Đề thi học kỳ II môn Nhiệt động lực học kỹ thuật - Năm học 2010-2011 - Lê Chí Hiệp (Có đáp án)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM – TRƯỜNG ĐH BÁCH KHOA 
KHOA CƠ KHÍ – BỘ MÔN CÔNG NGHỆ NHIỆT LẠNH 
 Duyệt đề GV ra đề 
GS.TS.Lê Chí Hiệp GS.TS.Lê Chí Hiệp 
ĐỀ THI HỌC KỲ 2 - LỚP CHÍNH QUY 
– NĂM HỌC (2010-2011) 
Môn: Nhiệt Động Lực Học Kỹ Thuật 
Thời gian: 90’ 
Ngày thi: 19/6/2011 
 ---------- 
Ghi chú: Sinh viên được sử dụng tài liệu 
Bài 1 (2,5 điểm) 
Không khí ẩm đi vào buồng cấp nhiệt loại gián tiếp của một hệ thống sấy có t1 = 30
o
C và 
1 = 80%. Sau khi ra khỏi buồng cấp nhiệt không khí có nhiệt độ t2 = 80
o
C và được đưa vào buồng 
sấy, ở đầu ra của buồng sấy nhiệt độ không khí là t3 = 55
o
C. Xác định độ ẩm tương đối 2 và độ 
chứa hơi d3 của không khí, cho biết áp suất không khí ẩm p = 1bar. 
Bài 2 (2,5 điểm) 
Sau khi tiến hành một quá trình đa biến, oxygen với khối lượng 0,4kg biến đổi từ trạng thái 
ban đầu có t1 = 35
o
C và p1 = 2 bars đến t2 = 55
o
C và p2 = 2,8 bars. Xác định: 
a. Công do sự thay đổi thể tích. 
b. Lượng nhiệt trao đổi. 
c. Lượng biến đổi nội năng. 
Bài 3 (3 điểm) 
Khảo sát một hỗn hợp khí lý tưởng lúc ban đầu có t1 = 35
o
C và p1 =3 bars, sau khi được cấp 
nhiệt nhiệt độ và áp suất của hỗn hợp lần lượt là t2 = 80
o
C và p2 = 3,25 bars. Cho biết hỗn hợp bao 
gồm 0,3kg khí CO2 và 0,45kg khí CO. Xác định các áp suất riêng phần tại trạng thái đầu và trạng 
thái cuối. 
Bài 4 (2 điểm) 
 Khảo sát một máy nén piston loại hai cấp và trả lời ngắn gọn các câu hỏi sau: 
a. Vì lý do gì người ta không nén một cấp mà phải chuyển qua nén hai cấp? Minh họa nhận 
xét bằng đồ thị p-V. 
b. Ở điều kiện nào thì công nén của máy nén hai cấp nói trên có giá trị nhỏ nhất? 
c. Vẽ đồ thị T-s minh họa. Chỉ rõ phần diện tích (trên đồ thị T-s) ứng với lượng công tiết 
kiệm được nếu thực hiện quá trình nén nói trên bằng máy nén một cấp. 
- HẾT- 
BÀI GIẢI 
Bài 1 (2,5 điểm) 
Áp suất riêng phần của hơi nước có trong không khí ẩm và độ chứa hơi của không khí ẩm tại 
trạng thái 1 là: 
ph1 = 0,8 x 0,04241 = 0,033928 bar 
d1 = 0,622 x 0,033928 / (1 – 0,033928) = 0,021844 kg hơi nước/kg không khí khô 
Độ ẩm tương đối 2: 
2 = 0,033928 / 0,4736 = 7,16% (1 điểm) 
Enthalpy của không khí ẩm tại trạng thái 2: 
I2 = 1,0048 x 80 + 0,021844 x (2500 + 1,806 x 80) = 138,15 kJ/kg không khí khô 
Ta có: 
I3 = I2 
Vì vậy: 
d3 = 
55806,12500
550048,115,138
x
x


 = 0,031887 kg hơi nước/kg không khí khô (1,5 điểm) 
Bài 2 (2,5 điểm) 
a. Chúng ta có: 
)p/plog(
)T/Tlog(
n
1n
12
12

n = 1,2299 
Công do sự thay đổi thể tích: 
W = 0,4 x )3555(
)2299,11(32
8314

x
 = -9040,88 J = - 9,04088 kJ 
Đây là công cấp vào hệ thống. (1 điểm) 
b. Lượng nhiệt trao đổi: 
Q = 0,4 x 
32
9,20
x 
12299,1
4,12299,1


 x (55 – 35) = -3,8659 kJ 
Đây là lượng nhiệt hệ thống nhả ra môi trường. (1 điểm) 
c. Lượng biến đổi nội năng: 
U = 0,4 x 
32
9,20
 x (55 – 35) = 5,225 kJ (0,5 điểm) 
Bài 3 (3 điểm) 
Hệ số chất khí của hỗn hợp: 
R = 8314 x (
4475,0
3,0
x
+
2875,0
45,0
x
) = 253 J/kg.K 
Thể tích của hỗn hợp tại trạng thái đầu: 
V1 = 5103
)35273(25375,0
x
xx 
 = 0,19481 m
3
Áp suất riêng phần của CO2 tại trạng thái đầu: 
pCO2 = 
19481,044
)35273(83143,0
x
xx 
 = 89622,709 N/m
2
 (0,75 điểm) 
Áp suất riêng phần của CO tại trạng thái đầu: 
pCO = 
19481,028
)35273(831445,0
x
xx 
 = 211253,529 N/m
2
 (0,75 điểm) 
Thể tích của hỗn hợp tại trạng thái cuối: 
V2 = 51025,3
)80273(25375,0
x
xx 
 = 0,20609769 m
3
Áp suất riêng phần của CO2 tại trạng thái cuối: 
pCO2 = 
20609769,044
)80273(83143,0
x
xx 
 = 97091,2695 N/m
2
 (0,75 điểm) 
Áp suất riêng phần của CO tại trạng thái cuối: 
pCO = 
20609769,028
)80273(831445,0
x
xx 
 = 228857,9924 N/m
2
 (0,75 điểm) 
Bài 4 (2 điểm) 
a. Vấn đề rất đáng chú ý ở máy nén piston nói riêng và các máy nén loại thể tích nói chung 
là tác hại của thể tích thừa. Khi tỉ số nén càng tăng thì năng suất hút càng giảm, điều này 
làm giảm hiệu suất của máy nén. Để giải quyết vấn đề này người ta chuyển từ nén một 
cấp qua nén hai cấp (hoặc nhiều hơn nữa) khi tỉ số nén vượt quá 8 – 9 lần (0,75 điểm). 
Vẽ đồ thị p-V minh họa (0,25 điểm). 
b. Công nén của máy nén hai cấp nói trên có giá trị nhỏ nhất khi (0,5 điểm): 
- Tỉ số nén ở mỗi cấp bằng nhau. 
- Quá trình nén là đẳng nhiệt. Trong trường hợp máy nén hai cấp thì nhiệt độ chất 
làm việc đi vào mỗi cấp nén phải bằng nhau, nhiệt độ chất làm việc đi ra mỗi cấp 
nén cũng phải bằng nhau. 
c. Vẽ đồ thị T-s (0,5 điểm)