Pytania egzaminacyjne dla studentów Kierunków MiBM oraz Inżynieria Bezpieczeństwa z przedmiotu Termodynamika
Uwaga:
1. Przy przygotowaniu się do egzaminu należy przede wszystkim posługiwać się materiałem z wykładu, w drugiej kolejności z podanej literatury. Korzystanie z Internetu i Wikipedii może prowadzić do niewłaściwych odpowiedzi.
2. Odpowiedzi do pytań mają zawierać wzory wyprowadzenia i rysunki. Tekst pisany nie jest oceniany poza wyjaśnieniami definicyjnymi.
3. Podane przykłady na egzaminie będą miały nieco zmienione dane. Wszystkie obliczenia są krótkie a większość do wykonania w jednej linijce.
Pytania egzaminacyjne:
1. Parametry stanu układu. Jednostki miary, przekształcanie jednostek ciśnienia (przykłady zamiany mmH2O, mmHg, Pa, bar, at). Przykład: ciśnienie otoczenia wynosi 740 [Tr] ciśnienie manometryczne 2 [MPa], podać ciśnienie bezwzględne.
2. Ilość substancji. Znaczenie pojęć: masa, objętość normalna, gęstość normalna. Przeliczenie pomiędzy masą, Vn i ilością kmol. Przykład: Ile waży 1 [kmol] CH4, ile waży 1 [m3n] CO2.
3. Równanie stanu substancji, podać przykład - równanie stanu gazu doskonałego. Obliczyć ciśnienie jeśli T=600K, V=1[m3], n=0.5[kmol]
4. I zasada termodynamiki, bilans energii układu. Rodzaje energii w układnie oraz doprowadzanej i wyprowadzanej. Ile ciepła należy doprowadzić do układu jeśli wykonuje 100[kJ] pracy bezwzględnej a przyrost energii wewnętrznej wynosi 50[kJ]
5. Praca w termodynamice. Praca bezwzględna, techniczna i użyteczna. Praca wewnętrzna i zewnętrzna przemiany. Zależności i wykresy w układzie p-V. Obliczyć wszystkie rodzaje pracy dla przemiany izochorycznej od stanu 1: T=300 K, p=10 [bar], V=1 [m3] do ciśnienia końcowego 5 [bar]. Ciśnienie otoczenia wynosi 1 [bar].
6. Ciepło w termodynamice. Ciepło właściwe, średnie, rzeczywiste i zależności pomiędzy nimi. Obliczyć ciepło dostarczone do wody o c=4.18 [kJ/kgK] m=1 [kg] i Δt=10 [K].
7. II zasada termodynamiki. Pojęcie entropii.
8. Równania kaloryczne substancji, Przykłady zależności dla gazu doskonałego i półdoskonałego. O ile wzrośnie entalpia 1 [kmol] dwuatomowego gazu doskonałego jeśli jego temperatura wzrośnie o 10[K]
9. Przedstawić przemiany charakterystyczne gazu doskonałego w układach p-v, T-s, p-T. 12. Przemiana izentropowa gazu doskonałego zależności pomiędzy parametrami przemiany p,V,T.
10. Ciepło właściwe gazu doskonałego - obliczanie na podstawie ilości stopni swobody. Oblicz (Mcp) dla dwuatomowego gazu doskonałego.
11. Ciepło właściwe przemiany politropowej - wyprowadzić zależność.
12. Podać prawa Leduca i Daltona dla mieszanin gazów. Zastępcze średnie wielkości właściwe.
13. Zdefiniować obieg termodynamiczny i wyprowadzić II zasadę termodynamiki dla obiegu.
14. Podać zależności określające sprawność silnika oraz efektywność grzania i ziębienia dla dowolnego obiegu. Podać maksymalne wartości (Carnota) dla zadanych temperatur maksymalnej i minimalnej obiegu. Obliczyć sprawność obiegu Carnota dla Td=600[K], Tw=300[K]
15. Omówić obiegi: Carnota, Otto, Diesla,. Przedstawić na wykresach p-V i T-s.
16. Parametry opisujące stan mieszanin wielofazowych. Pojęcie stopnia suchości pary. Obliczyć x jeśli masa pary nasyconej suchej wynosi 100[kg] a masa cieczy w stanie wrzenia 25[kg].
17. Naszkicować wykresy p-t, p-v, T-s i i-s dla H2O z zaznaczeniem przemian charakterystycznych (izobary i izotermy)
18. Podać równania kaloryczne i równanie stanu dla pary nasyconej i przegrzanej. Obliczyć entalpię właściwą pary nasyconej mokrej jeśli x=0.7, temperatura wynosi 200[oC] entalpia właściwa pary nasyconej suchej wynosi 2792[kJ/kg] a cieczy w stanie wrzenia 852[kJ/kg]
19. Omówić obiegi parowe: Lindego i Clausiusa-Rankine'a.
20. Parametry opisujące stan gazu wilgotnego. Równania kaloryczne gazu wilgotnego. Obliczyć X oraz Xz jeśli temperatura wynosi 20[oC] wilgotność względna 50%, ciśnienie otoczenia 100[kPa] a ciśnienie nasycenia dla 20[oC] wynosi 0.0023392[MPa].
21. Naszkicować wykres Molliera i-X i wrysować przemiany zachodzące przy izobarycznym chłodzeniu powietrza poniżej punktu rosy.
22. Sposoby przekazywania ciepła i podstawowe zależności je opisujące.
23. Przenikanie ciepła przez przegrodę płaską przenikalność cieplna przegrody k. Obliczyć k dla przegrody jednowarstwowej jeśli α1=5[W/m2K], α2=15[W/m2K], grubość ścianki 10[cm] wykonanej z materiału o przewodności cieplnej 0.15[W/mK]
24. Rodzaje paliw i podstawowe równania stechiometryczne spalania.
25. Obliczenie minimalnej ilości tlenu do spalania całkowitego i zupełnego jednostkowej ilości paliwa. Ile powstanie [kmol/kg] CO2 w stosunku do ilości paliwa ze spalenia paliwa stałego gdzie c=0.6.
26. Obliczenie ilości spalin na podstawie składu paliwa i współczynnika nadmiaru powietrza.
Prof. dr hab. inż. Piotr Cyklis