工程熱力學(xué)和傳熱學(xué)課后題答案

1、思考題3下列說法是否正確，為什么？ (1)熵增大的過程為不可逆過程； 答案：錯。加上“孤立系統(tǒng)”的限制就對了。 (2)不可逆過程的S無法計算； “錯”答案：熵是一狀態(tài)參數(shù)，只和熱力過程的初、終態(tài)有關(guān)，而與所進(jìn)行熱力過程無 關(guān)。計算可逆過程的克勞修斯積分即可。 (3)若從某一初態(tài)經(jīng)可逆與不可逆兩條途徑到達(dá)同一終態(tài)，則不可逆途徑的S必大于可逆 途徑的S； 答案“錯。兩者的S是相等的。理由同（2）。 (4)工質(zhì)經(jīng)不可逆循環(huán)，S 0； 答案“錯。S0，理由同（2）。 (5)工質(zhì)經(jīng)不可逆循環(huán)，由于答案:“錯。應(yīng)該是理由同（2）。 (6)可逆絕熱過程為定熵過程，定熵過程就是可逆絕熱過程； 答案:前一句話對

2、，后一句話錯。 （7）自然界的過程都朝著熵增大的方向進(jìn)行，因此熵減少的過程不可能實現(xiàn)； 答案：錯。工質(zhì)熵的變化包括熵流和熵產(chǎn)兩部分，熵流可正、可負(fù)、也可為零，熵產(chǎn)總是 大于或等于零，當(dāng)工質(zhì)放熱引起的熵流大于因過程的不可逆引起的熵產(chǎn)時，則工質(zhì)熵減少。 如果加上“孤立系統(tǒng)”的限制就對了。 （8）加熱過程，熵一定增大；放熱過程，熵一定減小。 答案：第一句對，第二句錯 第四章第四章 思考題思考題5某封閉系統(tǒng)經(jīng)歷了一不可逆過程，系統(tǒng)從外界吸熱為某封閉系統(tǒng)經(jīng)歷了一不可逆過程，系統(tǒng)從外界吸熱為20kJ，同時，同時 對外界作膨脹功為對外界作膨脹功為10kJ。 （1）按熱力學(xué)第一定律計算系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化量；）

3、按熱力學(xué)第一定律計算系統(tǒng)熱力學(xué)能的變化量； （2）按熱力學(xué)第二定律判斷系統(tǒng)熵的變化（為正、為負(fù)）。）按熱力學(xué)第二定律判斷系統(tǒng)熵的變化（為正、為負(fù)）。 KJUU WUQ 1010200KJ120KJ ) 1 ( 解： 0 0 0 )()2( 12 S S S SSSSs f g gf 所以： 吸熱， 不可逆， ，來分析。從 3設(shè)一可逆卡諾熱機(jī)工作于設(shè)一可逆卡諾熱機(jī)工作于1600和和300的兩個熱源之間，工質(zhì)從高溫的兩個熱源之間，工質(zhì)從高溫 熱源吸熱熱源吸熱400kJ，試求：，試求：(1)循環(huán)熱效率；循環(huán)熱效率；(2)工質(zhì)對外作的凈功；工質(zhì)對外作的凈功；(3)工質(zhì)向低工質(zhì)向低 溫?zé)嵩捶懦龅臒崃?。?/p>

4、熱源放出的熱量。 KJWQQ KJQW Q W T T ctct ct 1226 .277400) 3( 277.60.694400)2( 694. 0 2731600 273300 111 012 ,10 1 0 , 1 2 , ）解：（ JQQWQWQQQ S S JJJJWQQQWQQQ S S T Q S S T Q T Q SSS S SSSS JWJQJQ JQJQJQ JWJQJQ WQKTQ KTQKT iso iso iso L L L H HH HHH LHiso L HH 1250400750900 ,0083.0) 300 750 () 800 400 600 1250

5、 (3 ,0) 300 750 () 800 400 600 1200 (2 8008004001200 ,0167.0) 300 800 () 800 400 600 1200 ()1( 0),( 0),( 0 900,750,400),3( 750,400,1200)2( 800,400,1200)1( 300 80060012. 12211 112211 2 11 21 211 11 21 1 其中： 不可行。）（ 可行，且為可逆循環(huán)）（ 其中： 。可行，且為不可逆循環(huán) 低溫?zé)嵩次鼰?，?高溫?zé)嵩捶艧幔?其中： 增原理：解：利用孤立系統(tǒng)的熵 或不可能實現(xiàn)的：機(jī)是可逆的、不可逆的件下，試

6、分別判斷該熱 。在下列條，循環(huán)凈功為的冷源放出熱量，向的第二熱源吸收熱量 ，再從的第一熱源吸收熱量從某熱機(jī)循環(huán)中，工質(zhì)先 工質(zhì) 工質(zhì) 1、活塞式壓縮機(jī)每分鐘從大氣中吸入壓力為、活塞式壓縮機(jī)每分鐘從大氣中吸入壓力為0.1MPa，溫度為，溫度為17C的空氣的空氣0.2m3?？諝?。空氣 經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后充入空氣瓶中，瓶的體積為經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后充入空氣瓶中，瓶的體積為5m3。瓶內(nèi)充滿空氣時，表壓力為。瓶內(nèi)充滿空氣時，表壓力為3 MPa,溫度溫度 為為50C.在壓縮機(jī)充氣前，瓶內(nèi)原來就有壓縮空氣，其表壓力為在壓縮機(jī)充氣前，瓶內(nèi)原來就有壓縮空氣，其表壓力為0.5 MPa,溫度為溫度為17C.試試 求要經(jīng)過多少

7、時間，壓縮機(jī)才能把空氣瓶充滿。求要經(jīng)過多少時間，壓縮機(jī)才能把空氣瓶充滿。 hour m m x kgm mmm RT pV m m m x x 09. 9min62.545 27317287 2 . 0101 . 0 16.131 131.16 27317287 510) 1 . 00.5( 27350287 510) 1 . 03( , , 6 66 ）（ 絕對壓力）（注意將表壓力換算成 ）（ ）（ 則： ， 據(jù)題意：分鐘才能把空氣瓶充滿解：設(shè)需要 一分鐘 充氣前充氣后 一分鐘 第五章第五章 3、有質(zhì)量、有質(zhì)量2kg,初態(tài)為初態(tài)為p1=0.13 MPa, t1=27C的氮氣在定壓下加熱到的氮

8、氣在定壓下加熱到t2=127C, 求熱力學(xué)能、焓和熵的變化量（按定比熱容計算）。求熱力學(xué)能、焓和熵的變化量（按定比熱容計算）。 KkJ T T c T T cS kJ TRcTc U kJ Tc H kkmolkJcP MN pM p MpMvM pM PM /602. 0 27327 273127 ln 28 3 .29 2ln 28 2ln2 9 .1492 28 27-1278.314)-(29.3 2 28 )( 2 28 3 .2092 28 27-12729.3 2 28 )/(3 .2957 28 1 2 , 1 2 , , , 2 ）（ ）（ ，雙原子氣體教材 是雙原子氣體，解

9、： 7、在柴油機(jī)氣缸中，空氣沿絕熱線壓縮，設(shè)初壓、在柴油機(jī)氣缸中，空氣沿絕熱線壓縮，設(shè)初壓p10.14 MPa，初溫，初溫t1 50C，壓縮終點溫度，壓縮終點溫度t2650C，試求壓縮終點的壓力和初、終比體積之比，試求壓縮終點的壓力和初、終比體積之比 v1/v2 8 .13) 14. 0 52. 5 ()( 5.520.14) 27350 273650 ()()( 4 . 1 11 1 2 2 1 14 . 1 4 . 1 1 1 1 2 2 1 1 2 1 2 p p v v Mpp T T p p p T T a 數(shù)之間的關(guān)系式可得：，則利用初、終狀態(tài)參解：注意到是絕熱過程 111kmol

10、理想氣體從初態(tài)理想氣體從初態(tài)p1=500kPa，T1=340K絕熱膨脹到原來體積的絕熱膨脹到原來體積的2倍。倍。 設(shè)氣體設(shè)氣體Mcp=33.44kJ/(kmolK)，Mcv=25.12kJ/(kmolK)。試確定在下述情況。試確定在下述情況 下氣體的終溫，對外所做的功及熵的變化量。（下氣體的終溫，對外所做的功及熵的變化量。（1）可逆絕熱過程；（）可逆絕熱過程；（2）氣體）氣體 向真空進(jìn)行自由膨脹。向真空進(jìn)行自由膨脹。 kkmol kJ MRsMS R v v R v dv R T pdvdTc T q s W KTTU WQWUQ S kmol kJ TTcWWUQ Mc Mc K V V T

11、 V V TT v VM v p 76. 52ln314. 82ln 2lnln 0 3400 00, 2 0 1746270.48-34012.25)( 33. 1 12.25 44.33 270.482340) 2 ()( 1 1 2 2 1 2 1 2 1 21 21, 1.33- 1 1 1 1 1 1 1 2 12 ，其中 ）自由膨脹過程（ 可逆絕熱， ）（ 其中： ）可逆絕熱過程解：（ p2 p p1 0 V2” V2 1 V2 2” 6 2 v 4 3 2 555” V1 定溫定溫 多變多變 絕熱絕熱 為什么？哪一個對，哪一個錯？ 另一方法： ）（ 解： hourkgm hour

12、kg RT pV m .877629 .422 600 5.713 27320287 600101.0 6 第九章第九章 壓縮機(jī)的熱力過程壓縮機(jī)的熱力過程 1.有一臺單級活塞式壓縮機(jī)，每小時吸入600m3的空氣，其初 態(tài)p1=0.1MPa，t1=20，終點壓力p2=0.65MPa，試分別按下列情 況求壓縮機(jī)每小時所消耗的功和放出熱量：（1）按定溫壓縮;（2 ）按絕熱壓縮; （3）按n=1.3的多變過程壓縮。 a a 6 1 11 1 1 1 1 0 14 . 11 1.686Mp 1685701p )27315287 1000475. 044000 15 1 101 . 0 1393475.

13、044000 15 1 15 1 15 1 ) 15 1 1 ( 475. 0 5 1 1 1 1 （ 空氣汽油的發(fā)熱值 汽油的發(fā)熱值 混合汽的功 空氣 RT qp RT wp p kgkJkgw kg kg q w t t tkg t t t 解：先畫出示意圖： 均壓力。質(zhì)量空氣的做功量和平 。求循環(huán)熱效率、單位汽油的發(fā)熱值為：空氣與汽油的質(zhì)量比為 ，溫度環(huán)境壓力工作條件為汽油機(jī)定容加熱循環(huán)的、 kgkJ CMpa 440001,15 ,151 . 0p5, 4 1 第十章第十章 %64 1000 363 11 45 5907284 . 1400590 90300 -1 )()( 1 728

14、100116. 1863 16. 1) 28. 1363 573 ()( 28. 1 873 863 121 ?300t590t400t90t )()( 1 )()( )( 11 4 1 , 3423 15 34 4 . 1 11 1 5 15 2 3 45321 3423 15 3423 15 1 2 ）（）（ 于是： 參考教材 均已知，需要求，其中： T T TTTT TT CKTT T T TT T T P tCCCC TTTT TT TTcTTc TTc q q ct t pv v t 10-1 的熱效率相比較。 內(nèi)的卡諾循環(huán)效率，并與同溫度范圍為定值。求此循環(huán)的熱工質(zhì)視為空氣，比熱容

15、 ，循環(huán)，、已知內(nèi)燃機(jī)混合加熱CCCC300t590t400t90t6 5321 v1、設(shè)p1=2.0MPa, t1=380，p2=0.008MPa的干飽和蒸汽， 試求郎肯循環(huán)的熱效率和每千瓦小時的汽耗率。 )/(.63 3.30 t hkWkgd 第十一章第十一章 3 p h 4 1 2 解解 由附圖由附圖3的的-圖圖(P288)上找出給定的各上找出給定的各 點點,并查出各點的焓值如下并查出各點的焓值如下: kgkJh/392 1 kgkJh/450 2 kgkJh kgkJhh /236 /244 5 43 55. 2 58 148 )2( 12. 3 50 156 )()( ) 1 (

16、12 41 5312 51 hh hh hhhh hh 5 第十二章第十二章 。密度求兩種不同情況的熱流總換熱系數(shù)為 ，表層對空氣的，機(jī)艙空氣溫度為表層溫度為不包絕緣材料時裸管的 為準(zhǔn)。當(dāng)度不得大于緣材料厚度是以表層溫包扎柴油機(jī)排氣管的絕、 qKmW CC C . )(10 30200 50 2 2 2 2 200 101 3050 1 1700 101 30200 1 mW t q mW t q 絕緣 裸管 解： 第十三章第十三章 。和熱流密度璃窗的熱流量 。試求通過該玻，室外大氣溫度為。室內(nèi)空氣溫度為 換熱系數(shù)，室外空氣與玻璃板的系數(shù)內(nèi)空氣與玻璃板的換熱 。室的大玻璃窗，玻璃厚、尺寸為 q

17、Q CCKmW KmW KmWcmcmcm 2020)(02 )(10 )(762. 0,104801004 2 2 2 1 2 tf2 20C ttw1 tw2q 1 tf1 20C 是錯誤的。：式）中（教材 其中：傳熱系數(shù) 請注意： 21 21 4 2 2 21 11 8-13155 11 1 12.20665257.1080100 65.257 20 1 762. 0 104 . 0 10 1 )20(20 11 kP k tkAq WFqQ mW t R t q t 1火管鍋爐爐膽的熱流密度為火管鍋爐爐膽的熱流密度為48000 ，鋼板 ，鋼板 制成的爐膽厚度為，試求其內(nèi)外壁面的溫差制成

18、的爐膽厚度為，試求其內(nèi)外壁面的溫差, 設(shè)設(shè):(1)爐膽兩側(cè)沒有污垢；爐膽兩側(cè)沒有污垢；(2)在水的一側(cè)積有在水的一側(cè)積有1.5 厚的水垢；厚的水垢；(3)在水的一側(cè)積有在水的一側(cè)積有1.5，另一側(cè)積有，另一側(cè)積有 厚的煙灰。厚的煙灰。 CRqt CRqt CqRt R t q CmWCmWCmW t t t t 2 .1051 1 105 . 1 50 02. 0 0.1 102 480003 2 .91 1 105 . 1 50 02. 0 480002 2 .19 50 02. 0 48000 ,1 . 0,1,501 33 3 ）（）（ ）（）（ ）取解：（ 煙垢水垢鋼 第十四第十四 章

19、章 2蒸汽管的外徑為蒸汽管的外徑為108,管外包以管外包以0.1/(mK)的絕熱材料的絕熱材料,蒸汽溫度為蒸汽溫度為 330(由于蒸汽與管壁間的對流熱阻和管壁的導(dǎo)熱熱阻要比絕熱材料的熱阻小得多由于蒸汽與管壁間的對流熱阻和管壁的導(dǎo)熱熱阻要比絕熱材料的熱阻小得多, 可略去不計可略去不計,所以可近似地認(rèn)為絕熱層內(nèi)壁的溫度等于蒸汽的溫度所以可近似地認(rèn)為絕熱層內(nèi)壁的溫度等于蒸汽的溫度)。若要使絕熱層外。若要使絕熱層外 壁面的溫度不超過壁面的溫度不超過40,每米管長的熱損失不超過每米管長的熱損失不超過ql150/m,試求絕熱層的最小厚試求絕熱層的最小厚 度應(yīng)為多少。度應(yīng)為多少。 內(nèi)徑外徑、注意公式 對：

20、、錯： 、畫出模擬圖。 解說： ）（ 解： 12 1 2 12 12 12 215. 1 1 1 2 12 min 1 2 1 2 min ,:ln3 2 ,2,2 ,2 1 128. 0108. 0 2 1 d 2 1 2 215. 1 150 1 . 0240330 ln 2 ln 40330 dd d d dd ddd ddd m ed d dd d d d d q 215. 1 1 2 e d d 1兩塊平行放置的平板表面發(fā)射率均為兩塊平行放置的平板表面發(fā)射率均為0.8，其板間距遠(yuǎn)小于板的寬度和高，其板間距遠(yuǎn)小于板的寬度和高 度，且兩表面溫度分別為度，且兩表面溫度分別為t1=327，t

21、2=27。試確定：（。試確定：（1）板）板1的本身輻射；的本身輻射； （2）板）板1的投射輻射；（的投射輻射；（3）板）板1的反射輻射；（的反射輻射；（4）板）板1的有效輻射；（的有效輻射；（5） 板板2的有效輻射；（的有效輻射；（6）板）板1、2間的輻射換熱量。間的輻射換熱量。 2 2121 2 12 2 1 11 1 2 21 211 1 121211 12211 22211 2111111 21 244 2 020222 244 1 010111 /459216076199q /1607 /1607 8 . 01 6 .58776199 )1 ( /6199 8 . 018 . 011 75.3678 . 016 .5877 )1