Nhiệt động lực học kỹ thuật - Đề thi giữa kì

''Nhiệt động lực học '' là một môn học thuộc khối kiến thức kỹ thuật cơ sở; môn học trang bị cho sinh viên ngành năng lượng nhiệt, ngành kỹ thuật cơ khí, ngành động lực... những kiến thức sâu

1/ Kiểm tra giữa HK II 2007-2008 (27/3/2008)

Thời gian : 45 phút -

Bài 1 (8 điểm)

Một hỗn hợp khí lý tưởng gồm có 0,35kg N2; 0,125kg O2 và 0,025kg CO2

Ở trạng thái ban đầu hỗn hợp có nhiệt độ là 37 0 C và thể tích là 300lít Sau khi thực hiện quá trình nén đa biến với số mũ n = 1,25 thì nhiệt độ hỗn hợp tăng thêm 80 0 C Xác định:

1 Áp suất hỗn hợp sau khi nén,

2 Số mũ đoạn nhiệt,

3 Nhiệt lượng trao đổi của quá trình

Bài 2 (2điểm)

Cho 2,5kg khí Mêtan (CH4) giãn nở người ta nhận được một công thay đổi thể

tích là 650kJ Trong quá trình giãn nở nội năng của khối khí giảm đi một lượng là 255kJ Xác định nhiệt lượng trao đổi và độ biến thiên nhiệt độ của quá trình

ĐÁP ÁN Bài 1

1 Áp suất hỗn hợp sau khi nén:

bar

6

,

4

2 =

p

2 Số mũ đoạn nhiệt:

395 , 1 719 , 0

00285 , 1 c

c

k

hh

v

=

3 Nhiệt lượng trao đổi:

1 25 , 1

395 , 1 25 , 1 719 , 0 5 , 0

−

−

=

−

−

−

n

k n Gc

Q

hh

v

Bài 2

Nhiệt lượng: Q=ΔU+Ltt =−255+650=395kJ

Gc

U T

T T

v

0 1

2 − = Δ =−55,7

= Δ

2/ ĐỀ THI GIỮA HỌC KỲ I (07-08) – DỰ THÍNH

Môn thi : NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT

Ngày thi : 24/11/2007 Thời gian : 45 phút (Sinh viên được phép sử dụng tài liệu)

Khảo sát một hỗn hợp khí lý tưởng gồm 3 khí CO2, N2, O2 có thành phần thể tích lần lượt là 0,05; 0,2; 0,75 Ban đầu hỗn hợp có áp suất p1 = 4 bar, thể tích V1 = 0,2 m3, nhiệt độ t1 = 80 0C được cho giãn nở đến khi thể tích tăng 1,75 lần so với ban đầu

Xác định áp suất p2, nhiệt độ t2 và công thay đổi thể tích lần lượt theo các trường hợp sau:

1 Giãn nở theo quá trình đẳng nhiệt,

2 Giãn nở theo quá trình đoạn nhiệt,

3 Giãn nở theo quá trình đa biến với n = 1,25

4 Biểu diễn 3 trường hợp này trên cùng 1 đồ thị p – v và nhận xét công trao đổi trong 3 trường hợp

-

Đáp án

1 Đẳng nhiệt:

C 80 t

t2 = 1= 0

2857 , 2 75 , 1

4

Ltt =4.105.0,2.ln(1,75)=44,769 kJ

2 Đoạn nhiệt:

p2 = 1 , 8353 bar

T2 = 283 , 4K

L tt =40,157 kJ

3 Đa biến:

9873 , 1

2 =

307

2 =

T K = 34 0C

78 , 41

=

3/ ĐỀ THI GIỮA HỌC KỲ II (06-07) – DỰ THÍNH

Môn thi : NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT

Ngày thi : 21/04/2007 Thời gian : 45 phút (Sinh viên được phép sử dụng tài liệu)

Có 0,5 kg không khí ở trạng thái ban đầu có áp suất p1 = 302kPa, nhiệt độ t1 = 3500C được làm lạnh theo quá trình đẳng tích đến trạng thái 2 có áp suất p2 = 100 kPa, sau đó được giãn nở với áp suất không đổi đến trạng thái 3 rồi được nén đẳng nhiệt để trở về trạng thái ban đầu

1 Biểu diễn các quá trình trên cùng một đồ thị p – v

2 Xác định các thông số trạng thái (p, v, T) tại 1, 2, 3

Tính: độ biến thiên nội năng, độ biến thiên entanpy, độ biến thiên

entropy, công thay đổi thể tích, nhiệt lượng trao đổi của các quá trình -

Đáp án :

Các thơng số trạng thái (p,v,T) tại 1, 2, 3

v1 = 0,591 m3/kg

v2 = v1 = 0,591 m3/kg

T2 = 206,3 K

T3 = T1 = 350oC

v3 = 1,786 m3/kg

Độ biến thiên nội năng:

kJ

U1 2 = − 150 , 4

Δ −

kJ

U2 3 =150,4

0

1

3 =

ΔU −

Độ biến thiên entanpy:

0

5 , 210

5 , 210

1

3

3

2

2

1

=

Δ

=

Δ

−

=

Δ

−

−

−

I

kJ I

kJ I

Độ biến thiên entropy:

K kg kJ S

K kg kJ S

K kg kJ S

/ 4 , 158

/ 6 , 0

/ 4 , 0

1

3

3

2

2

1

−

= Δ

= Δ

−

= Δ

−

−

−

Công thay đổi thể tích:

kJ W

kJ W

W

7 , 98

7 , 59 0

1

3

3

2

2

1

−

=

=

=

−

−

−

Nhiệt lượng trao đổI:

kJ Q

kJ Q

kJ Q

7 , 98

5 , 210

4 , 150

1

3

3

2

2

1

−

=

=

−

=

−

−

−

4/ ĐỀ KIỂM TRA HỌC KỲ II (06-07) Môn thi : NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT

Ngày thi : 02/04/2007 Thời gian : 45 phút (Sinh viên được phép sử dụng tài liệu) -

- Lúc ban đầu nhiệt độ, áp suất và thể tích của hỗn hợp lần

- Sau khi tiến hành một quá trình, nhiệt độ và áp suất của hỗn

a Xác định phân áp suất của mỗi thành phần tại trạng thái đầu và trạng thái cuối

b Xác định công và nhiệt lượng trao đổi giữa hệ thống và môi trường

c Kiểm tra định luật 1

-

ĐÁP ÁN

1 Xác định phân áp suất:

Trạng thái 1:

bar

083

,

1

2 =

CO

p

bar

917

,

0

2 =

N

p

Trạng thái 2:

625

,

1

2 =

CO

375

,

1

2 =

N

2 Xác định công và nhiệt lượng trao đổi:

493 , 0

1

1

1V =GRT ⇒G hh =

42

,

1

=

⇒ n

Công trao đổi:

607

,

10

−

=

tt

kJ

062 , 15

= tt

kt n L

L

→ Hệ thống nhận công

Nhiệt lượng trao đổi:

( ) 3,019 1

−

−

n

k n

c

G

Q

hh

v

→ Hệ thống nhận nhiệt

3 Kiểm tra định luật 1:

v

G

U

=

5/ ĐỀ THI GIỮA HỌC KỲ III (06-07)

Môn thi : NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT

Ngày thi : 28/07/2007 Thời gian : 40 phút (Sinh viên được phép sử dụng tài liệu)

Khảo sát một hệ thống nhiệt động làm việc với chất môi giới là không khí Từ trạng thái ban đầu có p1 = 1 bar, t1 = 300C, V1 = 0,007 m3 không khí được nén theo quá trình đoạn nhiệt đến trạng thái 2 có V2 = 0,001 m3 Sau đó không khí được cấp nhiệt theo quá trình đẳng tích đến trạng thái 3 có áp suất p3 = 24 bar rồi giãn nở sinh công theo quá trình đoạn nhiệt đến trạng thái 4 có nhiệt độ

t4 = 2040C

1 Xác định các thông số (p, V, T) tại các điểm 1, 2, 3, 4

2 Xác định nhiệt lượng cấp cho quá trình 2 – 3 và công sinh ra của quá trình

3 – 4,

3 Biểu diễn tất cả các quá trình trên cùng đồ thị p – v

Đáp án

1 Xác định các thông số:

Trạng thái 1:

p1 = 1 bar

T1 = 30 + 273 = 303 K

V1 = 0,007 m3

Trạng thái 2:

Quá trình 1 – 2: đoạn nhiệt

V2 = 0,001 m3

245 , 15

2 =

660

2 =

T K = 387 0C

Trạng thái 3:

Quá trình 2 – 3: đẳng tích

p3 = 24 bar

V3 = V2 = 0,001 m3

1039

3 =

T K = 766 0C

Trạng thái 4:

Quá trình 3 – 4: đoạn nhiệt

T4= 204 + 273 = 477 K

V4 = 0,007 m3

574 , 1

4 =

2 Nhiệt lượng cấp vào:

( 3 2) 2,204

23=Gc T −T =

Công sinh ra:

24

,

3

34 =

54 , 4 34

34 = L k =

-

6/ ĐỀ KIỂM TRA GIỮA HỌC KỲ II (2005-2006)

Môn thi : NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT

Ngày thi : 29/03/2006 Thời gian : 45 phút

(Sinh viên được phép sử dụng tài liệu) Sinh viên chọn làm 1 bài trong 2 bài dưới đây:

Bài 1

Một bình chứa không khí có thể tích V = 3,5 m 3 ; ban đầu nhiệt độ t 1 = 32

0 C , áp kế trên bình chỉ 0,5 bar Người ta nạp thêm vào bình 20 kg không khí thì

thấy nhiệt độ trong bình tăng thêm 48 0 C Xác định:

1 Số chỉ của áp kế sau khi nạp

2 Sau khi nạp xong người ta làm lạnh bình bằng cách lấy đi một nhiệt lượng

là 760 kJ Xác định nhiệt độ không khí và số chỉ áp kế sau khi làm lạnh

3 Biểu diễn quá trình làm lạnh trên đồ thị p-v và T-s

Cho áp suất khí quyển p kq = 100 kPa

Bài 2

Khảo sát một khối CO2 lúc ban đầu có V1 = 20 lít , p1 = 3 bar và t1 = 45

0 C Sau khi cấp vào một công 0,5 kJ người ta thấy hệ thống nhả ra một nhiệt

lượng là 0,25 kJ và tiến đến trạng thái 2 (có áp suất p2 và nhiệt độ t2) Xác định

áp suất và nhiệt độ của khối khí tại trạng thái 2, nói rõ đặc điểm của quá trình

đang khảo sát

ĐÁP ÁN

Bài 1

kg

26 20 6 20 G

Áp kế chỉ: p 2 =p2 −pkq =7,52−1=6,52 bar

Nhiệt độ không khí sau khi làm lạnh:

0

(3 2) 3 39,5

Áp kế sau khi làm lạnh chỉ: p 3 =p3 −pkq =6,653−1=5,653 bar

T3

T2

q23

p2

p3

v

Bài 2 :

Khối lượng của khối CO2 đang khảo sát:

G =

1

1 1

T R

V p

=

318 8314

44 02 , 0 10

3 5

= 0,0998 kg

Giả sử quá trình đa biến với số mũ đa biến n

W = G.R

n 1

T

T2 1

−

−

Q = G.cv

1 n

k n

−

−

.(T2-T1) Suy ra : n = 1,15

T2 = 322 K

p2 = 3,3 bar

7/ ĐỀ THI GIỮA HỌC KỲ III (05-06)

Môn thi : NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT

Ngày thi : 23/07/2006 Thời gian : 45 phút (Sinh viên được phép sử dụng tài liệu)

Bài 1 (5 điểm)

Một piston-xylanh bên trong chứa một khí lý tưởng ở trạng thái ban đầu có p 1 =

0,5 MPa, V1 = 100 lít được giãn nở từ từ đến trạng thái 2 có V2 = 250 lít Giữa áp

suất và thể tích có quan hệ pVn = const Xác định công giãn nở của khối khí trong

các trường hợp sau:

1 n = 1,35

2 n = 1

3 n = 0

4 Biểu diễn tất cả các quá trình trên cùng đồ thị p – v Nhận xét

Bài 2 (5 điểm)

Khảo sát một lò hơi có năng suất G = 40 kg/s Cho biết quá trình cấp

nhiệt trong lò hơi là đẳng áp từ trạng thái ban đầu có p 1 = 100 bar, t1 = 160 0 C đến

trạng thái 2 có

t 2 = 550 0 C Xác định:

1 Entanpy, entropy của nước và hơi nước ở trạng thái đầu và cuối

2 Công suất nhiệt cung cấp cho lò hơi (kW)

3 Biểu diễn quá trình trên đồ thị p – v, T – s

-

CHÚ Ý: SINH VIÊN NỘP LẠI ĐỀ THI

ĐÁP ÁN

Bài 1

1 Trường hợp: n = 1,35

39286

=

tt

L J = 39,286 kJ

2 Trường hợp n = 1: đẳng nhiệt

45815 1

, 0

25 , 0 ln 1 , 0 10 5

1

2 1

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛

=

=

V

V V

p

3 Trường hợp n = 0: đẳng áp

( ) 5.105.(0,25 0,1) 75000

1

4 Đồ thị

p

v

n = 0

n = 1

n = 1,35

Bài 2 (5đ)

1 Trạng thái 1: Lỏng chưa

sôi

→ i1 = 681 kJ/kg; s1 = 1,919 kJ/kg.K

2 Trạng thái2: Hơi quá nhiệt

→ i1 = 3496,5 kJ/kg; s2 = 6.7485 kJ/kg.K

3 Nhiệt lượng cung cấp (quá trình đẳng áp)

( ) 112620

. 2 − 1 =

=G i i

4 Đồ thị:

K

v

p

p1 = p2

x = 0

T

K

s

x = 1

1

2

8/ ĐỀ THI GIỮA HỌC KỲ Môn thi : NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT

Ngày thi : 30/03/2005 Thời gian : 45 phút

(Sinh viên được phép sử dụng tài liệu & máy tính) Bài 1: Cho hỗn hợp khí lý tưởng gồm 2 khí O 2 và khí A Biết khối lượng và thành phần khối lượng của khí O 2 trong hỗn hợp là 1,5kg và 30% Thể tích, nhiệt độ và áp suất của hỗn hợp lần lượt là 1m 3 ; 47 o C và 4,5727bar Hãy xác định

a Hai công thức hoá học cóthể có của khí A. Biết khí A là khí 2 nguyên tử (3 điểm)

b Thành phần thể tích của từng khí (1 điểm)

Bài 2: Khảo sát một khối khí O 2 có thể tích ban đầu là V 1 =0,5m 3; nhiệt độ

t 1 =27 o C; G=0,8kg Sau đó người ta nén khối khí này đến trạng thái 2 có

V 2 =0,2m 3 ; t 2 =87,5 o C

Hãy xác định:

a Đặc điểm quá trình đang khảo sát (2 điểm)

b Nhiệt lượng của quá trình Nhận xét (2 điểm)

c Công của quá trình Nhận xét (1 điểm)

-

ĐÁP ÁN

Bài 1:

a μA = 28

Vậy A có thể là CO hoặc N2

b Thành phần thể tích

273 , 0 32

0909 , 29 3 , 0 r r

μ

μ

=

727 , 0 273 , 0 1

rA = − =

→

Bài 2:

a Quá trình khảo sát là quá trình đa biến n =1,2

n

k n Gc

1Δ =−

−

−

kJ n

T T GR

1

2

−

−

d ΔU =Gc vΔT = 60,5=31,6kJ =Q−W

32

9 , 20 1

9/ ĐỀ THI GIỮA HỌC KỲ III (04-05)

Môn thi : NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC KỸ THUẬT

Ngày thi : 23/07/2005 Thời gian : 45 phút (Sinh viên được phép sử dụng tài liệu & máy tính)

Một xylanh có đường kính d = 200 mm chứa hỗn hợp khí lý tưởng có

thành phần khối lượng như sau: = 3%; = 21%; = 76% Ban đầu hỗn hợp khí có thể tích V

2 CO

1 = 11 lít, áp suất p1 = 0,3 MPa, nhiệt độ t1 = 15 0C Sau khi trải qua một quá trình nhiệt động, ta thấy nội năng của hỗn hợp khí tăng lên một lượng là 2000 J

Tính lực tác dụng lên piston, công thay đổi thể tích, công kỹ thuật và nhiệt lượng trao đổi vào cuối quá trình nếu xảy ra các trường hợp sau đây:

Trường hợp 1 - Piston không dịch chuyển

Trường hợp 2 - Áp suất không thay đổi so với ban đầu Trong trường hợp này piston dịch chuyển vào hay ra một đoạn là bao nhiêu?

-

CHÚ Ý: SINH VIÊN NỘP LẠI ĐỀ THI

ĐÁP ÁN

08

,

29

=

hh

04 , 0

1

1

1 =

=

RT

V

p

2 N 2 2 O 2 2 CO 2

hh CO v O v N v

=

Δ

hh hh

v v

c G

U t

t t c

G

1 Piston không dịch chuyển so với ban đầu ⇒ quá trình đẳng tích

=

=

4

2 2

2

d p

0

Ltt =

=V p2 p1

Q = ΔU = 2 kJ

2 Áp suất không thay đổi so với ban đầu ⇒ quá trình đẳng áp p2′ =p1 =3 bar

4

2 , 0 14 , 3 10 3

2 5

2

= p.V2 V1

0

Lkt =

2 N 2 2 O 2 2 CO 2

hh CO p O p N p

8 , 2

Q

hh

Tính độ dịch chuyển của piston:

083 , 0 4

2 =

Δ

=

Δ

d

V

l