工程熱力學(xué)第四版完整課后答案(華自強(qiáng)張忠進(jìn))

第一章基本概念及定義?第一章基本概念及定義?#?答案：nt=260o。8根據(jù)習(xí)題9-6所述條件，若設(shè)比熱容為變比熱容并按氣體性質(zhì)表計(jì)算，試求該循環(huán)的熱效率及循環(huán)凈功。提示：wo=qi-|q21,提示：wo=qi-|q21,ntvv等于其相對(duì)比體積之比，即-2二=，相對(duì)比體積為溫度的單值函數(shù)。v-1r1答案：w=184?5kJ/kg，n=0.389。0t9根據(jù)習(xí)題9-6所述條件，若采用回?zé)嵫h(huán)且設(shè)回?zé)岫葹?00%，試求循環(huán)熱效率。與不采用回?zé)岬难h(huán)相比其循環(huán)熱效率增大的百分?jǐn)?shù)是多少？提示：回?zé)嵫h(huán)的回?zé)岫葹?0000時(shí)，即有T5=T2,T6=T4；wIIq=c{0Aq=c{0AT；6-3過(guò)程為循環(huán)的加熱過(guò)程；5T過(guò)程為循環(huán)的放熱過(guò)程。答案:n=0?476,tAn%=19%。t9-10燃?xì)廨啓C(jī)裝置的定容加熱循環(huán)由下述四個(gè)可逆過(guò)程組成:絕熱壓縮過(guò)程1答案:n=0?476,tAn%=19%。t9-10燃?xì)廨啓C(jī)裝置的定容加熱循環(huán)由下述四個(gè)可逆過(guò)程組成:絕熱壓縮過(guò)程1-2、定容加熱過(guò)程2-3、絕熱膨脹過(guò)程3-4及定壓放熱過(guò)程4-1。已知壓縮過(guò)程的增壓比為兀=P/P，定容加熱過(guò)程的壓力升高比為九=P/P，試證2132明其循環(huán)熱效率為?二K（九K-D（K-1）/K，2-t兀（K-（K-1）/K，2-提示：循環(huán)熱效率n=，循環(huán)凈功wo=qi-|q21;1-2過(guò)程為等熵壓縮過(guò)程,tq10123過(guò)程為定容加熱過(guò)程，T=篤=九；工質(zhì)可看做理想氣體。一P211某活塞式內(nèi)燃機(jī)定容加熱循環(huán)的參數(shù)為：p=0.1MPa、t=27°C，壓縮比￡=7,加熱量q=111700kJ/kg。假設(shè)有一個(gè)活塞式熱氣發(fā)動(dòng)機(jī)理想循環(huán)即斯特林循環(huán)，和上述循環(huán)有相同的壓縮比及循環(huán)熱效率，且其定溫壓縮過(guò)程的初態(tài)也為p、t。試對(duì)比兩循環(huán)的下列性質(zhì)參數(shù)：p/p、T/T和加熱11maxminmaxmin量，并把兩個(gè)循環(huán)表示在同一個(gè)p-v圖及T-s圖上。

提示：斯特林循環(huán)熱效率n=1-存，壓縮比*t,sT2—，—2，T?丿^Qins、pmaxp?丿提示：斯特林循環(huán)熱效率n=1-存，壓縮比*t,sT2—，—2，T?丿^Qins、pmaxp?丿^oins=—2，q=RTIn—4,

p1,sg2—12v=v,，v=v。2241內(nèi)燃機(jī)定容加熱循環(huán)熱效率n=11t,壓縮比e￡K-1—

=，—2圖9-31丫T、maxT\Tmin丿minotto、pmaxpmin丿minotto、=P。pi答案：(1)maxmins=2.178，p—maxI"min=15.25,丿sq=0.365kj/kg；(2)—I]1sITmaxminotto=5.437，(、p―maxIp?丿minotto初態(tài)及壓縮比相同條件下=8.056。兩個(gè)循環(huán)在同一p-v圖及T-s圖上的表示(其中1-2-3-4T為內(nèi)燃機(jī)定容加熱循環(huán)，1-2，-2-4-1為斯特林循環(huán))：9-12當(dāng)內(nèi)燃機(jī)采用脈沖式廢氣渦輪增壓器時(shí)，廢氣從氣缸直接引入渦輪機(jī)而不經(jīng)過(guò)維持穩(wěn)定壓力的排氣總管，因而可以把工質(zhì)在內(nèi)燃機(jī)氣缸和渦輪機(jī)中膨脹的過(guò)程看做一個(gè)連續(xù)的絕熱膨脹過(guò)程，一直膨脹到環(huán)境大氣壓力，然后進(jìn)行定壓放熱。這樣的理想熱力循環(huán)如圖9-31所示。若空氣在增壓器及內(nèi)燃機(jī)氣缸中整個(gè)絕熱過(guò)程1-2中的壓縮比e=20，而定容加熱量q=250kj/kg，定壓加熱量q=2501V1pkj/kg，又已知p=0.1MPa、t=27°C，試求該循環(huán)的熱效率。與相同循環(huán)參數(shù)的混合加熱循環(huán)相比，其11循環(huán)熱效率提高的百分?jǐn)?shù)是多少？—提示：定壓放熱過(guò)程循環(huán)，1-2過(guò)程為等熵壓縮過(guò)程，壓縮比e=—，2-3過(guò)程為定容加熱過(guò)程，3-—24過(guò)程為定壓加熱過(guò)程，4-5過(guò)程為等熵膨脹過(guò)程，5-1過(guò)程為定壓放熱過(guò)程，放熱量q=c(T-T)；2po51工質(zhì)可看做理想氣體；循環(huán)熱效率n=1-列，q.=q1V+q,-tq11，V1，p混合加熱循環(huán)，從4點(diǎn)開(kāi)始的定熵膨脹過(guò)程，進(jìn)行到與循環(huán)初態(tài)1點(diǎn)比體積人相同的狀態(tài)，并從該點(diǎn)開(kāi)始進(jìn)行終點(diǎn)為1點(diǎn)的定容放熱過(guò)程，過(guò)程放熱量q2=CV0AT，其余情條件與定壓放熱過(guò)程的循環(huán)相同。2V0答案：n=0.736，%=2.94%。tt

9-13由定溫壓縮過(guò)程、定壓加熱過(guò)程、定溫膨脹過(guò)程及定壓放熱過(guò)程組成一個(gè)循環(huán)，且兩定壓過(guò)程通過(guò)回?zé)崞鲗?shí)現(xiàn)理想回?zé)?，則該循環(huán)稱為艾利克松循環(huán)，試求該循環(huán)的熱效率，并把循環(huán)表示在p-v圖及T-s圖上。提示：兩個(gè)定壓過(guò)程通過(guò)回?zé)崞鲗?shí)現(xiàn)理想回?zé)?，?-1過(guò)程放出的熱量在2-3過(guò)程中被完全“回收”，循環(huán)吸熱量即為定溫過(guò)程3-4的吸熱量，循環(huán)Q圖9-21vQ圖9-21放熱量即為定溫過(guò)程1-2的放熱量，定壓過(guò)程t二常量。循環(huán)熱效率n=qA。tq答案：耳=Tt_T3；艾利克松循環(huán)的p-v圖和T-s圖:tT39-14燃?xì)廨啓C(jī)的定壓加熱循環(huán)采用回?zé)岽胧r(shí)，在不同的回?zé)岫融嘞拢S著循環(huán)增壓比的變化，循環(huán)熱效率的變化曲線如圖9-21所示。該圖說(shuō)明：當(dāng)升溫比t一定（即最高溫度T3一定）時(shí)，在某個(gè)確定的增壓比兀下，不同回?zé)岫鹊难h(huán)熱效率都相同。試求該增壓比和升溫比的關(guān)系。提示：燃?xì)廨啓C(jī)回?zé)嵫h(huán)的熱效率：X"t=T(1-兀（K-1）/K丿一（1一?。↘-1）/K—"t=T(1-兀（K-1）/K丿一（1一?。↘-1）/K依題意，升溫比T與增壓比n—定時(shí)，任兩個(gè)不同回?zé)岫鹊娜細(xì)廨啓C(jī)回?zé)嵫h(huán)熱效率之比等于1。答案：t=K(k-1/K)2。9-15在一定的最大容積（或比體積）和最小容積（或比體積）范圍內(nèi)，內(nèi)燃機(jī)定容加熱循環(huán)（即奧圖循環(huán)）具有最高的熱效率，故可稱為容限循環(huán)。試以卡諾循環(huán)與奧圖循環(huán)相比，利用p-v圖及T-s圖分析證明：n三nt,ottot,carnotw三w0,otto0,carnot提示：最小比體積為V?,最大比體積為巴的奧圖循環(huán)1-2-3-4-1,及相同比體積范圍內(nèi)的卡諾循環(huán)4-212，-2-3，-4的圖示：p-v圖上，循環(huán)曲線所包圍的面積越大，循環(huán)凈功越大；T-s圖上，循環(huán)平均吸熱溫度與平均放熱溫度相差越大,循環(huán)熱效率越高。9-16在一定的最高壓力及最低壓力的范圍內(nèi)，燃?xì)廨啓C(jī)裝置定壓加熱循環(huán)（即勃雷登循環(huán)）具有最高的循環(huán)熱效率，故可稱為壓限循環(huán)。試以卡諾循環(huán)和勃雷登循環(huán)相比，利用p-v圖及T-s圖分析證明：n三nt,braytont,carnotw三w0,brayton0,carnot提示：最低壓力為P1、最高壓力為P2的勃雷登循環(huán)1-2-3-4-1，及相同壓力范圍內(nèi)的卡諾循環(huán)4-2，-122-3，-4的圖示：P-v圖上，循環(huán)曲線所包圍的面積越大，循環(huán)凈功越大；T-s圖上，循環(huán)平均吸熱溫度與平均放熱溫度相差越大，循環(huán)熱效率越高。習(xí)題提示與答案第十章實(shí)際氣體1已知甲烷（CH）的臨界點(diǎn)參數(shù)為p=4.64MPa、T=190.7K,試?yán)猛ㄓ脡嚎s因子圖確定溫度4cc為100°C、壓力為4MPa時(shí)甲烷的比體積，與按理想氣體狀態(tài)方程式計(jì)算得到的數(shù)值進(jìn)行比較，并計(jì)算后者的誤差為多少。提示：實(shí)際氣體pv=zRT,對(duì)比狀態(tài)參數(shù)p=JL、t=T;通用壓縮因子圖描述了壓縮因子與對(duì)比grprTcc狀態(tài)壓力和對(duì)比狀態(tài)溫度的關(guān)系，即z=f（p,T）；理想氣體pv=RTorrg答案：v=0.0476m3/kg，V=0.0483ms/kg；相對(duì)誤差為1.45%。2已知乙烯（CH）的臨界點(diǎn)參數(shù)為p=5.12MPa、T=283K，試?yán)猛ㄓ脡嚎s因子圖確定溫度24cc為50C、壓力為5MPa時(shí)乙烯的比體積，并計(jì)算按理想氣體處理所引起的誤差。提示：參照習(xí)題10-1提示。答案：v=0.0146m3/kg，V=0?0192m3/kg，相對(duì)誤差為24%。3設(shè)某氣體遵守狀態(tài)方程式p（v—b）=RgT,試證明：Cp—cv=Rg。提示：比定壓熱容和比定容熱容差的普遍關(guān)系式：（西、(提示：比定壓熱容和比定容熱容差的普遍關(guān)系式：（西、(C-C=TpV(QT’(證丿v10-4實(shí)際氣體的定溫壓縮系數(shù)為k=--（空、，定熵壓縮系數(shù)a=——（西、v1勿丿vT〔勿丿c試證明：亠cV提示：反證-。全微分的重要性質(zhì)［各］（%丿+（各〕=0;麥克斯韋關(guān)系式；定容過(guò)程熱力學(xué)變a^dx丿^dy丿I力丿yzx化的微分表達(dá)式［得出：T（西］=（西丿］；定壓過(guò)程焓變的微分表達(dá)式［得出：T（亜丿=（西〕］；<dT丿p<dT丿p?丿v<dT丿V比定容熱容的定義（朗=CV，比定壓熱容的定義僚］=cp°10-5實(shí)際氣體的定壓膨脹系數(shù)為p=1V（QT10-5實(shí)際氣體的定壓膨脹系數(shù)為p=1V（QT丿p，試證明：〔空'(Qp丿TvB提示：全微分的重要性質(zhì)（?）（fx）+（tz）=°；QxyQyzQyx熱力學(xué)變化的微分表達(dá)式［得出：錯(cuò)誤!未定義書簽。］。麥克斯韋關(guān)系式(fs、<QP}T；定容過(guò)程10-6實(shí)際氣體的熱力學(xué)能應(yīng)為溫度及比體積（壓力）的函數(shù)。如果由某種實(shí)際氣體的狀態(tài)方程式可導(dǎo)出（tutvW=0的結(jié)論，即熱力學(xué)能僅為溫度函數(shù)，則說(shuō)明該方程式的內(nèi)在關(guān)系不正確。試據(jù)此關(guān)系驗(yàn)

證范德瓦爾方程式的準(zhǔn)確性。提示：證明包、工0。熱力學(xué)能變化的普遍關(guān)系式du=?dT+T(dp、—p0>T〔3T丿dv，氣體遵守范德瓦爾ra、方程p+—(v—b)=RT°lv2丿g答案：范德瓦爾方程式正確。答案：10-7設(shè)某氣體遵守范德瓦爾方程式，試證明在絕熱過(guò)程中氣體所作的膨脹功為10-7提示：范德瓦爾方程p+—-b)=提示：范德瓦爾方程p+—-b)=RT，絕熱過(guò)程膨脹功v2丿gw1-2=-jMu，熱力學(xué)能變化的普遍關(guān)系式du=cVdT+\T一pdv。10-8設(shè)某氣體遵守范德瓦爾方程式，試證明當(dāng)氣體作絕熱自由膨脹時(shí)，氣體溫度的變化為提示：范德瓦爾方程式p=證提示：范德瓦爾方程式p=證一'dp、\T藥’一pdu=CvdT+肝advdT=—cv2V氣體絕熱自由膨脹du=O,熱力學(xué)能變化的普遍關(guān)系式10-9設(shè)某氣體遵守范德瓦爾方程式，10-9設(shè)某氣體遵守范德瓦爾方程式，試導(dǎo)出定溫過(guò)程中氣體作膨脹功的公式。提示：范德瓦爾方程式p=竺——,v-bv2w=提示：范德瓦爾方程式p=竺——,v-bv2w=q-J2du=TJ2ds-J2du，熱力學(xué)能變化的普遍關(guān)系式du=cdT+T1T1T1Tv定溫過(guò)程氣體膨脹功dv，熵變的熱力學(xué)普遍關(guān)系式ds=乂dT+(亜]dv。T[dTJv/1一丄、iv2vi丿答案：w=RTln(v2-b+aTg(vi-b10-10設(shè)某氣體遵守范德瓦爾方程式，試證明：提示：熱力學(xué)普遍關(guān)系式Tds=du+pdv,比熱力學(xué)能的普遍關(guān)系式du=cydT+dv；ds是全微分；范德瓦爾方程式p=筈-a'熵變普遍關(guān)系式血=cvdT+僚卜10-11設(shè)某氣體遵守范德瓦爾方程式，試證明：C-c=RgpV‘2a(v-b)21—■RTv3g提示：實(shí)際氣體的范德瓦爾方程式p+±b-b)=RT，比定壓熱容和比