Tổng hợp đề thi nhiệt động lực học ĐH Bách Khoa TPhcm

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH ĐỀ KIỂM TRA GIỮA KỲ HK2 2012-2013 Môn: Nhiệt Động Lực Học Kỹ Thuật a Thành phần khối lượng của t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

lượt là 0,05; 0,75; 0,2 Ban đầu hỗn hợp có áp suất p1 = 5 bar, thể tích V1 = 0,3 m3

được cho giãn nở đến khi thể tích tăng 1,75 lần so với ban đầu

Xác định áp suất p2 và công thay đổi thể tích lần lượt theo các trường hợp sau:

1 Giãn nở theo quá trình đẳng nhiệt

2 Giãn nở theo quá trình đa biến với n = 1,2

3 Giãn nở theo quá trình đoạn nhiệt

4 Biểu diễn các quá trình trên cùng đồ thị p-v

ĐÁP ÁN

Bài 1 (8 điểm)

1 Đẳng nhiệt:

857,275,1

5

942,83)75,1ln(

.3,0.10.5

2 Đa biến:

5546,275

,1

1.5p

2 , 1

,11

10.3,0)

55546,2.75,1(W

0743,06,29

44.05,0

2163,0g

7094,0g

18,4.5.2163,032

18,4.5.7094,044

18,4.7.0743,0

0026,1

cphh  kJ/kgK

392,1c

ck

vhh

phh 

2943,275

,1

1.5p

392 , 1

,11

10.3,0)

52943,2.75,1(W

1 đ

Bài 2 (2 điểm)

kW1251

- HẾT -

Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh

Khoa Cơ khí

Bộ môn Công nghệ nhiệt lạnh

ĐỀ KIỂM TRA GIỮA KỲ

Môn: Nhiệt động lực học kỹ thuật

Ngày thi: 14-10-2012

Thời gian làm bài: 45 phút Sinh viên được sử dụng tài liệu

Bài 1: Một hỗn hợp khí lý tưởng gồm có 0,12 kg O2, 0,18 kg CO và 0,1 kg CO2 Cho biết

áp suất của hỗn hợp là 180 kPa Xác định:

a) số mũ đoạn nhiệt của hỗn hợp, (3 điểm)

b) hằng số chất khí của hỗn hợp, (2 điểm)

c) phân áp suất của từng thành phần, (2 điểm)

d) công kỹ thuật khi nén đoạn nhiệt hỗn hợp đến áp suất 1,2 MPa, nhiệt độ 235 oC

Bài 2:

a) (0.5 điểm) Một chất khí thỏa mãn phương trình trạng thái van der Waals như sau:

RT ) b v )(

v

a p

Chủ nhiệm bộ môn

GS TS Lê Chí Hiệp

Giảng viên ra đề

TS Nguyễn Minh Phú

5163 0 g

r

3012 0 g

r

2 CO 2 CO 2

CO

CO CO CO

2 O 2 O 2 O

p

kPa 9 , 92 pr

p

kPa 2 , 54 pr

p

2 CO 2

CO

CO CO

2 O 2 O

1200 )

273 235

( p

p T

T

37 , 1 37 , 1 1 k

k 1

1

2 2

304 273 235

( 8 , 258 37 , 1 1

37 , 1 4 , 0 ) T T ( R k 1

k m

1

2 2

a ) b v ( ln RT dv v

a b v

RT pdv

2

v

1 v

1 a b v

b v ln RT w

5 3

10

1 10

4 , 22

1 10

x 4 , 1 10

2 , 3 10

10 2 , 3 10 4 , 22 ln ) 273 20

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH ĐỀ KIỂM TRA GIỮA KỲ HK2 (2012-2013)

Môn: Nhiệt Động Lực Học Kỹ Thuật

a) Thành phần khối lượng của từng khí trong hỗn hợp

b) Nhiệt độ của hỗn hợp tại trạng thái 2 và giá trị của công do sự thay đổi thể tích trong các trường hợp:

- Quá trình giãn nở là đoạn nhiệt

- Quá trình giãn nở là đa biến với số mũ đa biến n = 1,25

(Áp suất của hỗn hợp khí tại trạng thái 2 không đổi: p2 = 1,05bar)

c) Biểu diễn tất cả các quá trình trong cùng một đồ thị p-V

Bài 2: (1 điểm)

Một hệ thống nhiệt động với chất môi giới

bên trong là khí lý tưởng thực hiện chu trình thay

đổi trạng thái như hình bên Biết các quá trình A

→ B là đoạn nhiệt, B → C và D → A là đẳng

áp, C → D là đẳng nhiệt Nhiệt lượng hệ thống

nhận vào trong quá trình B → C và nhả ra môi

trường trong quá trình D → A lần lượt có giá trị

là 100kJ và 150kJ Hãy xác định độ biến thiên

enthalpy ∆I khi hệ thống thay đổi trạng thái từ A

→ B

HẾT

)

Quá trình giãn nở đoạn nhiệt: (3điểm)

Nhiệt độ của hỗn hợp khí tại trạng thái 2:

( )

( )

Công do sự thay đổi thể tích nhận được:

( )

( )

Quá trình giãn nở đa biến với n = 1,25 (2điểm)

Nhiệt độ của hỗn hợp khí tại trạng thái 2:

( )

( )

Công do sự thay đổi thể tích nhận được:

( )

( )

Biểu diễn trên đồ thị P-V (1 điểm)

- Quá trình giãn nở đẳng nhiệt: 1→2a

- Quá trình giãn nở đoạn nhiệt: 1→2b

- Quá trình giãn nở đa biến: 1→2c

Bài 2: (1 điểm)

( )

( )

Đại Học Quốc Gia Tp HCM

TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA

Khoa CƠ KHÍ

Bm Công Nghệ Nhiệt Lạnh

ĐỀ KIỂM TRA HỌC KỲ II — 2011/2012

Môn Học : NHI ỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT

Thời gian : 45 phút Ngày thi : 5-4-2012

-    -

Ghi chú: SV được sử dụng tài liệu

Khảo sát hỗn hợp 2 khí lý tưởng NR2R và COR2R chứa trong một hệ xylanh pittơng Ở trạng thái ban đầu hỗn

- Nếu cấp nhiệt đẳng áp cho hỗn hợp thì nhiệt lượng nhận vào là QRpR=67,5kJ

- Nếu cấp nhiệt đẳng tích cho hỗn hợp thì nhiệt lượng nhận vào là QR

vR=50kJ

a Nếu nén đoạn nhiệt hỗn hợp từ trạng thái 1 đến trạng thái 2 thì cơng nhận vào của quá trình nén này là bao nhiêu? (2đ)

b Áp suất và thể tích của hỗn hợp của cả 3 quá trình ở trạng thái 2 (6đ)

c Thành ph ần khối lượng của từng khí trong hỗn hợp (1đ)

d Biểu diễn 3 quá trình trên 2 đồ thị p-v và T-s (1đ)

Quá trình đoạn nhiệt

c Gi ải hệ phương trình k=c p /c v và t ổng thành phần khối lượng =1 ta tìm được thành phần

kh ối lượng N 2 =0,525 và CO 2 =0,475

Bài 1 (3 điểm) Hỗn hợp khí gồm CO2 và N2 có khối lượng G = 0,5 kg, áp suất p1 = 3,5bar, nhiệt độ t1 = 480oC và thể tích V1 = 250 lít giãn nở đến áp suất p2 =1,5 bar và nhiệt

độ t2 = 380oC Hãy xác định:

1 Thành phần khối lượng của hỗn hợp

2 Hằng số mũ đa biến của quá trình giãn nở

3 Công thay đổi thể tích và nhiệt lượng trao đổi của quá trình

Bài 2 (4 điểm) Chu trình thiết bị động lực hơi nước có quá nhiệt trung gian làm việc với

các thông số sau:

-Áp suất hơi nước ra khỏi lò hơi là p1 = 160 bar -Áp suất và nhiệt độ hơi nước vào bộ quá nhiệt trung gian p6 = 20 bar, t6 = 250oC -Nhiệt độ hơi nước ra khỏi bộ quá nhiệt trung gian là t7 = 500oC

-Áp suất của hơi nước trong bình ngưng là p2 = 0,05bar -Công suất qua phần tuabine hạ áp NTHA = 40MW

Bỏ qua công tiêu hao bơm cấp, hãy xác định:

1 Entanpy tại các điểm 1, 2, 3, 6, 7 trên chu trình

2 Lưu lượng hơi nước tuần hoàn

3 Hiệu suất nhiệt của chu trình

4 Công suất nhiệt cần cung cấp và lượng tiêu hao nhiên liệu cho chu trình

Biết lò hơi sử dụng dầu FO có nhiệt trị là 9800 kcal/kg và hiệu suất lò hơi là 90%

Bài 3 (3 điểm) Máy lạnh có hệ số làm lạnh  = 4,1 được giải nhiệt bằng nước Lưu lượng nước đi qua thiết bị ngưng tụ Gn = 3,8 kg/s, chênh lệch nhiệt độ nước vào nước ra là 5oC, nhiệt dung riêng của nước Cp = 4,187 kJ/kgđộ

Không khí đi vào dàn lạnh với nhiệt độ 25oC, độ ẩm 65% và đi ra khỏi dàn lạnh với nhiệt

3 Entanpi của không khí vào và ra khỏi dàn lạnh (Bằng phương pháp tính toán)

4 Lưu lượng không khí đi qua dàn lạnh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

1, 2022ln

n n

T T

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

Khảo sát một thiết bị làm việc theo chu trình thuận chiều như hình vẽ

với chất môi giới là không khí

Cho biết: p1 = 1 bar, t1 = 30 0C

p2 = 15 bar

t3 = 1200 0C

cpkk = 1,12 kJ/kgK

Xác định nhiệt lượng cần cung cấp q 1 và công kỹ thuật sinh ra w của

thiết thiết bị (tính cho 1 đơn vị chất môi giới làm việc theo lý thuyết)

Câu 2 (2,5 điểm)

Hơi nước sau khi ra khỏi bao hơi của lò hơi ở trạng thái có p1 = 80 bar, v1 = 0,022 m3/kg được đưa vào gia nhiệt tại bộ quá nhiệt Ra khỏi bộ quá nhiệt, nhiệt độ hơi nước tăng thêm 140 0

C

1 Xác định công suất nhiệt cần cung cấp cho bộ quá nhiệt, biết lưu lượng hơi nước làm việc

G = 25 tấn/h và hiệu suất bộ quá nhiệt  = 94% Bỏ qua tổn thất áp suất của dòng hơi khi qua bộ quá nhiệt

2 Biểu diễn quá trình trên đồ thị p-v và T-s

là R22 Hơi tác nhân lạnh vào bình bay hơi của máy lạnh ở trạng thái có nhiệt độ t1 = 0 0C, độ khô

x1 = 0,3 Ra khỏi bình bay hơi tác nhân lạnh có nhiệt độ t2 = 10 0C Biết lưu lượng tác nhân lạnh tuần hoàn trong máy lạnh G = 1,33 kg/s

Xác định lưu lượng nước muối đi qua bình bay hơi Cho nhiệt dung riêng của nước muối

cpn = 3,83 kJ/kgK

- HẾT -

ĐÁP ÁN

Câu 1 (2,5 điểm)

86867,010

.29

)27330.(

8314

12554,015

1.86867

,

0

v

4 , 1

29.12554,0.10.15

T

5

28153,010

.15.29

)2731200.(

8314

.12

,

1

7962291

15

14

,11

28153,0.10.15.4,1

w

4 , 1 1 4 , 1 5

,0.3600

26595

,3229.10.25

Câu 3 (3 điểm)

kJ/kg858,76Ikg/kg020336

,0dbar03166,0pC25

018304,

0dI

Iu  1 1  kg/kg = d2

524,93858,762,1.6090

30I

kW30QQ

Q

Q

2 k

0 k

,0.21

018304,

0.2500524

,93

t1 = 0 0C, p1 = 5 bar t2 = 10 0C, p2 = 5 bar

i1 = 561,28 kJ/kg i2 = 711,59 kJ/kg

4564,77

.83,3

28,56159,711.33,

1

– Hết –

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH ĐỀ THI HỌC KỲ 2 – NĂM HỌC 2012-2013

Môn: Nhiệt Động Lực Học Kỹ Thuật

Khảo sát một hỗn hợp khí lý tưởng gồm N2, CO2 và CO có khối lượng 0,15kg với thành phần

thể tích của CO2, CO lần lượt là 25% và 10% Người ta nén hỗn hợp trên theo quá trình

đoạn nhiệt từ trạng thái 1 có áp suất p1 = 1at, t1 = 33o C đến trạng thái 2 có áp suất p2, nhiệt độ

T2 = 1,8.T1(K) Hãy xác định:

a) Áp suất riêng phần của từng khí trong hỗn hợp tại trạng thái 2 (1 điểm)

b) Công do sự thay đổi thể tích của quá trình nén trên (0,5 điểm)

c) Nếu hỗn hợp trên được nén theo quá trình đẳng nhiệt thì giá trị của công do sự thay đổi thể tích sẽ tăng hay giảm so với giá trị đã tính ở câu b? Giải thích bằng đồ thị

p – V (thể tích của hỗn hợp trước và sau khi nén có giá trị như trong câu b)(0,5 điểm)

- Áp suất và nhiệt độ của R22 ra khỏi máy nén là 20bar và 70 o C

- KK vào dàn lạnh có nhiệt độ và độ ẩm tương đối là 25o C và 60%, ra khỏi dàn lạnh

nhiệt độ và độ ẩm tương đối là 12,5o C và 100% Lưu lượng KK qua dàn lạnh

Gkk1 = 1,4 kg/s

- KK vào dàn ngưng có nhiệt độ và độ ẩm tương đối là 30o C và 80% Lưu lượng KK

qua dàn ngưng Gkk2 = 3,2kg/s

Hãy xác định:

a) Hệ số làm lạnh của máy lạnh (1,5 điểm)

b) Năng suất lạnh của máy lạnh (1,5 điểm)

c) Enthalpy và nhiệt độ của KK ra khỏi dàn ngưng (1,5 điểm)

(Khi tính các thông số trạng thái của KK phải sử dụng phương pháp tính toán)

Bài 3 (3,5điểm)

Khảo sát chu trình thiết bị động lực hơi nước như

hình vẽ Khi tính toán có xét đến công của bơm cấp

Hãy xác định:

a) Hiệu suất nhiệt của chu trình (2 điểm)

b) Xác định năng suất sinh hơi của lò hơi

(tấn hơi/giờ) và công của chu trình Cho biết:

- Lưu lượng nước giải nhiệt cho bình ngưng:

Gn = 650kg/s

- Chênh lệch nhiệt độ giữa nước vào và nước ra

khỏi bình ngưng là 6o C, nhiệt dung riêng của

nước cpn = 4,18kJ/kgK (1,5 điểm)

-HẾT -

Bài 1

a) Số mũ đoạn nhiệt (0,5)

Áp suất của hỗn hợp khí sau quá trình nén

( )

Phân áp suất của từng khí trong hỗn hợp ở trạng

thái sau (pi = p2ri) : pCO2 = 2,25at; pCO = 0,9at;

c) Áp suất của hỗn hợp khí nếu quá trình nén là đẳng nhiệt: p2’ = p1.(V1/V2) < p2 =

p1.(V1/V2)k , từ đó, ta có thể thể hiện các đường nén đoạn nhiệt và đẳng nhiệt như trên

đồ thị Từ đồ thị, ta nhận thấy độ lớn của công cần cấp vào để thực hiện quá trình nén đẳng nhiệt sẽ nhỏ hơn so với khi nén đoạn nhiệt.(0,5)

Bài 2

a) Hệ số làm lạnh của máy lạnh (1,5)

Bảng các thông số trạng thái của TNL làm việc trong chu trình:

b) Năng suất lạnh của máy lạnh:

- Các thông số trạng thái của không khí trước khi vào dàn lạnh (0,5)

c) Trạng thái của KK ra khỏi dàn ngưng của máy lạnh:

- Các thông số trạng thái của KK vào dàn ngưng (0,5)

1 / 4

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

Khảo sát chu trình thiết bị lạnh làm việc với tác nhân lạnh là

R22 như hình vẽ Thông số làm việc của chu trình như sau:

- Áp suất bay hơi p0 = 4 bar

- Áp suất ngưng tụ pk = 18 bar

- Độ quá nhiệt của hơi R22 khi ra khỏi thiết bị bay hơi

tqn = 60C

- Độ quá lạnh của lỏng R22 ra khỏi thiết bị ngưng tụ

tql = 40C

- Công suất máy nén là 150 HP

(R22 được quá nhiệt và quá lạnh ngay trong thiết bị

bay hơi và thiết bị ngưng tụ)

Khảo sát hệ thống sấy hoạt động theo

nguyên tắc như hình vẽ và có các thông số

làm việc như sau:

- Không khí ẩm vào Calorifer có

t1 = 280C, 1 = 75%

- Không khí ẩm ra khỏi Calorifer có

t2 = 850C

- Không khí ẩm ra khỏi buồng sấy có 3 = 95%

- Hơi nước vào gia nhiệt cho Calorifer có ph = 6 bar, th1 = 2000C

- Nước ngưng ra khỏi Calorifer có th2 = 800C

- Khối lượng tươi của vật sấy là 500kg Sau thời gian sấy 8 giờ sản phẩm khô còn lại là 380kg Xác định lưu lượng không khí và lưu lượng hơi nước cần cung cấp cho hệ thống

Tiếp theo trang sau 

Calorifer

th2 = 80 0 C

2 / 4

Câu 3 (3 điểm)

Khảo sát chu trình Carnot thuận chiều làm việc như

hình vẽ với chất môi giới là không khí Thông số làm việc

của chu trình như sau:

- Nhiệt độ nguồn nóng tN = 6000C

- Nhiệt độ nguồn lạnh tL = 370C

- Áp suất lớn nhất p1 = 45 bar

- Áp suất nhỏ nhất p3 = 1 bar

Xác định nhiệt lượng cấp vào q 1 và nhiệt lượng nhả ra q 2

của chu trình (Tính cho 1 kg chất môi giới)

31,55346,706i

i

ii

1 2

7457,0.150

,4.20

31,55346,706.8459,215

380500

55,7070183,00395,0

,3352849

778,74865,133.55,707





4 / 4

Bài 3 (3 điểm)

05562,010

.45.29

273600.8314v

bar45p

C600t

t

5 1

1

0 N

.29

27337.8314v

bar1p

C37tt

5 3

3

0 L

27337

06678,0ln27360029

8314v

vlnRTq

1

2 N

Tính q2: 2 cách

6449,0273600

37600T

q2 = – 16,254 kJ/kg (nhiệt lượng nhả ra)

- Quá trình 4-1: đoạn nhiệt

74,005562,0.273

37

273600

7402,0ln27337298314v

vlnRTq

3

4 L 2

1 / 4

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA

KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH

Khảo sát chu trình thiết bị lạnh làm việc với tác nhân lạnh là

R22 như hình vẽ Thông số làm việc của chu trình như sau:

- Áp suất bay hơi p0 = 4 bar

- Áp suất ngưng tụ pk = 18 bar

- Độ quá nhiệt của hơi R22 khi ra khỏi thiết bị bay hơi

tqn = 60C

- Độ quá lạnh của lỏng R22 ra khỏi thiết bị ngưng tụ

tql = 40C

- Công suất máy nén là 150 HP

(R22 được quá nhiệt và quá lạnh ngay trong thiết bị

bay hơi và thiết bị ngưng tụ)

Khảo sát hệ thống sấy hoạt động theo

nguyên tắc như hình vẽ và có các thông số

làm việc như sau:

- Không khí ẩm vào Calorifer có

t1 = 280C, 1 = 75%

- Không khí ẩm ra khỏi Calorifer có

t2 = 850C

- Không khí ẩm ra khỏi buồng sấy có 3 = 95%

- Hơi nước vào gia nhiệt cho Calorifer có ph = 6 bar, th1 = 2000C

- Nước ngưng ra khỏi Calorifer có th2 = 800C

- Khối lượng tươi của vật sấy là 500kg Sau thời gian sấy 8 giờ sản phẩm khô còn lại là 380kg Xác định lưu lượng không khí và lưu lượng hơi nước cần cung cấp cho hệ thống

Tiếp theo trang sau 

Calorifer

th2 = 80 0 C

2 / 4

Câu 3 (3 điểm)

Khảo sát chu trình Carnot thuận chiều làm việc như

hình vẽ với chất môi giới là không khí Thông số làm việc

của chu trình như sau:

- Nhiệt độ nguồn nóng tN = 6000C

- Nhiệt độ nguồn lạnh tL = 370C

- Áp suất lớn nhất p1 = 45 bar

- Áp suất nhỏ nhất p3 = 1 bar

Xác định nhiệt lượng cấp vào q 1 và nhiệt lượng nhả ra q 2

của chu trình (Tính cho 1 kg chất môi giới)

31,55346,706i

i

ii

1 2

7457,0.150

,4.20

31,55346,706.8459,215

380500

55,7070183,00395,0

,3352849

778,74865,133.55,707





4 / 4

Bài 3 (3 điểm)

05562,010

.45.29

273600.8314v

bar45p

C600t

t

5 1

1

0 N

.29

27337.8314v

bar1p

C37tt

5 3

3

0 L

27337

06678,0ln27360029

8314v

vlnRTq

1

2 N

Tính q2: 2 cách

6449,0273600

37600T

q2 = – 16,254 kJ/kg (nhiệt lượng nhả ra)

- Quá trình 4-1: đoạn nhiệt

74,005562,0.273

37

273600

7402,0ln27337298314v

vlnRTq

3

4 L 2