工程熱力學課后題答案

1、習題及局部解答第一篇工程熱力學第一章根本概念1. 指出以下各物理量中哪些是狀態(tài)量,哪些是過程量：答：壓力,溫度,位能,熱能,熱量,功量,密度.2. 指出以下物理量中哪些是強度量：答：體積,速度,比體積,位能,熱能,熱量,功 量,密度.3. 用水銀差壓計測量容器中氣體的壓力,為預防有蠹的水銀蒸汽產(chǎn)生,在水銀柱上加一 段水.假設水柱高200mm,水銀柱高800mm,如圖2-26所示.大氣壓力為735mmHg, 試求容器中氣體的絕對壓力為多少kPa ?解：根據(jù)壓力單位換算4. 鍋爐煙道中的煙氣常用上部開口的斜管測量,如圖2-27所示.假設斜管傾角口=30°,壓力計中使用P =0.8g/cm

2、3的煤油,斜管液體長度L=200mm ,當?shù)卮髿鈮毫?Pb=0.1MPa,求煙氣的絕對壓力用 MPa表示解：5. 一容器被剛性壁分成兩局部,并在各部裝有測壓表計,如圖 2-28所示,其中C為壓力 表,讀數(shù)為110kPa , B為真空表,讀數(shù)為45kPa.假設當?shù)卮髿鈮篜b=97kPa,求壓力表A 的讀數(shù)用kPa表示PgA=155kPa6. 試述按以下三種方式去系統(tǒng)時,系統(tǒng)與外界見換的能量形式是什么.1.取水為系統(tǒng);(2) .取電阻絲、容器和水為系統(tǒng);(3) .取圖中虛線內(nèi)空間為系統(tǒng).答案略.7. 某電廠汽輪機進出處的蒸汽用壓力表測量, 起讀數(shù)為13.4MPa ;冷凝器內(nèi)的蒸汽壓力用 真空表測量

3、,其讀數(shù)為706mmHg.假設大氣壓力為0.098MPa,試求汽輪機進出處和冷凝器內(nèi)的蒸汽的絕對壓力(用 MPa表示) p1 =0.0247MPa; p2 =0.0039MPa8. 測得容器的真空度pv =550mmHg ,大氣壓力Pb=0.098MPa ,求容器內(nèi)的絕對壓力. 假設大氣壓變?yōu)閜b =0.102MPa ,求此時真空表上的讀數(shù)為多少mmMPa ?p =0.0247MPa, pv =579.8MPa9如果氣壓計壓力為83kPa,試完成以下計算：(1) .絕對壓力為0.1MPa1時的表壓力；(2) .真空計上的讀數(shù)為70kPa時氣體的絕對壓力；(3) .絕對壓力為50kPa時的相應真

4、空度(kPa)；(4) .表壓力為0.25MPa時的絕對壓力(kPa).(1) . pg =17kPa ；(2) . p =13kPa;(3) . pv =33kPa ;(4) . p=333kPa.10. 攝氏溫標取水在標準大氣壓下的冰點和沸點分別為0 C和100 C ,而華氏溫標那么相應地取為32 °F和212 F.試導出華氏溫度和攝氏溫度之間的換算關系,并求出絕對零度所對 應的華氏溫度.將水在標準大氣壓下的冰點值32牛和0C,以及沸點值292中和100 C代入,得解該二元一次方程組,得： A = 1.8,B = 32.從而有 tF =1.8t 32當 t = 273.15C 時

5、,有11. 氣體進行可逆過程,滿足pV =C ( C為常數(shù)),試導出該氣體從狀態(tài)1變化到狀態(tài)2時膨 脹功的表達式,并在p-V圖上定性畫出過程線、示出膨脹功.答案：略12. 某氣體的狀態(tài)方程為pV=&T,試導出：(1) .定穩(wěn)下氣體p,v之間的關系；(2) .定壓下氣體v,T之間的關系；(3) .定容下氣體p,T之間的關系.答案：(1).以="；(2)五=金；(3). &=上.pi V2V1 Tipi Ti第二章熱力學第一定律1. 一蒸汽動力廠,鍋爐的蒸汽產(chǎn)量為 q =180x 103kg / h,輸出功率為P=5500OkW,全廠耗3煤qm,c=19.5t/h,煤的發(fā)

6、熱量為qc =30x10 kJ/kg.蒸汽在鍋爐中吸熱量q=2680kJ/kg.試求：(1) .該動力廠的熱效率；(2) .鍋爐的效率nB (蒸汽總吸熱量煤的總發(fā)熱量)解：(1).鍋爐中蒸汽吸熱量熱效率£=耍 =41%:如1.34 10(2).鍋爐效率2. 系統(tǒng)經(jīng)一熱力過程,放熱8kj對外做功26kJ.為使其返回原狀態(tài),對系統(tǒng)加熱 6kJ ,問需對系統(tǒng)作功多少解：由Q = U W得對丁返回初態(tài)的過程故需對系統(tǒng)做功28kj.3. 氣體在某一過程只能感吸收了 54kJ的熱量,同時熱力學能增加了 94kJ.此過程是膨脹過程還是壓縮過程系統(tǒng)與外界交換的功是多少答案：此過程為壓縮過程；此過程中

7、系統(tǒng)與外界交換的功是-40kj.4.1kg 空氣由 p1 =5MPa,t1 =0.5MPa 膨脹到 p0.5MPa,t500 C ,得到熱量 506kJ ,對外做膨脹功506kJ.接著乂從終態(tài)被壓縮到初態(tài),熱出熱量 390kJ,試求：(1) .膨脹過程空氣熱力學能的增量；(2) .壓縮過空氣熱力學能的增量；(3) .壓縮過程外界消耗的功.答案：(1) .AU =0 ; (2) . AU =0 ; (3) .W=390kj.5.閉口系統(tǒng)中實施以下過程,試填補表中的空缺數(shù)據(jù).過程序號125-12-92-858-16317-13(8)21418-117表中括號內(nèi)的數(shù)為答案6.如下列圖,某封試問:量是

8、多少?過程序號125-12(-46)-9(37)2-8(8)(74)58-163(38)17-13(8)21418-11(-22)7(29)狀態(tài)a變化到b,a _c b途徑由對外做功40kj ,吸入熱量90kj ,系統(tǒng)從a經(jīng)d至(1).b ,假設對外做功10kj ,那么吸收熱系統(tǒng)由b經(jīng)曲線(2).程返回a,假設外界所示過左貢23kj ,吸收對系統(tǒng)閉系統(tǒng)沿多少?熱量為(3) .設Uadb =5kj,Ud =45kj,那么過程a-d和d-b中系統(tǒng)吸收的熱量各為多少答案 (1) .Qadb =60kj ； (2) .Qba = 73kj ;(2) .Qad =50kj ; (4) .Qdb =10k

9、j.7. 容積為1m3的絕熱封閉的氣缸中裝有完全不可壓縮的流體,如圖 2-31所示.試問：(1) .活塞是否對流體做功(2) .通過對活塞加壓,把流體壓力從p1=0.2MPa提升到p3=3MPa ,熱力學能變化多少焰變化多少?答案(1) .W=0 ; (2) .AU =0,AH =2.8婦0勺8. 一質(zhì)量為4500kg的汽車沿坡度為15.的山坡下行,車速為300m/s.在距山腳100m處開始 剎車,且在山腳處剛好剎住.假設不計其它力,求因剎車而產(chǎn)生的熱量.Q =2.04x105kj.9. 某蒸汽動力裝置,蒸汽流量為 40t/h,汽輪機進出口處壓力表讀數(shù)為 9MPa ,進口比為 3440kj/k

10、g,汽輪機出口比焰為2240kj/kg,真空表讀數(shù)為95.06kPa,當時當?shù)卮髿鈮毫?98.66kPa,汽輪機對環(huán)境放熱為.試求：(1) .汽輪機進出口蒸汽的絕壓各為多少(2) .單位質(zhì)量蒸汽經(jīng)汽輪機對外輸出功為多少(3) .汽輪機的功率為多少答案(1).(2) .后=1200kj/kg(3) .P =1.332 104kW(4) .考慮進出口動能差后與sh的相對偏差10. 進入冷凝器的泛汽的蒸汽為P =°.005MPa,比焰h1 =2500kj /kg,出口為同壓下的水, 比焰為h2 =137.77kj/kg,假設蒸汽流量為22t/h,進入冷凝器的冷卻水溫為t1 = 17c,冷

11、卻水 出口溫度為t2 =30c,試求冷卻水流量為多少水的比熱容為48kj/(kg.K).答案 qm,w =956.4婦03(kg/h)311. 某活塞式氮氣壓氣機,壓縮的氮氣的參數(shù)分別為：Pi =0.1MPa , Vi=0.88m , kg ；P2 =1.0MPa v=0.16m3/kg.設在壓縮過程中每kg氮氣熱力學能增加180kj,同時向外放出熱量60kj.壓氣機每min生產(chǎn)壓縮氮氣18kg,試求：(1) .壓縮過程對每kg氮氣所做的功；(2) .生產(chǎn)每kg壓縮氮氣所需的功；(3) .帶動比壓氣機至少要多大的電動機.答案 (1).切=-240kj / kg ;(2) .',sh =

12、 -312kj / kg ；(3) .P=93.6kW.12. 流速為600m/s的高速空氣突然受阻停止流動,即C2=°,稱為滯止.如滯止過程進行迅 速,以致氣流受阻過程中與外界的熱交換可以忽略,問滯止過程空氣的焰變化了多少答案：h=180kj/kg第三章理想氣體及其混合物1. 把C°2壓送到體積為0.5m3的貯氣罐內(nèi).壓送前貯氣罐上的壓力表讀數(shù)為3kPa,溫度為20,壓送終了時壓力表讀數(shù)為30kPa,溫度為5通.試求壓送到罐內(nèi)的CO2的質(zhì)量.大氣壓力為Pb =0.1MPa3Pi = Pb Pgi = 0.1 103 =103 kPa3P2 = Pb Pg2 = 0.1 1

13、030 = 130 kPaRg =8314 = 0.189 kJ kg.K 1M 44PV =mRgTm=旦衛(wèi)RgT2Rc0.5VN V %2 P1 ' = E Rg T2T1 J_3_3、130婦03103婦03°、Cl 1 kn 1_30.189x100.1431 kg J50 +27320 + 273,2. 體積為0.03m3的某鋼性容器內(nèi)盛有了 700kPa,20<C的氮氣.瓶上裝有一排氣閥,壓力達到875kPa時發(fā)門開啟,壓力降到840kPa時關閉.假設由丁外界加熱的原因造成閥門開啟,問:(1)閥門開啟時瓶內(nèi)氣體溫度為多少(2)因加熱造成閥門開閉一次期間瓶內(nèi)氮

14、氣失去多少設瓶內(nèi)空氣溫度在排氣過程中保 持不變.答案 (1) t2=93.3 C； (2) Am = 0.0097kg3.氧氣瓶的容積V =0.30m3瓶中氧氣的表壓力為Pg1 =1.4MPa,t1 =30*.問瓶中盛有多少氧 氣假設氣焊時用去一半氧氣,溫度降為 h =20<C,試問此時氧氣的表壓力為多少(當?shù)卮?氣壓力燮) 答案 m = 7.86kg； Pg2 =0.625MPa4. 某鍋爐每小時燃煤需要的空氣量折合表準狀況時為66000 m3/h.鼓風機實際送入的熱空氣溫度為250幻,表壓力為20.0kPa,當?shù)卮髿鈮簽镻b =0.1MPa ,求實際送風量(m3/h)解 p = pb

15、 pg =0.1 20 10=0.12 MPa由 pqv MmRgTpqv.p°qv0,曰 TT0p0qv0 T1* = T° 甬0.101325 66000250 2735 3=1.068 10 m . h2730.125.某理想氣體比熱比k nCp/A =1.4 ,定壓比熱容Cp =1.042kJ/(kg.K ),求該氣體的摩爾質(zhì)里.r Cp 由=k 及 Cp CyCV/曰= 27.93 g. molR8.314Cp 1 -1 k 一 1.042 1 -1 1.46. 在容積為0.1m3的封閉容器內(nèi)裝有氧氣,其壓力為300kPa,溫度為15C ,問應參加多少熱量可使氧氣

16、溫度上升到800寸(1)按定值比熱容計算； (2)按平均比熱容計算.解Rg = S = 0.26 kj kg.k 】.55(1) Q =mCV ：t =mRg t2 -t,=1.2 0.26 800 -15,=612.3 kJ2 g2(2) 查得 Cv 05 = 0.656kJ/(kg.K )7. 摩爾質(zhì)量為30kg的某理想氣體,在定容下由275P,加熱到845 ,假設熱力學能變化為 400kJ/kg,問焰變化了多少答案：h =557.9kJ. kg8. 將1kg氮氣由t1 =30幻定壓加熱到40OP ,分別用定值比熱容,平均比熱容(表)計算其 熱力學能和焰的變化.用定值比熱容計算用平均比熱容

17、計算9. 2kg 的 CO2,由 pi =800kPa,ti =900幻 膨脹到 P2 = 120kPa,t2 = 600P ,試利用定值比熱 容求其熱力學能、燃和嫡的變化.解10. 在體積為V =1.5m3的鋼性容器內(nèi)裝有氮氣.初態(tài)表壓力為Pg1 = 20Mpa ,溫度為230 P,問應參加多少熱量才可使氮氣的溫度上升到750 "C ?其焰值變化是多少大氣壓力為 0.1MPa.(1) 按定值比熱容計算；(2) 按真實比熱容的多項式計算；(3) 按平均比熱容表計算；(4) 按平均比熱容的直線關系式計算.(1)(2) 查得八->-2Cp,m =a°%T a?Tao =2

18、7.3146,a =5.2335 10腿=-0.42 10,M 21.09n = = = 0.7532 kmol i22Q = 1 nCv,mdT =n1 Cp,m -RdT =n1=n a°T+奪T2+號T3 片n" T )；23/222cnCp,mdTnR dT=n (a.十 aT 十 aT2 JdT nRATp,ma_ _1_.= 0.7532 27.3146 1023-503 § 5.2335 10oo 1aoo.AH =10232 -503 § -0.42 10' 1023-5032 -0.7532 8.314 1023-503= 9.

19、005 10'nCp,mdT = Q +nRAT= 9.005 103 0.7532 8.314 1023-503 =1.226 104 kJ(3) 查得 kJ(1)按定值比熱Cp =：Rg =7 4.157 =14.55kg. kg.K 1C =cp-Rg =14.55 -4.157 =10.39 kJ kg.K 1=U =qmcV ：t =0.3459 10.3966 40 =93.44 kJ min. =： =qmcp ：t =0.3459 14.55 66 -40 =130.9 kJ min：S =qmT2p 2cp ln = - Rgln 2 p g、T1p1 J(60 +2

20、730.29)r. “1=0.3459乂 14.55ln-4.157lni = 0.4504婦/ K.min 】<40 +2730.3 J(2)按平均比熱容的直線關系式12. 利用內(nèi)燃機排氣加熱水的余熱加熱器中,進入加熱器的排氣(按空氣處理)溫度為300乞,出口溫度為80幻.不計流經(jīng)加熱器的排氣壓力變化,試求排氣經(jīng)過加熱器的比熱力學能變化,比焰變化和比嫡的變化.(1)按定值比熱容計算；按平均比熱容(表)計算.答案(D(2)13.進入氣輪機的空氣狀態(tài)為600kPa,600<C,絕熱膨脹到100kPa,30通,略去動能、位能變化,并設大氣溫度為T0 =300K ,試求：(1)每千克空氣

21、通過氣輪機輸出的軸功;(2) 過程的嫡產(chǎn)及有效能損失,并表示在 T - s圖上；(3) 過程可逆膨脹到100kPa輸出的軸功.解(1)(2)嫡產(chǎn) 監(jiān) 及有效能損失i如圖3-36中陰影面積所示.(3)14. 由氧氣、氮氣和二氧化碳組成的混合氣體,各組元的摩爾數(shù)為試求混合氣體的體積分數(shù)、質(zhì)量分數(shù)和在 p = 400kPa, t = 27侖時的比體積.解15. 試證實：對丁理想氣體的絕熱過程,假設比熱容為定值,那么無論過程是否可逆,包有RgW = Ti -丁2k -1式中：Ti和T2分別為過程初終態(tài)的溫度.證實 對丁理想氣體的絕熱過程,有證畢Rg c k -1RgW=k"T2第四章理想氣體

22、的熱力過程1.某理想氣體初溫 Tl =470K,質(zhì)量為2.5kg ,經(jīng)可逆定容過程,其熱力學能變化為= 0.4kJ kg.K ,k =1.35 新U =2954kJ,求過程功、過程熱量以及嫡的變化.設氣體Rg假定比熱容為定值.Cp _Qv = Rg3 = = = 1.143kj kg.K 】 k -1 1.35-1-U = mq = mcv T2 - T1得 U295.4T2 = T = 470 = 573.3 Kmcv2.5 1.143答案 U = 4.154 104kJ,./ =5.82 104 kJ3. 氧氣由t1 =30七,p1 =0.1MPa被定溫壓縮至 p2 =0.3MPa.(1泓

23、計算壓縮單位質(zhì)量氧氣所消耗的技術功；(2月按絕熱過程壓縮,初態(tài)與終態(tài)與上述相同,試計算壓縮單位質(zhì)量氧氣所消耗的技 術功；(3) 務它們表示在同一副p-v圖和t-s圖上,試在圖上比較兩者的耗功.解Rg = R 二8!4 =0.26kJ kg.K 1,、p10.1 一(1) Wt,T =Rgln =0.26X303ln 味=86.55(2)(2) 兩過程在p-v圖和T -s圖上的表示分別如圖3-37 (a)和3-37 (b)所示.圖中 過程線1-2t為定溫過程,1-2s為絕熱過程線.從p-v圖中可以看到,絕熱過程耗功比定 溫過程耗功多出曲邊三角形面積1-2t - 2s.4. 使將滿足以下要求的理想

24、氣體多 變過程在p 一 v和 ts圖上表小出 來(先畫出4個基闋 3-37本熱力過程)：(1氏體受壓縮、升溫和放熱；(2氏體的多變指數(shù)n=0.8,膨脹；(3氏體受壓縮、降溫乂降壓；(4氏體的多變指數(shù)n=1.2,受壓縮；(5氏體膨脹、將壓且放熱.答案 如圖3-38 (a)和圖3-38 (b)所示的p-v圖和T-s圖上,1-1, 1-2, 1-3, 1-4 和1-5分別為滿足(1), (2), (3), (4)和(5)要求的多變過程線.5. 柴油機汽缸吸入溫度=60倉的空氣2.5x10J3m3,經(jīng)可逆絕熱壓縮.空氣的溫度等丁燃 料的著火溫度.假設燃料的著火溫度為 720勺,問空氣應被壓縮到多大的體

25、積答案V2 =1.63 10偵6. 有1kg空氣,初態(tài)為p1 =0.6MPa,t1 =27P ,分別經(jīng)以下三種可逆過程膨脹到P2 =0.1MPa ,試將各過程畫在p-v圖和t-s圖上,并求各過程始態(tài)溫度、做工量和嫡的 變化量：(1) 定溫過程；(2) n=1.25的多變過程； (3)絕熱過程答案(1)(2)(3)p-v圖和T-s圖如圖3-39所示.7. 一容積為0.2m3的貯氣罐,內(nèi)裝氮氣,其初壓力 p1 =0.5MPa,溫度t1 =37幻.假設對氮氣 加熱,其壓力、溫度都升高.貯氣罐上裝有壓力限制閥,當壓力超過 0.8MPa時,閥門便自 動翻開,防走局部氮氣,即罐中維持最大壓力為 0.8MP

26、a,問當貯氣罐中氮氣溫度為287P 時,對罐內(nèi)氮氣共參加多少熱量設氮氣比熱容為定值.解 Rg = j 二8 =0.297 kJ. kg.K 1由 pV =mRJ g開始過程是定容過程,那么8. 容積為V =0.6m3的空氣瓶內(nèi)裝有壓力pi =10MPa,溫度為= 300K的壓縮空氣,翻開 壓縮空氣瓶上的閥門用以啟動柴油機.假定留在瓶中的空氣進行的是絕熱膨脹.設空氣的 比熱容為定值,Rg = 0.287kj /(kg.K) 0(1).問過一段時間后,瓶中空氣從室內(nèi)空氣吸熱,溫度有逐漸升高,最后重新到達與室溫相等,即乂恢復到300K,問這時空氣瓶中壓縮空氣的壓力 p3為多大?答案(1) T2 =2

27、71.1K,Am = 15.6kg(2) p3=7.75MPa9. 是導出理想氣體定值比熱容的多變過程的初、終態(tài)嫡變?yōu)榻猓褐饕襟E與公式Cp - Cv RgCp Cv =kkRgc p =k -110. 壓力為160kPa的1kg空氣,450K定容冷卻到300K ,空氣放出的熱量全部被溫度為17 C 的大氣環(huán)境所吸收.求空氣所放出熱量的餓有效能和傳熱過程、的有效能損失,并將有效 能損失表示在T - s圖上.解由丁放出的熱量全部被環(huán)境吸收,使熱量有效能全部變成了無效能,故有效能損失有效能損失如圖3-40的T-s圖上陰影面積所示.11. 空氣進行可逆壓縮的多變過程,多變指數(shù) n=1.3,耗功量為6

28、7.95kj/kg,求熱量和熱力學 能變化.答案 Q =-16.95kJ, U =50.85kJ第六章水蒸氣1. 濕飽和蒸汽,p =0.9MPa,x =0.85,試由水蒸氣表求t,h,v,s,和u.答案 ts =175.389 C, h =2468.99kJ kg2. 過熱蒸汽,p =3.0MPa.t =425C,根據(jù)水蒸氣表求v,h,s,u和過熱度D ,再用h-s圖求上 述參數(shù).答案 查表：v =0.103638m3/kg,h =3286.7kJ/kg查圖：v =0.105m3 kg,h =3290kJ kg3. 開水房用開水的蒸汽與t=20C同壓下的水混合,試問欲得5t的開水,需要多少蒸汽

29、和 水解設需蒸汽為mV kg,那么水為mw =m - mV.由 p=0.1MPa,查得 h' = 417.52kJ/kg,h* = 2675.14kJ/kg七=20 時,h2 =83.96kJ/kg根據(jù)熱力學第學一定律4. 水蒸氣 p =0.2MPa,h =1300kj/kg,試求其 v,t,s.答案 v =0.3158m3. kg,t =120.30 C,s = 3.5452kJ kg.K5.1kg蒸汽,p1 =2.0MPa, x1 = 0.95 ,定溫膨脹至p2 = 0.1MPa ,求終態(tài)v, h, s及過程中對外 所做的功.解 w= 683.0 kJ. kg6. 進汽輪機的蒸汽參

30、數(shù)為pi =3.0MPa,ti =435 C.假設經(jīng)可逆膨脹絕熱至p.MPa ,蒸汽流 量為4.0kg / s ,求汽輪機的理想功率為多少千克：答案 P =4.66 1 03kW7. 一剛性容器的容積為0.3MPa ,其中%為飽和水,其余為飽和蒸汽,容器中初壓為0.1MPa.欲使飽和水全部汽化,問需要參加多少熱量終態(tài)壓力為多少假設熱源溫度為500 C,試求不可逆溫差傳熱的有效能損失.設環(huán)境溫度為 27 C.8. 容積為0.36m3的剛性容器中貯有t=350C的水蒸氣,其壓力表度數(shù)為100kPa.現(xiàn)容器對 環(huán)境散熱使壓力下降到壓力表度數(shù)為 50kPa.試求：(1) .確定初始狀態(tài)是什么狀態(tài)(2)

31、 .求水蒸氣終態(tài)溫度；(3) .求過程放出的熱量和放熱過程的有效能損失.設環(huán)境溫度為20 C,大氣壓力為0.1MPa.答案(1)過熱蒸汽；(2) t2 =145.8侖(此結(jié)果為利用教材?熱工根底與應用?后附錄 A-7所得.利用較 詳細水蒸氣熱表或h-s圖答案應為191t)(3) Q = 82.6kJ,l =35.8kJ (同上,Q = 59.1kJ, I = 27.2kJ )9. 氣輪機的乏汽在真空度為96kPa干度為x = 0.88的濕空氣狀態(tài)下進入冷凝器,被定壓冷卻凝結(jié)為飽和水.試計算乏汽體積是飽和水體積的多少倍,以及1kg乏汽2在冷凝器中放出的 熱量.設大氣壓力為0.1MPa o答案 蘭

32、=3.05 104,q=2140kJ kg Vi10. 一剛性絕熱容器內(nèi)剛性各班將容器分為容積相同的A,B兩局部.設A的容積為0.16m3 ,內(nèi)盛有壓力為0.1MPa、溫度為300C的水蒸氣;B為真空.抽掉隔板后蒸汽蒸汽自由膨脹 到達新的平衡態(tài).試求終態(tài)水蒸氣的壓力、溫度和自由膨脹引起的不可逆有效能損失.設環(huán)境溫度為20 C ,并假設該蒸汽的自由膨脹滿足 pV =常數(shù).解(1)由P2V2 = pM =常數(shù)V 1侍p2 = P1 = 1.00.5 MPaV22(2) 由 p1 =1.0MPa,t1 =300 ,查得由 p2 =0.5MPa,v2 =0.5161 m3/kg ,查得11利用空氣冷卻

33、蒸汽輪機乏汽的裝置稱為干式冷卻器.瑞哦流經(jīng)干式冷卻器的空氣入口溫 度為環(huán)境溫度t1 =20C,出口溫度為t2 =35C.進入冷凝器的壓力為7.0kPa,干度為0.8, 出口為相同壓力的飽和水.設乏汽流量為 220t/h,空氣進出口壓力不變,比熱容為定值. 試求：(1).流經(jīng)干式冷卻器的焰增量和嫡增； (2).空氣流經(jīng)干式冷卻器的嫡變以及不可逆?zhèn)鳠嵋鸬牡债a(chǎn).解(1)由 p =7.0kPa,x =0.8查算得對空氣 Rg =0.287 kJ kg.K ,cp =1.004kJ kg.K根據(jù)熱力學第一定律有(2) AHa =qm,aCp(t2ti)=7.818x103 x1.004x(3520)=

34、1.177x105(kW)Sa =39.18 kW K& =377.17 kW K：Sg = 14.63 kW K39.p1 =9.0MPa,t1 =500 C的水蒸汽進入氣輪機中作絕熱膨脹,終壓為 P2 = 50kPa.汽輪機相對內(nèi)效率式中h2s為定嫡膨脹到p2時的焰.試求(1) .每kg蒸汽所做的功；(2) .由丁不可逆引起嫡產(chǎn),并表示在 T-s圖上.答案 由 p1 =9.0MPa,t1 =500倉查得 h1 =3385kJ/kg,§ =6.656kJ/'(kg.K )由 s2 =s =6.656 kJ/(kg.K ) p2 =5.0kPa 查得 h2s =203

35、0kJkg一 h - 卜2由T 1-h1 -宴得 h2 =2220 kJ kg wsh =1165 kJ kg(3) 由 p2 =5kPa,h2 =2220 kJ/kg 查得0.1MPa ,溫度為 25 C,試用分析法求濕空氣的m 3 - 41焰,并查h-d圖校核過程如下列圖第七章濕空氣1. 設大氣壓力為相對濕度為中=55% ,露點溫度、含濕量及比 之.答案 解析法 td =14.8d =0.011kg/kg(a),h = 53.15kJ/kg(a)查h -d圖：2. 空氣的參數(shù)為Pb =0.1MPa,t =20P,% =30%,在加熱器中加熱到85 C后送入烘箱取烘干 物體/從烘箱出來時空氣

36、溫度為t3=35C,試求從烘干物體中吸收1kg水分所消耗的趕空氣 質(zhì)量和熱量.解由t1 =20七, =30%,查hd圖得由 d2 = d1 ,t2 = 85 C得3. 設大氣壓力為0.1MPa,溫度為30 C,相對濕度為0.8.如果利用空氣調(diào)節(jié)設備使溫度降 低到10C去濕,然后再加熱到20 C,試求所的空氣的相對濕度.答案 =53%4. 一房間內(nèi)空氣為0.1MPa,溫度為5C,相對濕度為80%.由丁暖氣加熱使房間溫度升至18 C.試求放暖氣后房內(nèi)空氣的相對濕度.答案 =32%5. 在容積為100m3的封閉室內(nèi),空氣的壓力為0.1MPa,溫度為25 C,露點溫度為18 C,試 求室內(nèi)空氣的含濕量

37、,和相對濕度.假設此時室內(nèi)放置假設干盛水的敞口容器,容器的加熱裝 置使水能保持25 C定溫蒸發(fā)至空氣到達室溫下飽和空氣狀態(tài).試求到達飽和空氣狀態(tài)的空 氣含濕量和水的蒸發(fā)量.解(1)由t =25幻查得由 td =18 幻 查得 pv =0.002064MPa所以中=65%(2)2 =100%6. 一股空氣流壓力為0.1MPa,溫度為20 C,相對濕度為30%,流量為每分鐘15m3.另一 股空氣流壓力也為0.1MPa,溫度為35C,相對濕度為80%,流量為每分鐘20m3.混合后 壓力仍為0.1MPa,試求混合后空氣的溫度、相對濕度和含濕量.解： 水蒸氣的 Rg、=0.462 kj/(kg.K ?由

38、 t1 =20,% =30% 查得由t2 =35心, =80%查得由熱力學第一定律由 h3 =73.3kJ/kg(ad3 =0.0181kg/kg(a)查得第八章氣體和蒸汽的流動1.燃氣經(jīng)過燃氣輪機中漸縮噴管絕熱膨脹,流量為qm = 0.6kg/s,燃氣參數(shù)ti = 600 C ,壓力pi =0.6MPa,燃氣在噴管出口的壓力為 p2 =0.4MPa ,噴管進口流速及摩擦損失不計, 試求燃氣在噴管出口處的流速和出口截面積,設燃氣的 熱力性質(zhì)與空氣相同,取定值比熱容. 答案： c2 = 438m/s, A2 = 7.65m/s2.空氣流經(jīng)一出口截面積為A2=10cm3的漸縮噴管,噴管進口的空氣參

39、數(shù)、為pi =2.0MPa,ti =80,& =150m/s,背壓為Pb =0.8MPa,試求噴管出口處的流速和流經(jīng)噴管的空氣流量.假設噴管的速度系數(shù)為 0.96,噴管的出口流速和流量乂為多少解：1 . P022 . .3T0 =T 旦=333 150虬=344.2(K)2c p2 1.004p=“(也)勇=2 I3442)04 =2.246(MPa)T1333P.08-0 = 0.356 ： ve= 0.5282.246所以p2 =per =ver P0 =0.528 2.246 =1.186(MPa)(2).3.水蒸氣經(jīng)汽輪機中的噴管絕熱膨脹, 進入噴管的水蒸氣參數(shù)p =9.0MP

40、a,t1 =525 C ,噴管 背壓力為pb=4.0MPa,假設流經(jīng)噴管的流量為qm=6kg/s,試進行噴管設計計算.解： 由匹=竺=0.44 <ver =0.546p19.0知噴管形狀應選縮放型的由 pi =9.0MPa,ti =525 hs 圖得由 pc=PVC=9.0x0.546 =4.914(MPa), % =s,和p2 = Pb = 4.0MPa, s2 = §,查得4. 空氣以200m/s的速度在管內(nèi)流動,用水銀溫度計測得空氣的溫度為70 C ,假設氣流在溫 度計壁面得到完全滯止,試求空氣的實際溫度.答案 tf=50.1C5. 壓力pi =100kPa、溫度為ti

41、=27 C的空氣,流經(jīng)擴壓管時壓力提升到 P2 =180kPa ,問空 氣進入擴壓管是至少有多大流速這時進口馬赫數(shù)是多少答案 Ci =332m/s, Mi =0.9566. 某單級活塞式壓氣機每小時吸入溫度ti =i7 C、壓力pi =0.iMPa的空氣i20m3,輸出空氣 的壓力為p2=0.64MPa.試按以下三種情況計算壓氣機所許的理想功率：(1) .定溫壓縮；(2) .絕熱壓縮；(3) .多變壓縮(n=i.2).答案(i) .Pc,t =6.i9kW ；(2) .Pc,s=8.2kW ；(3) .Pc,n=7.3kW7. 一臺兩級壓氣機,幾如壓氣機的空氣溫度是 ti=i7C,壓力為pi=

42、0.iMPa,壓氣機將空 氣壓縮至p3 =2.5MPa ,壓氣機的生產(chǎn)量為50m3/h (標態(tài)下),兩級壓氣機中的壓縮過程均 按多變指數(shù)n=i.25進行.現(xiàn)以壓氣機耗功最小為條件,試求：(1) .空氣在低壓氣缶工中被壓縮后的餓壓力為P2 ；(2).空氣在氣缸中壓縮后的溫度;(3).壓氣機耗功量;(4).空氣在級問冷卻器中放出的熱量.(1).y optP3P1J20,5P2 = Pl 二 opt= 0.1 5 = 0.5(MPa)(2)T2 =T1Pi= 290 51.25 =400(K)0.25T2 =1,丁3 = E =400KqmRgT°P°qv° 0.101

43、325 500 1060.287 103 273= 646.6(kg/h) =0.180(kg/s)2nqmRT(3) .R (n -1n -1二 n opt - 1)2 1.25 0.18 0.287 2900.251.25-1(51.25 -1) = 56.9(kW)(4) . n=qmcPT2 -T2 = qmcP TT2 =0.18 1.004 290 -400 -19.9 kW8. 某軸式壓氣機,每秒生產(chǎn)20kg壓力為0.5MPa的壓縮空氣.假設進入壓氣機的空氣溫度為 t1 =20C,壓力為P10.1MPa,壓氣機的絕熱效率氣,s=0.92,求出口處壓縮空氣的溫度及 該壓氣機的耗功率

44、.解T2 =Tk4匹=293乂<P1 J1.4 4<0.1.'= 464.1(K)由十土=口得h2 -h1 T2 T19. 一離心式壓氣機每分鐘吸入壓力為 P1 =1O0kpa、t1 =20 c的空氣200m3.空氣離開壓氣 機的溫度為匕=50?,出口截面上的流速為50m/s,空氣的比熱容cp=1.004kJ/(kg.K )假 定與外界無熱量交換.試求壓氣機的耗功率.答案 P = 124.4 kW10. 定容加熱汽油機循環(huán)在每千克空氣參加熱量1000kJ,壓縮比# =vi /v2 =5 ,壓縮過程的 初參數(shù)為100kPa,15 C.試求：(1) .循環(huán)的最高壓力和最高溫度；

45、(2) .循環(huán)的熱效率.答案 (1) .Tmax=1943K , Pmax=3.37MPa ;(2) .L,s=52.6%11. 一混合加熱理想內(nèi)燃機循環(huán),工質(zhì)視為空氣, P1 =0.1MPa,t =50燈,&=Vi/v2=12, &=P3/P2=1.8, P=V4/V3=1.3,比熱容為定值.試求在此循環(huán)中單位質(zhì)量工質(zhì)的吸熱量、凈功量和循環(huán)熱效率.解循環(huán)T - s圖如右圖所示.1點:2點:3點:4占八、5占w 八、12. 在相同的初態(tài)及循環(huán)最高壓力與最高溫度相同的條件下,試在T - s圖上利用平均溫度的概念比較定容加熱、定壓加熱及混合加熱的內(nèi)燃機理想循環(huán)的熱效率.答案 T -

46、s圖如下列圖.假設定容加熱理想循環(huán)熱效率為ntv,定壓加熱理想循環(huán)熱效率為ntp,混合加熱 ,理想循環(huán)熱效率為1,那么有"<“<%13. 在燃氣輪機的定壓循環(huán)中,工質(zhì)視為空氣,進入壓氣機的溫度=27 C,壓力 pi =0.1MPa,循環(huán)增壓比n =p2/pi =4.在燃燒事中參加熱量,經(jīng)絕熱膨脹至p4 =0.1MPa.設比熱為定值.(1) .畫出循環(huán)的T - s圖；(2) .求循環(huán)的最高溫度；(3) .求循環(huán)的凈功量和熱效率；(4) .假設燃氣輪機的相對內(nèi)效率為0.91,循環(huán)的熱效率為多少答案(1) .T -s圖如下列圖；(2) .Tmax=T3=1176K ;(3) .

47、切.=239.8kJ/kg,"t =32.7% ；(4) .1 =28%14對丁燃氣輪機定壓加熱理想循環(huán),假設壓氣機進出口空氣參數(shù)為p1=0.1MPa , t1=27C,燃氣輪機進出口處燃氣溫度 t3 =1000 C,試向增壓比兀最高為多少時,循環(huán)凈功為 0? 答案 二 max =15715. 某鍋爐每小時生產(chǎn)4t水蒸氣.蒸汽出口的表壓為pg2=12MPa,溫度t2 =350 C.設給水 溫度t1=40C,鍋爐效率=0.8,煤的發(fā)熱量(熱值)qp = 2.97><104kJ/kg,試求每小時鍋爐的耗煤量答案 耗煤量qm,c = 448kg/h16、填空題：(1) 用水銀溫

48、度計測量高速流動的氣流溫度,設溫度計上讀數(shù)為t,氣流溫度為tf ,那么二 者的大小關系為(2) 在噴管的氣體流動中,氣體壓力不 斷 流速,馬赫數(shù) ;(3) 有一減縮噴 管,空氣進口壓力為Pi=1MPa ,背壓pb=0.3MPa ,冊出口壓力P2 =(4) 現(xiàn)設計一噴管,假設進口過熱蒸汽壓為 P1 =9MPa,背壓為Pb =2MPa,此噴管的形 狀應選擇 017、壓力為0.1MPa、溫度為15°C的空氣,分別以100m/s , 200m/s,和400m/s的流速流動,當空氣滯止時,問空氣的滯止溫度和滯止壓力各為多少18、 某減縮噴管進口氮氣壓力為 P1 =6.6MPa ,溫度t =96

49、00C ,背壓為Pb=4.0MPa試 求出口截面流速.19、某減縮噴管出口截面積為25mm2,進口空氣參數(shù)P1 = 0.5Pa,t1 = 3000C ,初速G =178m/s,問背壓為多大時到達最大質(zhì)量流量該值是多少20.壓力為0.1MPa,溫度300C的空氣經(jīng)擴壓管后壓力升高至 0.16MPa ,問空氣進入擴壓管的初速是多少?21.壓力pi =9.0MPa、溫度ti =550°C的水蒸氣,經(jīng)節(jié)流閥后壓力降為 P2 =8.6MPa ,然后進入噴管作可逆膨脹至壓力為 P3 =6MPa.設環(huán)境溫度為To = 300K ,流量q32kg/s問:(1) 該噴管為何形狀；(2) 噴管出口流速及

50、截面積為多少；(3) 因節(jié)流引起的炳產(chǎn)及有效能損失為多少第九章蒸汽動力循環(huán)1. 蒸汽動力循環(huán)的主要設備是什么各起什么作用2. 提升蒸汽動力循環(huán)熱效率的主要舉措與方法有那些3. 在蒸汽壓縮制冷循環(huán)中,如果用膨脹代替節(jié)流閥,有何優(yōu)缺點4. 試畫出蒸汽再循環(huán)的T-s圖.5. 某朗肯循環(huán),水蒸氣初參數(shù)為 Pi =4MPa,ti =500°C,背壓為p0.004MPa.試求循環(huán) 吸熱、放熱量、汽輪機做功和循環(huán)熱效率.6. 某蒸汽動力循環(huán),水蒸氣的初參數(shù)為pi =4.5MPa,ti =530°C ,背壓為p 0.005MPa ,汽 輪機相對內(nèi)效率 -0.88,試求循環(huán)吸熱量、放熱量、汽

51、輪機做功量和循環(huán)熱效率.7. 某蒸汽壓縮制冷循環(huán),制冷劑為氟里昂 i34a蒸發(fā)器的出口溫度為-26.450C,冷凝器的 出口溫度300C.試求：(1)循環(huán)制冷量和壓氣機耗功量;(2) 制冷系數(shù)；(3) 循環(huán)熱效率.8. 某蒸汽動力循環(huán)裝置為郎肯循環(huán).蒸汽的初壓為 pi =4.0MPa,背壓為p2 =0.005MPa , 假設初溫分別為300 C和500 C,試求蒸汽在不同初溫下的循環(huán)熱效率 叫及蒸汽的終態(tài)干度X2 0解：(1).由pi =4.0MPa , ti =300 C,查過熱蒸汽表得由p2 =0.005MPa ,查飽和水和飽和蒸汽表得由S2 = Si得乂h3 =底=137.22kJ/kg

52、忽略泵功厄=h3(2).過程和上一問相同,最后結(jié)果是氣=39% , x2 =0.8329. 某朗肯循環(huán),水蒸氣初溫為ti =500 C,背壓為p2 =0.005MPa ,試求當初壓分另U為4.0MPa 和6.0MPa時的循環(huán)熱效率及排汽干度.答案t1 =500 C39%39.5%0.8320.808工作,鍋爐出口蒸汽參數(shù)為機排汽壓力 p2=0.004MPa.1.0MPa時,被引出到鍋爐再熱 到汽輪機繼續(xù)膨脹至排汽壓 都是理想的定嫡過程,試求：提升多少10. 某蒸汽動力廠按再熱循環(huán)pi =10MPa,ti =500 C ,汽輪蒸汽在進入汽輪機膨脹至器中再熱至500 C,然后乂回 力.設汽輪機和水

53、泵中的過程(1).由丁再熱,使乏汽干度(2) .由丁再熱,循環(huán)的熱效率提升了多少?解：(1) .由 pi =10MPa,ti =500查得由 pa =1.0MPa, & = & =6.5954kJ/(kg.K)查得由 Pb =1.0MPa,tb =500 C查得由 p2 =0.004MPa,S2 =Sb =7.7597 kJ. (kg ?K)且h2 =121.3kJ. kg由 p2 =0.004MPa, & =s =6.5954kj/(kg ?K)查得忽略泵功h4 =h3 =h2 =121.3kJ.kg(2)忽略泵功 w0 =Wt =：» -ha Lhb -

54、h2=3372.8 -28073476.8 -2337.0 =1706(kJ kg)=3372.8 T21.33476.8 - 2807 = 3921.3(kJ kg)無再熱時第十章制冷循環(huán)1. 某蒸氣壓縮制冷裝置如圖5-26所示.制冷劑為氨,蒸發(fā)器出口氨的溫度為ti=-15P,在冷凝器中冷凝后的氨為飽和液,溫度 t1 =25勾.試求：蒸發(fā)器中氨的壓力和冷凝器中氨的壓力；循環(huán)的制冷量qL,循環(huán)凈功W0和制冷系數(shù)&假設該裝置的制冷水平為 中l(wèi) =42><104kJ/h ,氨的流量為多大解 (1) T-s圖參閱圖5-26 (b)由t = T5 C,查氨的lg p - h圖得虛氣

55、壓縮制涉裾環(huán)3)裝置與海程示重圖1 (b) T-s圖由 t = 25 °C,查 lg p - h 圖得 由 S2 =&, P2 =1.01MPa,查得(2)qL f f =1570 -450 F120(kJ. kg)(3),L =qmqL2. 冬天室內(nèi)取暖利用熱泵.將氟里昂134a蒸氣壓縮式制冷機改為熱泵,此時蒸發(fā)器放在室外,冷凝器放在室內(nèi).制冷機工作時可從室外大氣環(huán)境吸收熱量qL ,氟里昂134a蒸氣經(jīng)壓縮后在冷凝器中凝結(jié)為液體放出熱量 q-供室內(nèi)供暖.設蒸發(fā)器中氟里昂134a的溫度為-10C,冷凝器中氟里昂134a蒸氣的溫度為30C,試求：熱泵的供熱系數(shù)；室內(nèi)供熱100 000kJ/h時,用以帶動熱泵所需的理論功率；當用電爐直接供給室內(nèi)相同的熱量時,電爐的功率為多少答案 (1) = 8.58 ; (2) P=3.23kW ; (3) Pe=27.8kW第二篇傳熱學第二章導熱根本原理及穩(wěn)態(tài)導熱1兩塊不同材料的平板組成如圖 4-6