工程熱力學課后題答案

習題與部分解答

第一篇工程熱力學

第一章基本概念

I.指出下列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.指出下列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，為防止有毒的水銀蒸汽產(chǎn)

生，在水銀柱上加一段水。若水柱高200〃7加，水銀柱高800〃〃〃，如

圖2-26所示。已知大氣壓力為735〃〃%Hg,試求容器中氣體的肯定

壓力為多少步解：依據(jù)壓力單位換算

3

PH、。=200x9.80665=1.961x10=1.96.^

5

PH&=800X133.32=1.006x\0Pa=106.6kPa

p=pb+(PH、O+PH&)=98.0+(1.961+106.6)=20&6kPa

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。若

已知斜管傾角。=30。，壓力計中運用。=0.8g/c加的煤油，斜管液

體長度L=2(X)mm,當?shù)卮髿鈮毫α?0.1Ma,求煙氣的肯定壓力

(用MPa表示)解：

p=Lpgsina

=200x0.8x9.81x0.5

=784.8P。=784.8x1(T6MPa

〃=4-p”0.1-784.8xl€)Y=0.0992MPa

5.一容器被剛性壁分成兩部分，并在各部裝有測壓表計，如圖2-28

所示，其中。為壓力表，讀數(shù)為UOAFa,B為真空表，讀數(shù)為45AFa。

若當?shù)卮髿鈮悍?97攵4,求壓力表A的讀數(shù)(用APo表示)

PRA=^55kPa

6.試述按下列三種方式去系統(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13.4M4；冷

凝器內(nèi)的蒸汽壓力用真空表測量，其讀數(shù)為7()6〃〃〃放。若大氣壓力

為0.098M4,試求汽輪機進出處和冷凝器內(nèi)的蒸汽的肯定壓力(用

MPa表示)/7,=0.0247MPa;[%=0.0039MPa

8.測得容器的真空度p"550〃"7?〃g,大氣壓力外=0.098Ma,求容器

內(nèi)的肯定壓力。若大氣壓變?yōu)閜；=0.102MP4,求此時真空表上的讀

數(shù)為多少mmMPa?p=0.0247MPa,〃；=579.8MPu

9.假如氣壓計壓力為83Z4,試完成以下計算：

(1).肯定壓力為0.1M41時的表壓力；

(2).真空計上的讀數(shù)為70〃'時氣體的肯定壓力；

(3).肯定壓力為50左4時的相應真空度(kPa);

(4).表壓力為0.25M出時的肯定壓力(kPa),

(1).P&=\1kPa;

(2).p=\3kPa;

(3).pv=33kPa；

(4).p=333kPao

10.攝氏溫標取水在標準大氣壓下的冰點和沸點分別為0℃和

100℃,而華氏溫標則相應地取為32°F和212°F。試導出華氏溫度和

攝氏溫度之間的換算關系，并求出肯定零度所對應的華氏溫度,

fF=4+8

將水在標準大氣壓下的冰點值32/和0°C,以與沸點值

292°尸和100℃代入,得

32=0+8

212=1004+5

解該二元一次方程組，得：4=1.8,8=32。

從而有［「=1.8/+32

當,=-273.15℃時,有

，尸=1.8x(-273.15_)+32=-459.7(/)

11.氣體進行可逆過程，滿意"=C(C為常數(shù))，試導出該氣體從狀

態(tài)I改變到狀態(tài)2時膨脹功的表達式，并在〃-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〃V=RJ,試導出：

(1).定穩(wěn)下氣體之間的關系；

(2).定壓下氣體匕7之間的關系；

(3).定容下氣體p,T之間的關系。

答案：(1).=(2).A=ZL.(3).2L=ZLO

PI眩WT\PiT\

其次章熱力學第肯定律

1.一蒸汽動力廠，鍋爐的蒸汽產(chǎn)量為9=180x1()3依/〃，輸出功率為

P=55000X:W,全廠耗煤八=19.5〃/2,煤的發(fā)熱量為%=30x1021/依。

蒸汽在鍋爐中吸熱量^=2680//依。試求:

(1).該動力廠的熱效率外

(2).鍋爐的效率力(蒸汽總吸熱量煤的總發(fā)熱量)。

解：(1).鍋爐中蒸汽吸熱量

①〃=%,?夕=180x1()3x268()

=4.82x1。8(g/用=1.34x105(AW)

P55000…/

熱效率n=——=-------------=41%

'r①"I.34X10r5

(2).鍋爐效承

二蒸汽總放熱量一①，

%一煤的總放熱量一不;

19.5X103X30X103

48=%/%=1.625X105^W0

3600

①“1.34xl05…球

n=—^-=----------=82.5%

s

①B1.625x10

2.系統(tǒng)經(jīng)一熱力過程，放熱的?對外做功26。。為使其返回原狀態(tài),

對系統(tǒng)加熱6心，問需對系統(tǒng)作功多少?

解：由Q=AU+W得

At/=G-W=-8-26=-34(V)

對于返回初態(tài)的過程

\U=-\U=?Akj

卬'=0-4。=6—34=-28好

故需對系統(tǒng)做功28燈。

3.氣體在某一過程只能感汲取了54七的熱量，同時熱力學能增加了

94Vo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；此過程中系統(tǒng)與外界交換的功是

-40^o

4.ikg空氣由四=5Mp4/=0.5MPa膨脹到p?=0.5MP^,r2=500℃,得到熱

量506口，對外做膨脹功506口。接著又從終態(tài)被壓縮到初態(tài)，熱出熱

量390ZJ,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).△〃=()；(2).△"=()；(3).W=-390X7o

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

Q/JW/JUJJU2/J△U/J

號

125-12-9

2-858-16

317-13(8)21

418-117

表中括號內(nèi)的數(shù)為答案。

過

程

QUW/JUJJUJJ△U/J

序

號

125-12(-46)-9(37)

2-8(8)(74)58-16

6.如圖所3(38)17-13(8)21示，某封

閉系統(tǒng)沿418-11(-22)7(29)a-c-b

途徑由狀態(tài)"改變到加吸入熱量90kj,對外做功4（）外,試問：

(1).系統(tǒng)從〃經(jīng)d至。，若對外做功1（刈，則汲取熱量是

多少？

（2）.系統(tǒng)由。經(jīng)曲線所示過程返回4,若外界對系統(tǒng)左貢

236，汲取熱量為多少？

（3）?設Ua（ib=5kj,Ud=45kj,，那么過程a—d和〃一〃中系統(tǒng)

汲取的熱量各為多少？

答案（1）-2,而=&）燈；（2）.Q—73kj；

（2）.=50燈；（4）.。他=10燈。

7.容積為1川的絕熱封閉的氣缸中裝有完全不行壓縮的流體，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〃1=0.2M也提高到

p、=3MPa，熱力學能改變多少？焰改變多少？

答案(1).W=0;(2).AU=0,A"=2.8x1036。

8.一質量為45。。心的汽車沿坡度為15。的山坡下行，車速為300初九

在距山腳100"處起先剎車，且在山腳處剛好剎住。若不計其它力，求

因剎車而產(chǎn)生的熱量。

0=2.04x10為。

9.某蒸汽動力裝置，蒸汽流量為4?！ā?，汽輪機進出口處壓力表讀數(shù)

為9MPa,進口比為34404/7必，汽輪機出口比烙為2240K/7必，真空表

讀數(shù)為95.06Z4,當時當?shù)卮髿鈮毫?8.66Z4,汽輪機對環(huán)境放熱為

o試求：

(1).汽輪機進出口蒸汽的絕壓各為多少？

(2).單位質量蒸汽經(jīng)汽輪機對外輸出功為多少？

(3),汽輪機的功率為多少？

答案⑴.

Pi=9.099MPa

p2=3.6MPci

(2).%=1200行/必

(3).P=1.332X104A:W

(4).考慮進出口動能差后%的相對偏差

cosh=0.67%

10.進入冷凝器的泛汽的蒸汽為〃二°O05MP。，比烯4=2500燈/版，出

口為同壓下的水，比焰為色=137.77燈/口，若蒸汽流量為22〃〃，進入冷

凝器的冷卻水溫為1=17。。，冷卻水出口溫度為4=30。。，試求冷卻水

流量為多少？水的比熱容為4/8燈/（小K）。

答案Qm.w-956.4x103（Ag/〃）

11.某活塞式氮氣壓氣機，壓縮的氮氣的參數(shù)分別為：P『°lMPa,

匕=0.88〃//s；〃2=10Ma,八。46加/必。設在壓縮過程中每行氮氣

熱力學能增加18。機同時向外放出熱量6的。壓氣機每min生產(chǎn)壓縮

氮氣儂g,試求:

（1）.壓縮過程對每總氮氣所做的功；

（2）.生產(chǎn)每儂壓縮氮氣所需的功；

（3）.帶動比壓氣機至少要多大的電動機。

答案（1）.&}=—240kj/kg；

（2）.①#=-312kjlkg；

（3）.P=93.6ZW。

12.流速為6（）（）〃〃s的高速空氣突然受阻停止流淌，即。2=0,稱為滯止。

如滯止過程進行快速，以致氣流受阻過程中與外界的熱交換可以忽

視，問滯止過程空氣的焰改變了多少？

答案Ah=iS0kj/kg

第三章志向氣體與其混合物

1.把C°2壓送到體積為0?5加的貯氣罐內(nèi)。壓送前貯氣罐上的壓力表

讀數(shù)為弘P。，溫度為20°。，壓送終了時壓力表讀數(shù)為3（欣所,溫度為

5。（。試求壓送到罐內(nèi)的C°2的質量。大氣壓力為“二°」M&。

解

Pl=Pb+Pgl=().1X1()3+3=1()索加

3

p2=ph+pg2=0.1x10+30=130(kPa)

R8.314

=0.18明/(4”)]

~~M~44

由pV=mRJ

PV二V(P2PI]

\m=-

Rj?"一％，5Tj

0.5(130x1()3103x1()3、

-----，x-----=0.143(依)

0.189xl03(50+273-20+273,

2.體積為OS/的某鋼性容器內(nèi)盛有了700行-20七的氮氣。瓶上裝有

一排氣閥，壓力達到875Z兒時發(fā)門開啟，壓力降到840Za時關閉。若

由于外界加熱的緣由造成閥門開啟，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)/2=93.3℃；(2)A//z=0.0097^

3,氧氣瓶的容積V=0.30加瓶中氧氣的表壓力為=14"尸2"30J

問瓶中盛有多少氧氣？若氣焊時用去一半氧氣，溫度降為％"20'。，

試問此時氧氣的表壓力為多少(當?shù)卮髿鈮毫?)

答案m=7.86kg?，外2=0.625MPa

4.某鍋爐每小時燃煤須要的空氣量折合表準狀況時為66000加"。鼓

風機實際送入的熱空氣溫度為250P,表壓力為20.0k&,當?shù)卮髿鈮?/p>

為Pb=0、MPa,求實際送風量(nr/h)。

解〃==0.1+20x1(尸=().12(MPa)

由pqv=q*J

pqvo_-()分()

得TT\

_〃0如0豈-0.101325x66000、(250+273)1.068xl05(/〃7〃)

2紜?<2730.12

5.某志向氣體比熱比k=Cp/Cy=1.4,定壓比熱容Cp=1.042ZJ/kg.K),求

該氣體的摩爾質量。

解由上二攵與金一&=R=5

cvM

得M=-4——r=-----_=27.93(g/mol)

1.042x(1-1/1.4)7

6.在容積為。的封閉容器內(nèi)裝有氧氣，其壓力為3(XMP〃，溫度為

⑸。，問應加入多少熱量可使氧氣溫度上升到800。。?

(D按定值比熱容計算；

(2)按平均比熱容計算。

解Rq=)=蘭；=0.26卜〃(奴兒)]

M32

吁K=300x103x0.3=]2心)

RJ0.26x1()3x(15+273)"

(1)Q=mcvAr=/7?!R,(r2-r.)=1.2x-x0.26x(800-15)=612.3(Q)

22

(2)查得cj『=0.6563(3/0

.：°°=O.756AJ7Gg.K)

Q=/n(cvk/2-cv|^./1)=1.2x(0.756x800一0.656x!5)=714.0(U)

7.摩爾質量為30依的某志向氣體，在定容下由275。。，加熱到845(,

若熱力學能改變?yōu)?00。/依，問焰改變了多少？

答案兇二557.9依

8.將1總氮氣由。=30。。定壓加熱到400c,分別用定值比熱容,平均

比熱容（表）計算其熱力學能和焰的改變。

用定值比熱容計算

AU=274.7。,AH=384.6（V）

用平均比熱容計算

△U=281.7。,AH=391.6打

9.2必的C。?，由P1=800R&山=900C膨脹至ljp2=UOkPaj2=600℃,

試利用定值比熱容求其熱力學能、焰和端的改變。

解

R8.314

189g")]

~~M~44二().心/

Cp=90.189=0.850舊/(必式)]

0=gx0.189=0.66〃(2”)]

\U=mcv\t=2x0.661x(600-900)=-396.6(AJ)

AH=mcp\t=2x0.850x(600-900)=-510(V)

7n\(873120

△S=mc〃ln二-RJn隹=2x().85In-0.189111=0.215(U/X)

IT\P\)VF173800

10.在體積為V=1.5療的鋼性容器內(nèi)裝有氮氣。初態(tài)表壓力為

P』=2-0MPa,溫度為230P,問應加入多少熱量才可使氮氣的溫度上

升到750。。？其烙值改變是多少？大氣壓力為O.IMPa。

（1）按定值比熱容計算；

⑵按真實比熱容的多項式計算；

⑶按平均比熱容表計算；

⑷按平均比熱容的直線關系式計算。

解

Rg=1=T=0?297kJ/(Zg.K)]

“歌舞滕導2呼)

(1)

Cp=g4=gX0.297=1.04卜〃(依.K)]

R=|/?k,=|x0.297=0.742切/心”)]

3

Q=nicvAr=21.09x0.742x(750-230)=8.137xl0(kj)

4

AH=mcpM=21.09x1.04(750-230)=1.141x1O(V)

(2)查得

2

Cp.m=a^aJ+a2T

8

劭=27.3146,q=5.2335x10-3%=-0.42x1O-

n=—=0&=0.7532(打〃o/)

m28

Q=f仁必=4(Cpjn-R)dT=〃J：nCpmdT―呵：dT=aj+aT^lT-nR\T

=〃(〃/+與"+?/)憎—成(4—T)

=0.7532x[27.3146x(1023-503)+1x5.2335xIO-3x

(10232-5032)+-x(-0.42)x10-8x(10232-5032)-0.7532x8.314x(1023-5O3)J=9.005x103(H)

3

AH=/nCpmdT=Q+PIRAT

=9.005xl03+0.7532x8.314x(1023-503)=1.226x104(V)

(3)查得

cj產(chǎn)=1.0450/kg.K),c/F=1.092%J/(Zg.K)

cv\^=0J4SkJ/(kg.K],cv\^=0.796kJ/(kg.K)

Q=〃&|”2-CphJ=21.09X(0.796x750-0.748x230)=8.962x103(V)

4

AH=m(cp|^.r2-cp|^.^)=21.09x(1.092x750-1.045x230)=1.22x10(kJ)

(4)查得

c/；：=1.032+0.000089551=1.032+0.00008955x(230+750)=1.120pU/(Zg.K)]

cv\~=cj；；-R,,=1.12-0.297=0.823同(必K)]

Q=g,心.加=21.09x0.823x(750-230)=9.026

4

AH=mcp\^.A/=21.09x1.12x(750-230)=1.228xlO(V)

11.某氫冷卻發(fā)電機的氫氣入口參數(shù)為〃貝=0.2MRV1=40C,出口參

數(shù)為〃g2=().19MP“4=66P。若每分鐘入口處體積流量為1.5/,試求

氫氣經(jīng)過發(fā)電機后的熱力學能增量、焰增量和燧增量。設大氣壓力為

ph=OAMPao

(1)按定值比熱容計算；

⑵按平均比熱容直線關系式計算。

解

R

凡=---------=4.157卜//(匕太)]

艮M=8.314L〃

Pi=ph+=().1+0.2=().3(MP〃)

p2=ph+42=0.1+0.19=0.29(MP〃)

PMvi().3xl()6xl.5八/.\

q,n==--------r-7-------；=().345%依/min)

RJ]4,157X103X(40+273)

(I)按定值比熱

c產(chǎn)；R&=|X4.157=14.55M^）］

R=Cp_R”=14.55-4.157=10.39［H/feA：）］

△U=qmcv^t=0.3459x10.39x（66-40）=93.44（^J/min）

AH=q/pN=0.3459x14.55x（66-40）=130.9（V/min）

60+273

△S=q”Cpln*R”R=0.3459x|14.55In-4.1571n—=0.4504（H/（K.min）］

\Pi）40+273（）.3

（2）按平均比熱容的直線關系式

°篡=143.3+0.0005945x（66+40）=14.39同/（版.幻］

%上』V=10.12+0.0005945x（66+40）=10.18k.〃（&g.K）］

△U=qnicvAr=0.3459Xl（）.18x（66-40）=91.55（七〃Zg）

△

AS”,卜啟哼一勺

Pj

=0.3459x14.39In-----------4.157In匚=0.445米〃（K.min）］

i3130.3/

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3001,出口溫度為80（。不計流經(jīng)加熱器的排氣

壓力改變，試求排氣經(jīng)過加熱器的比熱力學能改變，比焙改變和比烯i

的改變。

（1）按定值比熱容計算；

⑵按平均比熱容（表）計算。

答案

（1）

Au=-151.9kJ/kg

A/?=-221.0V/^

M=-0.48660/（依.K）

（2）

=一162.1kJ/kg

\h=-225.3kJ/kg

M=—0.49660/(依.K)

13.進入氣輪機的空氣狀態(tài)為頌女.，600。"絕熱膨脹到10°%&，300。。,

略去動能、位能改變，并設大氣溫度為4=300K,試求：

(1)每千克空氣通過氣輪機輸出的軸功；

(2)過程的烯產(chǎn)與有效能損失，并表示在7-s圖上；

⑶過程可逆膨脹到100ZR/輸出的軸功。

解

ws=-\h=h,-h2=(/(-/2)=1.004x(600-300)=301.4U/kg

(2)

=A.v=c?In幺-R,In匹=1.004In早一0.287In—

〃7\?Pi873600

(AJ=300x0.0913=27.393/0g)

燧產(chǎn)As.與有效能損失，?如圖3-36中陰影面積所示。

圖3-36

Jt-10.4

1.4x0.287x873100^

----------------x1-=351.4(A〃依)

1k-\1.4-11600；

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

=0.08/加/,〃M=0.65fiu)l,nCOy=0.3/m/

試求混合氣體的體枳分數(shù)、質量分數(shù)和在p=400Z&"=27。。時的比體

積。

解

n=￡%=(0.08+0.65+0.3)=1.03(/w7/)

〃Q*0078

X,o,—一

"n1.03

nN0.65

2----=U.631

n1.03

x=\-xO2-xNy=1-0.078-0.631=0.291

co2

=Z七M=0.078X32+0.63x28+0.291x44=32.94(g/mol)

“、M°、富的76

M,，q

XN、MN,0631X28-0.536

Meq32.94

=1-%=1-0.076-0.536=0.388

R瑞=0.252[H/M.K)]

Rg』qF二

D0.252xl03x30()

v==0.0189(機3/必)

P400x1()3

15.試證明:對于志向氣體的絕熱過程，若比熱容為定值，則無論過

R

](—2)

程是否可逆，恒有人

式中：（和心分別為過程初終態(tài)的溫度。

證明對于志向氣體的絕熱過程，有

卬=-Au--cvAT-cv(Ti-T2)

Cp-Cv=R、

Cp/"k

R

)

第四章志向氣體的熱力過程

1.某志向氣體初溫匯=470(,質量為2.5口，經(jīng)可逆定容過程，其熱

力學能改變?yōu)锳U=295.4ZJ,求過程功、過程熱量以與端的改變。設

氣體%=04左〃(依.K)?=1.35,并假定比熱容為定值。

W=JpdV=0

Q=\U=295.4V

卜―此

[CP/CV=k

Cv=p4=-^-7=l-143[j

△U=niCyAT=mcv(7^-7^)

7>7；

得生++470=573.3(/C)

2.5x1.143

AS=/ncvIn^-=2.5x1.143In=0.56泯〃K)

2.一氧化碳的初態(tài)為PL4.5M4,7>493K。定壓冷卻到/=293K,試

計算Mm。/的一氧化碳在冷卻過程中的熱力學能和焰的改變量，以與

對外放出的熱量。比熱容取定值。

答案A6/=4.154X104V,AH=5.82X104A:7

3.氧氣由q=3(TC，z=0.1M網(wǎng)被定溫壓縮至/J2=0.3M4。

(1)試計算壓縮單位質量氧氣所消耗的技術功；

(2)若按絕熱過程壓縮，初態(tài)與終態(tài)與上述相同，試計算壓縮單

位質量氧氣所消耗的技術功；

⑶將它們表示在同一副p—u圖和，T圖上，試在圖上比較兩者的

耗功。

解(=A==0.26k〃(3K)]

M32

(1)叱,=R,71n△=0.26x303In—=-86.55

“一〃20.3

(2)

L4x026x303x1

=—101.7（。/依）

1.4-1

(3)兩過程在p-u圖和7-51圖上的表示分別如圖3~37(a＞和

3-37(b)所示。圖中過程線1-27為定溫過程，1-2,為絕熱過程線。

從〃…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—27一2,

4.使

將滿

意以

下要求的志向氣體多變過程在〃一口和一S圖上表示出來(先畫出4個

基本熱力過程):

(1)氣體受壓縮、升溫柔放熱；

(2)氣體的多變指數(shù)〃=。8,膨脹;

(3)氣體受壓縮、降溫又降壓；

⑷氣體的多變指數(shù)〃=1.2,受壓縮;

(5)氣體膨脹、將壓且放熱。

答案如圖3-38(a)和圖3-38(b)所不的〃一口圖和T-s圖上,

1-1,1-2,1-3,1-4和1-5分別為滿意(1),(2),(3),(4)和(5)

要求的多變過程線。

5.柴油機汽缸吸入溫度乙=6CTC的空氣2.5x10-3經(jīng)可逆絕熱壓縮。

空氣的溫度等于燃料的著火溫度。若燃料的著火溫度為720。。，問空

氣應被壓縮到多大的體積？

答案匕=1.63X10-4W3

6.有Mg空氣，初態(tài)為P|=0.6MR"=27C,分別經(jīng)下列三種可逆過程

膨脹到P2=0.1Ma,試將各過程畫在〃-u圖和r-s圖上，并求各過程

始態(tài)溫度、做工量和增的改變量：

(1)定溫過程;

(2)〃=1.25的多變過程;

(3)絕熱過程。

答案

(1)

t2=ZTC;w=1543kJ〕kg

w,=154.30.514k，/(kg.K)

(2)

t2=-63.35°C,卬=103.7kJ/kg

wf=129.6kJIkg,=0.154kJ]kg

(3)

t2=-93.2℃卬=86.2AJ/Zg

wr=120.7kJ/kg,Av=0

〃一u圖和T一s圖如圖3—39所不。

7.一容積為0.2療的貯氣罐，內(nèi)裝氮氣，其初壓力P|=0.5MP〃，溫度

乙=37(。若對氮氣加熱，其壓力、溫度都上升。貯氣罐上裝有壓力

限制閥，當壓力超過O.8M4時，閥門便自動打開，防走部分氮氣，即

罐中維持最大壓力為O.8MP〃，問當貯氣罐中氮氣溫度為287(時，對

罐內(nèi)氮氣共加入多少熱量？設氮氣比熱容為定值。

解A=駕=0297k〃（MK）］

MZo

由pV=niRJ

0.5X1Q-X0.2Q86（

RJ、0.297xlO3x（37+273）

起先過程是定容過程，則

（\Q

T==—x310=496（Ar）

20?5

Qv=〃（AT=1.086x|x0.297x（496-300）=150（O）

八f3「pVpVc3dTPycT.

Q=m-,caT=---2--cdT=---2-----p-f——=-------p-In—

pnJ22PnhRTPnR,J2TRT.

fiK4」

6

0.8xl0x0.2x-x0.297會

=--------------------2——In出包=67.96（H）

0.297x103496

Q=Qv+=150+67.96=218.0（。）

8.容積為V=0.6/的空氣瓶內(nèi)裝有壓力8=10Ma,溫度為7；=300K的

壓縮空氣，打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，

R,=0.2876/(Zg.K)。

(1).問過一段時間后，瓶中空氣從室內(nèi)空氣吸熱，溫度有漸

漸上升，最終重新達到與室溫相等，即又復原到300K,問這時空氣

瓶中壓縮空氣的壓力P3為多大？

答案(1)《二271.1K,△機二一15.6必

(2)p-:=1.75MPa

9.是導出志向氣體定值比熱容的多變過程的初、終態(tài)嫡變?yōu)?/p>

n-kPl

R?5In

n（k-1）Pl

解：主要步驟與公式

s,_=cIn---RIn—

,q./入

n-l

尹償廣

10.壓力為1606Yi的1版空氣，450K定容冷卻到3OOK,空氣放出的熱

量全部被溫度為17℃的大氣環(huán)境所汲取。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7-S圖上。

=mcvdT1

=mcv（7^-7^）-7J）ln^-

=lx0.717x（300-450）-290In=-23.2（H）

由于放出的熱量全部被環(huán)境汲取，使熱量有效能全部變成了無效能,

故有效能損失

I=23.2。

有效能損失如圖3-10的7-s圖上陰影面積所示。

11.空氣進行

可逆壓縮的

圖3-40

多變過程，多變指數(shù)〃=1.3,耗功量為67.95修7必，求熱量和熱力學能改

變。

答案Q=-16.95。,=50.85A

第六章水蒸氣

1.濕飽和蒸汽，p=0.9MP^x=0.85,試由水蒸氣表求，，九u,s,和“。

答案tx=175.389℃,/?=2468.99kJ/kg

v=0.18284利,/kg,s=5.9431kJ(kg.K)

u=2304.43

2.過熱蒸汽，〃=3.0MPc〃=425℃,依據(jù)水蒸氣表求匕〃和過熱度。，

再用〃一圖求上述參數(shù)。

答案查表：v=0.103638m3/kg,h=3286.7kJ；kg

s=700255kJ/(kg.K),n=2958kJ為

D=t-ts=19L107℃

查圖：v=0.105m3]kg,h=3290kJjkg

s=7.00kJ/(kg.K),u=2958。/.

￡>=190C;

3.開水房用開水的蒸汽與r=20℃同壓下的水混合，試問欲得5/的開

水，須要多少蒸汽和水？

解設需蒸汽為mvkg，則水為tnw=m-mvo

由〃=0.IMP.,查得=417.52U/kgJrn=2675.14kJ/kg

l=2()℃時,/?2=83.96kJkIg

/?,=A:/?*+(1-x)〃'=0.86x2675.14+0.14x417.52=2359.07(kJ/kg)

依據(jù)熱力學第學肯定律

AH=O

mh'-[fnvh2+(m-mv)A1]=0

5()0()x(417.52-83.96)

"兒==733(依)

h1—h22359.07-83.96

mw=m-mv=5000-733=4267(依)

4.已知水蒸氣〃=0.2MP?力=1300燈/必，試求其匕，/。

s

答案v=0.3158m/kg9t=120.30℃,5=3.5452k〃(kg.K)

5.Mg蒸汽,p、=2.0MPa，x=0.95,定溫膨脹至p2=0.1MPa,求終態(tài)

與過程中對外所做的功。

解卬=683.0(。/必)

6.進汽輪機的蒸汽參數(shù)為乃=3.()M&3=435℃。若經(jīng)可逆膨脹絕熱至

p2=MPa,蒸汽流量為4.0〃g/s,求汽輪機的志向功率為多少千克：

答案P=4.66X103AIV

7.一剛性容器的容積為0.3M&,其中%為飽和水，其余為飽和蒸汽,

容器中初壓為0.1MR,。欲使飽和水全部汽化，問須要加入多少熱量？

終態(tài)壓力為多少？若熱源溫度為500°C,試求不行逆溫差傳熱的有效

能損失。設環(huán)境溫度為27℃。

/=2.005xl04(。)

8.容積為0.36—的剛性容器中貯有"350℃的水蒸氣，其壓力表度數(shù)

為lOOkPa。現(xiàn)容器對環(huán)境散熱使壓力下降到壓力表度數(shù)為50〃尸々。試

求：

(1).確定初始狀態(tài)是什么狀態(tài)？

(2).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℃,大氣壓力為O.IMPa。

答案（1）過熱蒸汽；

（2）.2=145.8。。（此結果為利用教材《熱工基礎與應用》后附錄

A-7所得。利用較具體水蒸氣熱表或圖答案應為⑼。C）

（3）。=—82.6/7,/=35.84J（同上，Q=-59.IU,/=27.2kJ）

9.氣輪機的乏汽在真空度為96步a干度為x=0.88的濕空氣狀態(tài)下進入

冷凝器，被定壓冷卻凝聚為飽和水。試計算乏汽體積是飽和水體積的

多少倍，以與1總乏汽2在冷凝器中放出的熱量。設大氣壓力為O.1Ma。

答案=3.05x10“國=2140kJ/kg

匕

10.一剛性絕熱容器內(nèi)剛性各班將容器分為容積相同的48兩部分。

設A的容積為（）.16〃兒內(nèi)盛有壓力為0.1MP八溫度為300℃的水蒸氣;

B為真空。抽掉隔板后蒸汽蒸汽自由膨脹達到新的平衡態(tài)。試求終態(tài)

水蒸氣的壓力、溫度和自由膨脹引起的不行逆有效能損失。設環(huán)境溫

度為2（）℃,并假設該蒸汽的自由膨脹滿意=常數(shù)。

解（1）由p2v2=PM=常數(shù)

得Pi=/?1—=1.0x—=0.5（MP〃）

匕2

（2）由歷=1.0例尸〃,4=3（xrc,查得

匕=02579W/kg》=，12l6kJKkg.K）

V.0.16

m=—=------=0.62依

v,0.2579

3

V2=2vl=0.32m

”『照=8⑹（田依）

由〃2=0-5"",叱=0.5161〃//必,查得

t2=293.63°C,1=7.4347kJ/(kg.K)

△S’=m(s2-5,)=0.62x(7.4347—7.1216)=0.1941(AJ/K)

/="A.=293x0.1941=56.88⑼

11.利用空氣冷卻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)境溫度乙=20℃,出口溫度為r2=35℃o

進入冷凝器的壓力為7.0ZPa,干度為0.8,出口為相同壓力的飽和水。

設乏汽流量為220〃人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爆增;

(2).空氣流經(jīng)干式冷卻器的熠變以與不行逆?zhèn)鳠嵋鸬撵诋a(chǎn)。

解（1）由〃=7.（乂&“=0.8查算得

九二2089.91攵J/Zg,4=6.7307AJ/（Ag.K）

h?=h'=163.3⑷/版,力=s'=0.5589Z〃kg.K）

對空氣凡=0.287k邛k&K、,Cp=1.004k,（kg.K）

依據(jù)熱力學第肯定律有

。小，（4-色）=%.￡,“2—J

…/寸=筆鬻需祟岬小7W”

cp&-t｝）1.004x（35-20）

35

（2）AH”qniacp（r2-r,）=7.818x10x1.004x（35-20）=1.177x10（Z:IV）

ASa=39.18（左叱/K）

（）\SV=-377.17（AW/K）

"AS.=14.63（左叼K）

39.PL9OM&/=500℃的水蒸汽進入氣輪機中作絕熱膨脹，終壓為

p2=50kPao汽輪機相對內(nèi)效率

=與二h=0.86

…2s

式中色一一為定端膨脹到P2時的焰。試求

(1).每依蒸汽所做的功；

(2).由于不行逆引起增產(chǎn)，并表示在圖上。

答案由Pl==500(查得/?,=3385kJ/kg,s}=6.656kJ*g.K)

由.=心=6.656kJ/(kg.K),p2=5.0kPa查得h2s=2030kJ/kg

得h2=222()(Z〃Zg)=1165(kJ/kg)

(3)由〃2=5kPa,h2=2220kJ[kg查得

s?=7.32AJ/Qg.K)

$=0.66小〃(必.K)]

8=55%,試用分析法求濕空氣的露點溫度、含濕量與比焰，并查/Ld

圖校核之。

答案解析法td=14.8℃,J=0.011kg/kg(a),h=53.15kJ/kg(a)

查圖：

td=\5℃,d=0.0108kg/kg(a\h=53kJ/kg(a)

2.空氣的參數(shù)為％=0.1MPa/=2(TC,？=30%,在加熱器中加熱到85°C

后送入烘箱取烘干物體/從烘箱出來時空氣溫度為J=35℃,試求從烘

干物體中汲取1口水分所消耗的趕空氣質量和熱量。

解由「20(陽=30%,查〃々圖得

3

h}=31kJ/kg(a),di=4.3x10-kg/kg(a)

由/=4，G=85'。得

h2=96.86收〃攵g(〃))

/?3=/?2,/3=35℃

/?3=1.005/3+J3(2501+1.86r3)

d3=0.024%/依(〃)]

m0=50.7(版)

Q=3.34x1()3(0)

3?設大氣壓力為O.LWPa,溫度為30℃,相對濕度為0.8。假如利用空

氣調(diào)整設備使溫度降低到1()℃去濕，然后再加熱到2()℃,試求所的空

氣的相對濕度。

答案0=53%

4.一房間內(nèi)空氣為O.IMPa,溫度為5℃,相對濕度為80%。由于暖氣

加熱使房間溫度升至18℃。試求放暖氣后房內(nèi)空氣的相對濕度。

答案8=32%

5.在容積為100〃尸的封閉室內(nèi)，空氣的壓力為0.1Ma,溫度為25℃,

露點溫度為18C,試求室內(nèi)空氣的含濕量，和相對濕度。若此時室內(nèi)

放置若干盛水的敞口容器，容器的加熱裝置使水能保持25℃定溫蒸發(fā)

至空氣達到室溫下飽和空氣狀態(tài)。試求達到飽和空氣狀態(tài)的空氣含濕

量和水的蒸發(fā)量。

解(1)由/=25(查得

p、=0.0031687MPa

由t(l=18℃查得pv=0.002064MPa

所以°=65%

4=0.0131[(口/必(。))]

(2)外=100%

d2=0.0204[心/依(〃)]

=114.5(必)

A%=0.8359(陽)

6.一股空氣流壓力為O.lMRz,溫度為20°C,相對濕度為30%,流量為

每分鐘15加。另一股空氣流壓力也為O.IMPa,溫度為35℃,相對濕度

為80%,流量為每分鐘20〃『?；旌虾髩毫θ詾?.1M&,試求混合后空

氣的溫度、相對濕度和含濕量。

解：水蒸氣的Rg,、,=0.462k〃(2g.K)]

由々=20(必=30%查得

%=285kj/kg(a)p\,[=1.02x\0-4MPa

由%=35(,02=80%查得

h2=110k〃kg(a),pV2=0.0045MPa