Bài Tập Chương 2: Nhiệt Lượng và Động Lực Học | Môn Công Nghệ Kỹ Thuật Nhiệt - Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh

lOMoAR cPSD| 58675420 BÀI TẬP CHƯƠNG 2
Bài 1. Một khối khí dãn nở sinh công thay đổi thể tích L=151,768[kCal], nội
năng giảm một lượng delta_U=510[kJ]. Tính nhiệt lượng Q[kJ] tham gia quá trình.
Bài làm Ta có :
Hệ sinh công → L = 151,768 [kCal] = 635,013[kJ]
Nội năng của hệ giảm → ∆U = - 510 [KJ]
Nhiệt lượng sinh ra tham gia quá trình :
Q = ∆U + L = -510 + 635,013 = 125,013 [kJ]
Vậy : Nhiệt lượng sinh ra tham gia quá trình là 125,013 [kJ].
Bài 2. Trong bình kín có thể tích 80[lít] chứa không khí ở nhiệt độ 0[0C] và áp
suất khí quyển 760[mmHg], độ chân không trong bình 120[mmHg]. Hãy xác
định nhiệt lượng cần thiết Q[kJ] để đốt nóng lên 150[0C]. Coi nhiệt dung riêng
phụ thuộc nhiệt độ theo đường thẳng cv=0,7088+0,00009299.t [kJ/(kg.độ)]. Bài làm Ta có :
cV= 0,7088 + 0,00009299.t = 0,7088 + 0,00009299.(150-0)
== 0,723 [kJ/(kg.độ)]
q = cv . ( t2- t1) = 0,723 . ( 150 – 0 ) = 108,45 [ kJ/kg ]
pk = 760 [mmHg] ; pck = 120 [mmHg] Ta có :
pck= pk – p → p = pk - pck = 760 -120 = 640 [mmHg] = 85324,8 [Pa] lOMoAR cPSD| 58675420
V = 80 [lít] = 0,08 [m3] 85324,8.0,08 p.V p . V =
G . R . T → G = R.T = 8314 .(150+273,15) 29
=0,056 [kg] Ta có : q = QG
→ Q = q . G = 108,45 [kJ/kg] . 0,056[kg] = 6,0732 [kJ]
Vậy : Nhiệt lượng cần thiết để đốt nóng lên 150 °C là 6073,2 [J].
Bài 3. Cylinder có đường kính d=130[mm] chứa lượng không khí V=0,008[m3],
áp suất p1=3[bar], nhiệt độ t1=25[0C]. Hỏi lực tác dụng lên piston delta_F[N] sẽ
tăng lên bao nhiêu nếu không khí nhận nhiệt lượng Q=80[kJ] và piston không
chuyển động. Cho cv=0,72 [kJ/(kg.độ)]. Bài làm Ta có:
p1= 3 [bar] = 3.105[Pa] = 3.105[N/m2]
t1 = 25 [°C] → T1= 298,15 [K]
V = 0,008 [m3] p1V 3.105.0,008
→ p1. V = G . R . T1 ↔ G =
RT1= 8314 .298,15 = 0,028 29 [kg] Ta có :
q = cv . ( t2-t1)
↔ QG = cv . (t2-t1) ↔
= 0,72 . ( t2 – 25 ) lOMoAR cPSD| 58675420
→ t2 = 3993,254 [ °C]
→ T2 = 4266,404 [K] Ta có :
Tp11= Tp22→ p2 p1T1 2 3.105.4266,404 = 4292876,74 = T = [Pa] Ta lại có :
Lực tác dụng lên piston lúc đầu : p1 =
FS1 ↔ F1 = p1.S = 3.105.π .04,132 = 3981,969 [N]
Lực tác động lên piston lúc sau : p2 =
FS2 ↔ F2 = p2. S = 4292876,74 . π .0,132 4 = 56980,336 [N]
Lực tác dụng lên piston ∆F sẽ tăng là :
∆F = F2 - F1= 56980,336 – 3981,969 = 52998,367 [N].
Vậy : Lực tác dụng lên piston nếu không khí nhận nhiệt lượng Q=80[kJ] và
piston không chuyển động là 52998,367N.
Bài 4. Không khí trong động cơ đốt trong có thông số trạng thái ban đầu: Áp
suất 4[at], nhiệt độ 300[0C]. Hỏi áp suất p2[at] sẽ là bao nhiêu nếu ta cấp lượng
nhiệt đẳng tích q=420[kCal/kg]. Cho cv=0,72 [kJ/(kg.độ)]. Bài làm Ta có :
q = 420[kCal/kg] = 1757,322 [kJ/kg]
q = cv . ( t2 - t1) ↔ 1757,322 = 0,72 . ( t2 – 300 )
→ t2 = 2740,725 [°C] lOMoAR cPSD| 58675420
→T2 = 3013,875 [K] Ta có :
Tp11 = Tp22 ↔ 4 =
3013,875p2 → p2 = 21,034 [at]
Vậy : p2 = 21,034 [at].
Bài 5. Không khí có khối lượng 0,35[kg] chứa trong bình kín, thể tích V1=40[lit],
áp suất p1=8[bar]. Để làm lạnh, người ta lấy đi một nhiệt lượng Q=10[kCal]. Hãy xác định
nhiệt độ t2[0C], áp suất p2[bar], độ biến thiên enthalpy delta_i[kJ/kg]. Bài làm Ta có :
p1 = 8 [bar] = 8.105[Pa]
V1 = 40 [lít] = 0,04 [m3]
→ p1.V1 = G.R.T1 ↔8.105.0,04 = 0,35. . T1
→ T1 = 318,911 [K]
→ t1 = 45,761 [°C] Ta có :
cv = k−11.1000R [kJ/kmol.độ] = 1,4−1 . 29.1000 = 0,717 [kJ/kg.độ]
c p = k−k 1 . 1000R [ kJ/kmol.độ] = 1,4−1 . 29.1000 = 1,003 [kJ/kg.độ]
Q = 10 [kCal] = 41,841 [kJ] → q = Q
G = cv . ( t2 - t1 ) ↔
0,35 = 0,717. ( t2 – 45,761 )
→ t2 = 212,491 [°C] lOMoAR cPSD| 58675420
→T2= 485,641 [K] Ta có :
Tp11 p22 8.105 = p2 → p2 = 1218248,351 [Pa] = T ↔ 318,911 485,641 Ta có :
∆i = c p. ( T2 - T1) = 1,003 . (485,641 – 318,911)
= 167,230 [kJ/kg] Vậy :
t2 = 212,491 [°C] p2 = 1218248,351 [Pa]
∆i = 167,230 [ kJ/kg].