Практическая работа по теме: "Тепловые двигатели"

Практическая работа

Тема: «Тепловые двигатели»

Задача 1. В котле паровой машины температура 160°С, а температура холодильника 10 °С. Какую максимальную работу может теоретически совершить машина, если в топке, коэффициент полезного действия которой 60 %, сожжён уголь массой 200 кг с удельной теплотой сгорания 2,9 • 10⁷ Дж/кг?

Задача 2. Паровая машина мощностью N = 14,7 кВт потребляет за 1 ч работы топливо массой m = 8,1 кг, с удельной теплотой сгорания q = 3,3 • 10⁷ Дж/кг. Температура котла 200 °С, холодильника 58 °С. Определите КПД этой машины и сравните его с КПД идеальной тепловой машины.

Задача 3. В двигателе Внутреннего сгорания было израсходовано 0,5 кг горючего, теплота сгорания которого 46·10⁶ Дж/кг при этом двигатель совершил 7·10⁶ Дж/кг полезной работы. Каков его КПД?

Задача 4. В процессе работы тепловой машины за некоторое время рабочим телом было получено от нагревателя количество теплоты Q₁ = 1,5 • 10⁶ Дж, передано холодильнику количество теплоты Q₂ = -1,2 • 10⁶ Дж. Вычислите КПД машины и сравните его с максимально возможным КПД, если температуры нагревателя и холодильника соответственно равны 250°С

и 30 °С.

Задача 5.Рабочее вещество тепловой машины совершает цикл Карно между изотермами T и T₁ (T₁ T) (рис. 2). Холодильником является резервуар, температура которого постоянна и равна T₂ = 200 К (T₂₂), где α = 1кВт/К. Теплообмен рабочего вещества с нагревателем происходит непосредственно при T₁ = 800 К. Полагая, что продолжительность изотермических процессов одинакова, а адиабатических - весьма мала, найдите температуру "холодной" изотермы T, при которой мощность тепловой машины наибольшая. Определите наибольшую мощность тепловой машины.

Задача 6. Идеальная холодильная машина имеет в качестве холодильника резервуар с водой при 0°С, а в качестве нагревателя - резервуар с кипящей водой. Какую работу надо совершить, чтобы превратить в лед 1 кг воды? Какое количество воды в нагревателе превратится при этом в пар? Удельная теплота плавления льда λ = 340 кДж/кг, удельная теплота парообразования воды r = 2260 кДж/кг.

Задача 7. Тепловая машина имеет коэффициент полезного действия (к.п.д.) η = 20 %. Каким станет ее к.п.д., если количество теплоты, потребляемое за цикл, увеличится на 40 %, а количество теплоты, отдаваемое холодильнику, уменьшится на 20 %?

Задача 8. В тепловом двигателе температура холодильника составляет 0⁰ С, а температура нагревателя равна 3073 К. Определите максимальный возможный КПД такого двигателя (в %).

Задача 9. Двигатель внутреннего сгорания совершил работу, равную 55 МДж. При этом было затрачено 4,2 л бензина. Определите плотность бензина (в кг/м3), если КПД двигателя равен 40%.

Задача 10. Двигатель автомобиля развивает мощность 25 кВт. Определите КПД двигателя, если при скорости 60 км/ч он потребляет 12 л бензина на 100 км пути. Плотность бензина 700 кг/м3. При сгорании 1 кг бензина выделяется количество теплоты, равное 4,5 • 107 Дж.

Задача 11. В цилиндре находится газ, для нагревания которого сжигают нефть массой 2 кг с удельной теплотой сгорания 4,3 • 107 Дж/кг. Расширяясь, газ совершает работу 10 кВт • ч. На сколько изменилась внутренняя энергия газа? Чему равен КПД установки?

Задача 12. В паровой турбине для получения пара с температурой 250 °С сжигают дизельное топливо массой 0,35 кг. При этом пар совершает работу 1 кВт • ч. Температура холодильника 30 °С. Вычислите КПД турбины. Удельная теплота сгорания дизельного топлива 42 МДж/кг.

Задача 13. Какой должна быть температура нагревателя, для того чтобы стало возможным достижение значения КПД тепловой машины 80 %, если температура холодильника 27 °С?