熱工原理課后習(xí)題答案

第一章

1-4解:

P真空室.=Pi>-P朗=760-745=15mmHg=2kPa

Pi=p真空室+p“=2+360=362kPa

Pz=P\~Pb=362-170=\92kPa

Pc=Pi>~P真空室=192—2=190kPa

2

F=（ph-p我空室）A=745x133.3x；xjtx0.45=15.8ZN

1-7解：膨脹過程系統(tǒng)對外作的功為

W=f：P〃=C陰W=一喏（匕e-V3）=85.25V

1-9解：由于假設(shè)氣球的初始體積為零，則氣球在充氣過程中，內(nèi)外壓力始終保持相等，恒等于大氣壓力0.09MPa,所

以氣體對外所作的功為：

65

W=/?AV=0.09xl0x2=1.8xl0J

1-10解：確定為了將氣球充到2m3的體積，貯氣罐內(nèi)原有壓力至少應(yīng)為（此時貯氣罐的壓力等于氣球中的壓力，同時

等于外界大氣壓pb）

—+2）=化+2）=0.9x10,x（2+2）=]&^

匕V,2

前兩種情況能使氣球充到2m3

55

W=/7hAV=0.9X10X2=1.8X10J

情況三：

V—p貯氣罐.貯氣罐_°」5x2_

V氣球+貯氣罐-p_009_28〃

所以氣球只能被充到入球=3.333—2=1.333加3的大小，故氣體對外作的功為：

IV=0.9xl05x1.333=1.2xlO5J

第二章

2—4解：狀態(tài)b和狀態(tài)a之間的內(nèi)能之差為：

\Uab=Ub~Ua=。一卬=100—40=60kJ

所以，a-d-b過程中工質(zhì)與外界交換的熱量為：

Q…=△*,+卬=60+20=80V

工質(zhì)沿曲線從b返回初態(tài)a時，工質(zhì)與外界交換的熱量為:

0i=Ua-Ub+W=-\Uah+W=-60-30=-90V

根據(jù)題中a點內(nèi)能值為0,則b點的內(nèi)能值為60kJ,所以有：

△U?d=Uh-ud=60-40=20V

山于d-b過程為定容過程，系統(tǒng)不對外作功，所以d-b過程與外界交換的熱量為：

Qd-b=U「Ub3db=20kJ

所以a-d-b過程系統(tǒng)對外作的功也就是a-d過程系統(tǒng)對外作的功，故a-d過程系統(tǒng)與外界交換的熱量為：

Q“二力一U“-Wa_d=-Wa_d_h=40-(-20)=60kJ

2-8解：壓縮過程中每千克空氣所作的壓縮功為：

w=q-—50—146.5=-196.5V1kg

忽略氣體進(jìn)出口宏觀動能和勢能的變化，則有軸功等于技術(shù)功，所以生產(chǎn)每kg壓縮空氣所需的軸功為:

%=g-A/1=-50-146.5-<0.8x0.175-0.1x0.845)x103=-252V/kg

所以帶動此壓氣機所需的功率至少為：

2-11解：此過程為開口系統(tǒng)的穩(wěn)定流動過程，忽略進(jìn)出口工質(zhì)的宏觀動能和勢能變化，則有：

。+%/“7=%。“6+卬、

由穩(wěn)定流動過程進(jìn)出口工質(zhì)的質(zhì)量守恒有：

q“,6=+4ml

則系統(tǒng)的能量平衡式為：

Q=(%—%)+“(4-力7)+-

故發(fā)電機的功率為：

P=Ws=Q-(h6-h1)qml-(h6-hi)qml

=229_X41800-也3-X(418-12)-且2X(418-42)=2.415X及上卬

360036003600

第三章

3-3解：⑴氣體可視是理想氣體，其內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，選取絕熱氣缸內(nèi)的兩部分氣體共同作為熱力系。由于氣缸

絕熱，系統(tǒng)和外界無熱量交換，同時氣缸是剛性的，系統(tǒng)無對外作功，則過程中系統(tǒng)的內(nèi)能不變，即溫度不變保持初

溫30℃。

⑵設(shè)氣缸一側(cè)氣體的初始參數(shù)為p「匕、T和m,終態(tài)參數(shù)為p；、匕'、T,另一側(cè)氣體的初始參數(shù)為

1%、匕、T和加，終態(tài)參數(shù)為P；、嗎、T，初始時兩側(cè)的狀態(tài)方程分別為：

fPM=叫丁

IP2V2=mRgT

則有院匕=婦」

p2V,0.123

310

取總體積為V,V,=—V；V,=—V

113213

由于質(zhì)量相等，則兩側(cè)體積相等，分別為上，對一側(cè)寫出狀態(tài)方程,

終態(tài)時，兩側(cè)的壓力相同，即p;=p;p<

2

V

P；V；=口萬=叫了

V3V

則有PM=P]即PM=O.4X5V=PE,得終態(tài)時的壓力為:

p=1.87xlO5Pa

3-16解：首先把標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的體積流量值轉(zhuǎn)換為入口狀態(tài)下和出口狀態(tài)下的體積流量值:

101325x108000293

加體1x---------1-06154//〃

273830x133.3

101325x1080005433

機體2x---------1-96729.4/n//?

273830x133.3

轉(zhuǎn)化為質(zhì)量流量為:

P標(biāo)”體，標(biāo)101325x108000

〃2質(zhì)=139667.6kg//i=38.80kg/s

(丁標(biāo)287x273

根據(jù)開口系統(tǒng)的能量方程，忽略進(jìn)出口宏觀動能和勢能的變化并考慮到氣體流動時對外不作軸功，故有煙氣每小時所

提供的熱量為:

Q=nifftCh2-/?!）

(1)用平均定壓質(zhì)量比熱容數(shù)據(jù)計算

查表并通過插值可得到:

1.0044口/（依.用

|270

Cplo1.0169AJ/伙g.K）

|270270xl.0169-20xl.0044

CP\20=LU179kJ/（kg.K）

270-20

所以有：Q=機質(zhì)（%—%）=139667.6x1.0179x250=35541912.5/7//Z

(2)將空氣視為雙原子理想氣體，用定比熱容進(jìn)行計算

77

cp=-R1M=)x8.314/28.97=1.004。/(Ag.K)

所以有：。=根質(zhì)（為-//1）=139667.6x1.004x250=35056567.6Wth

第四章

4-3解:

(1)熱效率為

巖3%

7]

(2)吸熱

W27

Q.=—=^—=8.16V

1〃33.1%

放熱

Q2=Q1-IV=8.16-2.7=5.46V

（3）性能系數(shù)

J5。+273=302

T,-T2150-10

Q=W?￡，=(2-2)￡'=?！?.5)x3.02

得到。?=6.73女〃

所以

%=2—2=6.73—4.5=2.23。/

4—7解:

（1）對于由可逆熱機和冷熱源構(gòu)成的孤立系統(tǒng)，根據(jù)孤立系統(tǒng)嫡增原理得:

△

SjKf,l=ASC+ASU/+AtS[=rnc[，In—rj-t+me[>In—rj-t—+0=0

1A1B

所以有:

Tm=g

(2)根據(jù)能量守恒，得總功量為:

W=QA-QB=mc^-Tj-(7L,-TB)]=mcp(T4+TB-2^TJ；)

(3)直接熱交換,則。八=如，得T,“=號冬

總嫡變?yōu)?

TT(T+TY

△S,“-AS,+=men\n-+menin—=menIn-------

P

TA「TB4T"B

4-13

第五章

5-3解：1、查表得:

y"=0.52427m3

h}=//”=2732.37。/依

所以:

V

tn=—=1.907kg

v"

2、當(dāng)P=0.2MPa時，比容仍為i/=0.52427m3/kg

v'=0.0010605<v<y"=0.88585

所以為濕的和蒸汽。

0.52427-0.0010605

3o、x=---------=--------------------------------=59.1%

v"-v'0.88585-0.0010605

h'=504.7kJIkg

?=2706.9-/依

%=x〃'+(l—x)〃'=1806.20k//kg

傳出的熱量為：

Q=m(hx-/i2)=1.907x(2732.37-1806.20)=1766.206V

5-5解：查表得到：

f=350°C時

1MPa2Mpa1.3MPa

h}^kj/kg)3157.73137.23151.55

s，kj/kg.A)7.30186.95747.1985

理想的絕熱過程，嫡不變，所以有:

P2=0.005MPa,s2=有=7.1985V/kg-K

查表得到2時的參數(shù):

Z2=32.90"C

5'=0.4762V/kg-K,.v"=8.3952W/kg-K

〃'=137.77以/kg,h"=25612kJIkg

所以干度為：

7.19852-0.4762

=84.89%

8.3952-0.4762

所以出口乏氣的焰為:

h2=x/i"+(l-x)/z'=2195.02^7/kg

根據(jù)穩(wěn)定流動的過程方程，可得:

叱=%—%=956.53必/依

第六章

6-3解：1點：由尸i=6M4,“=560七得:

〃i=3562.68ZJZfcg,八=1.057kJ/(kg.K)

2點：由52=51,Pr^kPa得:

心=2173.35版牡，-0.8369

3(4)點：由心=尸2得：

hy=\5\.5kJ/kg

吸熱量：

q\=h\—〃3=3562.68—151.5=3411.1

凈功量:

卬〃門=%1-〃2=3562.68-2173.35=1389.33ZJZfcg

熱效率:

"字=需1=40.73%

10xIO3x3600—ci/

m氣立耗戶量=------------=25.91〃〃f

vvnet

6-6解：（1次=1.4

循環(huán)熱效率為:

77=1--k=1----=55.33%

/7.51-4-1

壓縮過程為可逆絕熱過程，所以有:

匕7；￡i=285x7.53T=638K

<V2>

k4

p}￡=98x7.5'=1645^P?

解：因為制冷系數(shù)為:

T,T.,

￡=----=-=>-=1.25

T\fT2

制冷量:

q2=￡vv=4x6=24kW

供熱系數(shù):

s'-=￡+1=5

Wne.

供熱量:

q}-￡'wncl=5x6=30kW

第八章

8-2解：由牛頓冷卻公式：4=比,7/）得到

"黑+8°=⑸

。=qx5=5000x2.5x2)x0.05=3.925ZW

11o

8-5解：傳熱系數(shù)h=-—-~~~-=0.822W/(〃/-K)

18110.41

++++

%Ah240.56

2

熱流通量為：q=h(tfi-)=0.822x(20+10)=24.661V/m

由4=而衣一《)得到：

t=〃-幺=20-二^=13.84。。

f'h4

r?,=t+-i=-10+^^=-5.89°C

W2hh6

8-6解：傳熱系數(shù)〃=-—j~~，一-=0.8696W/(H?.K)

18110.41

1111

hi--A---h2----4--0.5---10

熱流通量為：q=①，一〃)=0.8696x(20+l0)=26.0871V/m2

為了維持室內(nèi)溫度不變。則必須保證電暖氣的散熱量等于通過墻壁的換熱量，所以電暖氣的功率為

W=qs=26.08751V,s為墻壁面積

第九章

9-2解：根據(jù)多層復(fù)壁導(dǎo)熱計算公式:

800-50

15001V/w2

q西20.20%

%瑟TTOJ

得到:

62=34.6mm

9-12解:先判斷能否用集總參數(shù)法:

—=90x00005看是否小于0.1,雖然/未給出具體值，但山于熱電偶材料為金屬，2定大于1,

B,

2

即用〈0.045

由「鬻得到:

43

8500x—萬x400

=出=_______3

=12.6s

hA90x4乃(g)

-4-rA上,

e得到g=eM=0.01

綜

計算得:

8500x4/1x400

---------3⑵2——=58.0s

In0.01

T=--------4.6lx

hA90x4乃6)

pVc

第十章

60+20

10-2解：由tm=仁2==40°C查附錄18水的物性表得到:

22

2=63.5x10-2弘八K，u=0.659x10-6〃?/,pr=4.3i

U/XIxx

ev-0.659XIO-6

根據(jù)式10-28

1

4ii0(I、Qii

/r.=0.332-Re2Pr3=0.332-----------x4.3P=422.63x*2

xx(0.659x10-6J

當(dāng)x=0.1〃?時，/2V=422.63x(0.1)4=1336.447^/20°

當(dāng)x=0.2〃z時，4=422.63X(0.2)T=945.032//oc

當(dāng)x=0.3m時，4=422.63x(0.3)1=771.615%/oc

當(dāng)x=OAm時，%=422.63x(0.4)4=668.239%2oc

10-4解:由附錄16得到：

當(dāng)空氣溫度為20°C時，

4=2.59x10-2叱［了，丫=15.06x10-6〃%

當(dāng)空氣溫度為200°C時，

4=3.93x10-2%K，丫=34.85x10-6〃%

(1)由相似原理：Re=Re',

U-L_"8七

i/v'

b,、,+,u^Lv'6x5x15.06，

所以有H_=-------=-----------=12.964相/s

vL34.85

(2)由相似原理：Nu=Ni/'，

hLh'U

22,

故有人嗎=200x3.93=6O.695，”/S

A'L5x2.59

第十一章

11-2解：由維恩位移定律，可以計算得到該黑體溫度

7二**.

4T=500x1=5005K

22T=500x5=2500///??-A：

查黑體輻射函數(shù)表11-1,有尸wofT)=0%,瑞(0_廿)=16.195%

此波長范圍所占份額為:

居紳一夕）=居-）1居—）=16.195%

11-6解:溫度為1200°C時,

4T=1473x1=1473〃加K

4丁=1473x3=4419〃〃”K

47=1473x5=7365〃，”?K

查黑體輻射函數(shù)表11-b有尸NO-初）=115%,瑞“加=55.22%

居（。引）=82.75%

，4紇利丸工分%"

E1,&EbEb

發(fā)射率='招（o~&r）+氣（凡（—7）—居（0-中））+￡%（居（o-夕）—五》（0-5））

=0.2725

輻射力E=￡E（,=0.2725x5.67x10-8x14734=72.7kW/m2

伊蘭特

［發(fā)動機］

1.6L112馬力L4氣門數(shù)16標(biāo)準(zhǔn)變速箱4檔自動排氣量(L)1.6氣缸排列形式且列氣缸數(shù)(個)4

工作方式自然吸氣壓縮比10.0

【底盤類參數(shù)】

驅(qū)動方式前置前驅(qū)擋位數(shù)4變速器形式自動

助力轉(zhuǎn)向類型機械液壓助力前制動器類型盤式后制動器類型盤式輪輛材質(zhì)鋁合金輪輛前懸掛形式麥弗遜式

獨立懸掛后懸掛形式連桿支柱式獨立懸掛四驅(qū)類型-

現(xiàn)代伊蘭特2008性能一覽表：

1.6升雙頂置凸輪軸發(fā)動機——簡稱：5擋手動4擋自動

變速箱類型：手動變速箱(MT)自動變速箱(AT)驅(qū)動方式：前置前驅(qū)前懸掛類型：麥弗遜式獨立懸架

后懸掛類型：雙連桿獨立懸架助力類型：機械液壓助力車體結(jié)構(gòu)：承載式

前制動器類型：通風(fēng)盤式通風(fēng)盤式后制動器類型：盤式盤式駐車制動類型：手剎手剎

氣門形式：DOHC發(fā)動機特有技術(shù)：CVVT供油方式：多點電噴缸體材料鑄鐵缸蓋材料鋁合金

發(fā)動機廠家型號G4ED氣門數(shù)：4冷卻系統(tǒng)水冷

方向盤調(diào)節(jié)手動2向助力轉(zhuǎn)向方式齒輪齒條式輪轂材料：鋁合金

自然吸氣自然吸氣(英文：NormallyAspirated)是汽車進(jìn)氣的?種，是在不通過任何增壓器的情況下，大氣

壓將空氣壓入燃燒室的一種形式，自然吸氣發(fā)動機在動力輸出上的平順性與響應(yīng)的直接性上，要遠(yuǎn)優(yōu)于增壓發(fā)動機，

現(xiàn)在的V82.4LF1引擎就是最好的例子。增壓是發(fā)動機進(jìn)氣形式的一種，區(qū)分于普通自然吸氣的發(fā)動機，

DOHC:doubleoverheadcamshaft(Twin-cam),表示雙頂置凸輪軸

發(fā)動機，一般每缸有多個氣門，普遍是4氣門(即2個進(jìn)氣門2個排氣門)，

多氣門發(fā)動機燃燒更充分，能讓更多新鮮空氣進(jìn)入發(fā)動機，排放效率更好.第一個用于帶動吸氣閥門，第二用于帶動排

氣閥門.但是現(xiàn)在很多每缸四氣門的發(fā)動機都有各種可變氣門正時技術(shù)甚至增壓技術(shù)

CVVT是英文ContinueVariableValveTiming的縮寫，翻譯成中文就是連續(xù)可變氣門正時機構(gòu)，目的都是給不同

的發(fā)動機工作狀況下匹配最佳的氣門重疊角（氣門正時），韓國現(xiàn)代轎車所開發(fā)的CVVT是一種通過電子液壓控制系統(tǒng)

改變凸輪軸打開進(jìn)氣門的時間早晚，從而控制所需的氣門重疊角的技術(shù)。這項技術(shù)著重于第一個字母C（Continue連

續(xù)），強調(diào)根據(jù)發(fā)動機的工作狀況連續(xù)變化，時時控制氣門重疊角的大小，從而改變氣缸進(jìn)氣量。當(dāng)發(fā)動機低速小負(fù)荷

運轉(zhuǎn)時（怠速狀態(tài)），這時應(yīng)延遲進(jìn)氣門打開時間，減小氣門重疊角，以穩(wěn)定燃燒狀態(tài)；當(dāng)發(fā)動機低速大負(fù)荷運轉(zhuǎn)時（起

步、加速、爬坡），應(yīng)使進(jìn)氣門打開時間提前，增大氣門重疊角，以獲得更大的扭矩；當(dāng)發(fā)動機高速大負(fù)荷運轉(zhuǎn)時（高

速行駛），也應(yīng)延遲進(jìn)氣門打開時間，減小氣門重疊角，從而提高發(fā)動機工作效率；當(dāng)發(fā)動機處于中等工況時（中速勻

速行駛），CVVT也會相對延遲進(jìn)氣門打開時間，減小氣門重疊角，此時的H的是減少燃油消耗，降低污染排放。

多點電噴汽車發(fā)動機的電噴裝置一般是由噴油汕路、傳感器組和電子控制單元三大部分組成的。如果噴射器安

裝在原來化油器位置上，即整個發(fā)動機只有一個汽油噴射點，這就是單點電噴；如果噴射器安裝在每個氣缸的進(jìn)氣管

上，即汽油的噴射是由多個地方（至少每個氣缸都有一個噴射點）噴人氣缸的，這就是多點電噴。

“手自一體”指手自一體變速箱.手自一體變速箱就是為了提高自動變速箱的經(jīng)濟性和操控性而增加的

設(shè)置，讓原來電腦自動決定的換擋時機重新回到駕駛員手中。同時，如果在城市內(nèi)堵車情況