tarmodynamika techniczna - zadania z odpowiedziami.pdf - Termodynamika - harnas213

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)

warunki zaliczania – podane na wykładzie – ćwiczenia – 2 kolokwia

na kolokwiach można korzystać z karty wzorów – jednej kartki formatu A4 (własnoręcznie zapisanej,

zabronione jest umieszczanie na niej przykładowych rozwiązań zadań) + tabele/wykresy termodynamiczne

kartkówki – niezapowiedziane z ostatnich ćwiczeń

aktywność na zajęciach będzie premiowana

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

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

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.

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)

n =

kmol

⇒

(Mv)

22,42

(

)

(

)

⋅

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):

(

−

)

⋅

ciśnienie statyczne i dynamiczne :

p d

⋅

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

t C

= T

−

273

(

−

)

¾ warunek ciągłości strugi :

⋅

przepływ ustalony w rurociągu (

G =

idem

⋅

idem

= G

ponieważ

, więc

⋅

Instytut Techniki Cieplnej, Politechnika Śląska, Gliwice

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

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

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

tarmodynamika techniczna - zadania z odpowiedziami.pdf

Plik z chomika:

Inne pliki z tego folderu:

Inne foldery tego chomika: