Перевод внесистемных единиц измерения физических величин в единицы системы СИ

Областное государственное бюджетное

Профессиональное образовательное учреждение

(ОГБПОУ «ТПТ»)

Термодинамика

Задания к контрольной работе

И методические указания по их выполнению

для студентов специальностей 21.02.01 «Разработка и эксплуатация нефтяных и газовых месторождений» и 21.02.02 «Бурение нефтяных и газовых скважин» заочной формы обучения

Автор: А.В.Ти

Г.

Пояснительная записка

Дисциплина «Термодинамика» входит в состав профессиональных модулей: ПМ.02 «Обслуживание и эксплуатация бурового оборудования», МДК.02.01 «Эксплуатация бурового оборудования» для специальности 21.02.02 и ПМ.02 «Эксплуатация нефтегазопромыслового оборудования», МДК.02.01 «Эксплуатация нефтегазопромыслового оборудования» для специальности 21.02.01.

В результате изучения дисциплины студенты должны знать:

Правила выполнения контрольных работ

Контрольная работа по термодинамике выполняется либо в отдельной тетради, либо на листах ф.А4, которые должны быть сшиты. Ответы на вопросы должны быть немногословными и конкретными, отражать суть вопроса и сопровождаться необходимыми формулами, таблицами, схемами, рисунками и графиками. Необходимые рисунки, схемы и графики должны быть выполнены карандашом, с указанием элементов или величин, входящих в них.

При решении задач необходимо последовательно излагать весь ход расчетов со ссылкой на соответствующие формулы. Все расчеты производятся в единицах измерений в системе СИ.

Образец заполнения обложки тетради (титульного листа ф.А4)

ТЕТРАДЬ

для контрольных работ

по термодинамике

студента(ки) 2 курса гр.____

ФИО студента

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

Вариант-1

1. Основные параметры состояния: наименование, обозначение, определение, единицы измерения.

2. От каких параметров зависит теплоемкость идеального и реального газа?

3. Понятие коэффициента теплопроводности: обозначение, определение, единицы измерения.

4. Цикл ДВС с подводом тепла при постоянном объеме: pV-диаграмма цикла, процессы, формулы расчета подведенного и отведенного тепла, КПД цикла.

5. Задача. Определите массу воздуха, содержащегося в открытой двухлитровой банке при t = 20 ⁰C, p = 1 бар.

Вариант-2

1. Понятие идеального газа. Законы идеальных газов: формулировки, основные уравнения.

2. Изобарный процесс: определение, основная формула, взаимосвязь между остальными параметрами, изображение в pV- и Ts-диаграммах.

3. Закон Фурье: определение, формула.

4. Цикл ДВС с подводом тепла при постоянном давлении: pV-диаграмма цикла, процессы, формулы расчета подведенного и отведенного тепла, КПД цикла.

5. Задача. В смеси 2 кг азота и 0,5 кг водорода. Рассчитайте газовую постоянную смеси R.

Вариант-3

1. Уравнение состояния идеального газа. Физический смысл газовой постоянной вещества.

2. Изохорный процесс: определение, основная формула, взаимосвязь между остальными параметрами, изображение в pV- и Ts-диаграммах.

3. Коэффициент теплоотдачи: определение, физический смысл, единицы измерения.

4. Цикл ДВС со смешанным подводом тепла: pV-диаграмма цикла, процессы, формулы расчета подведенного и отведенного тепла, КПД цикла.

5. Задача. Углекислый газ (СО₂) охлаждается при постоянном объеме до 5 °С. Найти начальную температуру газа, если известны: масса газа 800 г, отведенное тепло 2 кДж. Теплоемкость считать постоянной.

Вариант-4

1. Понятие о массовой, объемной и киломольной теплоемкостях: обозначение, определение, единицы измерения.

2. Изотермический процесс: определение, основная формула, взаимосвязь между остальными параметрами, изображение в pV- и Ts-диаграммах.

3. Теплопроводность через многослойную плоскую стенку: схема передачи тепла, основные расчетные формулы.

4. Цикл Карно: основные процессы; формулы для определения подведенного и отведенного тепла, термического КПД цикла; изображение в pV- и Ts-диаграммах.

5. Задача. Определить массу метана при давлении р=2 атм и температуре 17 °С, если он занимает объем 100 л.

Вариант-5

1. Первый закон термодинамики: определение, формула и область применения.

2. Адиабатный процесс: определение, основная формула, взаимосвязь между остальными параметрами, изображение в pV- и Ts-диаграммах.

3. Критерии подобия: наименование, обозначение, расчетные формулы.

4. Цикл многоступенчатого компрессора: основные процессы; формулы для определения работы компрессора и мощности двигателя, КПД компрессора; изображение в pV- и Ts-диаграммах.

5. Задача. Какое количество тепла необходимо подвести к 10 кг азота, чтобы нагреть его при постоянном давлении от 15 до 55 °С. Теплоемкость азота считать постоянной.

Вариант-6

1. Энтальпия: определение, обозначение, единицы измерения, основные свойства.

2. Политропный процесс: определение, основная формула, взаимосвязь между остальными параметрами, изображение в pV- и Ts-диаграммах.

3. Теплопроводность через многослойную цилиндрическую стенку: схема передачи тепла, основные расчетные формулы.

4. Цикл Ренкина насыщенного пара: основные процессы; формулы для определения подведенного и отведенного тепла, термического КПД цикла; изображение в pV- и Ts-диаграммах.

5. Задача. Определить газовую постоянную пропан-бутановой смеси, состоящей из 60% пропана (С₃Н₈) и 40% бутана (С₄Н₁₀). Состав смеси указан в процентах от объема.

Вариант-7

1. Второй закон термодинамики: формулировка, основная формула, область применения.

2. Теплоемкость газовой смеси: определение, обозначение, единицы измерения, способы расчета.

3. Теплопередача через многослойную плоскую стенку: схема передачи тепла, основные расчетные формулы.

4. Цикл Ренкина перегретого пара: основные процессы; формулы для определения подведенного и отведенного тепла, термического КПД цикла; изображение в pV- и Ts-диаграммах.

5. Задача. Температура внутренней поверхности кирпичной стенки – 600 °С, наружной – 80 °С. Толщина стенки – 0,6 м. удельный тепловой поток, проходящий через стенку, равен 580 Вт/м². Определить коэффициент теплопроводности кирпича.

Вариант-8

1. Процессы парообразования в pV- и Ts-диаграммах.

2. Уравнение Майера.

3. Теплопередача через многослойную цилиндрическую стенку: схема передачи тепла, основные расчетные формулы.

4. Схема и цикл ГТУ со сгоранием топлива при постоянном давлении.

5. Задача. Воздух при давлении 1 бар и температуре 10 °С занимает объем 0,2 м³. До какой температуры нагреется газ, если к нему подвести 1 кДж теплоты при р=const. Теплоемкость воздуха считать постоянной.

Вариант-9

1. Закон Дальтона. Способы получения смесей.

2. hS- диаграмма водяного пара.

3. Основные законы теплообмена излучением.

4. Схема и цикл Ренкина с промежуточным перегревом пара.

5. Задача. Температура внутренней поверхности стенки – 600 °С, наружной – 60 °С. Коэффициент теплопроводности – 0,7 Вт/(м·К). Толщина стенки – 400 мм. Определить удельный тепловой поток

Вариант-10

1. Понятие истинной и средней теплоемкостей. Способы определения теплоемкости.

2. Дросселирование газов и паров.

3. Состав и основные характеристики топлива.

4. Котельные установки: классификация, конструкция, принцип действия, область применения в нефтегазовой промышленности.

5. Задача.Температура внутренней поверхности стенки – 800 °С, наружной – 80 °С. Удельный тепловой поток, проходящий через стенку, равен 550 Вт/м². Коэффициент теплопроводности – 0,7 Вт/(м·К). Определить толщину стенки.

Методические указания

Для решения задач необходимо предварительное изучение теоретического материала по этой теме.

Особенно следует помнить, что в термодинамических расчетах, все вычисления производятся в единицах системы СИ: давление – в паскалях (Па), объем – в кубических метрах (м³), удельный объем – в кубических метрах на килограмм (м³/кг) и температура – в градусах Кельвина (К). Для перевода величин из внесистемных единиц измерения в единицы системы СИ использовать таблицу 1.

1) уравнение состояния идеального газа:

а) для 1 кг газа

б) для m кг газа

Газовая постоянная определяется по формуле

Где - универсальная газовая постоянная ( =8314 Дж/(кмоль·К); - молярная масса газа (определяется по таблице Менделеева).

При расчетах газовых смесей необходимо знать, что методика расчета зависит от способа задания газовой смеси.

При задании смеси через массовые доли (g_i), газовая постоянная смеси находится по формуле

Где - газовые постоянные компонентов смеси; - массовые доли компонентов.

При задании смеси через объемные доли (r_i), газовая постоянная смеси находится по формуле

Где - молярная масса смеси, определяющаяся по формуле

Где - молярные массы компонентов смеси; - объемные доли компонентов смеси.

Массовая доля компонента

- масса компонента, кг; - масса компонента, кг.

Объемная доля компонента

Количество подведенного или отведенного тепла Q, кДж, рассчитывается в зависимости от вида процесса, в котором участвует газ (смесь).

При p=const применяется формула

Где - масса газа (смеси), кг; - массовая изобарная теплоемкость, кДж/(кг·К); - разность между конечной и начальной температурой нагрева (охлаждения) рабочего тела, ºС.

При v=const применяется формула

Где - масса газа (смеси), кг; - массовая изохорная теплоемкость, кДж/(кг·К); - разность между конечной и начальной температурой нагрева (охлаждения) рабочего тела, ºС.

В том случае, когда теплоемкость считается постоянной, для ее вычисления можно использовать соотношения между массовой и киломольной теплоемкостями и между объемной и киломольной теплоемкостями (см.табл.2).

При расчете теплопроводности используется формула закона Фурье в следующем виде:

Где - удельный тепловой поток, Вт/м²; - температуры на поверхности стенки, °С; - толщина стенки, м; - коэффициент теплопроводности, Вт/(м·°С).

Таблица 1

Перевод внесистемных единиц измерения физических величин в единицы системы СИ

Таблица 2

Между теплоемкостями существуют следующие зависимости:

- между массовой и киломольной

- между объемной и киломольной

Киломольные теплоемкости определяются в зависимости от атомности газа

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском по сайту: