工程熱力學(xué)第五版習(xí)題答案

1、.第四章4-1 1kg空氣在可逆多變過程中吸熱40kj，其容積增大為，壓力降低為，設(shè)比熱為定值，求過程中內(nèi)能的變化、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0.9因為內(nèi)能變化為717.51004.53587.58103j膨脹功：32 103j軸功：28.8 103j焓變：1.4811.2 103j熵變：0.8210342 有1kg空氣、初始狀態(tài)為，進行下列過程：（1）可逆絕熱膨脹到；（2）不可逆絕熱膨脹到，；（3）可逆等溫膨脹到；（4）可逆多變膨脹到，多變指數(shù)；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圖和圖上精品.解：熱力系1kg空氣（1

2、） 膨脹功：111.9103j熵變?yōu)?（2）88.3103j116.8（3）195.41030.462103（4）67.1103j189.2k346.44-3具有1kmol空氣的閉口系統(tǒng)，其初始容積為1m3，終態(tài)容積為10 m3，當初態(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7140kj19.14kj/k(2)自由膨脹作功為019.14kj/k44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：6

3、27.2kj放熱627.2kj因為定溫，內(nèi)能變化為0，所以精品.內(nèi)能、焓變化均為0熵變：2.1 kj/k45為了試驗容器的強度，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)閉進氣閥并把空氣加熱。已知大氣壓力b101.3kpa，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568.3k（2） 內(nèi)能變化：202.6kj/kg283.6 kj/kg0.49 kj/(kg.k)4-66kg空氣由初態(tài)p10.3mpa，t1=30，經(jīng)過下列不同的過程膨脹到同一終壓p20.1mpa：（1）定溫過程；（2

4、）定熵過程；（3）指數(shù)為n1.2的多變過程。試比較不同過程中空氣對外所作的功，所進行的熱量交換和終態(tài)溫度。解：（1）定溫過程573.2 kjt2=t1=30（2）定熵過程351.4 kjq0221.4k（3）多變過程252.3k精品.436.5 kj218.3 kj47已知空氣的初態(tài)為p10.6mpa，v1=0.236m3/kg。經(jīng)過一個多變過程后終態(tài)變化為p20.12mpa，v2=0.815m3/kg。試求該過程的多變指數(shù)，以及每千克氣體所作的功、所吸收的熱量以及內(nèi)能、焓和熵的變化。解：（1）求多變指數(shù)1.301千克氣體所作的功146kj/kg吸收的熱量=36.5 kj/kg內(nèi)能：146-3

5、6.5109.5 kj/kg焓： 153.3 kj/kg熵：90j/(kg.k)4-81kg理想氣體由初態(tài)按可逆多變過程從400降到100，壓力降為，已知該過程的膨脹功為200kj，吸熱量為40 kj，設(shè)比熱為定值，求該氣體的和解：kj533j/(kg.k)=200 kj解得：n1.49r=327 j/(kg.k)代入解得：533+327=860 j/(kg.k)4-9將空氣從初態(tài)1，t1=20,定熵壓縮到它開始時容積的1/3，然后定溫膨脹，經(jīng)過兩個過程，空氣的容積和開始時的容積相等。求精品.1kg空氣所作的功。解：-116 kj/kg454.7k143.4 kj/kgw=w1+w2=27.4

6、 kj/kg4-10 1kg氮氣從初態(tài)1定壓膨脹到終態(tài)2，然后定熵膨脹到終態(tài)3。設(shè)已知以下各參數(shù)：t1=500，v2=0.25m3/kg ，p30.1mpa，v3=1.73m3/kg。求（1）1、2、3三點的溫度、比容和壓力的值。（2）在定壓膨脹和定熵膨脹過程中內(nèi)能的變化和所作的功。解：(1)1.5 mpa1263kp1=p2=1.5 mpav1=0.15 m3/kg=583 k(2) 定壓膨脹364 kj/kg145.4 kj/kg定熵膨脹505 kj/kg-505 kj/kg或者：其q=0,= -505 kj/kg4-11 1標準m3的空氣從初態(tài)1 p10.6mpa，t1=300定熵膨脹到

7、狀態(tài)2，且v2=3v1。空氣由狀態(tài)2繼續(xù)被定溫壓縮，直到比容的值和開始時相等，v3=v1，求1、2、3點的參數(shù)（p,t,v）和氣體所作的總功。解：0.274 m3/kg 0.129 mpa精品.369kv2=3v1=0.822 m3t3=t2=369kv3=v1=0.274 m30.387 mpa412 壓氣機抽吸大氣中的空氣，并將其定溫壓縮至p25mpa。如壓縮150標準m3空氣，試求用水冷卻壓氣機氣缸所必須帶走的熱量。設(shè)大氣處于標準狀態(tài)。解：-59260kj4-13 活塞式壓氣機吸入溫度t1=20和壓力p10.1mpa的空氣，壓縮到p20.8mpa，壓氣機每小時吸氣量為600標準m3。如壓

8、縮按定溫過程進行，問壓氣機所需的理論功率為多少千瓦？若壓縮按定熵過程進行，則所需的理論功率又為多少千瓦？解：定溫：0.215kg/s37.8kw定熵51.3 kw414 某工廠生產(chǎn)上需要每小時供應(yīng)壓力為0.6mpa的壓縮空氣600kg；設(shè)空氣所初始溫度為20，壓力為0.1mpa。求壓氣機需要的最小理論功率和最大理論功率。若按n1.22的多變過程壓縮，需要的理論功率為多少？解：最小功率是定溫過程m=600/3600=1/6 kg/s25.1 kw最大功率是定熵過程32.8 kw多變過程的功率29.6 kw415 實驗室需要壓力為6mpa的壓縮空氣，應(yīng)采用一級壓縮還是二級壓縮？若采用二級壓縮，最佳

9、中間壓力應(yīng)等于多少？設(shè)大氣壓力為0.1，大氣溫度為20，壓縮過程多變指數(shù)n=1.25，采用中間冷卻器能將壓縮氣體冷卻到初溫。試計算壓縮終了空氣的溫度。精品.解：壓縮比為60，故應(yīng)采用二級壓縮。 中間壓力： 0.775mpa =441k 4-16 有一離心式壓氣機，每分鐘吸入p10.1mpa，t1=16的空氣400 m3，排出時p20.5mpa，t2=75。設(shè)過程可逆，試求： (1)此壓氣機所需功率為多少千瓦？ (2)該壓氣機每分鐘放出的熱量為多少千焦？ 解：（1） =8.04kg/s =1.13 1183kw （2） =-712.3kj/s 417 三臺空氣壓縮機的余隙容積均為6，進氣狀態(tài)均為

10、0.1mpa、27，出口壓力均為0.5mpa，但壓縮過程的指數(shù)不同，分別為：n1=1.4，n2=1.25，n3=1。試求各壓氣機的容積效率（假設(shè)膨脹過程的指數(shù)和壓縮過程的指數(shù)相同）。 解： n=1.4:0.87n=1.25：=0.84n=1：=0.76十一章11-1空氣壓縮致冷裝置致冷系數(shù)為2.5，致冷量為84600kj/h，壓縮機吸入空氣的壓力為0.1mpa，溫度為-10，空氣進入膨脹機的溫度為20，試求：壓縮機出口壓力；致冷劑的質(zhì)量流量；壓縮機的功率；循環(huán)的凈功率。解：壓縮機出口壓力 故：0.325 mpa 精品.t3=20+273=293k 209k致冷量：1.01（263-209）54

11、.5kj/kg致冷劑的質(zhì)量流量0.43kg/s 368k壓縮功：w1=cp(t2-t1)=106 kj/kg壓縮功率：p1=mw1=45.6kw膨脹功：w2= cp(t3-t4)=84.8 kj/kg膨脹功率:p2=mw2=36.5kw循環(huán)的凈功率:p=p1-p2=9.1 kw11-2空氣壓縮致冷裝置，吸入的空氣p1=0.1mpa，t1=27，絕熱壓縮到p2=0.4mpa，經(jīng)冷卻后溫度降為32，試計算：每千克空氣的致冷量；致冷機消耗的凈功；致冷系數(shù)。解：已知t3=32+273=305k446k205k致冷量：1.01（300-205）96kj/kg致冷機消耗的凈功: w=cp(t2-t1)cp

12、(t3-t4)=46.5kj/kg致冷系數(shù)：2.06114蒸氣壓縮致冷循環(huán)，采用氟利昂r134a作為工質(zhì)，壓縮機進口狀態(tài)為干飽和蒸氣，蒸發(fā)溫度為-20，冷凝器出口為飽和液體，冷凝溫度為40，致冷工質(zhì)定熵壓縮終了時焓值為430kj/kg，致冷劑質(zhì)量流量為100kg/h。求：致冷系數(shù)；每小時的制冷量；所需的理論功率。解：在lgp-h圖上查各狀態(tài)點參數(shù)。,p1=0.133mpah1=386kj/kgs1=1.739 kj/(kgk),p2=1.016 mpah2=430 kj/kg,h3=419 kj/kgh5=h4=256 kj/kg致冷量：q2=h1-h5=386-256=130 kj/kg每小

13、時的制冷量:q2=mq2=12900kj/h壓縮功：w=h2-h1=430-386=44 kj/kg致冷系數(shù):2.95理論功率p=mw=10044/3600=1.22kw精品.11-5用一臺氨蒸氣壓縮致冷機制冰，氨的蒸發(fā)溫度為-5，冷凝溫度為30，冷凝器中冷卻水的進口溫度為12，出口水溫為20，欲在每小時內(nèi)將1000kg0的水制成冰，已知冰的融解熱為340kj/kg，試求：該致冷機每小時的制冷量；氨每小時的流量；致冷機的功率；冷卻水每小時的消耗量。解：致冷機每小時的制冷量：q=1000340=340000 kj在lgp-h圖上查各狀態(tài)點參數(shù)。p1=335.7kpah1=1452kj/kgs1=

14、5.6856 kj/(kgk)p2=1.1686 mpah2=1620 kj/kgh5=h4=343 kj/kg致冷量：q2=h1-h5=1114 kj/kg氨每小時的流量；305.2kg致冷機的功率：p=mw=m(h2-h1)=14kw冷凝器熱負荷：q1=m(h2-h4)=390000 kj/h冷卻水每小時的消耗量：=1.16104kg/h11-6一臺氨致冷裝置，其致冷量kj/h，蒸發(fā)溫度15，冷凝溫度30，過冷溫度25，從蒸發(fā)器出口的蒸氣為干飽和狀態(tài)。求（1）理論循環(huán)的致冷系數(shù)；（2）致冷劑的質(zhì)量流量；（3）消耗的功率。解：查表得壓力和焓分別為：h1=1400 kj/kg,p1=0.35m

15、pa,s1=5.75 kj/(kgk)h2=1650 kj/kg,p2=1.2mpa,s2=5.75 kj/(kgk),h3=320 kj/kg制冷量：q2=h1-h3=1080 kj/kg壓縮功：w=h2-h1=250 kj/kg（1）致冷系數(shù):4.32（2）致冷劑的質(zhì)量流量：370kg/h（3）消耗的功率25.7kw11-8一臺用氟利昂r134a為致冷劑的蒸汽壓縮致冷裝置，被用作室內(nèi)供熱，它要求的最大加熱量是將標準狀況下30m3/min的空氣從5加熱到30，冷凝器的最低溫度必須較空氣的最高溫度高20，蒸發(fā)溫度為-4。求：熱泵的供熱負荷；致冷劑流量；所需功率。解：（1）熱泵的供熱負荷：標準狀

16、況下30m3/min的空氣的質(zhì)量為：=38.7kg/min=0.645kg/s精品.16.3kj/s冷凝器溫度為30+2050，蒸發(fā)溫度為-4查表得壓力和焓分別為：h1=395 kj/kg,s1=1.725 kj/(kgk)h2=430 kj/kg,h3=272 kj/kg制熱量：q1=h1-h3+h2-h1=158 kj/kg壓縮功：w=h2-h1=35 kj/kg（2）致冷劑的質(zhì)量流量：0.103kg/s（3）消耗的功率3.6kw11-9熱泵利用井水作為熱源，將20的空氣8104m3/h加熱到30，使用氟利昂r134a為致冷劑，已知蒸發(fā)溫度為5，冷凝溫度為35，空氣的定壓容積比熱為，井水的溫度降低7，試求理論上必需的井水量、壓縮機功率和壓縮機的壓氣量（m3/h）。解：查表得壓力和焓分別為：h1=400 kj/kg,h2=420 kj/kg,h3=250 kj/kg制熱量：q1=h2-h3 =170 kj/kg吸熱量：q2=h1-h3150 kj/kg壓縮功：w=h2-h1=20 kj/kg加熱空氣額熱量：800001.25610=1106kj/h致