки парового котла охолоджуються від 1200 до 250^оС. У скільки разів зменшується їх об'єм, якщо тиск газів на початок і на кінець газоходу однаковий?

Відповідь: У 2,82 рази

19. У скільки разів об'єм певної маси газу при - 20^оС менший ніж при +20^оС, якщо тиск для обох випадків однаковий?

Відповідь: У 1,16 разів. Для розв'язку можна скористати залежність

20. У скільки разів зміниться густина газів у посудині, якщо при постійній температурі показання манометра зменшуються від р₁=1,8 МПа до р₂=0,3 МПа? Барометричний тиск складає 0,1 МПа.

Відповідь:

21. У повітронагрівач парового котла подається вентилятором 130000 м³/год повітря при температурі 30^оС. Визначити об'ємні витрати повітря на виході із підігрівача, якщо воно нагрівається до 400⁰С при сталому тиску.

Відповідь: V =288700 м³/год

22. Визначити газову сталу для кисню, водню і метану.

Відповідь: R_O2=259.8; R_H2=4124; R_CH4=518.8 Дж/ (кг·К)

23. Який об'єм займає 1 кг азоту при температурі 70⁰С і тиску 0,2 МПа?

Відповідь: V =0,509 м³/кг

24. Визначити масу кисню у балоні, ємністю 60 л, якщо тиск кисню за показаннями манометра складає 1,08 МПа, а показання ртутного барометра відповідає 99325 Па при температурі 25⁰С.

Відповідь: М = 0,91 кг

25. В посудині перебуває повітря під розрідженням 10 кПа при температурі 0⁰С. Ртутний барометр показує 99725 Па при температурі 20⁰С. Визначити за даних умов питомий об'єм повітря.

Відповідь: V =0,876 м³/кг

26. Який об'єм займає 11 кг повітря при тиску р=0,44 МПа і температурі 18⁰С?

Відповідь: V =2,088 м³

27. Визначити масу 5 м³ водню, 5 м³ кисню і 5 м³ діоксиду вуглецю під тиском 0,6 МПа при температурі 100⁰С.

Відповідь: M_H2 = 1.95кг; M_O2 = 30.9кг; M_CO2 = 42.6кг

28. В циліндрі діаметром 0,6 м міститься 0,41 м³ повітря при р=0,25 МПа і t=35⁰С. До якої температури необхідно нагріти повітря під сталим тиском, щоб поршень, який рухається без тертя, піднявся на 0,4 м?

Відповідь: t₂=117,6⁰С.

29. В циліндричній посудині із внутрішнім діаметром d=0,6 м і висотою h=2,4м перебуває повітря при температурі 18⁰С. Тиск повітря складає 0,765 МПа. Барометричний тиск складає 101858 Па. Визначити масу повітря в посудині.

Відповідь: М = 7,04 кг

30. Балон із киснем ємністю 20 л перебуває під тиском 10МПа при 15⁰С. Після витрати частини кисню тиск упав до 7,6МПа, а температура зменшилася до 10⁰С. Визначити масу витраченого кисню.

Відповідь: М = 0,606 кг

31. Посудина об'ємом 0,5м³ заповнена повітрям під тиском 0,2 МПа при температурі 20⁰С. Скільки повітря слід викачати із посудини, щоб розрідження в ній склало 56 кПа за умови, що температура не зміниться? Атмосферний тиск згідно показанням ртутного барометра складає 102,4 кПа при температурі ртуті в ньому 18⁰С. Розрідження в посудині вимірюється ртутним вакуумметром при температурі ртуті 20⁰С.

Відповідь: М = 1,527 кг

32. Резервуар об'ємом 4м³ заповнений диоксидом вуглецю. Визначити масу, силу тяжіння газу в резервуарі, якщо надлишковий тиск газу р = 40 кПа, температура його 80⁰С, барометричний тиск повітря В = 102,4 кПа.

Відповідь: М = 8,64 кг; G = 84,8 Н

33. Визначити густину і питомий об'єм водяної пари в нормальних умовах, вважаючи пару в такому стані ідеальним газом.

Відповідь: _н= 0,804 кг/м³, V_н=1,243 м³/кг

34. Який об'єм становить для 10 кмолей азоту в нормальних умовах?

Відповідь: 224 м³

35. Чому дорівнює об'єм 1 кмолю газу при р =2 МПа і t = 200⁰С?

Відповідь: 1,97м³/кмоль

36. При якій температурі 1 кмоль газу має об'єм V= 4м³, якщо тиск газу р=1кПа?

Відповідь: t = 198⁰С

37. В посудині ємністю V=10 м³ міститься 25 диоксиду вуглецю. Визначити абсолютний тиск в посудині при температурі t=27⁰С.

Відповідь: 141,7 кПа

38. Якій температурі відповідає густина азоту 3кг/м³ при тиску 1,5 мПа?

Відповідь: t = 1442⁰С

39. Яку густину має оксид вуглецю при t = 20⁰С, р=94,7 кПа, якщо при 0⁰С і 101,3 кПа густина складає 1,251кг/м³?

Відповідь: _со= 1,09 кг/м³

40. У скільки разів більше повітря вміщує резервуар при 10⁰С, ніж при 50⁰С, якщо тиск залишається сталим?

Відповідь: У 1,14 разів

41. Балон ємністю 0,9м³ заповнений повітрям при температурі 17⁰С. Приєднаний до нього вакуумметр показує розрідження 80 кПа. Визначити масу повітря в балоні, якщо барометричний тиск складає 98,7 кПа.

Відповідь: М = 0, 2018 кг

42. Маса пустого балону для кисню ємністю 0,05 м³ дорівнює 80 кг. Визначити масу балону після заповнення його киснем при температурі t = 20⁰С до тиску 10 МПа.

Відповідь: М = 86,57 кг

43. Для автогенного зварювання використано балон кисню, ємністю 100 л. Визначити масу кисню, якщо його тиск р = 12 МПа, і температура 16⁰С.

Відповідь: М = 16 кг

44. Визначити підйомну силу повітряної кулі, наповненої воднем, якщо об'єм її на поверхні землі складає 1м³ при тиску р= 100 кПа, і температурі 15⁰С.

Відповідь:

45. Визначити необхідний об'єм аеростату із воднем, якщо підйомна сила, яку він повинен мати на висоті Н_max=7000м, дорівнює 39240 Н. Параметри повітря на вказаній висоті дорівнюють: р = 41 кПа, t = - 30⁰С.

Відповідь: V₁=7311м³, , V₂=3738м³

46. Газосховище об'ємом V = 100м³ наповнено газом коксових печей. Визначити масу газу в сховищі, якщо t = 20⁰С, барометричний тиск В = 100 кПа, а показання манометра, встановленого на газосховищі, р = 133,3 кПа. Газову сталу для коксового газу прийняти 721 кДж/ (кг·К).

Відповідь: М = 47,6 кг

47. Стиснене повітря в балоні має температуру 15⁰С. Під час пожежі температура повітря в балоні піднялася до 450⁰С. Чи вибухне балон, якщо відомо, що він може витримати тиск не більше 9,8МПа? Початковий тиск 4,8МПа.

Відповідь: Так

48. Посудина ємністю 4,2м³ наповнена 15 кг оксиду вуглецю. Визначити тиск в посудині, якщо температура газу 27⁰С.

Відповідь: р = 0,318МПа

49. Повітря із балона ємністю 0,9м³ випускається в атмосферу. Температура його спочатку була 27⁰С. Знайти масу повітря, яке вийшло із балона, якщо початковий тиск в балоні складав 9,32МПа, а після випуску - 4,22МПа, а температура повітря понизилася до 17⁰С.

Відповідь: 51,8 кг

50. По трубопроводу протікає 10м³/с кисню при температурі 127⁰С і тиску 0,4МПа. Визначити витрати газу щосекунди.

Відповідь: М = 38,5 кг/с

51. Дуттєвий вентилятор подає в топку парового котла 102000м³/год повітря при температурі 300⁰С і тиску 20,7кПа. Барометричний тиск повітря в приміщенні В = 100,7кПа. Визначити годинну продуктивність вентилятора (при нормальних умовах).

Відповідь: Q = 48940 м³/год

52. Компресор подає стиснене повітря в резервуар і тоді тиск в резервуарі підвищується від атмосферного до 0,7МПа, а температура від 20 до 25⁰С. Об'єм резервуара V = 56м³, барометричний тиск 100 кПа (приведений 900°С). Визначити масу повітря, що подане в резервуар.

Відповідь: М = 391,7 кг

53. В 1м³ сухого повітря міститься близько 0,21м³ кисню і 0,79м³ азоту. Визначити масовий склад повітря, його газову сталу та парціальний тиск кисню й азоту.

Відповідь: mо₂=0.232; m_{N 2} =0.768; R = 287Дж/ (кг·К)

P_N2 = 0.79; P_O2 = 0.21 від Р суміші

54. Суміш газів складається із водню та оксиду вуглецю. Масова частка водню m_Н2 = 0,67%. Визначити газову сталу суміші та її питомий об'єм (при нормальних умовах).

Відповідь: R_сум = 552 Дж/ (кг·К), V_н=1,49 м³/кг

55. Визначити газову сталу суміші газів, яка складається із 1м³ генераторного газу та 1,5м³ повітря, знайти парціальний тиск кожної складової. Густину генераторного газу прийняти 1,2кг/м³.

Відповідь: R_сум = 295 Дж/кг*к, Р_гг=0,4 Р_сум,

Р_пов=0,6 Р_сум.

56. Об'ємний склад сухих продуктів горіння палива наступний: CO₂ - 12.3%; O₂ - 7.2%; N₂ - 80.5%. Визначити уявну молекулярну масу і газову сталу, густину та питомий об'єм продуктів горіння при В = 100кПа і t = 800⁰С.

Відповідь: _сум = 30,3; R_сум = 274 Дж/ (кг·К),

V=2,94 м³/кг, _сум = 0,34кг/ м³

57. Генераторний газ має наступний об'ємний склад: Н₂ - 7%; СН₄ - 2%; CO - 27,6%; СO₂ - 4,8%; N₂ - 58,6%. Визначити масові частки, уявну молекулярну масу, газову сталу, густину та парціальний тиск при 15⁰С і 0,1МПа.

Відповідь: m_H2 = 0.005; m_CH4 = 0.012; m_CO = 0.289;

m_CO2 = 0.079; m_N2 = 0.615; _сум = 26,72; R_сум = 310,8 Дж/ (кг·К),_сум = 1,095кг/ м³

Р_Н2 = 7 кПа.

58. Газ коксових печей має наступний об'ємний склад: Н₂ - 57%; СН₄ - 23%; CO - 6%; СO₂ - 2%; N₂ - 12%. Визначити масові частки, уявну молекулярну масу, газову сталу, густину та парціальний тиск при 15⁰С і 100 кПа.

Відповідь _сум = 10,77; m_H2 = 0,107; m_CO2 = 0.082;

R_сум = 772 Дж/ (кг·К),_сум = 0,45кг/ м³

59. Генераторний газ має склад: Н₂ - 18%; CO - 24%; СO₂ - 6%; N₂ - 52%. Визначити газову сталу генераторного газу та масовий склад компонентів.

Відповідь: R_сум = 342 Дж/ (кг·К), m_CO2 = 10,85;

m_N2 = 60,03; m_H2 = 1,48; m_CO = 27,63…%

60. Аналіз димових газів виявив склад: r_CO2 = 12.2%, r_O2 = 7.1%, r_CO = 0.4%, r_N2 = 80.3%. Розрахувати масовий склад газів.

Відповідь: m_CO2 = 17,7%, m_O2 = 7,5%, m_CO = 0,37%, m_N2 = 74,43%.

61. В резервуарі перебуває коксовий газ під тиском 0,5МПа при температурі 18⁰С. Об'єм резервуара 125м³. Об'ємний склад газу наступний: r_Н2 = 46%, r_СН4 = 32%, r_CO = 15%, r_N2 = 07%. Після витрати деякої кількості газу тиск його упав до 0,3МПа, а температура до 12⁰С. Визначити масу витраченого газу.

Відповідь: М = 2167 кг.

62. Масовий склад суміші наступний: CO₂ - 18%; O₂ - 12%; N₂ - 70%. До якого тиску необхідно довести суміш, яка перебуває при нормальних умовах, щоб при температурі 180⁰С 8 кг її мали об'єм 4м³?

Відповідь: р = 0,24МПа

63. Визначити масовий склад газової суміші СO₂ і N₂, якщо парціальний тиск р_СО2 = 120кПа, а для суміші р_сум = 300кПа.

Відповідь:: m_CO2 = 0,512, m_N2 = 0,488.

64. Газова суміш має склад: CO₂ - 12%; O₂ - 8%; N₂ - 80%. До якого тиску необхідно довести суміш, яка перебуває при нормальних умовах, щоб густина її склала 1,6кг/м³?

Відповідь: до 0,213 МПа

65. Визначити середню масову теплоємність при сталому об'ємі для азоту в межах 200...800⁰С, рахуючи, що середня мольна теплоємність азоту при сталому тиску може бути визначена за формулою

Відповідь: 0,8122 кДж/ (кг·К)

66. Повітря в кількості 6м³ при тиску 0,3МПа і температурі 25⁰С нагрівається під сталим тиском до температури 130⁰С. Визначити кількість підведеної теплоти за умови С = const.

Відповідь: 2235кДж

67. В закритій посудині об'ємом 300л перебуває повітря під тиском 0,8 МПа і температурі 20⁰С. Яку кількість теплоти необхідно підвести для того, щоб температура повітря піднялася до 120⁰С. Теплоємність повітря приймаємо сталою.

Відповідь: 77,3 кДж.

68. В калориметрі з ідеальною тепловою ізоляцією перебуває вода в кількості 0,8 кг при температурі 15⁰С. Калориметр виготовлений із срібла, теплоємність якого 0,2345кДж/ (кг·К). Маса калориметра 0,25кг. В калориметр опустили 0,2кг алюмінію при температурі 100⁰С. Внаслідок температура води підвисилася до 19,24⁰С. Визначити теплоємність алюмінію.

Відповідь: 0,8946 кДж/ (кг·К)

69. Димові гази надходять в газохід парового котла при температурі 1100⁰С і виходять із газоходу при температурі 700⁰С. Склад газів за об'ємом: r_CO2 = 11%, r_O2 = 6%, r_Н2O = 8%, r_N2 = 75%. Визначити, яку кількість теплоти втрачає 1м³ димового газу за нормальних умов.

Відповідь: 697,5 кДж/м³

70. Визначити годинні витрати палива для роботи парової турбіни потужністю 25МВт, якщо теплота згоряння палива 33,85 МДж/кг. На переутворення теплової енергії в механічну використовується тільки 35% теплоти спаленого матеріалу.

Відповідь: 7,59Т/год

71. Паросилова установка потужністю 4200 кВт має к. к. д. =0, 20. Визначити годинні витрати палива, якщо кДж/кг.

Відповідь: 3024 кг/год

72. В котельні електростанції зо 10 год. роботи спалено 100т кам'яного вугілля з теплотою згорання кДж/кг. Визначити кількість напрацьованої електроенергії та потужність станції, якщо к. к. д. процесу переутворення теплової енергії в електричну складає 20%.

Відповідь: 162780 кВт·год, N_ст = 16278 кВт.

73. В посудину із 5л води при температурі 20⁰С опустили електронагрівач потужністю 800 Вт. Скільки необхідно часу, щоб вода нагрілася до 100⁰С? Втратами теплоти посудиною знехтувати.

Відповідь: 30 хвилин

74. В калориметр із 0,6кг води в середині при t = 20⁰С опустили сталевий зразок масою 0,4кг, нагрітий до 200⁰С. Визначити теплоємність сталці, якщо підвищення температури води склало 12,5⁰С. Масою власно калориметра знехтувати.

Відповідь: С = 0,469 кДж/ (кг·R)

75.2м³ повітря під тиском 0,5МПа при температурі 50⁰С змішуються з 10м³ повітря під тиском 0,2МПа при температурі 100⁰С. Визначити тиск і температуру суміші.

Відповідь: t_сум = 82⁰С, р_сум = 0,25МПа

76. У збірному газоході котельної змішуються відхідні гази трьох котлів при атмосферному тиску. Для спрощення приймаємо однаковий склад газів: Н₂О - 5,8%; СO₂ - 11,8%; О₂ - 6,8%, N₂ - 75,6%. Годинні витрати газів складають V₁ = 7100м³/год, V₂ = 2600 м³/год, V₃ = 11200 м³/год, а температура відповідно 170⁰С, 220⁰С,120⁰С. Визначити температуру газів після змішування та їх об'ємні витрати крізь димову трубу при цій температурі.

Відповідь: t = 147⁰С, V = 20900м³/год.

77. Димові гази із трьох парових котлів під тиском 0,1 МПа змішуються у збірному газоході та видаляються в атмосферу. Об'ємний склад топ очних газів із котлів наступний:

І - СО₂ = 10,4%, О₂ - 7,2%, N₂ - 77%, Н₂О - 5,4%.

ІІ - СО₂ = 11,8%, О₂ - 6,9%, N₂ - 75,6%, Н₂О - 5,8%.

ІІІ - СО₂ = 12%, О₂ - 4,1%, N₂ - 77,8%, Н₂О - 6,1%.

Годинні витрати газів складають М₁ = 1200кг/год, М₂ = 6500 кг/год, М₃ = 8400 кг/год, а температури відповідно 130⁰С, 180⁰С, 200⁰С. Визначити температуру відхідних газів після змішування у збірному газоході. Приймаємо мольні теплоємності однаковими.

Відповідь: t_сум = 164⁰С

78. Пічні гази після тунельної печі в кількості 400 кг/год при температурі 900⁰С повинні бути охолодженими до 500⁰С і спрямовані в сушарку. Гази охолоджуються повітрям. Тиск обох газових потоків однаковий. Визначити годинні витрати повітря, якщо відомо, що R_газ = R_пов, С_газ = С_пов.

Відповідь: М_пов = 366 кг/год

79. Газ під тиском 1МПа і при температурі 20⁰С нагрівається при сталому об'ємі до температури 300⁰С. Визначити кінцевий тиск газу.

Відповідь: 1,956МПа.

80. В закритій посудині ємністю 0,3м³ міститься 2,75 кг повітря під тиском 0,8МПа при температурі 25⁰С. Визначити тиск і питомий об'єм після охолодження повітря до 0⁰С.

Відповідь: р = 0,732МПа, V = 0,109м³/кг

81. В закритій посудині розміщується газ при тиску 2,8МПа, температурі 120⁰С. Який встановиться тиск, якщо температура впаде до 25⁰С?

Відповідь: 2,12МПа

82. В закритій посудині перебуває газ під розрідженням 2666 Па при температурі 10⁰С. Показання барометра 100 кПа. Після охолодження газу розрідження стало 20 кПа. Яка кінцева температура газу?

Відповідь: - 40,4⁰С

83. До якої температури потрібно нагріти газ при V = const, якщо вихідний тиск 0,2МПа, температура 20⁰С, а кінцевий тиск 0,5МПа?

Відповідь: до 459,5⁰С

84. Посудина ємністю 90л міститься повітря при тиску 0,8 МПа і температурі 30⁰С. Визначити кількість теплоти, яку необхідно надати повітрю, щоб підвищити його тиск приV = const до 1,6МПа. Залежність теплоємності від температури нелінійна.

Відповідь: Q = 184,8 кДж

85. До якої температури необхідно охолодити 0,8м³ повітря із початковим тиском 0,3МПа і температурою 15⁰С, щоб тиск при сталому об'ємі впав до 0,1МПа? Яку кількість теплоти необхідно для цього відвести? Теплоємність повітря вважати сталою.

Відповідь: до - 177⁰С, Q = - 402 кДж

86. Посудина з киснем місткістю 60л перебуває під тиском 12,5МПа. Визначити кінцевий тиск кисню, кількість наданої йому теплоти, якщо початкова температура 10⁰С, а кінцева 30⁰С, теплоємність кисню вважати сталою.

Відповідь: 13,4 МПа, Q = 133 кДж

87. Для системи повітряного опалення зовнішнє повітря при t₁=

15⁰С підігрівається в калорифері при р = const до 60⁰С. Яку кількість теплоти необхідно витратити для підігріву 1000м³ зовнішнього повітря? Теплоємність повітря вважати сталою. Тиск повітря дорівнює 101325Па.

Відповідь: 103МДж

88. Топ очні гази проходять через підігрівач повітря. Початкова температура газів 300⁰С, кінцева 160⁰С, витрата газів 1000кг/год. Початкова температура повітря складає 15⁰С, витрати його - 910 кг/год. Визначити температуру нагрітого повітря, якщо втрати підігрівача складають 4%. Середня теплоємність газів і повітря і дорівнює відповідно 1,0467 і 1,0048 кДж/ (кг·К).

Відповідь: 168,9⁰С

89. Повітря, яке виходить із компресора при температурі 190⁰С, охолоджується при сталому тиску 0,5МПа до температури 20⁰С. З такими параметрами продуктивність компресора складає 30м³/год. Визначити годинні витрати води охолодження, якщо вона підігрівається на 10⁰С.

Відповідь: 733 л/год

90. Повітря масою 5 кг при р = 0,5МПа і t = 30⁰С розширюється ізотермічно у 5 разів. Визначити роботу, яку здійснює газ, кінцевий тиск і кількість теплоти, яка передана газу.

Відповідь: р = 0,1МПа, L = Q = 70 кДж

91. Повітря при р = 0,1МПа і t = 27⁰С стискується в компресорі до 3,5МПа. Визначити роботу L на стискання 100 кг повітря, якщо процес ізотермічний.

Відповідь: L = - 30576 кДж

92. Вихідний стан газу характеризують параметри: р₁ = 1МПа, V₁ = 0,5м³. Побудувати ізотерму розширення.

93. Вихідний стан газу характеризують параметри: р₁= 0,05МПа, V₁ = 1,5м³. Побудувати ізотерму стискання.

94. Повітря при тиску 0,45МПа розширюється адіабатно до 0,12МПа і охолоджується до t = - 45⁰С. Визначити початкову температуру та роботу, яку здійснює 1 кг повітря.

Відповідь: 61⁰С, l = 75,3 кДж/кг

95.1 кг повітря має об'єм V = 0,0887 м³/кг при р = 1 МПа, розширюється в 10 разів. Підрахувати кінцевий тиск і роботу, яку здійснює повітря в ізотермічному та адіабатному процесах.

Відповідь:

1) T=const, p=0,1МПа, l = 204кДж/моль

2) dQ=0, p=0,04МПа, l = 133,5кДж/моль

96. Повітря при температурі 25⁰С адіабатно охолоджується до температури - 55⁰С, тиск при цьому падає до 0,1МПа. Визначити початковий тиск і роботу розширення 1 кг повітря.

Відповідь: р = 0,3МПа, l = 57,4 кДж/кг

97.0,8м³ диоксиду вуглецю від t = 20⁰С і р = 0,7МПа адіабатно розширюється в 3 рази. Визначити кінцеві тиск, температуру, величину роботи.

Відповідь: р = 0,17МПа, t = - 57,6⁰С, l = 535,7 кДж

98. В балоні міститься 100 л повітря при тиску 5МПа, температурі 20⁰С. Тиск навколишнього повітря 0,1МПа. Визначити роботу розширення повітря до тиску навколишнього середовища в ізотермічному і адіабатному режимах. Знайти мінімальну температуру, яку набуде повітря в балоні, якщо відкрити вентиль і випустити повітря, поки тиск не зрівняється із зовнішнім тиском за умов відсутності теплообміну із оточуючим середовищем.

Відповідь:

1) l = 1466 кДж,

2) l = 68,64 кДж

t_min = - 177⁰С

99. В циліндрі двигуна газова суміш перебуває при р = 0,1МПа, t= 50⁰С. Об'єм камери стискання складає 16% від об'єму, де рухається поршень. Визначити кінцеві тиск, температуру газової суміші при адіабатному стисканні. Показник адіабати дорівнює 1,38.

Відповідь: р = 1,54МПа, t = 412⁰С

100.2кг повітря при t=15⁰С і р=0,1МПа адіабатно стискується в циліндрі компресора до тиску 0,7МПа. Визначити кінцеві температуру стисненого повітря і роботу на стискання.

Відповідь: t = 229⁰С, l = - 307,1 кДж

101. Із посудини, яка містить диоксид вуглецю під тиском 1,2МПа і температурі 20⁰С витікає 2/3 місткості. Підрахувати кінцевий тиск, температуру за умов відсутності теплообміну із зовнішнім середовищем. (К = 1,28)

Відповідь: р =0,29МПа, t = - 57,6⁰С

102. Повітря при температурі 20⁰С необхідно охолодити шляхом адіабатного розширення до температури - 60⁰С. Кінцевий тиск повітря повинен скласти 0,1МПа. Визначити початковий тиск повітря і питому роботу розширення.

Відповідь: р =0,3МПа, l = 57,8 кДж/кг

103.1,5 кг повітря стискується політропно від р₁ = 0,09МПа, t₁=18⁰С до р₂ = 1МПа, температура внаслідок чого зростає до t₁=125⁰С. Визначити показник політропи, кінцевий об'єм, витрачену роботу та кількість відведеної теплоти.