工程熱力學(xué)01章習(xí)題提示與答案.doc

5第一章 基本概念及定義習(xí)題提示與答案第一章 基本概念及定義1-1 試確定表壓力為0.1kPa時(shí)U形管壓力計(jì)中的液柱高度差。(1)液體為水，其密度為1000kg/m3；(2)液體為酒精，其密度為789kg/m3。提示：表壓力數(shù)值等于U形管壓力計(jì)顯示的液柱高度的底截面處液體單位面積上的力，。答案：(1) (2) 。圖1-17 斜管壓力計(jì)工作示意圖1-2 測量鍋爐煙道中真空度時(shí)常用斜管壓力計(jì)。如圖1-17所示，若=30，液柱長度l200mm，且壓力計(jì)中所用液體為煤油，其密度為800kg/m3 ，試求煙道中煙氣的真空度為多少mmH2O(4)。提示：參照習(xí)題1-1的提示。真空度正比于液柱的“高度”。答案：。1-3 在某高山實(shí)驗(yàn)室中，溫度為20，重力加速度為976cm/s2，設(shè)某U形管壓力計(jì)中汞柱高度差為30cm，試求實(shí)際壓差為多少mmHg(0)。提示：描述壓差的“汞柱高度”是規(guī)定狀態(tài)溫度t=0及重力加速度g=980.665cm/s2下的汞柱高度。答案：p=297.5 mmHg(0)。1-4 某水塔高30m，該高度處大氣壓力為0.0986MPa，若水的密度為1000kg/m3 ，求地面上水管中水的壓力為多少M(fèi)Pa。提示：地面處水管中水的壓力為水塔上部大氣壓力和水塔中水的壓力之和。答案：。1-5 設(shè)地面附近空氣的溫度均相同，且空氣為理想氣體，試求空氣壓力隨離地高度變化的關(guān)系。又若地面大氣壓力為0.1MPa，溫度為20 ，求30m高處大氣壓力為多少M(fèi)Pa。提示： ，為地面壓力。答案：。1-6 某煙囪高30m，其中煙氣的平均密度為0.735kg/m3。若地面大氣壓力為0.1MPa，溫度為20，現(xiàn)假設(shè)空氣密度在煙囪高度范圍內(nèi)為常數(shù)，試求煙囪底部的真空度。提示：煙囪底部真空度為該處壓力與大氣壓力之差；煙囪頂部處的內(nèi)部煙氣壓力與該處外部空氣壓力相等。不同高度處流體的壓差為hg。答案：煙囪內(nèi)底部的真空度。圖1-181-7設(shè)一容器被剛性壁分為兩部分，如圖1-18示，在容器不同部位裝有壓力表，若壓力表A的讀數(shù)為0.19MPa，壓力表B的讀數(shù)為0.12MPa，大氣壓力為0.1MPa，試確定壓力表C的讀數(shù)以及容器兩部分內(nèi)氣體的絕對(duì)壓力。提示: 壓力表B位于容器中，其“當(dāng)?shù)卮髿鈮骸睘槿萜鞯膲毫?。答案：pg,C=0.07MPa，p=0.29MPa，p=0.29MPa。1-8 某容器中儲(chǔ)有氮?dú)?，其壓力?.6MPa，溫度為40。設(shè)實(shí)驗(yàn)消耗1kg氮?dú)猓覝囟冉禐?0時(shí)容器中壓力降為0.4MPa。試求該容器的容積。提示：實(shí)驗(yàn)前后容器內(nèi)的氣體均為理想氣體狀態(tài)。答案：V=0.497 3 m3。1-9 利用真空泵為某設(shè)備抽真空，真空泵每分鐘的吸氣量為0.5m3。若設(shè)備中空氣壓力已達(dá)到0.1mmHg，溫度為-30，試求每分鐘真空泵可吸出空氣的質(zhì)量。提示：真空泵吸入氣體的狀態(tài)可看做與設(shè)備中的空氣狀態(tài)相同，且氣體為理想氣體。答案：m=0.095 5 g。1-10 有兩個(gè)容器，容器A的容積為0.3m3，其中充有壓力為0.6MPa、溫度為60的氮?dú)猓蝗萜鰾為真空。連通兩容器，使氮?dú)庥扇萜鰽流入容器B，并且容器B中壓力達(dá)到0.15MPa、溫度為20時(shí)，容器A中的壓力降到0.4MPa，溫度為50。試求容器B的容積。提示：連通后容器B中的氣體質(zhì)量應(yīng)為連通前后容器A的氣體質(zhì)量之差，且連通前后兩容器內(nèi)的氣體均可看做理想氣體。答案：VB=0.33 m3。1-11 有一儲(chǔ)氣筒，其容積為9.5m3，筒內(nèi)空氣壓力為0.1MPa、溫度為17?，F(xiàn)用壓氣機(jī)向筒內(nèi)充氣，壓氣機(jī)每分鐘吸氣0.2m3，大氣溫度為17，壓力為0.1MPa，試求筒內(nèi)壓力達(dá)到0.7MPa、溫度仍為17時(shí)所需的時(shí)間。提示：充氣前后儲(chǔ)氣筒內(nèi)的氣體均可當(dāng)做理想氣體處理，且壓氣機(jī)入口處的空氣狀態(tài)可看做與大氣狀態(tài)相同。答案：。1-12 輸氣管道采用壓氣機(jī)加壓，設(shè)進(jìn)氣的壓力為0.1MPa、溫度為20，而要求每分鐘輸出壓力為0.3MPa、溫度不高于60的氣體80m3，現(xiàn)有吸氣量為每分鐘8m3的壓氣機(jī)，問需用多少臺(tái)？提示：壓氣機(jī)輸出氣體的質(zhì)量取決于其氣體進(jìn)口狀態(tài)。答案：n=26.4，取整數(shù)為27臺(tái)。1-13 一剛性容器內(nèi)儲(chǔ)有壓縮空氣0.1m3，其壓力為0.4MPa。一橡皮氣球內(nèi)儲(chǔ)有0.1m3的壓力為0.15MPa的空氣。兩者的溫度和環(huán)境溫度相同，均為25。現(xiàn)把兩者連通，使剛性容器內(nèi)的空氣流入橡皮氣球，直至兩者壓力相同。若橡皮氣球的壓力正比于其容積，試求空氣溫度仍為25時(shí)的最終平衡壓力及氣球的容積。提示：剛性容器與橡皮氣球連通前后其中空氣質(zhì)量不變；橡皮氣球的壓力正比于其容積，即；初始時(shí)刻剛性容器與橡皮氣球的容積相等。答案：，V=0.148 m3。1-14 上題中，若容器也為彈性，且容積正比于其中的壓力。試求最終的平衡壓力及氣球、容器兩者各自的容積。提示：參照1-13題提示。答案： p=0.245MPa，。1-15 壓氣機(jī)氣缸中有0.05kg氮?dú)?，在壓縮過程中其壓力由0.1MPa升高到0.5MPa，且氮?dú)鉁囟仁冀K保持為50。試求壓縮過程中所消耗的功。提示：；過程中溫度不變，有pV=p1V1。答案：。1-16 有一皮革制的無彈性的氣球，原來氣球呈折疊狀態(tài)，其內(nèi)部無任何氣體。若用儲(chǔ)氣罐中的壓縮空氣給氣球充氣，充滿時(shí)氣球的容積為2m3。設(shè)儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體壓力遠(yuǎn)高于大氣壓力，而現(xiàn)大氣壓力為0.9atm，試求充氣過程中氣體所作的功。提示：過程為不可逆過程，外界得到的功量等于氣體所作的功。答案：。1-17 若氣缸中氣體在進(jìn)行一準(zhǔn)靜態(tài)過程時(shí)，其狀態(tài)變化關(guān)系為pp1常量，試證明氣體所作容積變化功為w1-2(p1v1p2v2)提示：。1-18 若氣缸中CO2氣體的初始?jí)毫?.25MPa、溫度為200，氣體經(jīng)歷了一個(gè)膨脹過程后溫度為100。設(shè)過程中氣體的狀態(tài)變化規(guī)律為pp1常量，試求膨脹過程中氣體所作的膨脹功。提示：參照習(xí)題1-17的結(jié)論，氣體為理想氣體。答案：。1-19 某種氣體在氣缸中進(jìn)行一個(gè)膨脹過程，其容積由0.1m3增加到0.3m3。已知膨脹過程中氣體的壓力與容積變化關(guān)系為。試求：(1)氣體所作的膨脹功；(2)當(dāng)活塞和氣缸的摩擦力保持為1000N而活塞面積為0.2m2時(shí)，扣除摩擦消耗后活塞所輸出的功。提示：；活塞輸出功為氣體膨脹功與摩擦耗功之差。答案：（1）W1-2=1.76104 J，（2）W=1.66104 J。1-20 有一橡皮氣球，當(dāng)它內(nèi)部的氣體壓力和大氣壓力同為0.1MPa時(shí)，氣球處于自由狀態(tài)，其容積為0.3m3。當(dāng)氣球受太陽照射其內(nèi)部氣體受熱時(shí)，容積膨脹10%，壓力升高為0.15MPa。設(shè)氣球壓力增加和容積的增加成正比，試求：(1)該膨脹過程在p-v圖上的過程曲線；(2)該過程中氣體所作的功；(3)用于克服橡皮球彈力所作的功。提示：(1)p=c+kV。(2)氣體的過程功量： 。(3)氣體克服氣球彈力的耗功：，為橡皮氣球內(nèi)氣體壓力與大氣壓力之差。此外，p-V圖中面積代表功量。答案：(1) ； (2) W1-2=3.75103 J ；(3) W=750 J。1-21 設(shè)某種氣體的狀態(tài)方程式為，試導(dǎo)出定溫過程中該氣體所作容積變化功的計(jì)算公式，并分析有相同容積變化時(shí)理想氣體定溫變化的容積變化功是大于還是小于該種氣體的功。提示：。答案：；理想氣體定溫過程，當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，。圖1-19 壓縮空氣驅(qū)動(dòng)升降 工作臺(tái)示意圖1-22 圖1-19所示為壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的升降工作臺(tái)示意圖。由儲(chǔ)氣罐來的壓縮空氣經(jīng)閥門調(diào)節(jié)氣體的壓力后送入氣缸，在壓縮空氣的推動(dòng)下活塞上升舉起工作臺(tái)。已知活塞面積為0.02m2，活塞及工作臺(tái)重5000N?；钊仙?00mm后