工程熱力學(xué)廉樂明第五版答案

1、1工程熱力學(xué)作業(yè)題2-2.已知N2的 M = 28,求(1)N2的氣體常數(shù)；(2)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下N2的比容和密度；(3)p t 500C 時的摩爾容積Mv解：(1)N2的氣體常數(shù)R8314= 296.9J/(kg ?K)M 28(2)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下N2的比容和密度v RT迴S = 0.8m3/kg p 1013253-=1.25kg / mv(3)p 0.1MPa,t 500C 時的摩爾容積MvMv=RT= 64.27m3/ kmolp2-3 .把 CO2壓送到容積 3m3的儲氣罐里，起始表壓力pg130kPa，終了表壓力pg2溫度由 t1 = 45C 增加到 t2 =70 C。試求被壓入的 CO2的

2、質(zhì)量。當(dāng)?shù)卮髿鈮?B= 101.325 kPa。 解：熱力系：儲氣罐。應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程。壓送前儲氣罐中 CO2的質(zhì)量 p1v1 m1RT1壓送后儲氣罐中 CO2的質(zhì)量c p2v2 m2RT2根據(jù)題意容積體積不變；R= 188.90.1MPa,0.3Mpa,2p1Pg1B(1)p2Pg2B(2)T1t1273(3)T2t2273(4)壓入的 C02的質(zhì)量將（1）、代入（5）式得 m=12.02kg 2-5 當(dāng)外界為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時，一鼓風(fēng)機每小時可送 300 m3的空氣，如外界的溫度增高到 27 C,大氣壓降低到 99.3kPa,而鼓風(fēng)機每小時的送風(fēng)量仍為300 m3,問鼓風(fēng)機送風(fēng)量的質(zhì)量改變多少

3、?2-6 空氣壓縮機每分鐘自外界吸入溫度為15C、壓力為 0.1MPa 的空氣 3 m3,充入容積 8.5 m3的儲氣罐內(nèi)。設(shè)開始時罐內(nèi)的溫度和壓力與外界相同，問在多長時間內(nèi)空氣壓縮機才能將氣罐的表壓力提高到 0.7MPa ?設(shè)充氣過程中氣罐內(nèi)溫度不變。 解：熱力系：儲氣罐。使用理想氣體狀態(tài)方程。第一種解法：首先求終態(tài)時需要充入的空氣質(zhì)量5p2v2 7 108.5kgRT2 287 288壓縮機每分鐘充入空氣量pv1 1053mkgRT287 288所需時間丄m2mi m2 R(T| T1(5)解：同上題m mi m2R T2 T1300(99.3287(300101.325273)1000=

4、 41.97kgm23t19.83minm第二種解法將空氣充入儲氣罐中，實際上就是等溫情況下把初壓為0.1MPa 一定量的空氣壓縮為 0.7MPa 的空氣;4或者說 0.7MPa、8.5 m3的空氣在 O.IMPa 下占體積為多少的問題根據(jù)等溫狀態(tài)方程pv const0.7MPa、8.5 m3的空氣在 O.IMPa 下占體積為2-8 在一直徑為 400mm 的活塞上置有質(zhì)量為 3000kg 的物體，氣缸中空氣的溫度為 18C,質(zhì)量為 2.12kg。 加熱后其容積增大為原來的兩倍。大氣壓力B= 101kPa,問： (1)氣缸中空氣的終溫是多少？ ( 2)終態(tài)的比容是多少？(3)初態(tài)和終態(tài)的密度各

5、是多少？解：熱力系：氣缸和活塞構(gòu)成的區(qū)間。使用理想氣體狀態(tài)方程。(1)空氣終態(tài)溫度V2T2 T1582KV1(2)空氣的初容積p=3000 X 9.8/( n r2)+101000=335.7kPa空氣的終態(tài)比容v2V22V13=0.5 m3/kgmm或者V1p2V2P10.7 8.50.159.5m3壓縮機每分鐘可以壓縮 0.1MPa 的空氣 3 m3則要壓縮 59.5 m3的空氣需要的時間59.5319.83minV1mRH0.527 m3RT2v25(3)初態(tài)密度1m2.123一 4 kg /mV10.5272丄2 kg /m3v20.5 m3/kg62-9解：（1 ）氮氣質(zhì)量mRT29

6、6.8 300=7.69kg(2)熔化溫度Tpv mR616.5 100.057.69 296.8= 361Kpv 13.7 1060.052 14 如果忽略空氣中的稀有氣體，則可以認為其質(zhì)量成分為go223.2%,gN276.8%。試求空氣的折合分子量、氣體常數(shù)、容積成分及在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的比容和密度。解：折合分子量1 1=28.86gi0.232 0.768Mi3228氣體常數(shù)R08314R = 288j/(kg?K)M 28.86容積成分G g02M / Mo?= 20.9%九1 20.9 %= 79.1%標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的比容和密度M22.428.86=1.288 kg /m22.40.776

7、m3/kg2-15 已知天然氣的容積成分rCH 497% , rCu0.6%,rC0.18%,rC4H1026380.18%,7rCO 20.2%,rN21.83%。試求:(1)天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度；(2)各組成氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的分壓力。解：(1)密度=16.48(2)各組成氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下分壓力因為：piripPCH497%* 101.32598.285kPa同理其他成分分壓力分別為：(略)p513- 1 安靜狀態(tài)下的人對環(huán)境的散熱量大約為400KJ/h，假設(shè)能容納 2000 人的大禮堂的通風(fēng)系統(tǒng)壞了：(1)在通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后的最初20min 內(nèi)禮堂中的空氣內(nèi)能增加多少？ ( 2)把禮

8、堂空氣和所有的人考慮為一個系統(tǒng)，假設(shè)對外界沒有傳熱，系統(tǒng)內(nèi)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(jù)閉口系統(tǒng)能量方程Q U W因為沒有作功故 W=0 ；熱量來源于人體散熱；內(nèi)能的增加等于人體散熱。Q 2000 400 20/ 60= 2.67x 105kJ(1)熱力系：禮堂中的空氣和人。閉口系統(tǒng)根據(jù)閉口系統(tǒng)能量方程riMi(97 16 0.6 300.18 44 0.18 58 0.2 44 1.83 28)/100M22.416.4822.40.736kg/m38Q U W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(nèi)能的增加為

9、 0?？諝鉁囟鹊纳呤侨梭w的散熱量由空氣吸收，導(dǎo)致的空氣內(nèi)能增加。93-5，有一閉口系統(tǒng)，從狀態(tài) 1 經(jīng) a 變化到狀態(tài) 2,如圖，又從狀態(tài) 2 經(jīng) b 回到狀態(tài) 1;再從狀態(tài) 1 經(jīng) 過 c 變化到狀態(tài) 2。在這個過程中，熱量和功的某些值已知，如表，試確定未知量。過程熱量 Q (kJ)膨脹功 W (kJ)1-a-210 x12-b-1-7-41-C-2x22解：閉口系統(tǒng)。使用閉口系統(tǒng)能量方程對 1-a-2 和 2-b-1 組成一個閉口循環(huán)，有:Q； W即 10 +( 7)= X1+ (- 4)x1=7 kJ對 1-C-2 和 2-b-1 也組成一個閉口循環(huán)x2 +( 7)= 2+ (- 4)

10、x2=5 kJ 對過程 2-b-1，根據(jù)Q U WU Q W 7( 4)- 3 kJ3-6 一閉口系統(tǒng)經(jīng)歷了一個由四個過程組成的循環(huán)，試填充表中所缺數(shù)據(jù)過程Q (kJ)W (kJ)圧(kJ)1211000110010230100-10034-9500-9504 5050-50解：同上題3-7 解：熱力系：1.5kg 質(zhì)量氣體閉口系統(tǒng)，狀態(tài)方程：p av bU 1.5(1.5p2v2 85)(1.5p1v1 85)= 90kJ由狀態(tài)方程得1000 = a*0.2+b200=a*1.2+b解上兩式得：a=-800b=1160則功量為21W 1.5 pdv 1.5( 800)V21160V；!=90

11、0kJ12過程中傳熱量Q U W= 990 kJ3-8 容積由隔板分成兩部分，左邊盛有壓力為600kPa,溫度為 27C 的空氣，右邊為真空，容積為左邊5 倍。將隔板抽岀后，空氣迅速膨脹充滿整個容器。試求容器內(nèi)最終壓力和溫度。設(shè)膨脹是在絕熱下進 行的。解：熱力系：左邊的空氣系統(tǒng)：整個容器為閉口系統(tǒng) 過程特征：絕熱，自由膨脹 根據(jù)閉口系統(tǒng)能量方程Q U W絕熱Q 0自由膨脹 W= 011因此 u=o對空氣可以看作理想氣體，其內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，得根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程3-9 一個儲氣罐從壓縮空氣總管充氣，總管內(nèi)壓縮空氣參數(shù)恒定，為500 kPa, 25 C。充氣開始時，罐內(nèi)空氣參數(shù)為 100 k

12、Pa，25C。求充氣終了時罐內(nèi)空氣的溫度。設(shè)充氣過程是在絕熱條件下進行的。解：開口系統(tǒng)特征：絕熱充氣過程工質(zhì)：空氣（理想氣體）根據(jù)開口系統(tǒng)能量方程，忽略動能和未能，同時沒有軸功，沒有熱量傳遞。0 m2h2 m0h0 dE沒有流出工質(zhì) m2=0dE=dU=（mu”2-（mu） “終態(tài)工質(zhì)為流入的工質(zhì)和原有工質(zhì)和m0= ncv2-mcv1mcv2Ucv2- mcv1Ucv1=m0h0（1）h0=CpT0Ucv2=CvT2Ucv1=qT1p1Vmcv1=RT1p2Vmcv2=-RT2代入上式（1）整理得kT仃2=398.3KmCv(T2 T1)0T2T1 300KP2RT2V2p1V1V2pl=10

13、0kPa6T212p1T1 (kT0 T1)p23- 10供暖用風(fēng)機連同加熱器，把溫度為t1 0C 的冷空氣加熱到溫度為t2 250C,然后送入建筑物的風(fēng)道內(nèi)，送風(fēng)量為0.56kg/s，風(fēng)機軸上的輸入功率為1kW 設(shè)整個裝置與外界絕熱。試計算：（1）風(fēng)機出口處空氣溫度；（2）空氣在加熱器中的吸熱量；（3）若加熱器中有阻力，空氣通過它時產(chǎn) 生不可逆的摩擦擾動并帶來壓力降，以上計算結(jié)果是否正確？解：開口穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流系統(tǒng)131）風(fēng)機入口為 0 C 則出口為Q100031.78 C103QT八/、八2八八| |1mCp0.561.006t2t1 t 1.78C(2)空氣在加熱器中的吸熱量QmCp T 0.

14、56 1.006 (2501.78)= 138.84kW若加熱有阻力，結(jié)果 1 仍正確；但在加熱器中的吸熱量減少。加熱器中Q h2 hl u2 P2v2 (u1P1v1), p2 減小故吸熱減小 3- 11 一只 0.06m3的罐，與溫度為 27C、壓力為 7MPa 的壓縮空氣干管相連接，當(dāng)閥門打開，空氣 流進罐內(nèi)，壓力達到 5MPa 時，把閥門關(guān)閉。這一過程進行很迅速，可認為絕熱。儲罐的閥門關(guān)閉后放 置較長時間，最后罐內(nèi)溫度回復(fù)到室溫。問儲罐內(nèi)最后壓力是多少？解：熱力系：充入罐內(nèi)的氣體由于對真空罐充氣時，是焓變內(nèi)能的過程mh muCv罐內(nèi)溫度回復(fù)到室溫過程是定容過程c T2300 up2P1

15、5= 3.57MPaT4203- 12 壓力為 1MPa 和溫度為 200C 的空氣在一主管道中穩(wěn)定流動?，F(xiàn)以一絕熱容器用帶閥門的管 道與它相連，慢慢開啟閥門使空氣從主管道流入容器。設(shè)（1 ）容器開始時是真空的；（2）容器裝有一個用彈簧控制的活塞，活塞的位移與施加在活塞上的壓力成正比，而活塞上面的空間是真空，假定彈簧 的最初長度是自由長度；（3）容器裝在一個活塞，其上有重物，需要1MPa 的壓力舉起它。求每種情況下容器內(nèi)空氣的最終溫度？解：（1）同上題T kT0 1.4 473662K=389 C(2)h u wh=CpT0L=kpCpT0kTO 1.4 300 420K1 1 pAkdp k

16、pAp pVIRT14w pAdL15vc 1.293 1 1.01t2=10+205=215 CT=CvCp0.5RT0552K=279 C(3)同(2)只是 W 不同w pdV pV RTT=勺TO TOCvR473K =200 C3- 13 解：Wh對理想氣體h cpTu CvT3- 14 解：(1)理想氣體狀態(tài)方程T2血P1(2)吸熱：Q mcvT2 * 293= 586Kp1V RRT1 k 1T= 2500kJ3-15 解：煙氣放熱等于空氣吸熱1m3空氣吸取 1.09 m3的煙氣的熱Q 1.09 2 45= 267kJ267=205 C163-16 解:m1h1 m2h2 (m1m

17、2)h3hCpT17代入得:=309 C3- 17 解：等容過程3-18 解：定壓過程“匹2068-4 1030-03=216.2KmR1 287T2=432.4K內(nèi)能變化:焓變化:Q U W 156.362.05=218.35 kJmlcT 1(mlm2cT2m2)c120* 773+210 473330=582KCpCpR1.4Q m CvTRT2mkRT11p2vkp1v=37.5kJmcvt1 (1.010.287)216.2= 156.3kJ功量交換:1.4 156.3218.8 kJV2 2V10.06m3pdV p(V2 V1)2068.4 0.03= 62.05kJ熱量交換:1

18、84-1 1kg 空氣在可逆多變過程中吸熱 40kJ，其容積增大為v2 10v1,壓力降低為P2p1/8,19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nln(P2/P1)n(v1/v2)In (1/8)In (1/10)=0.9因為q cnT內(nèi)能變化為CP5R = 717.5J /(kg?K)7 R|cv= 1004.5J /(kg ? K)CvU5Cv= 3587.5J/(kg?K)n 1u cvT qcv/cn= 8x103J膨脹功：w q u= 32 x103J軸功：WsnW28.8x 103J焓變：hCpT ku= 1

19、.4 x 8= 11.2 x 103J熵變：s.v2 Cpln -cvlnP= 0.82x 103J /(kg ? K)4-2 有 1kg 空氣、初始狀態(tài)為p10.5MPa,t1 150c,進行下列過程:(1)可逆絕熱膨脹到P20.1MPa；(2)不可逆絕熱膨脹到P20.1MPa,T2 300K;(3)可逆等溫膨脹到P20.1MPa；(4)可逆多變膨脹到P20.1MPa，多變指數(shù)n 2；20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p v圖和T s圖上解：熱力系 1kg 空氣Cv(T 1 T 2)= 88.3 X 103JRln弓=0.462X 103J/(kg ?K)

20、w空1(公廠二 67.1 X 10Jn 1 p1n 1T1(-p2)V= 189.2Kp1cpln卩Rln=- 346.4J /(kg ? K ) T1p14-3 具有 1kmol 空氣的閉口系統(tǒng)，其初始容積為 1 用，終態(tài)容積為 10 m,當(dāng)初態(tài)和終態(tài)溫度均 100C 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V210w mRTln 1.293* 22.4*287*373* ln7140JV11V2s mRln19.14kJ/K(1)膨脹功:RT1n1(史廠二 111.9X 10JP1熵變?yōu)?0(2)(3)CpInT2

21、T1Rln p2= 116.8J/(kg ?K) p1RT1Inp1= 195.4 X 103J/(kg?K)(4)T221V1(2)自由膨脹作功為 0224-4 質(zhì)量為 5kg 的氧氣，在 30C 溫度下定溫壓縮，容積由 3 用變成 0.6m3，問該過程中工質(zhì)吸收或 放岀多少熱量？輸入或輸岀多少功量？內(nèi)能、焓、熵變化各為多少？V 2o 6解：q mRTIn5*259.8*300*1n - 627.2kjVI3放熱 627.2kJ因為定溫，內(nèi)能變化為 0,所以w q內(nèi)能、焓變化均為 o熵變：V2s mRIn 2.1 kj/KV14 5 為了試驗容器的強度， 必須使容器壁受到比大氣壓力高O.IM

22、Pa 的壓力。為此把壓力等于大氣壓力。溫度為 13C 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B=101.3kPa，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0.49 kJ/(kg.K)4-66kg 空氣由初態(tài) p1 = 0.3MPa, t1=30 C,經(jīng)過下列不同的過程膨脹到同一終壓 p2 =0.1MPa： （1）定溫過程；（2）定熵過程；（3）指數(shù)為 n = 1.2 的多變過程。試比較不同過程中空氣 對外所作的功，mRlnV2V119.14kJ/K(2)286*內(nèi)能變化:h cp(T2 T1)100 101.3101.35

23、68.3Ku Cv(T2 T1)5* 287* (568.3286)202.6kj/kg2287* (568.3 286)283.6 kJ/kg23所進行的熱量交換和終態(tài)溫度。解：（1 ）定溫過程p10.3W mRT In 6* 287* 303* In573.2 kJp20.124(2)定熵過程WRk 1m一k1T110T2T1(k 1p2十)k221.4K(3) 多變過程T2T1(n 1p”=252.3KQ WT2=T 仁 30C6* 287 *1.4 1303*11.4 10.1-rr-()1.4351.4 kJ0.3Rm T1 T26*n 1287 * 3031.2 1n kmcn(T

24、2 T1)6*Cv*(252.3n 1252.3436.5 kJ303)218.3 kJ已知空氣的初態(tài)為 p1 = 0.6MPa, v1=0.236m3/kg。經(jīng)過一個多變過程后終態(tài)變化為p2 =0.12MPa, 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)n211In (v1/v2)In (0.12/0.6)In (0.236/0.815)=1.301 千克氣體所作的功p1v1p2v211.3 1(0.6*0.2360.12*0.815)146kJ/kg吸收的熱量q Cn(T2 T1)(T2 T1)(p2v

25、2p1v1)內(nèi)能:1.3 1.411.3 1 1.4 1(0.12* 0.825 0.6*0.236)36.5 kJ/kgU q W146-36.5 =- 109.5 kJ/kg251kg 理想氣體由初態(tài)按可逆多變過程從400C 降到 100C,壓力降為p2 - p1,已知該6吸熱量為 40 kJ，設(shè)比熱為定值，求該氣體的cp和CvPVv3RT2ln 287* 454.7*l n(1/3)= 143.4 kJ/kgv2w=w1+w2=27.4 kJ/kg4-101kg 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):v2=0.25m3/kg , p3 = 0.1M

26、Pa, v3=1.73m3/kg。求(1) 1、2、3 三點的溫度、比容和壓力的值。 定壓膨脹和定熵膨脹過程中內(nèi)能的變化和所作的功。焓:Cp(T2T1)k(p2v2p1v1)-153.3 kJ/kgk 1熵:CpIn號v1CvlnP20 8150121004.5* ln717.4* ln=90J/(kg.k)p10.2360.64-8過程的膨脹功為 200kJ ,解:u Cv仃2 T1)q w 160kJCv= 533J/(kg.k)Rw (T1 T2) n 1n 1RT1p21 ( )n=200 kJn 1p1解得：n= 1.49R=327 J/(kg.k)代入解得：Cp= 533+327=

27、860 J/(kg.k)4-9將空氣從初態(tài) 1, t 仁 20 C ,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 1kg 空氣所作的功。解:w1畀1計RT1 1 (V1)k 1 28/ * 2931 3仁4 1 k 1(v2) 1.4 1287*293-116 kJ/kgT2w2t1=500 C,(2)在k 1= 454.7K26解: (1)p2 p3(V3)kv20.1* (1j73)1.4= 1.5 MPa0.25276P2V2 1.5*0.25*10T 2=1263KR296.8p仁p2=1.5 MPaT1V1=V2=0.15 m3/kg

28、T2的總功V2=3V1=0.822 m3T3=T2=369KV3=V1=0.274 m3T3P3V3R0.1*1.73* 10296.8=583 K(2)定壓膨脹uCJT2 T1)364 kJ/kgw R(T2 T1)145.4 kJ/kg定熵膨脹uCV(T3 T2)505 kJ/kgwT 2 T3-505 kJ/kgk 1或者：其 q=0,w u= -505 kJ/kg2，且V2=3V1?？諝庥蔂顟B(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 )和氣體所作解：V1RT1P1287* 5736 1050.274 m3/kgV1kP2 P0)0

29、.6*(丄)10.129 MPa3T2573* g)04369K28卻壓氣機氣缸所必須帶走的熱量。設(shè)大氣處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。0.129*3V10.387 MPaV14- 12 壓氣機抽吸大氣中的空氣，并將其定溫壓縮至p2 = 5MPa 如壓縮 150 標(biāo)準(zhǔn) m 空氣，試求用水冷29P10101325解：Q W pIVIIn 0.101325* 106*150* In-59260kjp254-13活塞式壓氣機吸入溫度 t仁20 C 和壓力 p1= 0.1MPa 的空氣，壓縮到 p2 = 0.8MPa,壓氣機每小時吸氣量為 600 標(biāo)準(zhǔn) m。如壓縮按定溫過程進行，問壓氣機所需的理論功率為多少千瓦？若壓縮

30、按定熵過程進行，則所需的理論功率又為多少千瓦？解：定溫：pV 100000 600m0.215kg/sRT 287*273*3600p1WsmRT1l n 37.8KWp2定熵k 11.4 1kRT1p2、k1.4*287* 2930.8喬W1sm 1 ()k0.215*1 ()1.4= 51.3KWk 1 p11.4 10.14 14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20C,壓力為 0.1MP&求壓氣機需要的最小理論功率和最大理論功率。若按n= 1.22 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=600/36

31、00=1/6 kg/s最大功率是定熵過程32.8 KWWsmRT1 lnp1p2=25.1 KWW1s30多變過程的功率W1sn 1nRT1p2、n、m1 ()n29.6 KW4 15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。解：壓縮比為 60，故應(yīng)采用二級壓縮。31中間壓力：p2、p1 p30.775MPan 1T3 T2P3)V=441Kp24-16有一離心式壓氣機， 每分鐘吸入 p1 = 0

32、.1MPa, t1=16 C 的空氣 400 m3,排出時 p2 = 0.5MPa,t2=75 C。設(shè)過程可逆，試求：(1) 此壓氣機所需功率為多少千瓦？(2) 該壓氣機每分鐘放岀的熱量為多少千焦?解: (1)p1V1m=8.04kg/sRT1ln( p2/ p1)n=1.13WsnR mnw m(T1 T 2)1183KWn k Q mCv(T2 T1)=-712.3kJ/sn 14- 17三臺空氣壓縮機的余隙容積均為6%,進氣狀態(tài)均為 0.1MPa27C,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

33、脹過程的指數(shù)和壓縮過程的指數(shù)相同)。解：vp211 c()n1 p1n=1.4:0 5丄v10.06*(05)1.410.870.1n=1.25 :v=0.84n=1:V=0.767-1當(dāng)水的溫度t=80 C,壓力分別為0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa時，各處于什么狀態(tài) 并求出該狀態(tài)32下的焓值。解：查表知道t=80 C時飽和壓力為0.047359MPa。因此在0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa時狀態(tài)分別為過熱、未飽和、未飽和，未飽和、未 飽和。焓值分別為2649.3kJ/kg，334.9 kJ/kg，335 kJ/kg，335.3 kJ/kg，335.7 kJ/kg。3

34、37-2已知濕蒸汽的壓力p=1MPa干度x=0.9。試分別用水蒸氣表和h-s圖求出hx,vx,ux,解：查表得：h=2777kJ/kgV=0.1943m3/kgu= hpv=2582.7 kJ/kg s=6.5847kJ/(kg.K)hx=xh+(1-x)h=2575.6 kJ/kg vx=xv+(1-x)v=0.1749 m3/kgux=xu+(1-x)u=2400 kJ/kg sx=xs+(1-x)s=6.14 kJ/(kg.K)7-3在V=60L的容器中裝有濕飽和蒸汽，經(jīng)測定其溫度t=210C，干飽和蒸汽的含量mv=0.57kg，試求此濕蒸汽的干度、比容及焓值。 解：t=210 C的飽和

35、汽和飽和水的比容分別為：v=0.0011726 m3/kgh=897.8 kJ/kg因此是濕蒸汽。壓力是飽和壓力1.5551MPa。h=762.6 kJ/kgv=0.0011274 m3/kgu=hpv=761.47 kJ/kgs=2.1382 kJ/(kg.K)v=0.10422m3/kgh=2796.4kJ/kg濕飽和蒸汽的質(zhì)量:mvxV xv (1 m解之得：x)vx=0.53比容：vx=xv+(1-x)v=0.0558 m3/kg焓：hx=xh+(1-x)h=1904kJ/kg7 4將2kg水盛于容積為0.2m3的抽空了的密閉剛性容器中, 中(1)壓力；(2)焓；(3)蒸汽的質(zhì)量和體積

36、。解：(1)查200 C的飽和參數(shù)然后加熱至200 C試求容器h=2791.4kJ/kgh=852.4 kJ/kgv=0.12714m3/kg v=0.0011565m3/kg飽和壓力1.5551MPa。剛性容器中水的比容:34Vxv干度：x -=0.78、 、V V焓：hx=xh+(1-x)h=2364.8kJ/kg蒸汽的質(zhì)量和體積：mv=x x m=0.78 x 2=1.56kgV=mvx v = 0.19834m37-5已知8 m3的濕蒸汽，在p=0.9 MPa時，其濕度(1-)=0.65，求此濕蒸汽的質(zhì)量 與焓。解：p=0.9 MPa的飽和參數(shù)h=2773kJ/kgh=742.6 kJ

37、/kgv=0.21484m3/kg v=0.0011213m3/kg濕蒸汽的質(zhì)量：v xv (1 x)v0.0759 m3/kgVm =105.4kgv焓：h=mhx=x(h+(1-x)h)=105.4 x 1453.24kJ =1.53 x 103kJ7-6有一臺采暖鍋爐，每小時能生產(chǎn)壓力p=1 MPa(絕對)、-=0.95的蒸汽1500kg。當(dāng)蒸汽的流速c0.2 MPa58采用漸縮噴管。c1=20m/s較小忽略。因此2-2截面處是臨界點k 1T1(即421Kv2RT2P20.6m3/kg59k 1丫答1礙嚴k 1pl9-4如上題噴管背壓pb= 0.1MPa。求噴管出口的氣流速度及質(zhì)量流量?

38、解:pcp1 0.5282.53=1.33 MPa pb所以漸縮噴管進口截面壓力p2=pc=1.33 MPaf2v2 mc20.00185m39-3漸縮噴管進口空氣的壓力p1= 2.53MPa,t1=80C, c仁50m/s。噴管背壓 求噴管出口的氣流速度c2，狀態(tài)參數(shù)v2、t2。如噴管出口截面積f2=1cm2,pb= 1.5MPa。求質(zhì)量流量。解：pcp1 0.5282.53=1.331.5 MPa沒有到臨界。滯止溫度：2GTO T1 =354.24K2CpT0 滯止壓力：p0 p1()k 1=2.56 MPaT1c2II-k 1警1 (”.k 1p0317.5 m/sT2=304Kv2mR

39、T2P2f2c2v20.058 m3/kg0.55 m3/sc2323m/s60由定熵過程方程可得：（按c1=0處理）=294KT261c2=a=. KRT 2=344 m/s9-5空氣流經(jīng)噴管作定熵流動， 已知進口截面上空氣參數(shù)pi= 0.7MPa ,t1噴管出口處的壓力p2分別為0.5 MPa及0.12 MPa，質(zhì)量流量均為m噴管類型，計算噴管出口截面處的流速及出口截面積。解：(1)p2=0.5MPapcp1 0.5280.7=0.37 MPa pb選縮放噴管。=737Kc2 J2kRT1 T 2985 m/sv2mRT2P2f2c2v20.0634 m3/kg0.543 m3/s:947

40、C, c1=0m/s。0.5kg/s。試選擇v2RT2P230.636 m3/kgT262-k 1v2空1.76 m3/kgP263v2 m8.9cmc29-6空氣流經(jīng)一斷面為0.1m2的等截面通道， 在截面1-1處測得c1=100m/s,pi= 0.15MPa,t1=100C；在截面2-2處，測得c2=171.4m/s,p2=0.14MPa。若流動無摩擦損失，求（1）質(zhì)量流量；（2）截面2-2處的空氣溫度；（3）截面1-1與截面2-2之間的傳熱量。9-7有p1= 0.18MPa,t1=300C的氧氣通過漸縮噴管，已知背壓pb= 0.1MPa。噴管出口直徑d2=10mm。如不考慮進口流速的影響

41、，求氧氣通過噴管的出口流速及質(zhì)量流量。解:p2=0.1 MPapcp1 0.5280.18=0.1 MPa =pb出口為臨界流速ccj2RT1416.7 m/sc. k 1質(zhì)量流量k 1T1(衛(wèi)-)k=484Kp1RT231.26 m3/kgP2fc0.026 kg /sf2解:v1（1）質(zhì)量流量RT1P1fc10.71 m3/kg(2)T2(3)v1v214.08 kg /sfc20.UZ14=1.22 m3/kg14.08mp2v2595KRq mcpt3141kJ/sT2v264v29-8空氣通過一噴管，進口壓力p1= 0.5MPa,t1=600K，質(zhì)量流量為m1.5kg/s。如該65噴

42、管的出口處壓力為p2= O.IMPa,問應(yīng)采用什么型式的噴管？如不考慮進口流速影響, 求定熵膨脹過程中噴管出口氣流流速及出口截面積。如為不可逆絕熱流動，噴管效率n=0.95，則噴管氣體出口速度及出口截面積各為多少？解：Pcpl 0.5280.5=0.264 MPa p2所以應(yīng)采用縮放噴管。(1)出口流速：C2(2)c2c2650 m/sT2T1 (T1T2)390 KC2T2k 1叫尸=378.8KRT21.09 m3/kgV2P2k 1C2.2kRT11(史)k667m/sk1p10.6314=24.5cm2k 1(計mv2RT2PT31.12 m3/kgmv2=25.8cm2669-9某燃

43、氣p1= 1MPa,t1=1000K，流經(jīng)漸縮漸擴噴管。 已知噴管出口截面上的壓力p2=0. 1MPa，進口流速c1=200m/s，噴管效率耳=0.95,燃氣的質(zhì)量流量m50kg/s，燃氣的 比熱k=1.36，定壓質(zhì)量比熱Cp=1kJ/(kg.K)。求噴管的喉部截面積和出口截面積。解：進口流速c1=200m/s672c1一20 kJ/kg遠小于燃氣的進口焓cpT1=1000 kJ/kg2p忽略。出口流速：0.5436=543.6KC244.72 Cp(T1 T2)955m/sC2. C2931 m/sT2T1 (T1T2)566 K k 1Rcp=264.7 kJ/(kg.K)kpV-1.5

44、m3/kgP2出口截面積T2mv2=805cm268喉部截面積(2)喉部流速:pcp10.535 MPak 1TcT1k=847.4KCc、kRTj)552m/sVcPc0.4193 m3/kg69mvc2=380cm29-10水蒸氣壓力pi= O.IMPa,ti=120C以500m/s的速度流動，求其滯止焓、滯止溫度和 滯止壓力。解：pi= O.IMPa,ti=120C時水蒸氣焓hi=2716.8 kJ/kg,s仁7.4681 kJ/(kg.K)滯止焓h0= hi+c2/2=2841.8 kJ/kg查表得p0=0.19 MPa t0=185.7 C9-11水蒸氣的初參數(shù)pi=2MPa ,ti

45、=300C,經(jīng)過縮放噴管流入背壓pb= 0.1MPa的環(huán)境中,噴管喉部截面積20cm2。求臨界流速、出口速度、質(zhì)量流量及出口截面積。解：hi=3023 kJ/kg,s1=6.765 kJ/(kg.K)pc= 0.546 X 2=1.092 MPahc=2881 kJ/kg,vc=2.0 m3/kgh2=2454 kJ/kg,v2=1.53 m3/kgcc=44.72 hihc532.9 m/sc2=44.72.hh21066.7 m/s質(zhì)量流量fmincc_ _ _ _ , ,m0.533 kg /sVcC29-12解：hi=3231 kJ/kg, 節(jié)流后s=7.203 kJ/(kg.K) h

46、2=3148 kJ/kg,V2=0.2335 m3/kg Pb/p0.546漸縮噴管mv2=76.4cm270C2=44.72jh|h2407.4 m/sfC2m0.35 kg /sV29-13解：查表得h2=2736 kJ/kg由Pi= 2MPa等焓過程查表得x1=0.97t仁212.4 Ct2 t1 130212.4j6p2 p1 (0.12)109-14解:查表得：h1=3222 kJ/kg h2=3066 kJ/kgC2=44.72.h|h2558.6 m/sIC2C2=519 m/s動能損失：22C2(1)21 kJ/kg719-15解：s Cvln Rln2T1v1（理想氣體的絕熱

47、節(jié)流過程溫度相等） 用損29-16解：由CpT 1 C|/2 CpT243.4K/MPa0.199 kJ/(kg.K)exh1 h2 T0(s1s2) T0s=59.7 kJ/kg2C2/2得72T2 T1（史）如1）355KP1cl 2 ,cp（T2 T1） c；/2=337m/s10-1蒸汽朗肯循環(huán)的初參數(shù)為16.5MPa、550C,試計算在不同背壓p2=4、6、8、10及12kPa時的熱效率。解：朗肯循環(huán)的熱效率h1 h2th1 h3h1為主蒸汽參數(shù)由初參數(shù)16.5MPa、550C定查表得：h仁3433kJ/kgs1=6.461kJ/（kg.K）h2由背壓和s1定查h-s圖得：p2=4、

48、6、8、10、12kPa時分別為h2=1946、1989、2020、2045、2066 kJ/kgh3是背壓對應(yīng)的飽和水的焓查表得。p2=4、6、8、10、12kPa時飽和水分別為h3=121.41、151.5、173.87、191.84、205.29 kJ/kg故熱效率分別為：44.9%、44%、43.35%、42.8%、42.35%10-2某朗肯循環(huán)的蒸汽參數(shù)為：t1=500C、p2=1kPa,試計算當(dāng)p1分別為4、9、14MPa時；（1）初態(tài)焓值及循環(huán)加熱量；（2）凝結(jié)水泵消耗功量及進出口水的溫差；（3）汽輪機作功量及循環(huán)凈功；（4）汽輪機的排汽干度；（5）循環(huán)熱效率。解：（1）當(dāng)t1=

49、500C, p1分別為4、9、14MPa時初焓值分別為：h1=3445、3386、3323 kJ/kg熵為s仁7.09、6.658、6.39 kJ/（kg.K）p2=1kPa（s2=s1）對應(yīng)的排汽焓h2：1986、1865、1790 kJ/kg733點的溫度對應(yīng)于2點的飽和溫度t3=6.98 C、焓為29.33 kJ/kgs3=0.106 kJ/（kg.K）3點壓力等于p1,s3=s3,t3=6.9986、7.047、7.072 C則焓h3分別為：33.33、38.4、43.2 kJ/kg循環(huán)加熱量分別為：q1=h1-h3=3411、3347、3279.8 kJ/kg（2）凝結(jié)水泵消耗功量：

50、h3-h374進出口水的溫差t3-t3(3)汽輪機作功量h1-h2循環(huán)凈功W0h1-h2-( h3-h3)(4)汽輪機的排汽干度s2=s仁7.09、6.658、6.39 kJ/(kg.K)p2=1kPa對應(yīng)的排汽干度0.79、0.74、0.71(5)循環(huán)熱效率q1初焓值h1排汽焓h2焓h3焓h3循環(huán)加 熱量q仁h1-h3凝結(jié)水泵 消耗功量h3-h3進出口 水的溫 差t3-t3汽輪機作功量h1-h2循環(huán)凈功W0循環(huán) 熱效率(%)3445198633.3329.33341140.01861459145542.783386186538.429.3333479.070.0671521151245.17

51、3323179043.229.333279.813.870.0921533151946.7410-3一理想朗肯循環(huán)，以水作為工質(zhì)，在循環(huán)最高壓力為14MPa、循環(huán)最高溫度540C和循環(huán)最低壓力7 kPa下運行。若忽略泵功，試求：(1)平均加熱溫度；(2)平均放熱溫 度；(3)利用平均加熱溫度和平均放熱溫度計算循環(huán)熱效率。解：1點焓和熵分別為：3433kJ/kg、6.529 kJ/(kg.K)2點焓和熵分別為：2027kJ/kg、6.529 kJ/(kg.K)3點焓和熵分別查飽和壓力下的飽和水表為：163.38kJ/kg、0.5591 kJ/(kg.K)(1)平均加熱溫度h1h3th547.7K

52、s1s3(2)平均放熱溫度h2h3tc312.17Ks2s3(3)循環(huán)熱效率tcth43%10-4一理想再熱循環(huán)，用水作為工質(zhì)，在汽輪機入口處蒸汽的狀態(tài)為14 MPa、540C,7576再熱狀態(tài)為3 MPa、540 C和排汽壓力7 kPa下運行。如忽略泵功，試求：(1)平均加熱溫度；(2)平均放熱溫度；(3)利用平均加熱溫度和平均放熱溫度計算循環(huán)熱效率。解：1點焓和熵分別為：3433kJ/kg、6.529 kJ/(kg.K)3點焓和熵分別查飽和壓力下的飽和水表為：163.38kJ/kg、0.5591 kJ/(kg.K)再熱入口焓B:壓力為3 MPa，熵為6.529 kJ/(kg.K)，hB=2

53、988 kJ/kg再熱出口焓A:hA=3547 kJ/kg，SA=7.347 kJ/(kg.K)2點焓和熵分別為：2282kJ/kg、7.347 kJ/(kg.K)(4)平均加熱溫度(5)平均放熱溫度-h2 h3tc312Ks2 s3(6)循環(huán)熱效率10-5某回?zé)嵫h(huán)， 新汽壓力為10 MPa， 溫度為400 C,凝汽壓力50kPa， 凝結(jié)水在混合 式回?zé)崞髦斜? MPa的抽汽加熱到抽汽壓力下的飽和溫度后經(jīng)給水泵回到鍋爐。不考慮 水泵消耗的功及其他損失，計算循環(huán)熱效率及每千克工質(zhì)的軸功。解：1點焓和熵分別為：h仁3096kJ/kg、s1=6.211 kJ/(kg.K)排汽2點焓為：h2=215

54、5kJ/kg3點焓和熵分別查飽和壓力下的飽和水表為：h3=340.57kJ/kg抽汽點4的焓(查2 MPa和s4=s1)：h4=2736 kJ/kg2 MPa對應(yīng)的飽和溫度212.37 C, h5=908.6 kJ/kg求抽汽率h5 h3908.6 340.57thh1 h3ghB)sAs3564Ktcth44.7%77=0.237h4 h32736 340.57循環(huán)功量：w0 h1 h4 (1)(h4h2)794 kJ/kg7810-6某廠的熱電站功率12MW，使用背壓式汽輪機p1=3.5MPa,t1=435 C、p2=0.8MPa，排汽全部用于供熱。假設(shè)煤的發(fā)熱值為20000kJ/kg，計

55、算電廠的循環(huán)熱效率及耗煤 量。設(shè)鍋爐效率為85%。如果熱、電分開生產(chǎn)，電能由p2=7kPa的凝汽式汽輪機生產(chǎn)，熱能（0.8 MPa的230C的蒸汽）由單獨的鍋爐供應(yīng)，其他條件相同，試比較耗煤量。設(shè) 鍋爐效率同上。解：1點的焓h仁3303 kJ/kg、s1= 6.957kJ/（kg.K）排汽點焓（s2=s1）h2=2908 kJ/kg鍋爐進口水焓（0.8 MPa對應(yīng)的飽和水焓）h3=720.9 kJ/kg熱效率：世一=15.3%h1 h3總耗煤量：有15.3%的熱能發(fā)電，發(fā)電煤耗為：m仁m=0.705 kg/s=2.54 t/hp2=7kPa對應(yīng)的排汽焓和鍋爐進口水焓:h2=2161 kJ/kg

56、 h3=163.38 kJ/kg電的耗煤量：7.06 t/h供熱煤耗量相同14.06 t/h。總煤耗：m=7.06+14.06=21.12 t/h10-7小型供熱、供電聯(lián)合電站，進入汽輪機新蒸汽的壓力為1 MPa、溫度為200 C,汽輪熱效率:wOwOq1 hl h536.2%P2 1070.8512 1060.153 20000 1030.85=4.61kg/s=16.6t/hm1P20000 1 0.85P20000-0.85612 100.36 20000 0.85=1.96 kg/s=79機供熱抽汽壓力為0.3 MPa，抽汽通過熱交換器后變成0.3 MPa的飽和液體，返回動力循環(huán)系統(tǒng)。

57、汽輪機乏汽壓力為40kPa。汽輪機需要輸出1MW的總功率，而熱交換器要求提供500kW的供熱率。設(shè)汽輪機兩段（即抽汽前后）的相對內(nèi)效率都為0.8。試計算進入汽輪機的總蒸汽量和進入熱交換器的抽汽量。解：0.3 MPa的飽和液體、飽和汽、汽化潛熱的焓：561.4 kJ/kg,2725.5 kJ/kg、2181.8 kJ/kg進入熱交換器的抽汽量：ml衛(wèi)=0.23kg/s2181.8新汽焓h1=2827 kJ/kg,s仁6.693 kJ/(kg.K)排汽焓(s2=s1)h2=2295 kJ/kg抽汽焓(s3=s1)h3=2604 kJ/kg31 10 /0.8m1(h1 h3)之汽量：m2=2.25

58、 kg/sh1 h2總蒸汽量：m=m1+m2=2.48 kg/s10-8奧托循環(huán)壓縮比 =8， 壓縮沖程初始溫度為27C，初始壓力為97kPa，燃料燃燒當(dāng) 中對工質(zhì)的傳熱量為700 kJ/kg，求循環(huán)中的最高壓力、最高溫度、循環(huán)的軸功及熱效率。設(shè)工質(zhì)k=1.41,Cv=0.73 kJ/(kg.K)。解：熱效率彳11TT 57.4%軸功：wq401.5kWT2T1k 1=703.7K最高溫度T3T2=1662.6KCv80P2P1k1.82MPa最高壓力(定容)P3P2T34.3MPa10-9狄塞爾循環(huán)壓縮比=15，壓縮沖程初始壓力為105kPa，初始溫度為20 C，循環(huán)吸熱量為1600 kJ/

59、kg，設(shè)工質(zhì)k=1.41,Cp=1.02kJ/(kg.K)。求循環(huán)中各點壓力、溫度、熱效 率。解：2點的壓力和溫度：81T2 T1k 1=889Kkp2 pl4.78 MPa3點壓力和溫度:Cp4點的壓力和溫度:v4 v1 v1 T2v3 v3 T3v2T3T2k 1T4丁唱廠=1231K10-10燃氣輪機進氣參數(shù)為p1=0.1MPa、t1=17C、=8，工質(zhì)定壓吸熱終了溫度=600C,設(shè)k=1.41,Cp=1.02kJ/(kg.K)。求循環(huán)熱效率、壓氣機消耗的功及燃氣輪機裝置的軸功。解：循環(huán)熱效率11(k 1)/k=45.3%p2=p1=0.8 MPaT2 T1(k 1)/k=530Kp3=

60、p2T3qT22458Kp4熱效率:v3 T44.2v2 T1k(1)k 1=52%t30.443 MPa82壓氣機消耗的功：wch2 h1 Cp(T2 T1)245 kJ/kgT3T4F7T=478K83燃氣輪機作功：w1 cp(T3 T 4)403 kJ/kg燃氣輪機裝置的軸功w w1 wc158 kJ/kgw45.1%qi11-1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O.IMPa，溫度為-10 C，空氣進入膨脹機的溫度為20 C,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T 4)= 1.01 x( 263