termodynamika techniczna_zadania

  • View
    3.179

  • Download
    18

Embed Size (px)

Text of termodynamika techniczna_zadania

  • TERMODYNAMIKA TECHNICZNA

    Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika lska, Gliwice

    1

    TERMODYNAMIKA TECHNICZNA

    dr in. Andrzej Ksidz

    pokj C-220

    www.itc.polsl.pl/ksiadz

    konsultacje:

    poniedziaek

    roda

    czwartek

    14-15

    12-13

    1430-1530

    9 obecno obowizkowa (3 nieobecnoci nieusprawiedliwione informacja do dziekanatu) 9 warunki zaliczania podane na wykadzie wiczenia 2 kolokwia 9 na kolokwiach mona korzysta z karty wzorw jednej kartki formatu A4 (wasnorcznie zapisanej,

    zabronione jest umieszczanie na niej przykadowych rozwiza zada) + tabele/wykresy termodynamiczne 9 kartkwki niezapowiedziane z ostatnich wicze 9 aktywno na zajciach bdzie premiowana 9 ocena z wicze rednia z najwyszych ocen z poszczeglnych kolokwiw z uwzgldnieniem kartkwek i

    innych form oceniania; aby uzyska ocen pozytywn naley zaliczy oba kolokwia 9 nieobecno na kolokwiach naley zgasza prowadzcemu najpniej po upywie tygodnia od terminu

    kolokwium

    Warunki zaliczenia egzaminu: 1. Egzaminy termin zerowy, gwny oraz 2 poprawkowe. 2. Do egzaminu mona przystpi bez zaliczenia z laboratorium. Wpis oceny kocowej bdzie moliwy

    dopiero po zaliczeniu zaj laboratoryjnych. 3. Kady kto uzyska zaliczenie z wicze tablicowych na ocen 4 lub wyej moe przystpi do egzaminu "0",

    ktry ma miejsce na ostatnim wykadzie. 4. W normalnych terminach studenci, ktrzy maj zaliczenie z wicze tablicowych z ocen wysz lub rwn

    4 s zwolnieni z czci zadaniowej. 5. Egzamin skada si z 2 niezalenych czci testu z teorii oraz zada (2 zadania). Mona zdawa

    przedmiot etapowo tzn. raz zaliczona cz jest uznawana do koca egzaminu. Ocena z zadaniowej czci egzaminu to rednia arytmetyczna z 2 pozytywnych ocen uzyskanych w danym terminie zaokrglona w stron oceny wyszej. W przypadku uzyskania oceny negatywnej z ktrego z zada ocena z czci zadaniowej rwnie jest negatywna (niedostateczny).

    6. Student na czciach zadaniowych egzaminu moe korzysta z karty wzorw jednej kartki formatu A4 wasnorcznie zapisanej oraz odpowiednich tablic i wykresw korzystanie z zeszytw i ksiek jest zabronione! Zabronione jest umieszczanie na karcie wzorw przykadowych rozwiza zada. Na czci teoretycznej korzystanie z wszelkich pomocy naukowych jest zabronione.

    7. Student, ktry nie posiada zaliczenia z wicze tablicowych, moe przystpi do egzaminu i zdoby zaliczenie. W przypadku, gdy zaliczy cz zadaniow na ocen 4 lub wyej zalicza rwnie automatycznie egzamin z czci zadaniowej. Ocena nisza pozwala uzyska jedynie zaliczenie z wicze tablicowych. W celu zaliczenia czci zadaniowej egzaminu student musi przystpi do nastpnego terminu egzaminu.

    8. Nieobecno na egzaminach naley zgasza prowadzcemu najpniej po upywie tygodnia od terminu egzaminu. W przypadku usprawiedliwionej nieobecnoci naley umoliwi studentowi przystpienie do egzaminu w innym terminie.

    9. Ocena kocowa z przedmiotu wystawiana jest jako rednia waona z ocen z egzaminu, wicze i laboratorium zaokrglana w stron oceny z egzaminu. Wagi wynosz 0,4/0,4/0,2. Ocena z egzaminu liczona jest jako rednia arytmetyczna z ocen z teorii i czci zadaniowej zaokrglana w stron oceny z teorii. W przypadku osb zwolnionych z czci zadaniowej egzaminu do obliczania oceny z egzaminu przyjmuje si ocen z wicze (wyjtkowo na terminie 0 do obliczania oceny kocowej z czci wiczeniowej przyjmowana jest ocena bdb). W przypadku zdobycia zaliczenia na egzaminie podczas wyznaczania oceny kocowej za ocen z wicze przyjmowana jest ocena dostateczna.

    W/w zasady zaliczania przedmiotu obowizuj w danym roku akademickim.

    LITERATURA: Szargut Jan: Termodynamika, PWN, Warszawa, 2000 Szargut Jan: Termodynamika techniczna, Wydawnictwo Politechniki lskiej, Gliwice, 2011 Szargut Jan, Guzik Antoni, Grniak Henryk: Zadania z termodynamiki technicznej, Wydawnictwo

    Politechniki lskiej, Gliwice, 2011

  • TERMODYNAMIKA TECHNICZNA

    Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika lska, Gliwice

    2

    POJCIA PODSTAWOWE wielko fizyczna warto liczbowa i jednostka miary np. 25 kJ, 34 kmol/s ukad jednostek SI jednostki podstawowe (m, kg, mol, s, K, A, cd) i pochodne (N, Pa, J,

    W); gwne i wtrne (wielokrotnoci mega, kilo, mili itp.), "nielegalne" (cal, kG, KM) wielkoci waciwe oznaczane ma liter (odniesione do masy v, u, s, i, q, odniesione

    do mola (Mv), (Mu), (Ms), (Mi), (Mq)) strumienie wielkoci fizycznej oznaczone kropk np. I ,Q ,G ,n ,V &&&&& podstawowe wielkoci fizyczne stosowane w termodynamice:

    masa kg sia N=kgm/s2 ilo substancji:

    mol n (liczba Avogadro N=6,022831026 drobin/kmol) kilogram G masa zaley od poziomu energetycznego, ale dla typowych rozwiza technicznych zmiana masy jest pomijalna normalny metr szecienny Vn jeeli gaz doskonay lub pdoskonay, parametry normalne najczciej fizyczne (0C, 101325 Pa=1 Atm=760 Tr)

    MGn =

    3nf

    3n m 22,42=m kmol 1 n(Mv)

    GM

    MvnMvV nnn)()( ==

    cinienie jednostki: paskal 1 Pa=1 N/m2=1 kg/(ms2) w praktyce 1 MPa bar 1 bar=105 Pa=0,1 MPa atmosfera techniczna 1 at=98,0665 kPa wysoko supa cieczy: woda - mmH2O

    rt - tor Tr (mmHg) 1 mmH2O=9,80665 Pa 1 Tr=133,32 Pa (gsto rtci dla 0C 13595 kg/m3)

    atmosfera fizyczna 1 Atm=760 Tr=101325 Pa cinienie manometryczne i bezwzgldne (absolutne):

    otm ppp += hgp mm = )(

    cinienie statyczne i dynamiczne: 2

    21 wpd =

    praca (L), ciepo (Q), energia (E) dul (niutonometr, watosekunda) 1 J=1 Nm=1 Ws, kilowatogodzina 1 kWh=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; ko mechaniczny 1 KM=735,499 W temperatura Kelvin, Celsjusz, Fahrenheit

    15,273= TtC )32(

    95 = FC tt

    warunek cigoci strugi: GwA &= przepyw ustalony w rurocigu ( idemG =& ): idemwA = poniewa =

    GV&& , wic wAV =&

  • TERMODYNAMIKA TECHNICZNA

    Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika lska, Gliwice

    3

    POJCIA PODSTAWOWE 1. Cinienie 760 Tr wyra w kPa, mmH2O, barach i atmosferach fizycznych.

    p=760 Tr=760 mmHg=1 Atm=101,325 kPa=1,013 bar=10329 mmH2O 2. W licie od znajomego mieszkajcego w USA przeczytaa(e): "Tutaj u nas w Bostonie byo ostatnio

    okropnie zimno. Termometry wskazyway 14 F". Znajomy pyta rwnie o temperatur panujc w Gliwicach. Co odpiszesz znajomemu, jeeli temperatura w Gliwicach wynosi 14C? Jak temperatur (w skali Celsjusza) ma powietrze w Bostonie? Obie temperatury przedstaw rwnie w skali Kelvina.

    Boston: tF=14 F, tC= 10C, T=263 K Gliwice: tC=14C, tF= 57,2 F, T=287 K

    3. Metan (CH4) w iloci n=5 kmol umieszczono w zbiorniku o pojemnoci V=100 m3. Oblicz ilo

    metanu w kg i mn3, a take jego gsto rzeczywist i normaln.

    G=80 kg; Vn=112,1 mn3; =0,8 kg/m3 (v=1,25 m3/kg); n=0,714 kg/mn3 4. Zainstalowany w zbiorniku z powietrzem manometr wskazuje h=30 mmH2O podcinienia.

    Wiedzc, e cinienie otoczenia wynosi 750 Tr, a gsto cieczy manometrycznej (woda) 1000 kg/m3 oblicz cinienie absolutne wyraajc je w kPa.

    p=99,698 kPa

    5. Do pomiaru prdkoci przepywu powietrza uyto dwch U-rurek. Uzyskano: h1=40 mm, h2=30

    mm (oznaczenia jak na rysunku). Wiedzc, e ciecz manometryczn jest woda o gstoci 990 kg/m3, a gsto powietrza wynosi 1,19 kg/m3 oblicz prdko przepywu powietrza.

    w=12,8 m/s

    POJCIA PODSTAWOWE ZADANIA DODATKOWE d1. Okrel dobowe zuycie energii (w kJ, kWh i kcal) przez arwk o mocy 100 W, przy zaoeniu,

    e wieci si ona przez 1/3 doby.

    E=0,8 kWh=2880 kJ=687 kcal d2. Rurocigiem o rednicy wewntrznej 200 mm przepywa zimna woda o gstoci 1000 kg/m3 z

    prdkoci redni 1,5 m/s. Oblicz strumie masy wody w kg/s i kg/h.

    =47,1 kg/s=169560 kg/h d3. Temperatur topnienia cyny wynoszc 232C wyra w kelwinach. T=505 K

  • TERMODYNAMIKA TECHNICZNA

    Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika lska, Gliwice

    4

    d4. Na termometrze zaopatrzonym w skal Celsjusza zmierzono wzrost temperatury o 30C. Jaki przyrost temperatury zmierzono by posugujc si termometrem zaopatrzonym w skal Kelwina?

    =30 K d5. Do turbiny dopywa para wodna o temperaturze 550C i cinieniu 18 MPa, a po rozpreniu

    wypywa para o temperaturze 313 K i cinieniu 0,05 bara. Wyra a) temperatur pary na dolocie w kelwinach, a na wylocie w C; b) cinienie pary na dolocie w bar, Pa, hPa, kPa; c) cinienie pary na wylocie w Pa, MPa, mmHg i mmH2O.

    a) Td=823 K; tw=40C; b) pd=180 bar=18106 Pa=180103 hPa=18103 kPa; c) pw=5000 Pa=0,005 MPa=510 mmH2O=37,5 mmHg

    d6. Barometru uyto do okrelenia wysokoci wzniesienia. U podna gry wysoko supa rtci w

    barometrze wynosia 760 mm. Wysoko supa rtci na szczycie gry wynosia 700 mm. Jaka jest rnica poziomw przy zaoeniu, e rednia gsto powietrza wynosi 1,2 kg/m3, a gsto rtci 13600 kg/m3.

    h=680 m d7. W szklance umieszczono 250 g wody. Woda ta wyparowaa w cigu 25 dni. Ile czsteczek wody

    (rednio) opuszczao jej powierzchni w cigu 1 sekundy? n& =3,871018 czsteczek/s d8. W zbiorniku znajduje si 250 kg etanu. Gsto etanu w warunkach normalnych wynosi 1,34

    kg/m3. Wyra ilo gazu w kilomolach i metrach szeciennych normalnych.

    n=8,33 kmol; V=186,8 mn3

    d9. Gsto normalna pewnego gazu wynosi 1,78 kg/m3, jego masa molowa 40 kg/kmol, a jego ilo

    100 mn3. Ilo gazu wyra w kilomolach i kilogramach. n=4,46 kmol; G=178,4 kg

    d10. Manometr umieszczony na zbiorniku A wskazuje nadcinienie 0,02 MPa, a manometr

    umieszczony na zbiorniku B podcinienie 0,03MPa. Oblicz cinienie bezwzgldne panujce w zbiorniku A i B zakadajc, e cinienie otoczenia wynosi 1 bar.

    pA=0,12 MPa; pB=0,07 MPa

    d11. Przewodem przepywa gaz. Cinienie dynamiczne zmierzon