BÀI TẬP NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

Xác định thể tích riêng và khối lượng riêng của khí N2 ở điều kiện tiêu chuẩn vật lý và điều kiện áp suất dư pd = 0,2bar với nhiệt độ t = 127oC.. Xác định khối lượng riêng và thể tích r

Trang 1

ĐỖ VĂN QUÂN

BÀI TẬP NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC

Thái nguyên, 7-2013

Trang 2

Chương 1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ TRẠNG THÁI CỦA

MÔI CHẤT LÀM VIỆC (WORKING FLUIDS)

I Các dạng bài tập mẫu có lời giải

Bài 1 Xác định thể tích riêng và khối lượng riêng của khí N2 ở điều kiện tiêu chuẩn

vật lý và điều kiện áp suất dư pd = 0,2bar với nhiệt độ t = 127oC Biết áp suất khí quyển 750mmHg

Hướng dẫn giải

- Điều kiện tiêu chuẩn vật lý: po = 760 mmHg; t0 = 0oC

Ở điều kiện tiêu chuẩn vật lý thể tích riêng vo và khối lượng riêng ρo của N2 được xác định từ phương trình trạng thái:

- Ở điều kiện pd = 0,2bar nhiệt độ t = 127oC thể tích riêng v và khối lượng riêng ρ của N2 cũng được xác định tương tự:

Bài 2 Một bình có thể tích 0,5m3 chứa không khí ở áp suất dư 2 bar, nhiệt độ 20oC Lượng không khí cần thoát ra khỏi bình là bao nhiêu để áp suất trong bình có độ chân không 420mmHg trong điều kiện nhiệt độ trong bình coi như không đổi Biết áp suất khí quyển 768mmHg

- Lượng không khí thoát ra khỏi bình G: G = G1 - G2

- Ở đây: G1, G2 là lượng không khí có trong bình lúc đầu và sau khi lấy không khí ra

khỏi bình, được xác định từ phương trình trạng thái

Bài 3 Một bình thể tích 200lít chứa 0,2 kg khí N2 áp suất khí quyển là 1 bar Xác định chỉ

số áp kế gắn trên nắp bình nếu:

a Nhiệt độ trong bình là 7o C?

b Nhiệt độ trong bình là 127oC?

Trang 3

Bài 4 Cho hệ thống như hình bên dưới:

Manomet chỉ 80 kPa, xác định chênh lệch chiều cao h khi lưu chất trong ống hình chữ U?

Bài 5

Đo áp suất trong ống dẫn khí bằng

chênh lệch chiều cao cột chất lỏng:

Trang 4

Bài 6 Đo áp suất trong ống dẫn khí bằng chênh lệch chiều cao cột nước:

Bài 7 Cho hệ thống thủy lực cân bằng như hình vẽ xác định đường kính D2 :

Trang 5

Bỏ qua chênh lệch chiều cao, nhiệt độ giữa đầu vào và ra của nước Xác định hiệu

suất truyền động trên trục ?

Hướng dẫn giải:

Trang 6

Bài 9 Khí N2 ban đầu ở trạng thái 600kPa, 300K, thể tích 0,8 m3 Khí được nén đẳng nhiệt đến thể tích 0,1 m3 Xác định công trao đổi trong quá trình?

Trang 7

II Bài tập sinh viên tự làm:

Bài 1 Xác định khối lượng riêng và thể tích riêng của không khí ở điều kiện nhiệt độ t =

27oC, áp suất p =1 bar

Bài 2 Khí CO2 được bơm vào bình chứa với thể tích V =3m3 bằng máy nén Chỉ số áp kế gắn với nắp bình chứa trước và sau khi nén là 0, 3at và 3at nhiệt độ tăng từ 45oC đến 70oC Xác định lượng CO2 được bơm vào bình biết áp suất khí quyển bằng 700mmHg

Bài 3 Một bình kín thể tích là 100 lít chứa 2kg O2 ở nhiệt độ 47oC Biết áp suất khí quyển

po=1bar Xác định chỉ số đồng hồ áp kế gắn trên nắp bình

Bài 4 Một hỗn hợp khí gồm H2 và O2 Thành phần khối lượng H2 là 10% Xác định hằng

số chất khí của hỗn hợp, thể tích riêng của hỗn hợp ở điều kiện tiêu chuẩn

Bài 5.Một kg không khí gồm O2 và N2 có thành phần thể tích rO2=21%, rN2=79% Xác định phân tử lượng  của hỗn hợp, hằng số chất khí của hỗn hợp và phân áp suất của O2 và N2trong hỗn hợp khi áp suất của hỗn hợp là 10 bar

Bài 6 Một quả cầu chứa 0,288 (kg) khí hydrô (H2) ở áp suất pd = 1,5 bar và nhiệt độ 27ºC Nếu áp suất khí quyển là 750 mmHg thì đường kính của quả cầu là bao nhiêu?

Bài 7 Một bình Gas có thể tích 0,866 m3 chứa khí mêtan (CH4) ở áp suất 18 bar và nhiệt

độ 27ºC Nếu mỗi ngày sử dụng hết 0,5 (kg) để đun nấu thì bình Gas đó sử dụng được bao lâu?

Bài 8 Một bình hình trụ có đường kình 1000m chứa 5 (kg) khí oxy (O2) ở áp suất pd = 2,5 bar và nhiệt độ 65ºC Nếu áp suất khí quyển là 750 mmHg thì chiều cao của bình chứa khí oxy là bao nhiêu?

Bài 9 Một bình có thể tích 2 m3 chứa khí Nitơ (N2) ở nhiệt độ 27ºC và có áp suất bằng áp suất khí quyển (750 mmHg) Sau khi sử dụng hết 1kg trong khi nhiệt độ bình không thay đổi thì độ chân không trong bình bằng bao nhiêu?

Bài 10 Một bình chứa 4 (kg) khí Oxy (O2) , sau khi sử dụng hết 900 (g) thì nhiệt độ trong bình là 25ºC còn áp suất trong bình là pd = 0,5 bar Thể tích của bình chứa là bao nhiêu? Biết áp suất của khí quyển là 750 mmHg

Bài 11 Một bình chứa khí CO2 có thể tích là 1,06 m3 ở áp suất 2,5 bar và nhiệt độ 27ºC Sau khi được nạp thêm 1,7 kg khí CO2 thì áp suất trong bình là 3,5 bar Nhiệt độ của bình khí CO2 sau khi nạp thêm có giá trị bằng bao nhiêu?

Trang 8

Chương 2 NĂNG LƯỢNG TOÀN PHẦN CỦA HỆ NHIỆT ĐỘNG LỰC

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?

Trong quá trình leo dốc giữ nguyên vận tốc nên

động năng giữ không đổi, trong trường hợp này

động cơ cung cấp năng lượng để tăng thế năng (đã

bỏ qua công ma sát), công suất động cơ là năng

lượng cungcấp trong một đơn vị thời gian

Trang 9

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

Trường hợp này công cung cấp làm

thay đổi động năng (đã bỏ qua công

ma sát), công suất động cơ là năng

lượng cung cấp trong một đơn vị thời

gian

Bài 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

Biến đổi động năng và thế năng của hệ thống bằng 0,

biến thiên năng lượng của hệ thống là biến đổi về nội

năng

Trang 10

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?

Motor biến đổi năng lượng điện đầu vào một phần làm quay trục làm tăng động

năng dòng không khí, một phần thành nhiệt tỏa ra môi trường do ma sát Trong trường hợp

lý tưởng bỏ qua ma sát, do đó toàn bộ năng lượng điện dùng làm tăng động năng dòng khí,

bỏ động năng không khí đầu vào

Vận tốc lý tưởng chỉ đạt 7,3(m/s) nên yêu cầu trên không được đáp ứng

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 11

Bài 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

Trang 12

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

Trang 13

V1=0,5m3; nhiệt độ t1=27 oC Sau đó người ta nén hỗn hợp khí này đến trạng thái 2 có

V2=0,311m3; nhiệt độ t2=57oC Biết thành phần khối lượng của khí CO2 trong hỗn hợp là 40% Hãy xác định:

a Số mũ đa biến của quá trình?

b Công và nhiệt lượng của quá trình? Nhận xét?

c Kiểm tra lại định luật I

Cvhh=0,71422 kJ/kgK; Cphh = 0,97058 kJ/kgK; k=1,359; µ = 32,766 kg/kmol; n=1,2; W=

-57 kJ; Q= -25,55 kJ; U = 32,14 kJ

Bài 2 Khảo sát một hỗn hợp khí lý tưởng có các thành phần theo khối lượng như sau:

gCO2=12,3%; gO2=7,2%; gN2=80,5% Ban đầu hỗn hợp có thể tích V1=970(lít) , nhiệt độ

t1=300oC, áp suất p1=8bar Sau khi giãn nở hỗn hợp có áp suất p2=1,5bar , nhiệt độ

t2=120oC

1 Xác định khối lượng của từng khí trong hỗn hợp

2 Xác định công thay đổi thể tích của quá trình

1 Xác định khối lượng của từng khí trong hỗn hợp

2 Xác định công thay đổi thể tích của quá trình

Bài 3 Khảo sát một khối khí CO2 có khối lượng là G=3kg chứa trong một hệ xylanh pittông Ở trạng thái ban đầu khối khí có p1=2bar, t==27oC Sau đó người nén khối khí này đến trạng thái 2 có p2=3,5bar và t2=57oC Hãy xác định:

a Số mũ đa biến của quá trình

b Công và nhiệt lượng trao đổi của quá trình Nhận xét?

1 Số mũ đa biến của quá trình đang khảo sát

2 Tính công thay đổi thể tích và nhiệt lượng trao đổi của quá trình

Trang 14

Bài 5 Khảo sát 0,6 kg hỗn hợp 2 khí lý tưởng N2 và CO2 chứa trong một hệ thống pittông xylanh Ở trạng thái ban đầu hỗn hợp có p1 = 2 bar; V1 = 0,3 m3 Sau đó người ta nén đoạn nhiệt hỗn hợp này đến trạng thái 2 có p2 = 5 bar; V2 = 0,15364 m3 Hãy xác định:

a Số mũ đoạn nhiệt của quá trình

b Công trao đổi của quá trình Nhận xét?

c Khối lượng của từng khí chứa trong hỗn hợp?

d Nhiệt độ của hỗn hợp ở trạng thái 1 và 2?

Trang 15

tương ứng với các trường hợp sau:

1 Quá trình khảo sát là đẳng áp

2 Quá trình khảo sát là đẳng tích

3 Quá trình khảo sát là đoạn nhiệt

4 Quá trình khảo sát là đa biến với n = 1,25

Bài 7 Khảo sát hỗn hợp 2 khí lý tưởng CO2 và N2 chứa trong một hệ xylanh pittông Thành phần khối lượng của khí CO2 chứa trong hỗn hợp là gCO2=0,4 Ở trạng thái ban đầu hỗn hợp có p1=2bar; t1=35oC và V1=0,4m3 Sau đó hỗn hợp này được nén đoạn nhiệt đến trạng thái 2 có t2=50oC Hãy xác định

a Áp suất và thể tích của hỗn hợp ở trạng thái 2

b Tính công trao đổi của quá trình Nhận xét?

Trang 16

1 Số mũ đa biến của quá trình đang khảo sát

2 Công sinh ra của quá trình W [kJ]

3 Nhiệt lượng trao đổi của quá trình Q [kJ]

Bài 10 Khảo sát một hệ xylanh pittông bên trong có chứa 1,8 kg khí CO2 Ở trạng thái ban đầu khối khí có t1 =21oC; V1 = 0,5 m3 Sau đó người ta nén khối khí này đến trạng thái 2 có

p2 =3 bar; t2 = 42oC Hãy xác định:

1 Số mũ đa biến của quá trình

2 Công và nhiệt lượng trao đổi của quá trình Nhận xét

Trang 17

Nhận xét: nhận công và nhả nhiệt lượng

3 Khối lượng CO2 cần lấy đi để khối khí quay trở lại trạng thái ban đầu

G=0,51444(kg)

Bài 11 Một bình kín chứa 50 kg nước bão hòa ở 90oC

Hãy xác định áp suất và thể tích của bình chứa?

Bài 12 Piston-cylinder chứa 2 ft3 hơi nước bão hòa ở áp suất 50 spia

Trang 18

Hãy xác định nhiệt độ và khối lượng của hơi trong cylinder?

Trang 19

Bài 14 Một bình kín chứa 10 kg nước ở 90oC 8 kg nước ở trạng thái lỏng và 2 kg còn lại

Trang 20

Bài 15 Một bình kín có thể tích 80 lít chứa 4 kg R-134a ở áp suất 160 kPa

Trang 22

II Các bài tập sinh viên tự làm

Bài 1 Nước ở dạng băng có phải chất thuần khiết không? Tại sao?

Bài 2 Phân biệt sự khác nhau giữa lỏng bão hòa và lỏng chưa sôi?

Bài 3 Phân biệt giữa hơi bão hòa và hơi quá nhiệt?

Bài 4 Tại sao nhiệt độ và áp suất lại phụ thuộc vào nhau trong vùng bão hòa?

Bài 5 Phân biệt sự khác nhau giữa điểm tới hạn và điểm ba thể?

Bài 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 và hơi quá nhiệt

b Số liệu bảng hơi bão hòa

Bài 9 Xác định các thông số còn thiếu trong bảng sau:

Bài 10 Hoàn thành bảng sau cho hơi nước H2O

Bài 11 Hoàn thành bảng sau cho R134a

Bài 12 Một thùng chứa hơi nước có thể tích 1,8m3, nhiệt độ 220oC Một phần 3 thể tích ở pha lỏng, còn lại là pha hơi Xác định áp suất của hơi? Khối lượng của hơi và khối lượng

riêng ?

Trang 23

Bài 14 Một xylanh-piston chứa 50L nước ở nhiệt độ 40oC và áp suất 200kPa Nhiệt được truyền tới nước ở áp suất không đổi cho đến khi toàn bộ chất lỏng hóa thành hơi

Xác định khối lượng của nước, nhiệt độ trạng thái cuối, xác định tổng biến thiên entanpi?

Bài 15 Một thùng chứa ban đầu có thể tích 0,3m3 chứa hơi bão hòa ẩm có nhiệt độ 150oC Nước được gia nhiệt đến khi đạt đến trạng thái tới hạn Xác định khối lượng và thể tích của nước ở trạng thái đầu?

Trả lời: 96,1; 0,105m 3

Bài 16 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 17 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 18 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 19 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

Trang 24

Bài 20 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

Bài 21 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 22 Không khí chứa trong piston-cylinder đặt thẳng đứng được gia nhiệt bằng nhiệt trở

Piston có khối lượng

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 23 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

Bài 24 1kg nước ở áp suất 1 bar, nhiệt độ 20oC được đốt nóng đến 200oC trong điều kiện

áp suất không đổi Xác định nhiệt lượng q1 đốt nóng nước ban đầu đến nhiệt độ sôi, nhiệt

lượng q2

biến nước sôi thành hơi bão hoà khô, nhiệt lượng q3 biến hơi bão hoà khô thành hơi quá

nhiệt và nhiệt lượng q biến nước ban đầu thành hơi ở trạng thái cuối

Bài 25 Xylanh có đường kính d = 400 mm chứa không khí có thể tích 0,08 m3, áp suất

3,06 at, nhiệt độ 15oC Nếu không khí nhận nhiệt trong điều kiện pistông chưa kịp dịch

Trang 25

năng và entrôpi

Bài 27 Không khí có thể tích 2,48 m3, nhiệt độ 15oC, áp suất 1 bar, khi bị nén đoạn nhiệt không khí nhận công thay đổi thể tích 471kJ Xác định nhiệt độ cuối, sự thay đổi nội năng

và entanpi

Bài 28 2 kg khí O2 thực hiện quá trình đa biến với chỉ số mũ đa biến n = 1,2 từ nhiệt độ t1

= 27oC đến t2 = 537oC Xác định biến đổi entrôpi, lượng nhiệt của quá trình, biến đổi nội năng, công thay đổi thể tích và công kỹ thuật của quá trình

Bài 29 Xác định số mũ đa biến khi quá trình đa biến thay đổi từ áp suất 0,001at, nhiệt độ

–73o C đến áp suất 1000 at, nhiệt độ 172oC

Bài 30 Hơi nước bão hoà ẩm ở áp suất p = 2 bar, độ khô x = 0,9 Hãy xác định các giá trị

thể tích riêng vx, entanpi ix, entrôpi sx, nội năng ux bằng bảng số và sử dụng đồ thị i-s của hơi nước

Bài 31 Một bình thể tích V=0,035m3 chứa 5kg hơi nước bão hoà ẩm Nhiệt độ trong bình

310oC Xác định độ khô của hơi nước trong bình

Bài 32 Bao hơi của hơi lò hơi có thể tích V = 9 m3 Một phần ba thể tích đó chứa đầy hơi bão hoà khô, phần còn lại chứa nước sôi áp suất trong bao hơi p = 100 bar Xác định lượng nước sôi, lượng hơi bão hoà và độ khô

Bài 33 Lượng hơi nước bão hoà ẩm G =1,4 kg/s ở áp suất p =100 bar, độ khô x = 0,96

chuyển động trong ống với tốc độ là 40 m/s Xác định đường kính trong của ống

Bài 34 Một lượng hơi nước bão hoà ẩm từ tuabin đi vào bình ngưng G=200kg/s ở độ khô

x = 0,872 Xác định lưu lượng thể tích của hơi bão hoà ẩm vào bình ngưng, nếu biết áp kế của bình ngưng chỉ 720 tor và áp suất khí quyển chọn 1bar

Bài 35 Bao hơi của lò hơi có thể tích V=12m3 chứa lượng nước sôi và hơi có khối lượng G=1800 kg ở áp suất p =110 bar Xác định lượng nước sôi và lượng hơi bão hoà khô trong bao hơi

Bài 36 Một bình có thể tích V = 0,5m3 chứa đầy hơi bão hoà khô ở áp suất p=1,5bar Khi

để ra ngoài trời bình đó nguội đi và có nhiệt độ t2=30oC Xác định lượng nhiệt toả ra và trạng thái cuối của hơi trong bình

Bài 37 Một lượng hơi nước bão hoà ẩm G = 25 kg/s ở áp suất p = 0,05 bar và độ khô x1 = 0,83 từ tuabin đi vào bình ngưng Hơi trong bình ngưng tụ trong điều kiện áp suất không đổi tạo thành chất lỏng Hãy xác định lượng nước làm mát cần thiết cho bình ngưng, nếu biết nhiệt độ nước làm mát vào t1 = 22oC, nhiệt độ ra t2 = 27oC

Bài 38 Có hai bình gia nhiệt

ngưng từ bình A chuyển sang

Hãy xác định lượng hơi GA và

GB vào hai bình A và B nếu

biết lượng nước cần được đốt

nóng qua A và B là Gn = 8 kg/s

và được đốt nóng từ t1 = 60oC

Trang 26

đến t2 = 110oC Nhiệt độ nước được đốt nóng giữa bình A và bình B là t = 96,8oC hiệu suất của bình gia nhiệt ηA = ηB = 98%

Bài 39 100kg/h hơi nước ở trạng thái đầu p1 = 8 bar, t1 = 240oC giãn nở đoạn nhiệt đến áp suất p2 = 2 bar Xác định độ khô của hơi sau khi giãn nở và công kỹ thuật của quá trình

Bài 40 Khí CO2 được bơm vào bình chứa có thể tích V = 3m3 bằng máy nén Chỉ số áp kế gắn trên nắp bình chứa chỉ áp suất dư trước khi nén 0,3at và sau khi nén 3at, nhiệt độ khí

CO2 trong bình tăng từ t1 = 45oC đến t2 = 70oC Xác định lượng khí CO2 đã bơm vào bình chứa nếu áp suất khí quyển là 700mmHg?

Bài 41 Nén đoạn nhiệt 1kg không khí từ áp suất p1 = 1at đến áp suất p2=8at Hãy xác định các thông số trạng thái của không khí sau khi nén và công kỹ thuật của quá trình, nếu biết nhiệt độ không khí trước khi nén t1=15oC?

Bài 42 Lượng hơi nước 100kg/s ở áp suất đầu p1= 20bar, nhiệt độ đầu t1 = 400oC giãn nở đoạn nhiệt trong tuabin đến độ khô x2 = 0,95 Xác định áp suất cuối, thể tích cuối và công

kỹ thuật (công của tuabin)

Bài 43 Có hai bình A và B được nối với nhau bằng một van Trong bình A chứa khí O2khối lượng GO2=7,98(kg) ở áp suất pO2 =5(at), nhiệt độ tO2 =200oC Trong bình B chứa khí

N2 có khối lượng GN2=26,1(kg) ở áp suất pN2 =10(at), nhiệt độ tN2 =150oC Hãy xác định nhiệt độ, áp suất của hỗn hợp khi mở van nối hai bình

Bài 44 Dòng không khí thứ nhất có lưu lượng G1 = 100kg/s, nhiệt độ 150oC hỗn hợp với dòng không khí thứ hai có lưu lượng G2 = 144000kg/h, nhiệt độ 200oC Xác định nhiệt độ của hỗn hợp

Bài 45 Một dòng không khí có khối lượng G2 = 10kg nhiệt độ t2 = 127oC được nạp vào bình có thể tích V = 10m3 chứa sẵn một không khí ở nhiệt độ t1 = 27oC, áp suất p = 1 bar Hãy xác định nhiệt độ của hỗn hợp và áp suất của hỗn hợp?

Bài 46 Khí O2 ở áp suất p1 = 60 at, nhiệt độ t1 = 100oC chuyển động qua ống tăng tốc nhỏ dần vào môi trường có áp suất p2 = 36at Xác định tốc độ của dòng khí O2 tại tiết diện ra của ống và lưu lượng nếu tiết diện ra f2 = 20mm2

Bài 47 Không khí từ bể chứa có áp suất p1 = 100bar, nhiệt độ t1 = 15oC chảy ra ngoài trời qua ống có đường kính trong bằng 10mm Xác định tốc độ và lưu lượng của không khí nếu biết áp suất của khí quyển bằng 1bar

Bài 48 Hơi nước quá nhiệt ở áp suất và nhiệt độ ban đầu p1 = 30bar; t1=450oC, giãn nở đoạn nhiệt trong ống tăng tốc nhỏ dần vào môi trường trong hai trường hợp có áp suất Xác định tốc độ của hơi tại cửa ra của ống và lưu lượng hơi trong hai trường hợp nếu biết tiết diện tại cửa ra của ống f2 = 30cm2:

a) p2 = 18bar;

b)p2 =10bar

Bài 49 Không khí có áp suất p1= 10at, nhiệt độ t1= 300oC phun vào môi trường có p2= 1bar qua ống tăng tốc Laval Biết lưu lượng

của không khí G= 4kg/s Xác định tốc độ lưu

động và kích thước cơ bản của ống

Bài 50 Hơi nước quá nhiệt ở áp suất và nhiệt

độ ban đầu p1 = 30 bar; t1 = 450oC, lưu động

đoạn nhiệt qua ống tăng tốc hỗn hợp vào môi

trường có áp suất p2 = 10bar Xác định tốc độ

tại cửa ra của ống và lưu lượng nếu biết

đường kính tại cửa ra của ống d2= 40mm, xác

định tốc độ thực nếu biết hiệu suất của ống

tăng tốc ηt = 0,81

Bài 51 Khí hai nguyên tử có hằng số chất

khí R = 294,3J/kg K ở áp suất p1= 63,7 bar, nhiệt

Trang 27

Bài 53 Không khí lưu động qua ống tăng tốc hỗn hợp có áp suất p1 = 8 at, nhiệt độ t1 =

127oC vào môi trường có áp suất p2 = 1 at Xác định tốc độ tại cửa ra của ống và đường kính tiết diện ra nếu biết lưu lượng của không khí là 2 kg/s?

Bài 54.Dùng máy hút ẩm để sấy (quá trình sấy dịu) cho công suất của máy nén N =

0,5kW, hệ số làm lạnh của máy ε =5 Nhiệt độ của không khí bão hòa khi qua dàn sấy t1 =

25oC, sau đốt nóng trong dàn ngưng không khí có nhiệt độ t2 = 75oC Lượng nước bốc hơi

ra khỏi vật sấy Gn = 2,5kg/h Xác định năng suất lạnh Qo của máy lạnh, lượng nhiệt đốt nóng không khí trong dàn ngưng Q, nhiệt độ t3 và độ ẩm tương đối φ3 của không khí sau khí sấy, lượng không khí cần G, lượng nước ngưng tụ ở dàn bốc hơi Gnn trong 1h

Bài 55 Cần điều hoà nhiệt độ cho một phòng làm việc có thể tích V = 150m3, nhiệt độ trong phòng cần giữ ở nhiệt độ tT = 26oC, độ ẩm trong phòng φT = 0,7, trong khi nhiệt độ ngoài trời tN = 32oC, độ ẩm φN = 0,8 Trong phòng có 15 người làm việc bàn giấy có trang

bị 10 bóng đèn ống 40W Biết nhiệt qua kết cấu bao che phòng Qt= 400 kcal/h, nhiệt bức

xạ qua cửa sổ Q4 = 300 kcal/h Xác định lượng gió L, lượng gió tái tuần hoàn LT và năng suất lạnh Q0 của máy

Bài 56 Một máy nén hoạt động ở trạng thái ổn định với không khí đi vào máy nén có áp

suất p1=1 (Bar), t1 =20oC và ra khỏi máy nén ở áp suất p2=5(bar) Xác định công và lượng nhiệt truyền cho môi trường trên một đơn vị khối lượng đi qua máy nén nếu quá trình tiến hành theo quá trình đa biến có n=1,3 Bỏ qua biến thiên động năng và thế năng giữa đầu vào và đầu ra của máy nén và không khí được coi là khí lý tưởng

Bài 57 Cho một xylanh- piston chứa 25g hơi nước bão hòa được duy trì ở áp suất không

đổi 600kPa Một điện trở được dùng để gia nhiệt cho hơi nước trong xylanh có dòng điện 0,2A và trong thời gian 5 phút ở điện áp 120V Cùng với khoảng thời gian như trên thì hơi nước tổn thất nhiệt ra ngoài môi trường bằng 3,7(kJ)

Trang 28

a Hãy chỉ ra rằng hệ thống trên là hệ thống kín và quan hệ giữa công thay đổi thể tích

với biến thiên nội năng đúng bằng biến thiên entanpi theo định luật nhiệt động 1

trong quá trình đẳng áp

b Xác định nhiệt độ cuối của hơi

Bài 58 Một thùng chứa môi chất được chia thành hai phần bằng nhau Thời điểm ban đầu,

một phần của thùng chứa 5(kg) nước ở áp suất 120kPa, nhiệt độ 40oC Phía còn lại được

tháo hết ra ngoài và vách ngăn giữa hai phần của thùng chứa sau đó được dỡ bỏ, nước giãn

nở hoàn và chiếm toàn bộ thùng chứa Sau đó nước trao đổi nhiệt với môi trường bên ngoài

cho đến khi nhiệt độ bằng nhiệt độ tại trạng thái đầu 40oC Xác định thể tích của bình

chứa? Áp suất cuối của quá trình? Lượng nhiệt trao đổi trong quá trình?

Trang 29

trình, thể tích cuối cùng của chất khí đó?

Trang 30

Chương 4 ĐỊNH LUẬT NHIỆT ĐỘNG 2

Bài 1

Bài 2

Trang 31

Bài 4

Trang 32

Bài 5

Trang 33

Bài 7

Bài 8

Trang 34

II Phần bài tập sinh viên tự làm

Bài 1 Một nhà sáng chế đã cải tạo một chu trình động cơ nhiệt có khả năng sinh công tại

đầu ra là 410kJ và năng lượng cấp vào cho động cơ là 1000kJ Hệ thống hoạt động theo chu trình và nhận nhiệt từ nguồn nóng có nhiệt độ 500K và thải nhiệt cho môi trường không khí có nhiệt độ 300K Hỏi rằng cải tiến trên có khả thi hay không?

Bài 2 Một chu trình bơm nhiệt được dùng để duy trì nhiệt độ trong ngôi nhà 20oC Ở trạng thái ổn định, bơm nhiệt nhận năng lượng từ nước có nhiệt độ 10oC và thải nhiệt vào trong ngôi nhà với năng suất 120000kJ/h Trong khoảng 14 ngày đồng hồ báo chỉ số điện sử dụng cho bơm nhiệt là 1490 kW.h Xác định:

a Lượng nhiệt bơm nhiệt nhận được từ nước trong khoảng thời gian 14 ngày

b Hệ số làm nóng của bơm nhiệt

c Hệ số làm nóng của bơm nhiệt khi nó hoạt động giữa nhiệt độ nguồn nóng và nhiệt

độ nguồn lạnh lần lượt là 20oC và 10oC

Trang 38

Bài 23

Bài 24

Bài 25

Trang 39

Bài 27

Bài 28

Trang 40