壓縮過程中對1kg空氣做的功

壓縮過程中對1kg空氣做的功篇一：作業(yè)答案

工程熱力學(xué)

作業(yè)

1：發(fā)動機(jī)噴管是一種特殊的管道，工質(zhì)流經(jīng)噴管后，壓強(qiáng)降低，流速增加，試?yán)脽崃W(xué)第一定律給出出口速度的表達(dá)式。

答：工質(zhì)流經(jīng)噴管，位能可以忽略；由于在管內(nèi)流動，不對外做功，ws=0；又因工質(zhì)流速一般很高，可以按絕熱處理，q=0；所以，穩(wěn)定流量能量方程

22可以簡化為122：空氣在某壓氣機(jī)中被壓縮，壓縮前空氣參數(shù)為p1=1.0×105Pa,v1=0.845m3/kg；p2=8×105Pa,v2=0.175m3/kg；假設(shè)在壓縮過程中每千克空氣的內(nèi)能增加146.5kJ，同時向外界放出熱量50kJ；壓氣機(jī)每分鐘消費壓縮空氣10kg。試求：〔1〕壓縮過程中對1kg空氣所做的壓縮功；〔2〕每消費1kg壓縮空氣所需的軸功；〔3〕帶動此壓縮機(jī)所需功率至少要多少千瓦。

答：壓氣機(jī)的工作過程包括進(jìn)氣、壓縮、排氣3個過程。在壓縮過程中，進(jìn)、排氣閥均關(guān)閉，因此此時的熱力系統(tǒng)是閉口系，與外界交換的功是容積功w。

要消費壓縮氣體，那么進(jìn)、排氣閥要周期性的翻開和關(guān)閉，氣體進(jìn)出氣缸，因此氣體與外界交換的功是軸功ws，又考慮氣體的動能、勢能變化不大，可忽略，那么此功也是技術(shù)功wt

。

〔1〕壓縮過程所作的功

由上述分析可知，在壓縮過程中，進(jìn)、排氣閥均關(guān)閉，因此取氣缸內(nèi)的氣體為熱力系，如圖，由閉口系能量方程，得

w=q〔2〕消費壓縮空氣所需的功

選氣體的進(jìn)出口、氣缸內(nèi)壁及活塞左端面所圍空間為熱力系，如以下圖，由開口系能量方程，得

〔3〕電動機(jī)的功率

P=10作業(yè)1：

答：如圖，取容器和氣缸中的整個空氣為系統(tǒng)，根據(jù)閉口系的能量方程有

Q=因為空氣可作為理想氣體處理，過程中溫度不變，那么作業(yè)2：

答：可以根據(jù)不同過程狀態(tài)參數(shù)大小關(guān)系，來判斷未知狀態(tài)參數(shù)變化規(guī)律。根據(jù)曲線斜率，判斷多變過程的n值范圍。

作業(yè)3：試在T-s圖上定性表示出n=1.2的理想氣體的壓縮過程，并在圖上用面積表示所耗過程功w和技術(shù)功wt。

篇二：工程熱力學(xué)課后作業(yè)答案chapter4

p73

4-11kg空氣在可逆多變過程中吸熱40kJ，其容積增大為

v2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

nln(p2/p1)/8)ln(v1/v2)

ln(1ln(1/10)

＝0.9

因為

q內(nèi)能變化為

c5v＝717.5J/(kgc7p2R75

cv＝1004.5J/(kgn＝3587.5J/(kg＝8×103J

膨脹功：w×103J

焓變：p

熵變：v2v1

p2p1

＝0.82×103J/(kg4－2有1kg空氣、初始狀態(tài)為p1〔1〕可逆絕熱膨脹到p2〔2〕不可逆絕熱膨脹到p2〔4〕可逆多變膨脹到p2；

試求上述各過程中的膨脹功及熵的變化，并將各過程的相對位置畫在同一張pwRT1k[1p2p1

k圖上

)

k

]＝111.9×10

3

J

熵變?yōu)?〔2〕wT2T1

3

J

p2p1

＝116.8J/(kg〔3〕wRT1ln

p1p2

＝195.4×103J/(kgp1p2

＝0.462×103J/(kgp2p1

n〔4〕wp2p1

RT1nn[1n

]＝67.1×10

3

J

T2n

＝189.2K

p2p1

T2T1

＝－346.4J/(kg4-3具有1kmol空氣的閉口系統(tǒng)，其初始容積為1m3，終態(tài)容積為10m3，當(dāng)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

wV2V1

V2V1

1017140kJ

19.14kJ/K

(2)自由膨脹作功為0

V2V1

19.14kJ/K

4－4質(zhì)量為5kg的氧氣，在30℃溫度下定溫壓縮，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：q

V2V1

0.63－627.2kJ

放熱627.2kJ

因為定溫，內(nèi)能變化為0，所以wV2V1

－2.1kJ/K

4－5為了試驗容器的強(qiáng)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(jìn)氣閥并把空氣加熱。大氣壓力B＝101.3kPa，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

T2p2p1

100〔2〕內(nèi)能變化：

72

52

*287*(568.3*287*(568.3p2p1

0.49kJ/(kg.K)

4-66kg空氣由初態(tài)p1＝0.3MPa，t1=30℃，經(jīng)過以下不同的過程膨脹到同一終壓p2＝0.1MPa：〔1〕定溫過程；〔2〕定熵過程；〔3〕指數(shù)為n＝1.2的多變過程。試比擬不同過程中空氣對外所作的功，所進(jìn)展的熱量交換和終態(tài)溫度。解：〔1〕定溫過程

Wp1p2

0.30.1

573.2kJ

QT2=T1=30℃〔2〕定熵過程

WRkT1[1p2p1

k)

k

]2871.4*303*[10.10.3

1.4)

1.4

]Q＝0

篇三：清華大學(xué)工程熱力學(xué)習(xí)題課

工程熱力學(xué)課程習(xí)題

第一章

1-1試將1物理大氣壓表示為以下液體的液柱高(mm)，(1)水，(2)酒精，(3)液態(tài)鈉。它們的密度分別為1000kg/m3，789kg/m3和860kg/m3。

1-4人們假定大氣環(huán)境的空氣壓力和密度之間的關(guān)系是p=cρ1.4，c為常數(shù)。在海平面上空氣的壓力和密度分別為1.013×105Pa和1.177kg/m3，假設(shè)在某山頂上測得大氣壓為5×104Pa。試求山的高度為多少。重力加速度為常量，即g=9.81m/s2。

1-7如圖1-15所示的一圓筒容器，表A的讀數(shù)為360kPa，表B讀數(shù)為170kPa，表示室Ⅰ壓力高于室Ⅱ的壓力。大氣壓力為760mmHg。試求(1)真空室以及Ⅰ室和Ⅱ室的絕對壓力；(2)表C的讀數(shù)；(3)圓筒頂面所受的作用力。

圖1-15

1-8假設(shè)某溫標(biāo)的冰點為20°，沸點為75°，試導(dǎo)出這種溫標(biāo)與攝氏度溫標(biāo)的關(guān)系(一般為線性關(guān)系)。1-10假設(shè)用攝氏溫度計和華氏溫度計測量同一個物體的溫度。有人認(rèn)為這兩種溫度計的讀數(shù)不可能出現(xiàn)數(shù)值一樣的情況，對嗎？假設(shè)可能，讀數(shù)一樣的溫度應(yīng)是多少？1-14一系統(tǒng)發(fā)生狀態(tài)變化，壓力隨容積的變化關(guān)系為pV1.3=常數(shù)。假設(shè)系統(tǒng)初態(tài)壓力為600kPa，容積為0.3m3，試問系統(tǒng)容積膨脹至0.5m3時，對外作了多少膨脹功。

1-15氣球直徑為0.3m，球內(nèi)充滿壓力為150kPa的空氣。由于加熱，氣球直徑可逆地增大到0.4m，并且空氣壓力正比于氣球直徑而變化。試求該過程空氣對外作功量。

1-161kg氣體經(jīng)歷如圖1-16所示的循環(huán)，A到B為直線變化過程，B到C為定容過程，C到A為定壓過程。試求循環(huán)的凈功量。假設(shè)循環(huán)為A-C-B-A那么凈功量有何變化？

圖1-16

第二章

2-2水在760mmHg下定壓汽化，溫度為100℃，比容從0.001m3/kg增加到1.1763m3/kg，汽化潛熱為2250kJ/kg。試求工質(zhì)在汽化期間(1)內(nèi)能的變化；(2)焓的變化。

2-3定量工質(zhì)，經(jīng)歷了一個由四個過程組成的循環(huán)，試填充下表中所缺的數(shù)據(jù)，并

2-51kg空氣由p1=1.0MPa，t1=500℃膨脹到p1=0.1MPa，t1=500℃，得到的熱量

506kJ，作膨脹功506kJ。又在同一初態(tài)及終態(tài)間作第二次膨脹僅參加熱量39.1kJ。求：(1)第一次膨脹中空氣內(nèi)能增加多少？(2)第二次膨脹中空氣作了多少功？(3)第二次膨脹中空氣內(nèi)能增加多少？2-6圖2-10所示的氣缸內(nèi)充以空氣。氣缸截面積為100cm2，活塞距底面高度為10cm，活塞及其上負(fù)載的總質(zhì)量為195kg，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?71mmHg，環(huán)境溫度t0=27℃，氣缸內(nèi)氣體恰與外界處于熱力平衡。倘使把活塞上的負(fù)載取去100kg，活塞將突然上升，最后重新到達(dá)熱力平衡。設(shè)活塞與氣缸壁之間無摩擦，氣體可通過氣缸壁充分和外界換熱，求活塞上升的間隔和氣體的換熱量。

圖2-10

2-7上題中假設(shè)氣缸壁和活塞都是絕熱的，但兩者之間不存在摩擦，此時活塞上升距

離如何？氣體的最終狀態(tài)又如何？⊿u=cv⊿T，空氣的cv=0.71kJ/(kg·K)。2-121m3容器內(nèi)的空氣，壓力為p0，溫度為T0。高壓管路(p,T)與之相通，使容器內(nèi)壓力到達(dá)p時關(guān)上閥門。設(shè)高壓管路、閥門與容器均絕熱，但有一冷卻水管通過容器。假設(shè)欲在充氣過程中始終維持容器中的空氣保持T0，那么需向冷卻水放出的熱量為Q，求Q?？諝獾腞，cp和cv。2-13一臺鍋爐給水泵，將冷水壓力由p1=6kPa升高至p2=2.0MPa，假設(shè)冷凝水(水泵進(jìn)口)流量為2×105kg/h，水密度ρH2O=1000kg/m3。假定水泵效率為0.88，問帶動此水泵至少要多大功率的電機(jī)。2-14一燃?xì)廨啓C(jī)裝置如圖2-11所示?？諝庥?進(jìn)入壓氣機(jī)升壓后至2，然后進(jìn)入回?zé)崞鳎諒娜細(xì)廨啓C(jī)排出的廢氣中的一局部熱量后，經(jīng)3進(jìn)入燃燒室。在燃燒室中與油泵送來的油混合并燃燒，產(chǎn)生的熱量使燃?xì)鉁囟壬撸?jīng)4進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)(透平)作功。排出的廢氣由5送入回?zé)崞鳎詈笥?排至大氣。其中壓氣機(jī)、油泵、發(fā)電機(jī)均由燃?xì)廨啓C(jī)帶動。(1)試建立整個系統(tǒng)的能量平衡式；(2)假設(shè)空氣質(zhì)量流量m1=50t/h，進(jìn)口焓h1=12kJ/kg，燃油流量m7=700kg/h，燃油進(jìn)口焓h7=42kJ/kg，油發(fā)熱量q=41800kJ/kg，排出廢氣焓h6=418kJ/kg，求發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率。

圖2-11

2-15某電廠一臺國產(chǎn)50000kW汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，鍋爐蒸汽量為220t/h，汽輪機(jī)進(jìn)口處壓力表上的讀數(shù)為10.0MPa，溫度為540℃。汽輪機(jī)出口處真空表的讀數(shù)為715.8mmHg。當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簽?60mmHg，汽輪機(jī)進(jìn)、出口的蒸汽焓各為3483.4kJ/kg和2386.5kJ/kg。試求：(1)汽輪機(jī)發(fā)出的軸功率為多少千瓦？(2)假設(shè)考慮到汽輪機(jī)進(jìn)口處蒸汽速度為70m/s，出口處速度為140m/s，那么對汽輪機(jī)功率的計算有多大影響？(3)如凝汽器出口的凝結(jié)水的焓為146.54kJ/kg，而1kg冷卻水帶走41.87kJ的熱量，那么每小時需多少噸冷卻水？是蒸汽量的幾倍？

2-16空氣在某壓氣機(jī)中被壓縮，壓縮前空氣的參數(shù)為p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg；壓縮后為p2=0.8MPa，v1=0.175m3/kg，假設(shè)在壓縮過程中每千克空氣的內(nèi)能增加146.5kJ，同時向外界放出熱量50kJ；壓氣機(jī)每分鐘消費壓縮空氣10kg。試求：(1)壓縮過程中對1kg空氣所作的壓縮功；(2)每產(chǎn)生1kg壓縮空氣所需的軸功；(3)帶動此壓氣機(jī)所需功率至少要多少千瓦？

2-18某燃?xì)廨啓C(jī)裝置如圖2-12所示。壓氣機(jī)進(jìn)口處空氣的焓h1=290kJ/kg，經(jīng)

壓縮后，空氣升溫使比焓增為h2=580kJ/kg，在截面2處與燃料混合，以c2=20m/s的速度進(jìn)入燃燒室，在定壓下燃燒，使工質(zhì)吸入熱量q=670kJ/kg。燃燒后燃