工業熱力学演習問題 平成 27 年 7 月 16 日 (木) 各問題は 10 点。 【問題 1】 ◦ ◦ 高温の周囲 30.0 C の中で働き、低温-7.00 C を維持しているカルノーサイク ル冷凍機がある。この冷凍機の C.O.P.(動作係数) はいくつか 【問題 2】 内燃機関のサイクルは定圧、定容、複合サイクルで模擬される。これらのサ イクルの区別と点火方式との関係について述べよ。 【問題 3】 内燃機関と外燃機関の違いについて述べよ。単に外で燃える内で燃えるでは 採点されない。外燃機関の例を 2 つ以上挙げよ 工業熱力学演習問題解説 平成 27 年 7 月 16 日 (木) 【解説 1】 冷凍機の C.O.P. は、εr = εr = Q2 であるので、この式を変形する。 W T2 Q2 Q2 = = W Q1 − Q2 T1 − T2 となり、温度を代入すれば、C.O.P. は求められる。 しかし、いまだに冷凍機の COP が Q2 /W であることを学習していない人が いる。 C.O.P. は 7.19 。 【解説 2】 内燃機関のサイクルが定圧、定容、複合サイクルと言われるのは、加熱 (爆 発) 過程がどのようにシミュレートされるかによる。非常に短い時間で燃焼し た時にはピストンは止まって見えるので定容変化、短い時間に燃焼させるた めに火花を用いている。一方、遅く膨張しながらも燃焼によって圧力をます ので、結果として定圧変化になっている。これは圧縮点火の特徴である。 「定容サイクルは、ガソリンを使って火花点火である」という説明は題意に 則していないので、ダメ。上のように、 「ガソリンを使って火花点火であるの で短い時間に爆発過程が終わるので定容燃焼となる。」と説明すべきである。 【解説 3】 内燃機関は一つの容器内で圧縮・点火・爆発・膨張させるのに対して外燃機 関では、圧縮・点火・爆発・膨張の場所がそれぞれ異なる場所で行われる機 関である。そのため外燃機関は間欠燃焼ではなく連続燃焼機関である。外燃 機関としては、スターリングエンジン、ジェットエンジン、ロケットエンジン などがある。
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