Người ta sử dụng quạt lớn có công suất 200W để lưu động gió trong phòng, do quạt hoạt động làm phát sinh chênh lệch nhiệt độ giữa trong phòng và bên ngoài nên có nhiệt lượng trao đổi, nh
Trang 1Chương 2: Định luật nhiệt động 1
Bài 1: Gió chuyển động với vận tốc ổn định
8,5(m/s)
Hãy xác định năng lượng gió ứng với:
a Mỗi đơn vị khối lượng, kg
b Khối lượng 10 kg
c Lưu lượng G =1154 (kg/s)
Bài 2: Hãy xác định công suất truyền trên trục
khi moment xoắn yêu cầu T=200 N.m, quay với
vận tốc n=4000 vòng/phút
Bài 3: Xe hơi có khối lượng 1200 kg chuyển động
đều với vận tốc ω=90km/h trên mặt ngang Xe bắt
đầu leo dốc có độ nghiêng 30oso mặt ngang, giả sử
xe vẫn giữ vận tốc ổn định như ban đầu Hãy xác
định công suất động cơ trong quá trình leo dốc?
Bài 4: Xe hơi có khối lượng 900 kg chuyển động
trên mặt đường nằm ngang Xác định công suất
động cơ để xe từ trạng thái tĩnh tăng tốc đạt
vận tốc 80km/h trong 20 giây
Trang 2Bài 5: Một bình kín chứa lưu chất nóng đang tỏa
nhiệt, trong quá trình này bình nhận một công
truyền từ trục cánh khuấy Vào lúc ban đầu nội
năng của lưu chất trong bình U1 = 800kJ, nhiệt
lượng tỏa ra môi trường qua thành bình là 500 kJ,
công nhận từ trục cánh khuấy là 100 kJ Xác định
nội năng của lưu chất ở trạng thái sau, bỏ qua
biến đổi năng lượng của cánh khuấy và trục nằm
trong hệ thống
Bài 6: Quạt có công suất 20W dùng để lưu động
không khí trong phòng
Sử dụng quạt này để đáp ứng yêu cầu lưu lượng
không khí qua quạt G=0,75(kg/s)ở vận tốc đầu ra
ω = 8(m/s)được không ?
Bài 7: Trong một phòng ban đầu có nhiệt độ bằng
nhiệt độ bên ngoài tout=30oC Người ta sử dụng
quạt lớn có công suất 200W để lưu động gió trong
phòng, do quạt hoạt động làm phát sinh chênh lệch
nhiệt độ giữa trong phòng và bên ngoài nên có
nhiệt lượng trao đổi, nhiệt lượng trao đổi xác định
theo biểu thức:
Trong đó
A= 30m2 diện tích các vách của phòng
tout nhiệt độ ngoài phòng, oC
tin nhiệt độ trong phòng, oC
Kf = 6(W/m2K)- hệ số truyền nhiệt qua vách Hãy
xác định nhiệt độ không khí trong phòng khi hệ
thống làm việc ở điều kiện ổn định
Trang 3Bài 8: Hộp truyền động ở điều kiện làm việc ổn định có trao đổi năng lượng như hình bên
dưới:
Công suất nhận ở trục truyền
động đầu vào 60 kW, trong
quá trình hoạt động do có
chênh lệch nhiệt độ giữa bề
mặt hộp truyền động và
không khí môi trường nên có
trao đổi nhiệt đối lưu:
Hãy xác định công suất trên
trục ở đầu ra
Bài 9: Chip điện tử có diện
tích 5mm x 5mm, chiều dày
1mm gắn trên tấm ceramic, ở điều kiện làm việc ổn định, công suất điện đầu vào là 0,225 W
Bỏ qua nhiệt lượng dẫn
giữa chip và ceramic, mặt
trên được làm mát bằng
không khí có nhiệt độ
20oC, hệ số tỏa nhiệt đối
lưu 150(W/m2K) Xác định
nhiệt độ mặt trên của chip
Trang 4Chương 3: Chất thuần khiết
Bài 1: Một bình kín chứa 50 kg nước bão hòa ở 90oC
Hãy xác định áp suất và thể tích của bình chứa?
Bài 2: Piston-cylinder chứa 2 ft3 hơi nước bão hòa ở áp suất 50 spia
Hãy xác định nhiệt độ và khối lượng của hơi trong cylinder?
Bài 3: Nước bão hòa có khối lượng 200 g bay hơi hoàn toàn ở áp suất không đổi 100 kPa
Trang 5Hãy xác định:
a Thể tích thay đổi
b Nhiệt lượng truyền cho nước
Bài 4: Một bình kín chứa 10 kg nước ở 90oC 8 kg nước ở trạng thái lỏng và 2 kg còn lại ở
trạng thái hơi
Hãy xác định
a Áp suất trong bình
b Thể tích của bình chứa
Bài 5: Một bình kín có thể tích 80 lít chứa 4 kg R-134a ở áp suất 160 kPa
Hãy xác định
a Nhiệt độ
b Độ khô
c Enthalpy
d Thể tích của pha hơi
Trang 6Bài 6: Xác định nội năng của nước ở áp suất 6 bar và 200oC ?
Bài 7: Xác định nhiệt độ của nước ở trạng thái 0,5 Mpa và i=2890 kJ/ kg ? Bài 8: Xác định nội năng của nước chưa sôi ở 80oC và 5 Mpa
Hãy xác định theo:
a Số liệu bảng lỏng chưa sôi
b Số liệu bảng bão hòa
Bài 9: Xác định các thông số còn thiếu trong bảng sau
Trang 7Bài 10: Một bình kín có thể tích được đặt trên bếp điện Ban đầu bình chứa hỗn hợp nước hai
pha có áp suất p1=1 (bar), độ khô x= 50% Sau khi được gia nhiệt áp suất trong bình tăng lên
p2=1,5(bar) Hãy thể hiện quá trình trên đồ thị T-v và xác định
a Nhiệt độ ở trạng thái đầu và sau, oC
b Khối lượng của hơi ở mỗi trạng thái, kg
c Nếu được gia nhiệt tiếp tục
thì áp suất là bao nhiêu nếu
nó đạt đến trạng thái bão hòa
Bài 11: Một hệ thống
piston-cylinder hướng lên chứa 0,05
kg NH3 Trạng thái ban đầu
là hơi bão hòa và được đặt
trên bếp điện Dưới tác động
của trọng lượng piston và áp
suất môi trường, áp suất của
NH3 là 1,5 bar Quá trình gia nhiệt diễn ra từ từ với áp suất không thay đổi và kết thúc khi nhiệt độ đạt giá trị 25oC
Hãy thể hiện quá trình trên đồ thị T-v, p-v và
xác định:
a Thể tích của NH3 ở mỗi trạng thái, m3
b Công thực hiện trong quá trình, kJ
Bài 12: Một bình kín được cách nhiệt tốt có
thể tích V=0,25m3 chứa hơi nước bão hòa ở
100oC Hơi nước được khuấy nhanh bằng
cánh khuấy trên trục cho đến khi đạt áp suất
1,5 bar
Xác định:
a Nhiệt độ ở trạng thái sau
b Công thực hiện trên trục
Bài 13: Hơi nước chứa trong hệ thống pisron-cylider chịu tác động của hai quá trình nối tiếp
nhau từ trạng thái ban đầu có áp suất 10 bar và nhiệt độ 400oC
Quá trình 1: hơi nước được làm lạnh theo quá trình đẳng
áp đến trạng thái hơi bão hòa;
Quá trình 2: hơi nước tiếp tục được làm lạnh theo quá trình
thể tích không đổi đến nhiệt độ 150oC
a Thể hiện cả hai quá trình trên đồ thị T-v và p-v
b Công trao đổi trong mỗi quá trình, kJ /kg
c Nhiệt lượng trao đổi trong mỗi quá trình, kJ/kg
Bài 14: Khí chứa trong hệ thống
piston-cylinder giãn nở theo quá trình đa biến
pvn=const Trạng thái ban đầu khí có áp suất
p1=3 (bar), thể tích V1=0,1(m3) Sau quá trình
giãn nở thể tích khối khí là V2=0,2(m3) Hãy
xác định công trao đổi trong quá trình ứng với
a n=1,5
b n=1
c n=0
Trang 8Bài 15: Cho 4 kg khí chứa trong hệ thống piston-cylinder, quá trình diễn ra theo quan hệ
pV1,5=const Trạng thái ban đầu khí có áp suất p1=3(bar), thể tích V1=0,1(m3) Sau quá trình giãn nở thể tích khối khí là V2=0,2(m3) Biến thiên nội năng của hệ thống là u2-u1=-4,6(kJ/kg)
Hệ thống không có sự thay đổi về động năng và thế năng Hãy xác định nhiệt lượng trao đổi trong quá trình?
Bài 16: Không khí chứa trong piston-cylinder đặt thẳng đứng được gia nhiệt bằng nhiệt trở
Piston có khối lượng
45 kg, tiết diện 0,09
m2, áp suất môi
trường tác động lên
piston là 1 bar Thể
tích không khí tăng
thêm 0,045 m3trong
khi áp suất được duy
trì không đổi Khối
lượng không khí
trong hệ thống là
0,27 kg, nội năng
tăng thêm 42 kJ/ kg Không khí và piston đứng yên ở trạng thái đầu và kết thúc, vật liệu làm piston-cylinder là ceramic và được cách nhiệt tốt, bỏ qua ma sát khi piston chuyển động, gia tốc trọng trường 9,81 m/s2 Xác định nhiệt lượng truyền từ điện trở theo hai hệ thống:
a Hệ chỉ gồm không khí
b Hệ gồm cả không khí và piston
Bài 17: Hệ thống piston-cylinder chứa khí ban đầu có thể tích V1=0,05(m3) áp suất
p1=200kPa, ở trạng thái này một lò xo có độ cứng k=150kN/m được đặt vào nhưng chưa có tác động lực Người ta gia nhiệt cho khối khí, khối khí giãn nở
nén lò xo cho đến khi khối khí giãn nở đến thể tích gấp đôi ban
đầu Biết tiết diện piston 0,25m2 Hãy xác định:
a Độ dịch chuyển của piston
b Áp suất khí trong hệ thống ở trạng thái cuối
c Tổng công tác động lên khối khí
d Phần công tác động chống lại lực lò xo
Trang 9Phần Chu trình
Bài 1 Cho chu trình Rankine lý tưởng có hơi vào tuabin là hơi bão hòa ở áp suất 8,0MPa và
lỏng bão hòa thoát khỏi bình ngưng có áp suất 0,008Mpa Công suất của chu trình là 100MW Xác định hiệu suất nhiệt của chu trình? Xác định công của bơm cấp? Xác định lưu lượng hơi? Xác định lượng nhiệt cấp cho lò hơi? Xác định lượng nhiệt ngưng ở bình ngưng? Xác định lưu lượng nước làm mát? Biết nước làm mát đi vào bình ngưng có nhiệt độ 15oC và đi ra
có nhiệt độ 35oC
Bài 2 Cho chu trình Rankine như bài 1 nhưng trong quá trình bơm qua bơm cấp và giãn nở
trong tuabin của hiệu suất đoạn nhiệt bằng 85% Xác định hiệu suất nhiệt của chu trình? Xác định công của bơm cấp? Xác định lưu lượng hơi? Xác định lượng nhiệt cấp cho lò hơi? Xác định lượng nhiệt ngưng ở bình ngưng? Xác định lưu lượng nước làm mát? Biết nước làm mát
đi vào bình ngưng có nhiệt độ 15oC và đi ra có nhiệt độ 35oC
Bài 3 Cho chu trình Rankine lý tưởng có hơi vào tuabin là hơi quá nhiệt và có quá nhiệt trung
gian Áp suất vào phần thứ nhất của tuabin 8,0MPa, nhiệt độ 480oC và giãn nở đến áp suất 0,7MPa Sau đó được gia nhiệt đến nhiệt độ 440oC trước khi đi vào phần thứ hai của tuabin sau đó giãn nở đến áp suất bình ngưng 0,008MPa Công suất của chu trình là 100MW Xác định hiệu suất nhiệt của chu trình? Xác định lưu lượng hơi? Xác định lượng nhiệt cấp cho lò
Trang 10hơi? Xác định lượng nhiệt ngưng ở bình ngưng? Nhận xét ảnh hưởng của quá nhiệt trung gian đến chu trình?
Bài 4 Cho chu trình Rankine lý tưởng có gia nhiệt hồi nhiệt nước cấp kiểu hỗn hợp Hơi vào
tuabin có áp suất 8,0MPa, nhiệt độ 480oC và giãn nở đến áp suất 0,7MPa Tại đây, hơi được trích và gia nhiệt cho bộ gia nhiệt hồi nhiệt nước cấp kiểu hỗn hợp ở áp suất 0,7 MPa Hơi nước còn lại giãn nở qua phần tuabin thứ hai đến áp suất bình ngưng của 0,008 MPa Lỏng bão hòa ra khỏi bộ gia nhiệt nước cấp ở áp suất 0,7 MPa Quá trình bơm qua bơm cấp và giãn
nở trong tuabin của hiệu suất đoạn nhiệt bằng 85% Công suất của chu trình là 100MW Xác định hiệu suất nhiệt của chu trình? Xác định lưu lượng hơi đi qua tua bin?
Trang 11Bài 5 Xét một chu trình Ranhkine có gia nhiệt hồi nhiệt nước cấp bao gồm bộ gia nhiệt hồi
nhiệt kiểu hỗn hợp và bộ gia nhiệt hồi nhiệt kiểu bề mặt Hơi vào tuabin có áp suất 8,0MPa, nhiệt độ 480oC giãn nở đến áp suất 0,7MPa Sau đó, hơi được đưa qua bộ quá nhiệt trung gian gia nhiệt tới nhiệt độ 440oC trước khi vào phần tuabin thứ hai Tại đây, hơi nước tiếp tục được giãn nở đến áp suất bình ngưng 0,008 MPa Hơi nước được trích từ phần tuabin thứ nhất có áp suất 2 MPa và gia nhiệt cho bộ gia nhiệt kiểu bề mặt Nước cấp ra khỏi bộ gia nhiệt kiểu bề mặt có nhiệt độ bằng 205oC và áp suất 8,0 MPa và hơi nước sau khi gia nhiệt ngưng tụ thành dạng lỏng bão hoà ở áp suất 2 MPa Nước ngưng được đưa hồi trở lại bộ ra nhiệt kiểu hỗn hợp bởi van một chiều Hơi nước trích từ phần tuabin thứ hai ở áp suất 0,3MPa được gia nhiệt cho
bộ gia nhiệt hỗn hợp cũng hoạt động ở áp suất 0,3 MPa Nước ra khỏi bộ gia nhiệt kiểu hỗn hợp ở trạng thái lỏng bão hòa áp suất 0,3 MPa Công suất của Tuabin là 100 MW Bỏ qua tổn thất nhiệt ra ngoài môi trường Nếu môi chất làm việc khi đi qua các tuabin, bơm cấp, lò hơi,
bộ quá nhiệt trung gian, và bình ngưng là các quá trình thuận nghịch Hãy xác định (a) hiệu suất nhiệt, (b) lưu lượng hơi nước vào phần tuabin đầu tiên, theo kg/h