工程熱力學例題

工程熱力學例題1.已知一閉口系統(tǒng)沿acb途徑從狀態(tài)a變化到狀態(tài)b時，吸入熱量80KJ/kg，并對外做功30KJ/Kg。(1)、過程沿adb進行，系統(tǒng)對外作功10KJ/kg，問系統(tǒng)吸熱多少?(2)、當系統(tǒng)沿曲線從b返回到初態(tài)a、外界對系統(tǒng)作功20KJ/kg，則系統(tǒng)與外界交換熱量的方向和大小如何?(3)、若ua=0，ud=40KJ/Kg，求過程ad和db的吸熱量。解：對過程acb，由閉口系統(tǒng)能量方程式得：（1）、對過程adb閉口系統(tǒng)能量方程得：（2）、對b-a過程，同樣由閉口系統(tǒng)能量方程得：即，系統(tǒng)沿曲線由b返回a時，系統(tǒng)放熱70KJ/Kg。(3)、當ua=0，ud=40KJ/Kg，由ub-ua=50KJ/Kg，得ub=50KJ/Kg，且：（定容過程過程中膨脹功wdb=0）過程ad閉口系統(tǒng)能量方程得：過程db閉口系統(tǒng)能量方程得：2.安靜狀態(tài)下的人對環(huán)境的散熱量大約為400KJ/h，假設能容納2000人的大禮堂的通風系統(tǒng)壞了：（1）在通風系統(tǒng)出現(xiàn)故障后的最初20min內禮堂中的空氣內能增加多少？（2）把禮堂空氣和所有的人考慮為一個系統(tǒng)，假設對外界沒有傳熱，系統(tǒng)內能變化多少？如何解釋空氣溫度的升高。解：（1）熱力系：禮堂中的空氣。(閉口系統(tǒng))根據閉口系統(tǒng)能量方程因為沒有作功故W=0；熱量來源于人體散熱；內能的增加等于人體散熱，（2）熱力系：禮堂中的空氣和人。(閉口系統(tǒng))根據閉口系統(tǒng)能量方程因為沒有作功故W=0；對整個禮堂的空氣和人來說沒有外來熱量，所以內能的增加為0。空氣溫度的升高是人體的散熱量由空氣吸收，導致的空氣內能增加。3.空氣在某壓氣機中被壓縮。壓縮前空氣的參數(shù)是p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg；壓縮后的參數(shù)是p2=0.8MPa，v2=0.175m3/kg。假定空氣壓縮過程中，1kg空氣的熱力學能增加146KJ，同時向外放出熱量50KJ，壓氣機每分鐘產生壓縮空氣10kg。求：（1）壓縮過程中對每公斤氣體所做的功；（2）每生產1kg的壓縮空氣所需的功；（3）帶動此壓氣機至少需要多大功率的電動機？分析：要正確求出壓縮過程的功和生產壓縮氣體的功，必須依賴于熱力系統(tǒng)的正確選取，及對功的類型的正確判斷。壓氣機的工作過程包括進氣、壓縮和排氣3個過程。在壓縮過程中，進、排氣閥門均關閉，因此此時的熱力系統(tǒng)式閉口系統(tǒng)，與外界交換的功是體積變化功w。要生產壓縮氣體，則進、排氣閥要周期性地打開和關閉，氣體進出氣缸，因此氣體與外界交換的功為軸功ws。又考慮到氣體動、位能的變化不大，可忽略，則此功也是技術功wt。（1）解：壓縮過程所做的功，由上述分析可知，在壓縮過程中，進、排氣閥均關閉，因此取氣缸中的氣體為熱力系統(tǒng)，如圖（a）所示。由閉口系統(tǒng)能量方程得：（2）生產壓縮空氣所需的功，選氣體的進出口、氣缸內壁及活塞左端面所圍空間為熱力系統(tǒng)，如（b）圖虛線所示，由開口系統(tǒng)能量方程得：（3）電動機的功率:4.某燃氣輪機裝置如圖所示，已知壓氣機進口處空氣的比焓h1=290kJ/kg。經壓縮后空氣升溫使比焓增為h2=580kJ/kg，在截面2處空氣和燃料的混合物以cf2=20m/s的速度進入燃燒室，在定壓下燃燒，使工質吸入熱量q=670kJ/kg。燃燒后燃氣進入噴管絕熱膨脹到狀態(tài)3`，h3`=800kJ/kg，流速增加到cf3`，此燃氣進入動葉片，推動轉輪回轉作功。若燃氣在動葉片中的熱力狀態(tài)不變，最后離開燃氣輪機的速度cf4=100m/s，若空氣流量為100kg/s，求：（1）壓氣機消耗的功率為多少？（2）若燃氣的發(fā)熱值qB=43960kJ/kg，燃料的耗量為多少？（3）燃氣噴管出口處的流速是多少？（4）燃氣輪機的功率為多少？（5）燃氣輪機裝置的總功率為多少？解（1）壓氣機消耗的功率，取壓氣機開口系統(tǒng)為熱力系。假定壓縮過程是絕熱的，忽略宏觀動、位能差的影響。由穩(wěn)定流動能量方程：得：由此可見壓縮機消耗的軸功增加了氣體的焓值。壓氣機消耗的功率：（2）燃料的耗量：（3）燃料在噴管出口處的流速cf3、，取截面2至截面3`的空間作為熱力系，工質做穩(wěn)定流動，若忽略重力位能差值，則能量方程為：因ws=0，故：按濕蒸汽參數(shù)計算得：13.如圖所示，容器中盛有溫度為150。C的4kg水和0.5kg水蒸氣，現(xiàn)對容器加熱，工質所得熱量Q=4000kJ。試求容器中工質熱力學能的變化和工質對外做的膨脹功（設活塞上的作用力不變，活塞與外界絕熱，并與器壁無摩擦）解：確定初態(tài)的干度查飽和表得：t1=150C時，p1=0.47571MPa，計算得：確定終態(tài)參數(shù)。因過程為定壓過程，則Q=m（h2-h1）于是：2狀態(tài)：因為所以2狀態(tài)處于兩相區(qū)：于是得：工質對外做功：或根據閉口系統(tǒng)能量方程：14.有一剛性容器，用一薄板將它分隔為A、B兩部分。在A中盛有1kg、壓力pA＝0.5MPa的干飽和蒸汽，B中盛有2kgpB＝1MPa，x＝0.80的濕蒸汽。當隔板抽去后，經過一段時間容器中的壓力穩(wěn)定在p3＝0.7MPa。求（1）容器的總容積及終了時蒸汽的干度；（2）由蒸汽傳給環(huán)境的熱量。解：（1）容器的總容積：pA＝0.5MPa的干飽和蒸汽參數(shù)v``＝0.37481m3/kg h``＝2748.5kJ/kg uA＝2561.1kJ/kgA占容積：VA=mAv``=0.37481m3pB＝1MPa的飽和蒸汽參數(shù):v``＝0.1943m3/kgv`＝0.0011274m3/kg，h``＝2777kJ/kg，h`＝762.6kJ/kg vB=xv``+(1-x)v`=0.155m3/kg，hB＝xh``+(1-x)h`=2374kJ/kguB＝2219kJ/kgB占容積：VB=mBvB=0.31m3總容積:V=VA+VB=0.685m30.7MPa的飽和蒸汽參數(shù)v``＝0.27274m3/kg，v`＝0.0011082m3/kgh``＝2762.9kJ/kg，h`＝697.1kJ/kg蒸汽比容：蒸汽干度：（2）由蒸汽傳給環(huán)境的熱量終了時的焓：hx＝xh``+(1-x)h`=2502kJ/kg，ux＝2342.4kJ/kg15.已知空氣的t1=20C，p1=0.1013MPa將其加熱至t2=50C，后送入噴淋室，從噴淋室排出時t3=30C，求：1）2）從噴淋室每吸收1kg水分所需空氣量和加熱量解：根據t1=20oC，p1=0.1MPa，Ψ1=0.6，查圖知d1=8.9g水蒸氣/kg干空氣，h1=42.8kJ/kg干空氣根據d2=d1,t2=50C，查圖知h2=73.5kJ/kg干空氣根據h3=h2,t3=30C，查圖知Ψ3=0.63d3=17.0g水蒸氣/kg干空氣含1kg干空氣的濕空氣所吸收水分每吸收1kg水分所需干空氣每吸收1kg水分所需濕空氣每吸收1kg水分所需加熱量17.將0.1013MPa，60％，32℃的濕空氣送入空調機。在空調機中，濕空氣經冷卻盤管冷卻和冷凝去濕后，以15℃的飽和濕空氣離開。已知32℃時，水蒸氣飽和壓力4.7574kPa；15℃時，水蒸氣飽和壓力1.7053kPa。求1kg干空氣在空調機中除去的水分。解：18.某空調系統(tǒng)每小時需要t2＝21℃，相對濕度為60％的濕空氣若干（其中干空氣質量4500kg/h）。現(xiàn)將室外溫度t1＝35℃，相對濕度為70％的空氣經處理后達到上述要求。求在處理過程中所除去的水分及放熱量。解：查圖得h1=99.78kJ/kg(a) d1=25.17g/kg(a)h2=44.76kJ/kg(a) d2=9.3g/kg(a)處理過程除去的水分：放熱量：19.某廠房產生余熱16500kJ/h，熱濕比ξ＝7000。為保持室內溫度t2＝27℃及相對濕度為40％的要求，向廠房送入濕空氣的溫度t1＝19℃，求每小時的送風量為多少千克及廠房的余濕量。大氣壓力B＝101325Pa。解：廠房的余濕：查圖得h2=49.84kJ/kg,h1=35kJ/kg，d1=6.3g/kg(a