工程熱力學第五版習題答案

1、第四章4-1 1kg空氣在可逆多變過程中吸熱40kJ，其容積增大為，壓力降低為，設(shè)比熱為定值，求過程中內(nèi)能的變化、膨脹功、軸功以及焓和熵的變化。解：熱力系是1kg空氣過程特征：多變過程0.9因為內(nèi)能變化為717.51004.53587.58×103J膨脹功：32 ×103J軸功：28.8 ×103J焓變：1.4×811.2 ×103J熵變：0.82×10342 有1kg空氣、初始狀態(tài)為，進行下列過程：（1）可逆絕熱膨脹到；（2）不可逆絕熱膨脹到，；（3）可逆等溫膨脹到；（4）可逆多變膨脹到，多變指數(shù)；試求上述各過程中的膨脹功及熵的變化

2、，并將各過程的相對位置畫在同一張圖和圖上解：熱力系1kg空氣（1） 膨脹功：111.9×103J熵變?yōu)?（2）88.3×103J116.8（3）195.4×1030.462×103（4）67.1×103J189.2K346.44-3具有1kmol空氣的閉口系統(tǒng)，其初始容積為1m3，終態(tài)容積為10 m3，當初態(tài)和終態(tài)溫度均100時，試計算該閉口系統(tǒng)對外所作的功及熵的變化。該過程為：（1）可逆定溫膨脹；（2）向真空自由膨脹。解：（1）定溫膨脹功7140kJ19.14kJ/K(2)自由膨脹作功為019.14kJ/K44質(zhì)量為5kg的氧氣，在30溫度下

3、定溫壓縮，容積由3m3變成0.6m3，問該過程中工質(zhì)吸收或放出多少熱量？輸入或輸出多少功量？內(nèi)能、焓、熵變化各為多少？解：627.2kJ放熱627.2kJ因為定溫，內(nèi)能變化為0，所以內(nèi)能、焓變化均為0熵變：2.1 kJ/K45為了試驗容器的強度，必須使容器壁受到比大氣壓力高0.1MPa的壓力。為此把壓力等于大氣壓力。溫度為13的空氣充入受試驗的容器內(nèi)，然后關(guān)閉進氣閥并把空氣加熱。已知大氣壓力B101.3kPa，試問應(yīng)將空氣的溫度加熱到多少度？空氣的內(nèi)能、焓和熵的變化為多少？解：（1）定容過程568.3K（2） 內(nèi)能變化：202.6kJ/kg283.6 kJ/kg0.49 kJ/(kg.K)4-

4、66kg空氣由初態(tài)p10.3MPa，t1=30，經(jīng)過下列不同的過程膨脹到同一終壓p20.1MPa：（1）定溫過程；（2）定熵過程；（3）指數(shù)為n1.2的多變過程。試比較不同過程中空氣對外所作的功，所進行的熱量交換和終態(tài)溫度。解：（1）定溫過程573.2 kJT2=T1=30（2）定熵過程351.4 kJQ0221.4K（3）多變過程252.3K436.5 kJ218.3 kJ47已知空氣的初態(tài)為p10.6MPa，v1=0.236m3/kg。經(jīng)過一個多變過程后終態(tài)變化為p20.12MPa，v2=0.815m3/kg。試求該過程的多變指數(shù)，以及每千克氣體所作的功、所吸收的熱量以及內(nèi)能、焓和熵的變化

5、。解：（1）求多變指數(shù)1.301千克氣體所作的功146kJ/kg吸收的熱量=36.5 kJ/kg內(nèi)能：146-36.5109.5 kJ/kg焓： 153.3 kJ/kg熵：90J/(kg.k)4-81kg理想氣體由初態(tài)按可逆多變過程從400降到100，壓力降為，已知該過程的膨脹功為200kJ，吸熱量為40 kJ，設(shè)比熱為定值，求該氣體的和解：kJ533J/(kg.k)=200 kJ解得：n1.49R=327 J/(kg.k)代入解得：533+327=860 J/(kg.k)4-9將空氣從初態(tài)1，t1=20,定熵壓縮到它開始時容積的1/3，然后定溫膨脹，經(jīng)過兩個過程，空氣的容積和開始時的容積相等

6、。求1kg空氣所作的功。解：-116 kJ/kg454.7K143.4 kJ/kgw=w1+w2=27.4 kJ/kg4-10 1kg氮氣從初態(tài)1定壓膨脹到終態(tài)2，然后定熵膨脹到終態(tài)3。設(shè)已知以下各參數(shù)：t1=500，v2=0.25m3/kg ，p30.1MPa，v3=1.73m3/kg。求（1）1、2、3三點的溫度、比容和壓力的值。（2）在定壓膨脹和定熵膨脹過程中內(nèi)能的變化和所作的功。解：(1)1.5 MPa1263Kp1=p2=1.5 MPav1=0.15 m3/kg=583 K(2) 定壓膨脹364 kJ/kg145.4 kJ/kg定熵膨脹505 kJ/kg-505 kJ/kg或者：其q

7、=0,= -505 kJ/kg4-11 1標準m3的空氣從初態(tài)1 p10.6MPa，t1=300定熵膨脹到狀態(tài)2，且v2=3v1?？諝庥蔂顟B(tài)2繼續(xù)被定溫壓縮，直到比容的值和開始時相等，v3=v1，求1、2、3點的參數(shù)（P,T,V）和氣體所作的總功。解：0.274 m3/kg 0.129 MPa369KV2=3V1=0.822 m3T3=T2=369KV3=V1=0.274 m30.387 MPa412 壓氣機抽吸大氣中的空氣，并將其定溫壓縮至p25MPa。如壓縮150標準m3空氣，試求用水冷卻壓氣機氣缸所必須帶走的熱量。設(shè)大氣處于標準狀態(tài)。解：-59260kJ4-13 活塞式壓氣機吸入溫度t1

8、=20和壓力p10.1MPa的空氣，壓縮到p20.8MPa，壓氣機每小時吸氣量為600標準m3。如壓縮按定溫過程進行，問壓氣機所需的理論功率為多少千瓦？若壓縮按定熵過程進行，則所需的理論功率又為多少千瓦？解：定溫：0.215kg/s37.8KW定熵51.3 KW414 某工廠生產(chǎn)上需要每小時供應(yīng)壓力為0.6MPa的壓縮空氣600kg；設(shè)空氣所初始溫度為20，壓力為0.1MPa。求壓氣機需要的最小理論功率和最大理論功率。若按n1.22的多變過程壓縮，需要的理論功率為多少？解：最小功率是定溫過程m=600/3600=1/6 kg/s25.1 KW最大功率是定熵過程32.8 KW多變過程的功率29.

9、6 KW415 實驗室需要壓力為6MPa的壓縮空氣，應(yīng)采用一級壓縮還是二級壓縮？若采用二級壓縮，最佳中間壓力應(yīng)等于多少？設(shè)大氣壓力為0.1，大氣溫度為20，壓縮過程多變指數(shù)n=1.25，采用中間冷卻器能將壓縮氣體冷卻到初溫。試計算壓縮終了空氣的溫度。解：壓縮比為60，故應(yīng)采用二級壓縮。 中間壓力： 0.775MPa =441K 4-16 有一離心式壓氣機，每分鐘吸入p10.1MPa，t1=16的空氣400 m3，排出時p20.5MPa，t2=75。設(shè)過程可逆，試求： (1)此壓氣機所需功率為多少千瓦？ (2)該壓氣機每分鐘放出的熱量為多少千焦？ 解：（1） =8.04kg/s =1.13118

10、3KW （2） =-712.3kJ/s 417 三臺空氣壓縮機的余隙容積均為6，進氣狀態(tài)均為0.1MPa、27，出口壓力均為0.5MPa，但壓縮過程的指數(shù)不同，分別為：n1=1.4，n2=1.25，n3=1。試求各壓氣機的容積效率（假設(shè)膨脹過程的指數(shù)和壓縮過程的指數(shù)相同）。 解： n=1.4:0.87n=1.25：=0.84n=1：=0.76十一章11-1空氣壓縮致冷裝置致冷系數(shù)為2.5，致冷量為84600kJ/h，壓縮機吸入空氣的壓力為0.1MPa，溫度為-10，空氣進入膨脹機的溫度為20，試求：壓縮機出口壓力；致冷劑的質(zhì)量流量；壓縮機的功率；循環(huán)的凈功率。解：壓縮機出口壓力 故：0.325

11、 MPa T3=20+273=293K 209K致冷量：1.01×（263-209）54.5kJ/kg致冷劑的質(zhì)量流量0.43kg/s 368K壓縮功：w1=cp(T2-T1)=106 kJ/kg壓縮功率：P1=mw1=45.6kW膨脹功：w2= cp(T3-T4)=84.8 kJ/kg膨脹功率:P2=mw2=36.5kW循環(huán)的凈功率:P=P1-P2=9.1 KW11-2空氣壓縮致冷裝置，吸入的空氣p1=0.1MPa，t1=27，絕熱壓縮到p2=0.4MPa，經(jīng)冷卻后溫度降為32，試計算：每千克空氣的致冷量；致冷機消耗的凈功；致冷系數(shù)。解：已知T3=32+273=305K446K20

12、5K致冷量：1.01×（300-205）96kJ/kg致冷機消耗的凈功: W=cp(T2-T1)cp(T3-T4)=46.5kJ/kg致冷系數(shù)：2.06114蒸氣壓縮致冷循環(huán)，采用氟利昂R134a作為工質(zhì)，壓縮機進口狀態(tài)為干飽和蒸氣，蒸發(fā)溫度為-20，冷凝器出口為飽和液體，冷凝溫度為40，致冷工質(zhì)定熵壓縮終了時焓值為430kJ/kg，致冷劑質(zhì)量流量為100kg/h。求：致冷系數(shù)；每小時的制冷量；所需的理論功率。解：在lgp-h圖上查各狀態(tài)點參數(shù)。,p1=0.133MPah1=386kJ/kgs1=1.739 kJ/(kgK),p2=1.016 MPah2=430 kJ/kg,h3=4

13、19 kJ/kgh5=h4=256 kJ/kg致冷量：q2=h1-h5=386-256=130 kJ/kg每小時的制冷量:Q2=m×q2=12900kJ/h壓縮功：w=h2-h1=430-386=44 kJ/kg致冷系數(shù):2.95理論功率P=mw=100×44/3600=1.22kW11-5用一臺氨蒸氣壓縮致冷機制冰，氨的蒸發(fā)溫度為-5，冷凝溫度為30，冷凝器中冷卻水的進口溫度為12，出口水溫為20，欲在每小時內(nèi)將1000kg0的水制成冰，已知冰的融解熱為340kJ/kg，試求：該致冷機每小時的制冷量；氨每小時的流量；致冷機的功率；冷卻水每小時的消耗量。解：致冷機每小時的制

14、冷量：Q=1000×340=340000 kJ在lgp-h圖上查各狀態(tài)點參數(shù)。p1=335.7kPah1=1452kJ/kgs1=5.6856 kJ/(kgK)p2=1.1686 MPah2=1620 kJ/kgh5=h4=343 kJ/kg致冷量：q2=h1-h5=1114 kJ/kg氨每小時的流量；305.2kg致冷機的功率：P=mw=m(h2-h1)=14kW冷凝器熱負荷：Q1=m(h2-h4)=390000 kJ/h冷卻水每小時的消耗量：=1.16×104kg/h11-6一臺氨致冷裝置，其致冷量kJ/h，蒸發(fā)溫度15，冷凝溫度30，過冷溫度25，從蒸發(fā)器出口的蒸氣為

15、干飽和狀態(tài)。求（1）理論循環(huán)的致冷系數(shù)；（2）致冷劑的質(zhì)量流量；（3）消耗的功率。解：查表得壓力和焓分別為：h1=1400 kJ/kg,p1=0.35MPa,s1=5.75 kJ/(kgK)h2=1650 kJ/kg,p2=1.2MPa,s2=5.75 kJ/(kgK),h3=320 kJ/kg制冷量：q2=h1-h3=1080 kJ/kg壓縮功：w=h2-h1=250 kJ/kg（1）致冷系數(shù):4.32（2）致冷劑的質(zhì)量流量：370kg/h（3）消耗的功率25.7kW11-8一臺用氟利昂R134a為致冷劑的蒸汽壓縮致冷裝置，被用作室內(nèi)供熱，它要求的最大加熱量是將標準狀況下30m3/min的空

16、氣從5加熱到30，冷凝器的最低溫度必須較空氣的最高溫度高20，蒸發(fā)溫度為-4。求：熱泵的供熱負荷；致冷劑流量；所需功率。解：（1）熱泵的供熱負荷：標準狀況下30m3/min的空氣的質(zhì)量為：=38.7kg/min=0.645kg/s16.3kJ/s冷凝器溫度為30+2050，蒸發(fā)溫度為-4查表得壓力和焓分別為：h1=395 kJ/kg,s1=1.725 kJ/(kgK)h2=430 kJ/kg,h3=272 kJ/kg制熱量：q1=h1-h3+h2-h1=158 kJ/kg壓縮功：w=h2-h1=35 kJ/kg（2）致冷劑的質(zhì)量流量：0.103kg/s（3）消耗的功率3.6kW11-9熱泵利用

17、井水作為熱源，將20的空氣8×104m3/h加熱到30，使用氟利昂R134a為致冷劑，已知蒸發(fā)溫度為5，冷凝溫度為35，空氣的定壓容積比熱為，井水的溫度降低7，試求理論上必需的井水量、壓縮機功率和壓縮機的壓氣量（m3/h）。解：查表得壓力和焓分別為：h1=400 kJ/kg,h2=420 kJ/kg,h3=250 kJ/kg制熱量：q1=h2-h3 =170 kJ/kg吸熱量：q2=h1-h3150 kJ/kg壓縮功：w=h2-h1=20 kJ/kg加熱空氣額熱量：80000×1.256×10=1×106kJ/h致冷劑流量：5.88×103kg/h必需的井