Bài tập nhiệt động lực học docx

1




Chương 2: Định luật nhiệt động 1
Bài 1: Gió chuyển động với vận tốc ổn định
8,5(m/s)
Hãy xác định năng lượng gió ứng với:
a. Mỗi đơn vị khối lượng, kg
b. Khối lượng 10 kg
c. Lưu lượng G =1154 (kg/s)







Bài 2: Hãy xác định công suất truyền trên trục
khi moment xoắn yêu cầu T=200 N.m, quay với
vận tốc n=4000 vòng/phút.

Bài 3: Xe hơi có khối lượng 1200 kg chuyển động
đều với vận tốc ω=90km/h trên mặt ngang. Xe bắt
đầu leo dốc có độ nghiêng 30
o
so mặt ngang, giả sử
xe vẫn giữ vận tốc ổn định như ban đầu. Hãy xác
định công suất động cơ trong quá trình leo dốc?.




Bài 4: Xe hơi có khối lượng 900 kg chuyển động
trên mặt đường nằm ngang. Xác định công suất
động cơ để xe từ trạng thái tĩnh tăng tốc đạt
vận tốc 80km/h trong 20 giây.

2



Bài 5: Một bình kín chứa lưu chất nóng đang tỏa
nhiệt, trong quá trình này bình nhận một công
truyền từ trục cánh khuấy. Vào lúc ban đầu nội
năng của lưu chất trong bình U
1
= 800kJ, nhiệt
lượng tỏa ra môi trường qua thành bình là 500 kJ,
công nhận từ trục cánh khuấy là 100 kJ. Xác định
nội năng của lưu chất ở trạng thái sau, bỏ qua
biến đổi năng lượng của cánh khuấy và trục nằm
trong hệ thống.







Bài 6: Quạt có công suất 20W dùng để lưu động
không khí trong phòng.
Sử dụng quạt này để đáp ứng yêu cầu lưu lượng
không khí qua quạt G=0,75(kg/s)ở vận tốc đầu ra
ω = 8(m/s)được không ?.


Bài 7: Trong một phòng ban đầu có nhiệt độ bằng

nhiệt độ bên ngoài t
out
=30
o
C. Người ta sử dụng
quạt lớn có công suất 200W để lưu động gió trong
phòng, do quạt hoạt động làm phát sinh chênh lệch
nhiệt độ giữa trong phòng và bên ngoài nên có
nhiệt lượng trao đổi, nhiệt lượng trao đổi xác định
theo biểu thức:

Trong đó
A= 30m
2
diện tích các vách của phòng
t
out
nhiệt độ ngoài phòng,
o
C
t
in
nhiệt độ trong phòng,
o
C
K
f
= 6(W/m
2
K)- hệ số truyền nhiệt qua vách. Hãy

xác định nhiệt độ không khí trong phòng khi hệ
thống làm việc ở điều kiện ổn định.




3



Bài 8: Hộp truyền động ở điều kiện làm việc ổn định có trao đổi năng lượng như hình bên
dưới:
Công suất nhận ở trục truyền
động đầu vào 60 kW, trong
quá trình hoạt động do có
chênh lệch nhiệt độ giữa bề
mặt hộp truyền động và
không khí môi trường nên có
trao đổi nhiệt đối lưu:

Hãy xác định công suất trên
trục ở đầu ra.
Bài 9: Chip điện tử có diện
tích 5mm x 5mm, chiều dày
1mm gắn trên tấm ceramic, ở điều kiện làm việc ổn định, công suất điện đầu vào là 0,225 W.
Bỏ qua nhiệt lượng dẫn
giữa chip và ceramic, mặt
trên được làm mát bằng
không khí có nhiệt độ
20

o
C, hệ số tỏa nhiệt đối
lưu 150(W/m
2
K). Xác định
nhiệt độ mặt trên của chip.



4

Chương 3: Chất thuần khiết
Bài 1: Một bình kín chứa 50 kg nước bão hòa ở 90oC.

Hãy xác định áp suất và thể tích của bình chứa?.
Bài 2: Piston-cylinder chứa 2 ft
3
hơi nước bão hòa ở áp suất 50 spia

Hãy xác định nhiệt độ và khối lượng của hơi trong cylinder?.
Bài 3: Nước bão hòa có khối lượng 200 g bay hơi hoàn toàn ở áp suất không đổi 100 kPa.




5

Hãy xác định:
a. Thể tích thay đổi
b. Nhiệt lượng truyền cho nước

Bài 4: Một bình kín chứa 10 kg nước ở 90oC. 8 kg nước ở trạng thái lỏng và 2 kg còn lại ở
trạng thái hơi

Hãy xác định
a. Áp suất trong bình
b. Thể tích của bình chứa
Bài 5: Một bình kín có thể tích 80 lít chứa 4 kg R-134a ở áp suất 160 kPa

Hãy xác định
a. Nhiệt độ
b. Độ khô
c. Enthalpy
d. Thể tích của pha hơi



6

Bài 6: Xác định nội năng của nước ở áp suất 6 bar và 200oC ?.
Bài 7: Xác định nhiệt độ của nước ở trạng thái 0,5 Mpa và i=2890 kJ/ kg ?.
Bài 8: Xác định nội năng của nước chưa sôi ở 80oC và 5 Mpa
Hãy xác định theo:
a. Số liệu bảng lỏng chưa sôi
b. Số liệu bảng bão hòa
Bài 9: Xác định các thông số còn thiếu trong bảng sau




7

Bài 10: Một bình kín có thể tích được đặt trên bếp điện. Ban đầu bình chứa hỗn hợp nước hai
pha có áp suất p
1
=1 (bar), độ khô x= 50%. Sau khi được gia nhiệt áp suất trong bình tăng lên
p
2
=1,5(bar). Hãy thể hiện quá trình trên đồ thị T-v và xác định
a. Nhiệt độ ở trạng thái đầu và sau,
o
C
b. Khối lượng của hơi ở mỗi trạng thái, kg
c. Nếu được gia nhiệt tiếp tục
thì áp suất là bao nhiêu nếu
nó đạt đến trạng thái bão hòa.

Bài 11: Một hệ thống piston-
cylinder hướng lên chứa 0,05
kg NH
3
. Trạng thái ban đầu
là hơi bão hòa và được đặt
trên bếp điện. Dưới tác động
của trọng lượng piston và áp
suất môi trường, áp suất của
NH

3
là 1,5 bar. Quá trình gia nhiệt diễn ra từ từ với áp suất không thay đổi và kết thúc khi
nhiệt độ đạt giá trị 25
o
C
Hãy thể hiện quá trình trên đồ thị T-v, p-v và
xác định:
a. Thể tích của NH
3
ở mỗi trạng thái, m
3

b. Công thực hiện trong quá trình, kJ.
Bài 12: Một bình kín được cách nhiệt tốt có
thể tích V=0,25m
3
chứa hơi nước bão hòa ở
100
o
C. Hơi nước được khuấy nhanh bằng
cánh khuấy trên trục cho đến khi đạt áp suất
1,5 bar
Xác định:
a. Nhiệt độ ở trạng thái sau
b. Công thực hiện trên trục
Bài 13: Hơi nước chứa trong hệ thống pisron-cylider chịu tác động của hai quá trình nối tiếp
nhau từ trạng thái ban đầu có áp suất 10 bar và nhiệt độ 400
o
C.
Quá trình 1: hơi nước được làm lạnh theo quá trình đẳng

áp đến trạng thái hơi bão hòa;
Quá trình 2: hơi nước tiếp tục được làm lạnh theo quá trình
thể tích không đổi đến nhiệt độ 150
o
C
a. Thể hiện cả hai quá trình trên đồ thị T-v và p-v
b. Công trao đổi trong mỗi quá trình, kJ /kg
c. Nhiệt lượng trao đổi trong mỗi quá trình, kJ/kg
Bài 14: Khí chứa trong hệ thống piston-
cylinder giãn nở theo quá trình đa biến
pv
n
=const. Trạng thái ban đầu khí có áp suất
p
1
=3 (bar), thể tích V
1
=0,1(m
3
) . Sau quá trình
giãn nở thể tích khối khí là V
2
=0,2(m
3
). Hãy
xác định công trao đổi trong quá trình ứng với
a. n=1,5
b. n=1
c. n=0

8

Bài 15: Cho 4 kg khí chứa trong hệ thống piston-cylinder, quá trình diễn ra theo quan hệ
pV
1,5
=const. Trạng thái ban đầu khí có áp suất p
1
=3(bar), thể tích V
1
=0,1(m
3
). Sau quá trình
giãn nở thể tích khối khí là V
2
=0,2(m
3
). Biến thiên nội năng của hệ thống là u
2
-u
1
=-4,6(kJ/kg)
Hệ thống không có sự thay đổi về động năng và thế năng. Hãy xác định nhiệt lượng trao đổi
trong quá trình?.
Bài 16: Không khí chứa trong piston-cylinder đặt thẳng đứng được gia nhiệt bằng nhiệt trở.
Piston có khối lượng
45 kg, tiết diện 0,09
m
2

, áp suất môi
trường tác động lên
piston là 1 bar. Thể
tích không khí tăng
thêm 0,045 m
3
trong
khi áp suất được duy
trì không đổi. Khối
lượng không khí
trong hệ thống là
0,27 kg, nội năng
tăng thêm 42 kJ/ kg. Không khí và piston đứng yên ở trạng thái đầu và kết thúc, vật liệu làm
piston-cylinder là ceramic và được cách nhiệt tốt, bỏ qua ma sát khi piston chuyển động, gia
tốc trọng trường 9,81 m/s
2
. Xác định nhiệt lượng truyền từ điện trở theo hai hệ thống:
a. Hệ chỉ gồm không khí
b. Hệ gồm cả không khí và piston.
Bài 17: Hệ thống piston-cylinder chứa khí ban đầu có thể tích V
1
=0,05(m
3
) áp suất
p
1
=200kPa, ở trạng thái này một lò xo có độ cứng k=150kN/m được đặt vào nhưng chưa có
tác động lực. Người ta gia nhiệt cho khối khí, khối khí giãn nở
nén lò xo cho đến khi khối khí giãn nở đến thể tích gấp đôi ban
đầu. Biết tiết diện piston 0,25m

2
. Hãy xác định:
a. Độ dịch chuyển của piston
b. Áp suất khí trong hệ thống ở trạng thái cuối
c. Tổng công tác động lên khối khí
d. Phần công tác động chống lại lực lò xo.





9

Phần Chu trình
Bài 1. Cho chu trình Rankine lý tưởng có hơi vào tuabin là hơi bão hòa ở áp suất 8,0MPa và
lỏng bão hòa thoát khỏi bình ngưng có áp suất 0,008Mpa. Công suất của chu trình là 100MW.
Xác định hiệu suất nhiệt của chu trình?. Xác định công của bơm cấp?. Xác định lưu lượng
hơi?. Xác định lượng nhiệt cấp cho lò hơi?. Xác định lượng nhiệt ngưng ở bình ngưng?. Xác
định lưu lượng nước làm mát?. Biết nước làm mát đi vào bình ngưng có nhiệt độ 15
o
C và đi ra
có nhiệt độ 35
o
C.
Bài 2. Cho chu trình Rankine như bài 1 nhưng trong quá trình bơm qua bơm cấp và giãn nở
trong tuabin của hiệu suất đoạn nhiệt bằng 85%. Xác định hiệu suất nhiệt của chu trình?. Xác
định công của bơm cấp?. Xác định lưu lượng hơi?. Xác định lượng nhiệt cấp cho lò hơi?. Xác
định lượng nhiệt ngưng ở bình ngưng?. Xác định lưu lượng nước làm mát?. Biết nước làm mát
đi vào bình ngưng có nhiệt độ 15
o

C và đi ra có nhiệt độ 35
o
C.

Bài 3. Cho chu trình Rankine lý tưởng có hơi vào tuabin là hơi quá nhiệt và có quá nhiệt trung
gian. Áp suất vào phần thứ nhất của tuabin 8,0MPa, nhiệt độ 480
o
C và giãn nở đến áp suất
0,7MPa. Sau đó được gia nhiệt đến nhiệt độ 440
o
C trước khi đi vào phần thứ hai của tuabin
sau đó giãn nở đến áp suất bình ngưng 0,008MPa. Công suất của chu trình là 100MW. Xác
định hiệu suất nhiệt của chu trình?. Xác định lưu lượng hơi?. Xác định lượng nhiệt cấp cho lò



10

hơi?. Xác định lượng nhiệt ngưng ở bình ngưng?. Nhận xét ảnh hưởng của quá nhiệt trung
gian đến chu trình?.

Bài 4. Cho chu trình Rankine lý tưởng có gia nhiệt hồi nhiệt nước cấp kiểu hỗn hợp. Hơi vào
tuabin có áp suất 8,0MPa, nhiệt độ 480
o
C và giãn nở đến áp suất 0,7MPa. Tại đây, hơi được
trích và gia nhiệt cho bộ gia nhiệt hồi nhiệt nước cấp kiểu hỗn hợp ở áp suất 0,7 MPa. Hơi
nước còn lại giãn nở qua phần tuabin thứ hai đến áp suất bình ngưng của 0,008 MPa. Lỏng
bão hòa ra khỏi bộ gia nhiệt nước cấp ở áp suất 0,7 MPa. Quá trình bơm qua bơm cấp và giãn
nở trong tuabin của hiệu suất đoạn nhiệt bằng 85%. Công suất của chu trình là 100MW. Xác
định hiệu suất nhiệt của chu trình?. Xác định lưu lượng hơi đi qua tua bin?.

11

Bài 5. Xét một chu trình Ranhkine có gia nhiệt hồi nhiệt nước cấp bao gồm bộ gia nhiệt hồi
nhiệt kiểu hỗn hợp và bộ gia nhiệt hồi nhiệt kiểu bề mặt. Hơi vào tuabin có áp suất 8,0MPa,
nhiệt độ 480
o
C giãn nở đến áp suất 0,7MPa. Sau đó, hơi được đưa qua bộ quá nhiệt trung gian
gia nhiệt tới nhiệt độ 440
o
C trước khi vào phần tuabin thứ hai. Tại đây, hơi nước tiếp tục được
giãn nở đến áp suất bình ngưng 0,008 MPa. Hơi nước được trích từ phần tuabin thứ nhất có áp
suất 2 MPa và gia nhiệt cho bộ gia nhiệt kiểu bề mặt. Nước cấp ra khỏi bộ gia nhiệt kiểu bề
mặt có nhiệt độ bằng 205
o
C và áp suất 8,0 MPa và hơi nước sau khi gia nhiệt ngưng tụ thành
dạng lỏng bão hoà ở áp suất 2 MPa. Nước ngưng được đưa hồi trở lại bộ ra nhiệt kiểu hỗn hợp
bởi van một chiều. Hơi nước trích từ phần tuabin thứ hai ở áp suất 0,3MPa được gia nhiệt cho
bộ gia nhiệt hỗn hợp cũng hoạt động ở áp suất 0,3 MPa. Nước ra khỏi bộ gia nhiệt kiểu hỗn
hợp ở trạng thái lỏng bão hòa áp suất 0,3 MPa. Công suất của Tuabin là 100 MW. Bỏ qua tổn
thất nhiệt ra ngoài môi trường. Nếu môi chất làm việc khi đi qua các tuabin, bơm cấp, lò hơi,
bộ quá nhiệt trung gian, và bình ngưng là các quá trình thuận nghịch. Hãy xác định (a) hiệu
suất nhiệt, (b) lưu lượng hơi nước vào phần tuabin đầu tiên, theo kg/h.

12