熱工基礎(chǔ)復(fù)習(xí)題2013計(jì)算題答案

1、四、計(jì)算題1、某容器被一剛性壁分成兩部分，在容器的不同部位安裝有壓力表，如圖1所示。壓力表B上的讀數(shù)為75kPa, 壓力表C上的讀數(shù)為0.11MPa。如果大氣壓力為97kPa，試確定壓力表A上的讀數(shù)及容器兩部分內(nèi)空氣的絕對(duì)壓力。解：A、B、C的讀數(shù)均為表壓，分別記為、PgA、PgB、PgC容器1和2的絕對(duì)壓力記為P1和P2，大氣壓力Pa依題意：PgB=75kPaPgC=0.11MPa=110kPaPa=97kPa根據(jù)壓力表的位置可知：P1=PgC+PaP1=PgB+P2P2=PgA+Pa將PgB、PgC和Pa的數(shù)值代入上式得：P1=207kPaP2=132kPaPgA=35kPa圖12、如圖2

2、所示。氣缸內(nèi)充以空氣，活塞及負(fù)載重100kg，氣缸壁充分導(dǎo)熱，取走60kg負(fù)載，其系統(tǒng)完全平衡后，試求：（1）活塞上升的高度L；（2）熱力學(xué)內(nèi)的變化U；（3）氣體在過程中所做的功。（已知ukJ/kg=0.72TK）圖21)由力平衡：p1=pb+F1/A=771*133.32+100*98100/100=2.009105PaV1=A*L=100*10*10-6=10-3m3p2=pb+F2/A=771*133.32+40*98100/100=1.420105PaT2=T1V2=A*(L+L)=100*(10+L )*10-6=(10+L )*10-4m3過程中質(zhì)量不變：m1= p1 V1/(Rg

3、T1)= m2= p2 V2/(RgT2)V2= p1 V1/ p2=2.009105*10-3/1.420105=1.4145 *10-3m3=(10+L )*10-4m3L=4.145cm2) U= m2u2- m1 u1因?yàn)閙1= m2，已知ukJ/kg=0.72TK，而T2=T1；所以U=03）此過程為不可逆過程：W= p2*A*L=1.420105*10010-4*4.14510-2=58.859 J3、一絕熱剛體氣缸，被一導(dǎo)熱的無摩擦活塞分成兩部分，如圖3所示。最初活塞被固定在某一位置上，氣缸的一側(cè)儲(chǔ)有壓力為0.2MPa、溫度為300K的0.01m3的空氣，另一側(cè)儲(chǔ)有同容積、同溫度

4、的空氣，其壓力為0.1MPa。去除銷釘，放松活塞任其自由移動(dòng)，最后兩側(cè)達(dá)到平衡。設(shè)空氣的比熱容為定值。試求：（1）平衡時(shí)的溫度為多少？（2）平衡時(shí)的壓力為多少？（3）兩側(cè)空氣的熵變值及整個(gè)氣體的熵變值是多少？圖3解：（本題13分）1）取整個(gè)氣缸為閉口系，因?yàn)闅飧捉^熱，所以Q=0；又因?yàn)榛钊麑?dǎo)熱而無摩擦，W=0，且平衡時(shí)A、B兩側(cè)溫度相等，即TA2=TB2=T2。有閉口系能量方程得：因?yàn)?，TA1=TB1=T1=300K，于是終態(tài)平衡時(shí)，兩側(cè)的溫度均為： T1=T2=300K2) 取整個(gè)氣缸為閉口系，當(dāng)終態(tài)平衡時(shí)，兩側(cè)壓力相等，設(shè)為p2，則：3）整個(gè)氣缸絕熱系的熵變：4、某蒸汽動(dòng)力廠按一級(jí)再熱理想

5、循環(huán)工作，新蒸汽參數(shù)為P1=15MPa，t1=600，再熱壓力PA=1.4MPa，再熱溫度tR= t1=600，背壓P2=0.005MPa，功率為15000KW。試求：（1）定性畫出循環(huán)的T-S圖；（2）求循環(huán)熱效率；（3）每小時(shí)所需蒸汽量。解：1）再熱循環(huán)在T-S圖上的表示如圖所示。2）循環(huán)吸熱量2）根據(jù)：5、如圖4為一煙氣余熱回收方案。設(shè)煙氣比熱容Cp=1.4kJ/(kg.K)，Cv=1.14kJ/(kg.K)。試求：（1）煙氣流經(jīng)換熱器時(shí)傳給熱機(jī)工質(zhì)的熱；（2）熱機(jī)放給大氣的最小熱量；（3）熱機(jī)輸出的最大功W。圖4解： 1）煙氣放熱為：2）若使Q2最小，熱機(jī)為可逆機(jī)，由卡諾定理得：即：3

6、）輸出的最大功為：6、壓力為0.1MPa，溫度為20的空氣進(jìn)入壓縮機(jī)，絕熱壓縮至0.6MPa后排入貯氣筒。試求：（1）問壓縮機(jī)空氣出口溫度能否是180？（2）若將空氣絕熱壓縮至0.6MPa，250，試問絕熱效率是多少？可用能（作功能力）損失為多少？并用T-S圖表示之（環(huán)境溫度t0=20）；（3）壓縮機(jī)在吸氣狀態(tài)下的吸氣量為100m3/h，試求在2）情況下的壓縮機(jī)功率是多少？解：1）若壓縮機(jī)出口溫度為180，則絕熱壓縮過程的熵產(chǎn)：可見，壓縮機(jī)空氣出口溫度不可能是180。2）3）7、 空氣從T1 = 300 K、p1 = 0.1 MPa壓縮到p2 = 0.6 MPa。試計(jì)算過程的膨脹功（壓縮功）、

7、技術(shù)功和熱量，設(shè)過程是(1) 定溫的、(2) 定熵的、(3) 多變的（n=1.25），按定比熱容理想氣體計(jì)算，不考慮摩擦。按附表1取空氣的定值比熱容為：kJ/(kgK)， kJ/(kgK)氣體常數(shù) kJ/(kgK)（1）定溫過程對(duì)等溫過程：，則：（2）定熵過程對(duì)定熵過程：q0，wu；wt h由等熵過程的過程方程知kJ/kgkJ/kg（3）多變過程kJ/kgkJ/kg kJ/kg8、 已知活塞式內(nèi)燃機(jī)定容加熱循環(huán)的進(jìn)氣參數(shù)為 p1=0.1 MPa、t1=50 ，壓縮比，加入的熱量q1=750 kJ/kg。試求循環(huán)的最高溫度、最高壓力、壓升比、循環(huán)的凈功和理論熱效率。認(rèn)為工質(zhì)是空氣并按定比熱容理想

8、氣體計(jì)算。解：活塞式內(nèi)燃機(jī)定容加熱循環(huán)的圖示見a)、b)圖示(a)(b)，理論熱效率由(6-5)式得： 循環(huán)凈功 最高溫度須先求出，因過程是等熵過程，由(3-89)式得 因?yàn)?所以 最高壓力須先求出和過程是定容過程，因此 即 所以 而 則 9、空氣在氣缸中由初狀態(tài)T1=300 K、p1=0.15 MPa進(jìn)行，則先定溫膨脹，然后再在定容下使壓力增到 0.15 MPa，溫度升高到 480 K。試求：（1）將這過程畫在壓容圖和溫熵圖中；（2）利用空氣的熱力性質(zhì)表計(jì)算這過程中的膨脹功、熱量，以及熱力學(xué)能和熵的變化。解：(2) 對(duì)11 2即先定溫膨脹，然后再定容壓縮過程有對(duì) 11 定溫膨脹過程： 所以

9、對(duì) 12定容壓縮過程：Wv = 0 圖 a 圖 b10、某燃?xì)廨啓C(jī)裝置，已知其流量、增壓比、升溫比，大氣溫度為 295 K。試求理論上輸出的凈功率及循環(huán)的理論熱效率（注：認(rèn)為工質(zhì)是空氣并按定比熱容理想氣體計(jì)算）。解：，燃?xì)廨啓C(jī)膨脹作功 壓氣機(jī)壓縮耗功 理論循環(huán)凈功率 理論循環(huán)熱效率 11、某氨蒸氣壓縮制冷裝置（圖5），已知冷凝器中氨的壓力為 1 MPa，節(jié)流后壓力降為 0.2 MPa，制冷量為 ，壓氣機(jī)絕熱效率為 80%，已知冷卻水經(jīng)過氨冷凝器后溫度升高 8 K，水的比定壓熱容為 4.187 kJ/(kgk)。試求： （1）氨的流量； （2）壓氣機(jī)出口溫度及所耗功率；（3）制冷系數(shù)；（4）冷卻水流量。圖5解：參考圖8-10、8-11及8-12，由 ，查圖 得由 沿等熵線向上與線交于點(diǎn) 查得 因?yàn)椋?則 （查lgP-h圖）(1)氨的流量： (2)壓氣機(jī)出口溫度及耗功率： ：由等焓線與等壓線交點(diǎn)，查lgP-h圖可得： (3)制冷系數(shù)理論： 實(shí)際： (4)冷卻水流量冷卻水帶走的熱量應(yīng)等于氨氣放出的熱量，即由熱平衡方程得： 可見所需冷卻水量是相當(dāng)大的。 13、 由三層材料組成的加熱爐爐墻。第一層為耐火磚。第二層為硅藻土絕熱層，第三層為紅磚，各層的厚度及導(dǎo)熱系數(shù)分別為d1230mm ，l11.10 W/(mK)， d250mm, l2