工程熱力學(xué)課后習(xí)題-華永明版

第一章3、現(xiàn)代發(fā)電機(jī)組中，用壓力測量儀表在四個(gè)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(dāng)時(shí)大氣壓力為101.3kPa，求所測四個(gè)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解答：習(xí)題圖1-6習(xí)題圖1-6解答：6、用內(nèi)充水銀的U形管壓力計(jì)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，二是水銀柱中混入了水，形成一個(gè)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(xí)題圖2-55、某封閉系統(tǒng)進(jìn)行如下圖的循環(huán)，12過程中系統(tǒng)和外界無熱量交換，但熱力學(xué)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，V習(xí)題圖2-5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(xué)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加壓過程中外界對水所作容積功；水的熱力學(xué)能的變化；水的焓的變化。解答：8、空氣在壓縮機(jī)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146kJ/kg，同時(shí)向外放出熱量50kJ/kg，壓縮機(jī)壓縮空氣的量為10kg/min，忽略散熱及工質(zhì)的動(dòng)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?！?〕外界需要向壓縮機(jī)輸入的功率〔由軸功決定〕。解答：〔1〕〔2〕跟蹤流動(dòng)的工質(zhì)，為閉口系：〔3〕穩(wěn)定流動(dòng)能量方程：9、鍋爐生產(chǎn)的2980t/h流量的過熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸后，經(jīng)一熱力過程從焓3475.5kJ/kg降至2990.0kJ/kg，求：假設(shè)忽略汽輪機(jī)的散熱、動(dòng)能和位能差，那么高壓缸的電功率為多少；假設(shè)散熱為1.1×107kJ/h，，求散熱造成的功率損失；假設(shè)汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽的流速為50m/s，出口蒸汽流速為150m/s，求動(dòng)能差造成的功率損失；假設(shè)汽機(jī)出口比進(jìn)口低2.5m，求進(jìn)出口高差對汽輪機(jī)功率的影響。解答：〔1〕忽略汽輪機(jī)的散熱、動(dòng)能和位能差〔2〕散熱〔3〕動(dòng)能差〔4〕位能差第三章3、兩臺(tái)可逆卡諾熱機(jī)串聯(lián)工作，A工作于700℃和t℃的熱源間，B熱機(jī)工作于t℃和20℃的熱源間，吸收當(dāng)兩臺(tái)熱機(jī)的熱效率相同時(shí)，熱源t的溫度；當(dāng)兩臺(tái)熱機(jī)輸出的功相等時(shí)，熱源t的溫度。解答：效率相等時(shí)：輸出功相等時(shí)：4、一可逆熱機(jī)工作在三個(gè)熱源之間，熱源溫度如圖，假設(shè)熱機(jī)從熱源1吸熱1600kJ，并對外做功250kJ，試求另兩個(gè)熱源的傳熱量和傳熱方向，并用圖表示。解答：熱量的正負(fù)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(dòng)力循環(huán)，工質(zhì)在溫度440℃下得到3150kJ/kg的熱量，向20℃的低溫?zé)嵩捶懦?950kJ/kg的熱量，如果工質(zhì)沒有其他熱量交換，問此循環(huán)滿足解答：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(jī)，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?zé)嵩次鼰?00kJ/kg。求：該熱機(jī)的效率和每一循環(huán)中的功量、廢熱；高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹撵刈?；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，假設(shè)在深層海水和表層海水間裝一熱機(jī)，該熱機(jī)利用表層10m海水降溫至27℃所放出的能量來作功，水的比熱為每kg表層海水降溫過程中放出的熱量和熵變；深層海水的熵變、熱機(jī)的廢熱量和作功量；求1km2海域能夠輸出的功量〔kWh〕。我國2023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，水的比熱為4.1868kJ/(kg系統(tǒng)平衡時(shí)的溫度；冰的熵變，冰熔解生成的水的熵變和容器中原有水的熵變；假設(shè)環(huán)境溫度為20℃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(biāo)1表示，20kg水以下標(biāo)2表示，根據(jù)熱量守恒的關(guān)系：〔2〕熵的變化量由三局部構(gòu)成，即3kg冰融化時(shí)的熵增,融化后從0℃升到tm的熵增和20kg水降溫到tm〔3〕系統(tǒng)可用能的損失習(xí)題圖3-315、如圖一煙氣余熱回收方案。設(shè)煙氣的比熱容c＝1習(xí)題圖3-3煙氣流經(jīng)換熱器傳給熱機(jī)工質(zhì)的熱量；熱機(jī)排給大氣的最少熱量；熱機(jī)輸出的最大功。解答：〔1〕高溫?zé)煔鈧鹘o工質(zhì)的熱量：〔2〕當(dāng)熱機(jī)可逆時(shí)，熱機(jī)作功最大，放給低溫?zé)嵩吹臒崃孔钌?，此時(shí)的熱機(jī)效率和放熱量分別為：〔3〕熱機(jī)輸出的最大功(等于向低溫?zé)嵩捶艧嶙钌贂r(shí)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。假設(shè)在海洋深處4000m處產(chǎn)生了一個(gè)體積為100m3的甲烷氣泡，求它上升至海洋外表時(shí)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解答：5、容積為2.5m3的空氣罐，原來的參數(shù)為0.05MPa〔表壓〕、18℃解答：7、汽油燃燒產(chǎn)生的煙氣可視作理想氣體，現(xiàn)測得煙氣中各成分的容積為：N2：60%，O2：4%，CO2：21%，H2O：15%。求：1mol混合氣體中各組分的mol數(shù)；各組分的質(zhì)量成分；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(diǎn)開始，經(jīng)歷兩種過程到達(dá)相同終點(diǎn)：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(jì)算分析：在同一p-v圖和T-s圖上表示兩個(gè)過程；過程中空氣的熱力學(xué)能變化、焓變化和熵變化；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(gè)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(diǎn)開始壓縮到壓力為0.6MPa的終點(diǎn)，試計(jì)算以下情況下的容積功、技術(shù)功和熱量。等溫過程；等熵過程；n=1.25的多變過程。解答：定溫過程：定熵過程：多變過程：習(xí)題4-1414、一體積為0.002m3習(xí)題4-14右邊空氣被壓縮后的終溫；右邊空氣得到的壓縮功；左邊空氣的終溫；電熱絲參加系統(tǒng)的熱量；左邊空氣經(jīng)歷的多變過程的指數(shù)；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)左邊電熱絲參加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〕解答：終點(diǎn)溫度：終點(diǎn)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(dòng)，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：空氣在節(jié)流閥前的管道內(nèi)散至環(huán)境的熱量；空氣在節(jié)流閥后的溫度。解答：這是一個(gè)有散熱的流動(dòng)和節(jié)流的復(fù)合過程，由于節(jié)流過程比擬快，一般以絕熱處理第六章3、空氣在壓縮機(jī)中被絕熱壓縮，壓縮前空氣的參數(shù)為0.1MPa、25℃；壓縮后空氣的參數(shù)為0.6MPa、240可逆時(shí)壓縮機(jī)壓縮1kg空氣所耗的功；該壓縮機(jī)壓縮1kg空氣所耗的功；該壓縮機(jī)的效率。解答：4、單級活塞式壓縮機(jī)需要把空氣從0.1MPa、27等溫壓縮；n=1.2的多變壓縮；絕熱壓縮。解答：終態(tài)溫度、比容計(jì)算：參見理想氣體過程方程計(jì)算；吸入功、升壓功、排出功、總耗功：參見書中計(jì)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300.00300.00300.00初壓0.100.100.10終壓0.700.700.70指數(shù)1.001.201.40終溫300.00414.93523.09比容10.860.860.86比容20.120.170.21吸入功86.1386.1386.13升壓功167.60164.98160.12排出功86.13119.13150.18總耗功167.60197.97224.17第七章3、汽油機(jī)以空氣為工質(zhì)，進(jìn)氣參數(shù)為0.1MPa、50℃，壓縮比為6，每一循環(huán)中參加的熱量為750kJ/kg解答：〔下標(biāo)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〕0.1MPa飽和蒸汽的比容為1.694結(jié)果1〕：如果2L水指大氣壓下的體積，那么m=2kg，結(jié)果2〕：如果2L水指0.l7MPa壓力下的體積，那么m=1.894kg，5、解答：由p2=0.1MPa，t2=120℃，查得h2=2716.48kJ/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(shí)各局部熵變：〔3〕可用能損失：8、解答：由p1=10MPa,t1=540℃，查表得：h1=3