工程熱力學課后習題--華永明版

1、第一章 3、現(xiàn)代發(fā)電機組中，用壓力測量儀表在四個地方測量，讀數(shù)分別為：表壓25.6MPa、表壓0.65MPa、表壓3kPa、真空度98kPa，當時大氣壓力為101.3kPa，求所測四個地方的絕對壓力。解答： 4、西方國家經(jīng)常使用華氏度作為溫度單位，例如測量到某人的體溫為100，請求出對應(yīng)的攝氏溫度，并判斷100的體溫可能嗎？。解答： 習題圖1-6 5、我國進口發(fā)電機組中經(jīng)常會用到一些不是整數(shù)的參數(shù)，例如發(fā)電機組出口蒸汽溫度設(shè)計值為538，請求出對應(yīng)的華氏溫度，并分析為什么會出現(xiàn)非整數(shù)的溫度。解答： 6、用內(nèi)充水銀的U形管壓力計測量壓力，管內(nèi)出現(xiàn)以下兩種情況：一為水銀柱中出現(xiàn)20mm高的空氣泡，

2、二是水銀柱中混入了水，形成一個20mm高的水柱，請求出兩種情況下的的壓力p。解答：可見，氣體柱的壓力可以忽略。第二章 習題圖2-5 5、某封閉系統(tǒng)進行如圖所示的循環(huán)，12過程中系統(tǒng)和外界無熱量交換，但熱力學能減少50kJ；23過程中壓力保持不變，p3=p2=100kPa，容積分別為V2=0.2m3，V3=0.02 m3；31過程中保持容積不變。求：各過程中工質(zhì)所作的容積功以及循環(huán)的凈功量；循環(huán)中工質(zhì)的熱力學能變化以及工質(zhì)和外界交換的熱量；解答： 6、水可視作不可壓縮?，F(xiàn)對一絕熱封閉容器內(nèi)的水加壓，加壓前水的容積為0.1m3，壓力為0.2MPa，加壓后壓力為1.2MPa。求：（1） 加壓過程中外

3、界對水所作容積功；（2） 水的熱力學能的變化；（3） 水的焓的變化。解答： 8、空氣在壓縮機中被壓縮，壓縮前的參數(shù)為p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg，壓縮后的參數(shù)為p2=0.8MPa，v2=0.175m3/kg，壓縮過程中每kg空氣的內(nèi)能增加了146 kJ/kg，同時向外放出熱量50kJ/kg，壓縮機壓縮空氣的量為10kg/min，忽略散熱及工質(zhì)的動能位能差。求：（1）壓縮過程中每kg空氣的壓縮功（容積功）。（2）氣體消耗的技術(shù)功。（3）外界需要向壓縮機輸入的功率（由軸功決定）。解答：（1） （2）跟蹤流動的工質(zhì)，為閉口系： （3）穩(wěn)定流動能量方程： 9、鍋爐生產(chǎn)的2980 t/

4、h流量的過熱蒸汽進入汽輪機高壓缸后，經(jīng)一熱力過程從焓3475.5 kJ/kg降至2990.0 kJ/kg，求：（1） 若忽略汽輪機的散熱、動能和位能差，則高壓缸的電功率為多少；（2） 若散熱為1.1×107kJ/h，求散熱造成的功率損失；（3） 若汽輪機進口蒸汽的流速為50m/s，出口蒸汽流速為150m/s，求動能差造成的功率損失；（4） 若汽機出口比進口低2.5m，求進出口高差對汽輪機功率的影響。解答：（1） 忽略汽輪機的散熱、動能和位能差 （2） 散熱 （3）動能差 （4）位能差 第三章 3、兩臺可逆卡諾熱機串聯(lián)工作，A工作于700和t 的熱源間，B熱機工作于t 和20的熱源間，

5、吸收A熱機排出的廢熱對外作功。求：（1） 當兩臺熱機的熱效率相同時，熱源t的溫度；（2） 當兩臺熱機輸出的功相等時，熱源t的溫度。解答： 效率相等時： 輸出功相等時： 4、一可逆熱機工作在三個熱源之間，熱源溫度如圖，若熱機從熱源1吸熱1600kJ，并對外做功250kJ，試求另兩個熱源的傳熱量和傳熱方向，并用圖表示。解答： 熱量的正負號，以工質(zhì)吸熱為正：解以上2式，得Q2=-1500kJ，Q3=150kJ，說明熱源2吸熱，而熱源3放熱。7、某動力循環(huán)，工質(zhì)在溫度440下得到3150kJ/kg的熱量，向20的低溫熱源放出1950kJ/kg的熱量，如果工質(zhì)沒有其他熱量交換，問此循環(huán)滿足Clausiu

6、s不等式嗎？解答：滿足Clausius不等式，其循環(huán)積分值為-2.237kJ/(kg.K)。8、內(nèi)可逆的卡諾熱機，工作于2000K和300K的熱源間，工質(zhì)的高溫為1900K，工質(zhì)的低溫為400K，設(shè)每一循環(huán)中工質(zhì)從高溫熱源吸熱100kJ/kg。求：（1） 該熱機的效率和每一循環(huán)中的功量、廢熱；（2） 高溫熱源和低溫熱源的熵變；（3） 工質(zhì)在各過程中的熵變和循環(huán)的總熵變。解答：11、深層海水的溫度4，熱帶表層10m海水的平均溫度為37，假設(shè)深層海水的質(zhì)量無窮大，若在深層海水和表層海水間裝一熱機，該熱機利用表層10m海水降溫至27所放出的能量來作功，已知水的比熱為4.1868 kJ/(kg

7、3;K)。求：（1） 每kg表層海水降溫過程中放出的熱量和熵變；（2） 深層海水的熵變、熱機的廢熱量和作功量；（3） 求1km2海域能夠輸出的功量（kWh）。（4） 我國2012年底的發(fā)電量為4.94萬億kWh，求提供這些電量需要的海域面積。解答：（1）（2）（3）（4）12、將3kg溫度為0的冰，投入盛有20kg溫度為50的水的容器中，容器保持絕熱，已知水的比熱為4.1868 kJ/(kg·K)，冰熔解熱為333.5kJ/kg，忽略冰熔解時體積的變化。求：（1） 系統(tǒng)平衡時的溫度；（2） 冰的熵變，冰熔解生成的水的熵變和容器中原有水的熵變；（3） 若環(huán)境溫度為20，求該過程中系統(tǒng)可

8、用能的損失。解答：（1）假設(shè)3kg的冰能全部融化，最后混合的溫度為tm , 3kg冰以下標1表示，20kg水以下標2表示，根據(jù)熱量守恒的關(guān)系：（2）熵的變化量由三部分構(gòu)成，即3kg冰融化時的熵增,融化后從0升到tm 的熵增和20kg水降溫到tm 的熵減。（3）系統(tǒng)可用能的損失習題圖3-315、如圖一煙氣余熱回收方案。設(shè)煙氣的比熱容c1100J/（kg.K），試求：（1） 煙氣流經(jīng)換熱器傳給熱機工質(zhì)的熱量；（2） 熱機排給大氣的最少熱量；（3） 熱機輸出的最大功。 解答：（1）高溫煙氣傳給工質(zhì)的熱量： （2）當熱機可逆時，熱機作功最大，放給低溫熱源的熱量最少，此時的熱機效率和放熱量分別為：（3）

9、熱機輸出的最大功 (等于向低溫熱源放熱最少時的輸出功量)第四章 3、海洋深處埋藏一種名為可燃冰的物質(zhì)，它能在某些情況下放出甲烷。若在海洋深處4000m處產(chǎn)生了一個體積為100m3的甲烷氣泡，求它上升至海洋表面時的體積為多大？設(shè)海水的密度均勻，為1.025×103kg/m3，4000m深處海水溫度為4，海洋表面溫度為27 ，當時大氣壓為101kPa。解答：5、容積為2.5m3的空氣罐，原來的參數(shù)為0.05MPa（表壓）、18，現(xiàn)充氣至0.42MPa（表壓），充氣后溫度為40，當時大氣壓為100kPa，求充進空氣的質(zhì)量。（空氣參數(shù)查附錄1）解答：7、汽油燃燒產(chǎn)生的煙氣可視作理想氣體，現(xiàn)測

10、得煙氣中各成分的容積為：N2：60%，O2：4%，CO2：21%，H2O：15%。求：（1） 1mol混合氣體中各組分的mol數(shù)；（2） 各組分的質(zhì)量成分；（3） 混合氣體的分子量和氣體常數(shù)。解答： 10、一定量的封閉空氣由溫度300K、壓力0.15MPa的1點開始，經(jīng)歷兩種過程到達相同終點：A過程為等壓過程，直接吸熱至480K；B過程先等溫吸熱膨脹、再以等容過程增壓。試完成以下計算分析：（1） 在同一p-v圖和T-s圖上表示兩個過程；（2） 過程中空氣的熱力學能變化、焓變化和熵變化；（3） 過程中空氣的吸熱量和作功量。解答： 圖如下（1）定壓過程12（2）定溫過程13和定容過程32組成的復(fù)合

11、過程11、空氣從溫度800K、壓力5.5MPa的狀態(tài)1經(jīng)一絕熱膨脹過程至狀態(tài)2，用A儀器測得狀態(tài)2參數(shù)為溫度485K、壓力1.0MPa，用B儀器測得狀態(tài)2參數(shù)為溫度495K、壓力0.7MPa，試判斷參數(shù)A和B中哪個可能正確，并說明理由。解答： 12、空氣從溫度300K、壓力0.1MPa的1點開始壓縮到壓力為0.6MPa的終點，試計算下列情況下的容積功、技術(shù)功和熱量。（1） 等溫過程；（2） 等熵過程；（3） n=1.25的多變過程。解答： 定溫過程：定熵過程：多變過程： 習題4-1414、一體積為0.002m3的絕熱活塞-氣缸如圖如示，活塞無摩擦，初始位置在正中間，兩邊有25，0.1MPa的空

12、氣?，F(xiàn)用電熱絲對左邊氣體加熱，使壓力上升到0.2MPa，求：（1） 右邊空氣被壓縮后的終溫；（2） 右邊空氣得到的壓縮功；（3） 左邊空氣的終溫；（4） 電熱絲加入系統(tǒng)的熱量；（5） 左邊空氣經(jīng)歷的多變過程的指數(shù)；（6） 在同一p-v圖和T-s圖表示左右氣體經(jīng)歷的過程。注意：研究對象不是1kg，故功、熱量應(yīng)求出總量。解答： (1) 右邊氣體的終溫(2) 右邊氣體的容積功(3) 左邊氣體的終溫(4) 左邊電熱絲加入的熱量等于左邊氣體內(nèi)能增量與膨脹功（右邊氣體得到的壓縮功）之和 (5) 左邊氣體經(jīng)歷的過程15、在一絕熱的封閉氣缸（0.2m3）中有一無摩擦的導熱活塞，開始時該活塞被固定在氣缸中間，左

13、右容積相等。左半部分盛有300K，0.2MPa的空氣，右半部分盛有300K，0.1MPa的空氣，活塞釋放后系統(tǒng)達到新的平衡點，求該平衡點的溫度、壓力和熵的總變化量。解答： 終點溫度：終點壓力：熵變：16、壓力為1.2MPa、溫度為380K的壓縮空氣在管道內(nèi)流動，由于管道的摩擦和散熱，空氣流至一節(jié)流閥前壓力降為1MPa，溫度降為300K，流經(jīng)節(jié)流閥后壓力繼續(xù)降至0.7MPa。求：（1） 空氣在節(jié)流閥前的管道內(nèi)散至環(huán)境的熱量；（2） 空氣在節(jié)流閥后的溫度。解答： 這是一個有散熱的流動和節(jié)流的復(fù)合過程，由于節(jié)流過程比較快，一般以絕熱處理第六章 3、空氣在壓縮機中被絕熱壓縮，壓縮前空氣的參數(shù)為0.1M

14、Pa、25；壓縮后空氣的參數(shù)為0.6MPa、240。求：（1） 可逆時壓縮機壓縮1kg空氣所耗的功；（2） 該壓縮機壓縮1kg空氣所耗的功；（3） 該壓縮機的效率。解答： 4、單級活塞式壓縮機需要把空氣從0.1MPa、27壓縮至0.7MPa，試計算三種方式下壓縮機的各項，即：壓縮終溫、起點和終點比容、吸入功、升壓功、排出功、總功，結(jié)果請用表格表示。（1） 等溫壓縮；（2） n=1.2的多變壓縮；（3） 絕熱壓縮。解答： 終態(tài)溫度、比容計算：參見理想氣體過程方程計算； 吸入功、升壓功、排出功、總耗功：參見書中計算式6-9（總耗功 = 升壓功 + 排出功 - 吸入功） 等溫方式多變方式等熵方式初溫

15、300.00 300.00 300.00 初壓0.10 0.10 0.10 終壓0.70 0.70 0.70 指數(shù)1.00 1.20 1.40 終溫300.00 414.93 523.09 比容10.86 0.86 0.86 比容20.12 0.17 0.21 吸入功86.13 86.13 86.13 升壓功167.60 164.98 160.12 排出功86.13 119.13 150.18 總耗功167.60 197.97 224.17 第七章 3、汽油機以空氣為工質(zhì)，進氣參數(shù)為0.1MPa、50，壓縮比為6，每一循環(huán)中加入的熱量為750kJ/kg，求循環(huán)的最高溫度、最高壓力、循環(huán)的凈功和理論熱效率。解答：（下標1,2,3,4參見書中圖7-2）（1）最高溫度T3（2）最高壓力p3（3）循環(huán)凈功w0（4）理論熱效率第八章 4、解答： （1）0.l7MPa壓力下飽和溫度115（2）0.1 MPa飽和蒸汽的比容為1.694 m3/kg結(jié)果1）：如果2L水指大氣壓下的體積，則m=2kg，結(jié)果2）：如果2L水指0.l7MPa壓力下的體積，則m=1.894kg，5、解答： 由p2=0.1MPa，t2=120，查得h2=2716.48 kJ/kg 由p2=0.1MPa查得 6、解答： (1)蒸汽需要的熱量由煙氣等壓放熱提供：（2）產(chǎn)生1kg蒸汽時各部分熵變： （3）可用能損