壓縮過(guò)程中對(duì)1kg空氣做的功

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工程熱力學(xué)課程習(xí)題

第一章

1-1試將1物理大氣壓表示為下列液體的液柱高(mm)，(1)水，(2)酒精，(3)液態(tài)鈉。它們的密度分別為1000kg/m3，789kg/m3和860kg/m3。

1-4人們假定大氣環(huán)境的空氣壓力和密度之間的關(guān)系是p=cρ1.4，c為常數(shù)。在海平面上空氣的壓力和密度分別為1.013×105Pa和1.177kg/m3，假如在某山頂上測(cè)得大氣壓為5×104Pa。試求山的高度為多少。重力加速度為常量，即g=9.81m/s2。

1-7如圖1-15所示的一圓筒容器，表A的讀數(shù)為360kPa，表B讀數(shù)為170kPa，表示室Ⅰ壓力高于室Ⅱ的壓力。大氣壓力為760mmHg。試求(1)真空室以及Ⅰ室和Ⅱ室的肯定壓力；(2)表C的讀數(shù)；(3)圓筒頂面所受的作用力。

圖1-15

1-8若某溫標(biāo)的冰點(diǎn)為20°，沸點(diǎn)為75°，試導(dǎo)出這種溫標(biāo)與攝氏度溫標(biāo)的關(guān)系(一般為線(xiàn)性關(guān)系)。1-10若用攝氏溫度計(jì)和華氏溫度計(jì)測(cè)量同一個(gè)物體的溫度。有人認(rèn)為這兩種溫度計(jì)的讀數(shù)不行能消失數(shù)值相同的狀況，對(duì)嗎？若可能，讀數(shù)相同的溫度應(yīng)是多少？1-14一系統(tǒng)發(fā)生狀態(tài)變化，壓力隨容積的變化關(guān)系為pV1.3=常數(shù)。若系統(tǒng)初態(tài)壓力為600kPa，容積為0.3m3，試問(wèn)系統(tǒng)容積膨脹至0.5m3時(shí)，對(duì)外作了多少膨脹功。

1-15氣球直徑為0.3m，球內(nèi)布滿(mǎn)壓力為150kPa的空氣。由于加熱，氣球直徑可逆地增大到0.4m，并且空氣壓力正比于氣球直徑而變化。試求該過(guò)程空氣對(duì)外作功量。

1-161kg氣體經(jīng)受如圖1-16所示的循環(huán)，A到B為直線(xiàn)變化過(guò)程，B到C為定容過(guò)程，C到A為定壓過(guò)程。試求循環(huán)的凈功量。假如循環(huán)為A-C-B-A則凈功量有何變化？

圖1-16

第二章

2-2水在760mmHg下定壓汽化，溫度為100℃，比容從0.001m3/kg增加到1.1763m3/kg，汽化潛熱為2250kJ/kg。試求工質(zhì)在汽化期間(1)內(nèi)能的變化；(2)焓的變化。

2-3定量工質(zhì)，經(jīng)受了一個(gè)由四個(gè)過(guò)程組成的循環(huán)，試填充下表中所缺的數(shù)據(jù)，并

2-51kg空氣由p1=1.0MPa，t1=500℃膨脹到p1=0.1MPa，t1=500℃，得到的熱量

506kJ，作膨脹功506kJ。又在同一初態(tài)及終態(tài)間作第二次膨脹僅加入熱量39.1kJ。求：(1)第一次膨脹中空氣內(nèi)能增加多少？(2)第二次膨脹中空氣作了多少功？(3)第二次膨脹中空氣內(nèi)能增加多少？2-6圖2-10所示的氣缸內(nèi)充以空氣。氣缸截面積為100cm2，活塞距底面高度為10cm，活塞及其上負(fù)載的總質(zhì)量為195kg，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?71mmHg，環(huán)境溫度t0=27℃，氣缸內(nèi)氣體恰與外界處于熱力平衡。倘使把活塞上的負(fù)載取去100kg，活塞將突然上升，最終重新達(dá)到熱力平衡。設(shè)活塞與氣缸壁之間無(wú)摩擦，氣體可通過(guò)氣缸壁充分和外界換熱，求活塞上升的距離和氣體的換熱量。

圖2-10

2-7上題中若氣缸壁和活塞都是絕熱的，但兩者之間不存在摩擦，此時(shí)活塞上升距

離如何？氣體的最終狀態(tài)又如何？已知⊿u=cv⊿T，空氣的cv=0.71kJ/(kg·K)。2-121m3容器內(nèi)的空氣，壓力為p0，溫度為T(mén)0。高壓管路(p,T)與之相通，使容器內(nèi)壓力達(dá)到p時(shí)關(guān)上閥門(mén)。設(shè)高壓管路、閥門(mén)與容器均絕熱，但有一冷卻水管通過(guò)容器。若欲在充氣過(guò)程中始終維持容器中的空氣保持T0，則需向冷卻水放出的熱量為Q，求Q。已知空氣的R，cp和cv。2-13一臺(tái)鍋爐給水泵，將冷水壓力由p1=6kPa上升至p2=2.0MPa，若冷凝水(水泵進(jìn)口)流量為2×105kg/h，水密度ρH2O=1000kg/m3。假定水泵效率為0.88，問(wèn)帶動(dòng)此水泵至少要多大功率的電機(jī)。2-14一燃?xì)廨啓C(jī)裝置如圖2-11所示。空氣由1進(jìn)入壓氣機(jī)升壓后至2，然后進(jìn)入回?zé)崞?，汲取從燃?xì)廨啓C(jī)排出的廢氣中的一部分熱量后，經(jīng)3進(jìn)入燃燒室。在燃燒室中與油泵送來(lái)的油混合并燃燒，產(chǎn)生的熱量使燃?xì)鉁囟壬仙?jīng)4進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)(透平)作功。排出的廢氣由5送入回?zé)崞鳎罱K由6排至大氣。其中壓氣機(jī)、油泵、發(fā)電機(jī)均由燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)。(1)試建立整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡式；(2)若空氣質(zhì)量流量m1=50t/h，進(jìn)口焓h1=12kJ/kg，燃油流量m7=700kg/h，燃油進(jìn)口焓h7=42kJ/kg，油發(fā)熱量q=41800kJ/kg，排出廢氣焓h6=418kJ/kg，求發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率。

圖2-11

2-15某電廠一臺(tái)國(guó)產(chǎn)50000kW汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，鍋爐蒸汽量為220t/h，汽輪機(jī)進(jìn)口處壓力表上的讀數(shù)為10.0MPa，溫度為540℃。汽輪機(jī)出口處真空表的讀數(shù)為715.8mmHg。當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簽?60mmHg，汽輪機(jī)進(jìn)、出口的蒸汽焓各為3483.4kJ/kg和2386.5kJ/kg。試求：(1)汽輪機(jī)發(fā)出的軸功率為多少千瓦？(2)若考慮到汽輪機(jī)進(jìn)口處蒸汽速度為70m/s，出口處速度為140m/s，則對(duì)汽輪機(jī)功率的計(jì)算有多大影響？(3)如已知凝汽器出口的凝聚水的焓為146.54kJ/kg，而1kg冷卻水帶走41.87kJ的熱量，則每小時(shí)需多少?lài)嵗鋮s水？是蒸汽量的幾倍？

2-16空氣在某壓氣機(jī)中被壓縮，壓縮前空氣的參數(shù)為p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg；壓縮后為p2=0.8MPa，v1=0.175m3/kg，若在壓縮過(guò)程中每千克空氣的內(nèi)能增加146.5kJ，同時(shí)向外界放出熱量50kJ；壓氣機(jī)每分鐘生產(chǎn)壓縮空氣10kg。試求：(1)壓縮過(guò)程中對(duì)1kg空氣所作的壓縮功；(2)每產(chǎn)生1kg壓縮空氣所需的軸功；(3)帶動(dòng)此壓氣機(jī)所需功率至少要多少千瓦？

2-18某燃?xì)廨啓C(jī)裝置如圖2-12所示。已知壓氣機(jī)進(jìn)口處空氣的焓h1=290kJ/kg，經(jīng)

壓縮后，空氣升溫使比焓增為h2=580kJ/kg，在截面2處與燃料混合，以c2=20m/s的速度進(jìn)入燃燒室，在定壓下燃燒，使工質(zhì)吸入熱量q=670kJ/kg。燃燒后燃?xì)饨?jīng)噴管絕熱膨脹到狀態(tài)3，h3=800kJ/kg，流速增至c3，燃?xì)庠龠M(jìn)入動(dòng)葉片，推動(dòng)轉(zhuǎn)輪回轉(zhuǎn)作功。若燃?xì)庠趧?dòng)葉中熱力狀態(tài)不變，最終離開(kāi)燃?xì)廨啓C(jī)速度為c4=100m/s。求