Задачи для самостоятельного решения

• 1. Тепловая машина работает с двумя источниками теплоты. Температура горячего источника 800 К, температура холодного — 300 К. Возможен ли цикл, в котором: а) горячий источник отдает 700 кДж тепловой энергии, холодный источник получает 300 кДж тепловой энергии, работа цикла равна 400 кДж; б) горячий источник отдает 900 кДж тепловой энергии, холодный источник получает 300 кДж тепловой энергии, работа цикла равна 600 кДж.
• 2. Две тепловые машины работают совместно в циклическом режиме. Первая машина получает энергию от источника теплоты с температурой Г_гор, совершает работу и отдает тепловую энергию с температурой Твторой машине. Вторая машина, получив эту энергию, совершает работу и отдает энергию холодному источнику теплоты с температурой Г_хол. Выразите Т через Г_гор и Г_хол, если: а) работа каждого цикла одинакова; б) термические КПД циклов одинаковы.
• 3. Холодильная установка работает с двумя источниками теплоты с температурами 7 и 47 °C соответственно. Определите, является ли цикл обратимым или необратимым и возможен ли такой цикл в принципе, если: a) Qrop = 1500 кДж, 1Т_ЦНКЛ = = 150 кДж; б) Q_rop = 1600 кДж, Q_xol = 1400 кДж; в) Q_rop = 1600 кДж; W_nilK1 = 400 кДж; г) Р = 7.
• 4. Тепловая машина совершает цикл, работая с двумя источниками теплоты. Температура горячего источника Т_н, температура холодного — 5 °C. Мощность машины равна 50 кВт, тепловой поток к холодному резервуару равен 20 кДж/c. Чему равно минимальное значение Т_п?
• 5. Обратимый цикл имеет термический КПД 0,5, температура горячего источника — 1500 К. Чему равна температура холодного источника?
• 6. Изобретатель утверждает, что создал тепловую машину, которая работает с источниками теплоты с температурами 300 и 800 К и термический КПД которой равен: а) 65%; б) 60%. Не противоречит ли такая машина законам термодинамики?
• 7. Оцените КПД тепловой машины, работа которой основана на разности температур воды в океане на разной глубине, если температура воды у поверхности равна 25 °C, а на глубине 700 м — 7 °C.
• 8. Изобретатель утверждает, что создал устройство, которое, работая в стационарном режиме, получает тепловой поток <2 = 1 кВт при Т = 167 °C и генерирует электричество. Не противоречит ли такое устройство законам термодинамики?
• 9. Изобретатель утверждает, что создал холодильник, который поддерживает температуру в охлаждаемой камере -10°С при температуре окружающей среды 25 °C и холодильный коэффициент которого равен 7. Не противоречит ли такая холодильная установка законам термодинамики?
• 10. Двигатель, работающий по циклу Карно, получает в каждом цикле 15 кДж тепловой энергии от источника теплоты с температурой 1300 К и отдает некоторое количество теплоты в окружающую среду с температурой 290 К. Чему равна работа двигателя за один цикл?
• 11. 300-мегаваттная паротурбииная установка с термическим КПД 40% охлаждается водой из реки. Чему равен тепловой поток, отводимый в реку?
• 12. Мощность автомобильного двигателя, имеющего термический КПД 27%, равна 100 л.с. Определите секундный расход топлива, если теплота сгорания бензина составляет 44 МДж/кг.
• 13. Постройте график зависимости термического КПД цикла Карно как функцию температуры горячего источника теплоты в интервале температур 300—1000 К, полагая, что температура холодного источника равна 300 К.
• 14. Воздух попадает в компрессор с параметрами ?=20°С, р=1 бар, где его давление повышается в 8 раз. Определите необходимую мощность компрессора, если расход воздуха через компрессор составляет 800 кг/ч. Расчеты проведите для двух случаев: а) процесс сжатия является изотермическим; б) процесс сжатия является адиабатным.
• 15. Воздух попадает в компрессор с параметрами t_l = 10 °C,= 1 бар, параметры газа на выходе компрессора: t₂ = 120 'С, р₂ = 6 бар. Мощность компрессора 30 кВт. Определите расход воздуха через компрессор.
• 16. В тепловой машине реализован цикл Карно, в котором температура холодного источника теплоты равна 20Х, а температура горячего — 700 К. В качестве рабочего тела выступает воздух. Давление в конце изотермического расширения равно давлению в начале адиабатного сжатия и составляет 6 бар. Поток массы рабочего тела через машину равен 1 кг/с. Определите мощность двигателя. Изобразите цикл в координатах р— V и T—s.
• 17. Как можно рассчитать изоэнтропную эффективность компрессора, который охлаждается во время работы?
• 18. Воздух попадает в турбину с параметрами 7 = 1200 К, р_{ = 16 бар, поток массы равен 0,9 кг/с. Давление воздуха на выходе из турбины составляет 0,2 МПа.

Определите изоэнтропную эффективность турбины, если ее мощность равна 350 кВт. При проведении вычислений пренебречь тепловыми потерями и изменением кинетической и потенциальной энергий потока. Считаем, что все процессы протекают обратимо.

• 19. Азот попадает в компрессор с параметрами 7 = 290 К, р_{ = 0,1 МПа с объемной скоростью 2,4 м³/с. Температура азота на выходе из компрессора равна 520 К. Изоэнтропная эффективность компрессора равна 82%. Пренебрегая тепловыми потерями и изменением кинетической и потенциальной энергий потока, определите мощность, потребляемую компрессором, и давление азота на выходе из компрессора. Считаем, что все процессы протекают обратимо.
• 20. Воздух попадает в сопло с параметрами Т_х =810 К, р_{ = 4 МПа и покидает сопло со скоростью 220 м/с. Определите температуру и давление воздуха на выходе сопла, если его изоэнтропная эффективность равна 92%. Примем, что кинетическая энергия воздуха на входе в сопло мала.
• 21. Подумайте, как практически можно реализовать цикл Карно. Какие недостатки могут быть у этого цикла?