Đề thi giữa kì môn nhiệt động lực học kĩ thuật có đáp án (3)

Đại học Bách Khoa Tp. Hồ Chí Minh
Khoa Cơ khí
Bộ môn Công nghệ nhiệt lạnh

ĐỀ KIỂM TRA GIỮA KỲ
Môn: Nhiệt động lực học kỹ thuật
Ngày thi: 14-10-2012
Thời gian làm bài: 45 phút. Sinh viên được sử dụng tài liệu
Bài 1: Một hỗn hợp khí lý tưởng gồm có 0,12 kg O2, 0,18 kg CO và 0,1 kg CO2. Cho biết
áp suất của hỗn hợp là 180 kPa. Xác định:
a) số mũ đoạn nhiệt của hỗn hợp,
(3 điểm)
b) hằng số chất khí của hỗn hợp,
(2 điểm)
c) phân áp suất của từng thành phần,
(2 điểm)
d) công kỹ thuật khi nén đoạn nhiệt hỗn hợp đến áp suất 1,2 MPa, nhiệt độ 235 oC.
Nhận xét kết quả.
(2 điểm)
Bài 2:
a) (0.5 điểm) Một chất khí thỏa mãn phương trình trạng thái van der Waals như sau:

(p 

a
)(v  b)  RT
v2

trong đó a và b là các hằng số.
Hãy lập công thức tính công do sự thay đổi thể tích từ v1 đến v2 trong quá trình đẳng
nhiệt.

b) (0.5 điểm) Cho biết chất khí có a = 1,4.103 N.m4/kg2 và b = 3,2.10-5 m3/kg. Tính
công ở trên khi chất khí H2 giãn nở từ thể tích 10 lit/kg đến thể tích 22,4 lit/kg
trong quá trình đẳng nhiệt ở nhiệt độ 20oC.
Chủ nhiệm bộ môn

Giảng viên ra đề

GS. TS. Lê Chí Hiệp

TS. Nguyễn Minh Phú


ĐÁP ÁN
Bài 1:
a) gO2=0,12/(0,12+0,18+0,1)=0,3
gCO=0,18/(0,12+0,18+0,1)=0,45
gCO2=0,25
cp= gO2cpO2+ gCOcpCO+ gCO2cpCO2=0,3x29,3/32+0,45x29,3/28+0,25x37/44
=0,9558 kJ/kg.K
cv= gO2cvO2+ gCOcvCO+ gCO2cvCO2=0,3x20,9/32+0,45x20,9/28+0,25x29,3/44
=0,6983 kJ/kg.K
k=cp/cv=1.37
b) R=8314(0,3/32+0,45/28+0,25/44)=258,8 J/kg.K
(   32.125kg / kmol )
c) Đối với từng chất khí:

piV=GiRiT

Đối với hỗn hợp:

pV=GRT

Lập tỉ số ta được:

pi=pgiRi/R

pO2=180x0,3x(8314/32)/258,8 = 54,2 kPa
pCO=180x0,45x(8314/28)/258,8 = 92,9 kPa
pCO2=180x0,25x(8314/44)/258,8 = 32,9 kPa


cách khác:
rO 2  g O 2


 0.3012
O2

p O 2  prO 2  54,2kPa

rCO  g CO


 0.5163
 CO

p CO  prCO  92,9kPa

rCO2  g CO2


 0.1825
 CO2

p CO2  prCO2  32,9kPa

d)

p 
T1  T2  2 
 p1 
Wkt  m

1 k
k

 1200 
 (235  273)

 180 

11, 37
1, 37

 304 K

k
1,37
R (T2  T1 )  0,4
258,8(235  273  304)  78kJ

1 k
1  1,37

Bài 2:
a) Biến đổi phương trình trạng thái: p 

RT
a
 2
vb v

Công thay đổi thể tích
2

a 
a
2
 RT
w   pdv   
 2 dv  RT ln ( v  b) 1 
v 
v1
1
1v  b
2

2

w  RT ln

 1
v2  b
1
 a   
v1  b
 v 2 v1 

b) v1 = 10 lit/kg = 10-2 m3/kg; v2 = 22,4 lit/kg = 22,4x10-3 m3/kg
Áp dụng công thức trên với a = 1,4.103 N.m4/kg2 và b = 3,2.10-5 m3/kg


w

8314
22,4.10 3  3,2.10 5
1
1 

(20  273) ln
 1,4x103 
 2 
2
5
3
2
10  3,2.10
10 
 22,4.10

= 984451-77500 = 906951 J/kg