工程熱力學(xué)課后題答案

習(xí)題與部分解答

第一篇工程熱力學(xué)

第一章基本概念

I.指出下列各物理量中哪些是狀態(tài)量，哪些是過(guò)程量：

答：壓力，溫度，位能，熱能，熱量，功量，密度。

2.指出下列物理量中哪些是強(qiáng)度量：答：體積，速度，比體積，位

能，熱能，熱量，功量，密度。

3.用水銀差壓計(jì)測(cè)量容器中氣體的壓力，為防止有毒的水銀蒸汽產(chǎn)

生，在水銀柱上加一段水。若水柱高200〃7加，水銀柱高800〃〃〃，如

圖2-26所示。已知大氣壓力為735〃〃%Hg,試求容器中氣體的肯定

壓力為多少步解：依據(jù)壓力單位換算

3

PH、。=200x9.80665=1.961x10=1.96.^

5

PH&=800X133.32=1.006x\0Pa=106.6kPa

p=pb+(PH、O+PH&)=98.0+(1.961+106.6)=20&6kPa

4.鍋爐煙道中的煙氣常用上部開(kāi)口的斜管測(cè)量，如圖2-27所示。若

已知斜管傾角。=30。，壓力計(jì)中運(yùn)用。=0.8g/c加的煤油，斜管液

體長(zhǎng)度L=2(X)mm,當(dāng)?shù)卮髿鈮毫α?0.1Ma,求煙氣的肯定壓力

(用MPa表示)解：

p=Lpgsina

=200x0.8x9.81x0.5

=784.8P。=784.8x1(T6MPa

〃=4-p”0.1-784.8xl€)Y=0.0992MPa

5.一容器被剛性壁分成兩部分，并在各部裝有測(cè)壓表計(jì)，如圖2-28

所示，其中。為壓力表，讀數(shù)為UOAFa,B為真空表，讀數(shù)為45AFa。

若當(dāng)?shù)卮髿鈮悍?97攵4,求壓力表A的讀數(shù)(用APo表示)

PRA=^55kPa

6.試述按下列三種方式去系統(tǒng)時(shí)，系統(tǒng)與外界見(jiàn)換的能量形式是

什么。

(1).取水為系統(tǒng)；

(2).取電阻絲、容器和水為系統(tǒng)；

(3).取圖中虛線內(nèi)空間為系統(tǒng)。

答案略。

7,某電廠汽輪機(jī)進(jìn)出處的蒸汽用壓力表測(cè)量，起讀數(shù)為13.4M4；冷

凝器內(nèi)的蒸汽壓力用真空表測(cè)量，其讀數(shù)為7()6〃〃〃放。若大氣壓力

為0.098M4,試求汽輪機(jī)進(jìn)出處和冷凝器內(nèi)的蒸汽的肯定壓力(用

MPa表示)/7,=0.0247MPa;[%=0.0039MPa

8.測(cè)得容器的真空度p"550〃"7?〃g,大氣壓力外=0.098Ma,求容器

內(nèi)的肯定壓力。若大氣壓變?yōu)閜；=0.102MP4,求此時(shí)真空表上的讀

數(shù)為多少mmMPa?p=0.0247MPa,〃；=579.8MPu

9.假如氣壓計(jì)壓力為83Z4,試完成以下計(jì)算：

(1).肯定壓力為0.1M41時(shí)的表壓力；

(2).真空計(jì)上的讀數(shù)為70〃'時(shí)氣體的肯定壓力；

(3).肯定壓力為50左4時(shí)的相應(yīng)真空度(kPa);

(4).表壓力為0.25M出時(shí)的肯定壓力(kPa),

(1).P&=\1kPa;

(2).p=\3kPa;

(3).pv=33kPa；

(4).p=333kPao

10.攝氏溫標(biāo)取水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為0℃和

100℃,而華氏溫標(biāo)則相應(yīng)地取為32°F和212°F。試導(dǎo)出華氏溫度和

攝氏溫度之間的換算關(guān)系，并求出肯定零度所對(duì)應(yīng)的華氏溫度,

fF=4+8

將水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的冰點(diǎn)值32/和0°C,以與沸點(diǎn)值

292°尸和100℃代入,得

32=0+8

212=1004+5

解該二元一次方程組，得：4=1.8,8=32。

從而有［「=1.8/+32

當(dāng),=-273.15℃時(shí),有

，尸=1.8x(-273.15_)+32=-459.7(/)

11.氣體進(jìn)行可逆過(guò)程，滿意"=C(C為常數(shù))，試導(dǎo)出該氣體從狀

態(tài)I改變到狀態(tài)2時(shí)膨脹功的表達(dá)式，并在〃-V圖上定性畫(huà)出過(guò)程線、

示出膨脹功。

答案：略

12.某氣體的狀態(tài)方程為〃V=RJ,試導(dǎo)出：

(1).定穩(wěn)下氣體之間的關(guān)系；

(2).定壓下氣體匕7之間的關(guān)系；

(3).定容下氣體p,T之間的關(guān)系。

答案：(1).=(2).A=ZL.(3).2L=ZLO

PI眩WT\PiT\

其次章熱力學(xué)第肯定律

1.一蒸汽動(dòng)力廠，鍋爐的蒸汽產(chǎn)量為9=180x1()3依/〃，輸出功率為

P=55000X:W,全廠耗煤八=19.5〃/2,煤的發(fā)熱量為%=30x1021/依。

蒸汽在鍋爐中吸熱量^=2680//依。試求:

(1).該動(dòng)力廠的熱效率外

(2).鍋爐的效率力(蒸汽總吸熱量煤的總發(fā)熱量)。

解：(1).鍋爐中蒸汽吸熱量

①〃=%,?夕=180x1()3x268()

=4.82x1。8(g/用=1.34x105(AW)

P55000…/

熱效率n=——=-------------=41%

'r①"I.34X10r5

(2).鍋爐效承

二蒸汽總放熱量一①，

%一煤的總放熱量一不;

19.5X103X30X103

48=%/%=1.625X105^W0

3600

①“1.34xl05…球

n=—^-=----------=82.5%

s

①B1.625x10

2.系統(tǒng)經(jīng)一熱力過(guò)程，放熱的?對(duì)外做功26。。為使其返回原狀態(tài),

對(duì)系統(tǒng)加熱6心，問(wèn)需對(duì)系統(tǒng)作功多少?

解：由Q=AU+W得

At/=G-W=-8-26=-34(V)

對(duì)于返回初態(tài)的過(guò)程

\U=-\U=?Akj

卬'=0-4。=6—34=-28好

故需對(duì)系統(tǒng)做功28燈。

3.氣體在某一過(guò)程只能感汲取了54七的熱量，同時(shí)熱力學(xué)能增加了

94Vo此過(guò)程是膨脹過(guò)程還是壓縮過(guò)程？系統(tǒng)與外界交換的功是多

少？

答案：此過(guò)程為壓縮過(guò)程；此過(guò)程中系統(tǒng)與外界交換的功是

-40^o

4.ikg空氣由四=5Mp4/=0.5MPa膨脹到p?=0.5MP^,r2=500℃,得到熱

量506口，對(duì)外做膨脹功506口。接著又從終態(tài)被壓縮到初態(tài)，熱出熱

量390ZJ,試求：

(1).［膨脹過(guò)程空氣熱力學(xué)能的增量；

(2).壓縮過(guò)空氣熱力學(xué)能的增量；

(3).壓縮過(guò)程外界消耗的功。

答案：(1).△〃=()；(2).△"=()；(3).W=-390X7o

5.閉口系統(tǒng)中實(shí)施以下過(guò)程，試填補(bǔ)表中的空缺數(shù)據(jù)。

過(guò)程序

Q/JW/JUJJU2/J△U/J

號(hào)

125-12-9

2-858-16

317-13(8)21

418-117

表中括號(hào)內(nèi)的數(shù)為答案。

過(guò)

程

QUW/JUJJUJJ△U/J

序

號(hào)

125-12(-46)-9(37)

2-8(8)(74)58-16

6.如圖所3(38)17-13(8)21示，某封

閉系統(tǒng)沿418-11(-22)7(29)a-c-b

途徑由狀態(tài)"改變到加吸入熱量90kj,對(duì)外做功4（）外,試問(wèn)：

(1).系統(tǒng)從〃經(jīng)d至。，若對(duì)外做功1（刈，則汲取熱量是

多少？

（2）.系統(tǒng)由。經(jīng)曲線所示過(guò)程返回4,若外界對(duì)系統(tǒng)左貢

236，汲取熱量為多少？

（3）?設(shè)Ua（ib=5kj,Ud=45kj,，那么過(guò)程a—d和〃一〃中系統(tǒng)

汲取的熱量各為多少？

答案（1）-2,而=&）燈；（2）.Q—73kj；

（2）.=50燈；（4）.。他=10燈。

7.容積為1川的絕熱封閉的氣缸中裝有完全不行壓縮的流體，如圖

2-31所示。試問(wèn)：

（1）.活塞是否對(duì)流體做功？

(2).通過(guò)對(duì)活塞加壓，把流體壓力從〃1=0.2M也提高到

p、=3MPa，熱力學(xué)能改變多少？焰改變多少？

答案(1).W=0;(2).AU=0,A"=2.8x1036。

8.一質(zhì)量為45。。心的汽車沿坡度為15。的山坡下行，車速為300初九

在距山腳100"處起先剎車，且在山腳處剛好剎住。若不計(jì)其它力，求

因剎車而產(chǎn)生的熱量。

0=2.04x10為。

9.某蒸汽動(dòng)力裝置，蒸汽流量為4。〃〃，汽輪機(jī)進(jìn)出口處壓力表讀數(shù)

為9MPa,進(jìn)口比為34404/7必，汽輪機(jī)出口比烙為2240K/7必，真空表

讀數(shù)為95.06Z4,當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?8.66Z4,汽輪機(jī)對(duì)環(huán)境放熱為

o試求：

(1).汽輪機(jī)進(jìn)出口蒸汽的絕壓各為多少？

(2).單位質(zhì)量蒸汽經(jīng)汽輪機(jī)對(duì)外輸出功為多少？

(3),汽輪機(jī)的功率為多少？

答案⑴.

Pi=9.099MPa

p2=3.6MPci

(2).%=1200行/必

(3).P=1.332X104A:W

(4).考慮進(jìn)出口動(dòng)能差后%的相對(duì)偏差

cosh=0.67%

10.進(jìn)入冷凝器的泛汽的蒸汽為〃二°O05MP。，比烯4=2500燈/版，出

口為同壓下的水，比焰為色=137.77燈/口，若蒸汽流量為22〃〃，進(jìn)入冷

凝器的冷卻水溫為1=17。。，冷卻水出口溫度為4=30。。，試求冷卻水

流量為多少？水的比熱容為4/8燈/（小K）。

答案Qm.w-956.4x103（Ag/〃）

11.某活塞式氮?dú)鈮簹鈾C(jī)，壓縮的氮?dú)獾膮?shù)分別為：P『°lMPa,

匕=0.88〃//s；〃2=10Ma,八。46加/必。設(shè)在壓縮過(guò)程中每行氮?dú)?/p>

熱力學(xué)能增加18。機(jī)同時(shí)向外放出熱量6的。壓氣機(jī)每min生產(chǎn)壓縮

氮?dú)鈨zg,試求:

（1）.壓縮過(guò)程對(duì)每總氮?dú)馑龅墓Γ?/p>

（2）.生產(chǎn)每?jī)z壓縮氮?dú)馑璧墓Γ?/p>

（3）.帶動(dòng)比壓氣機(jī)至少要多大的電動(dòng)機(jī)。

答案（1）.&}=—240kj/kg；

（2）.①#=-312kjlkg；

（3）.P=93.6ZW。

12.流速為6（）（）〃〃s的高速空氣突然受阻停止流淌，即。2=0,稱為滯止。

如滯止過(guò)程進(jìn)行快速，以致氣流受阻過(guò)程中與外界的熱交換可以忽

視，問(wèn)滯止過(guò)程空氣的焰改變了多少？

答案Ah=iS0kj/kg

第三章志向氣體與其混合物

1.把C°2壓送到體積為0?5加的貯氣罐內(nèi)。壓送前貯氣罐上的壓力表

讀數(shù)為弘P。，溫度為20°。，壓送終了時(shí)壓力表讀數(shù)為3（欣所,溫度為

5。（。試求壓送到罐內(nèi)的C°2的質(zhì)量。大氣壓力為“二°」M&。

解

Pl=Pb+Pgl=().1X1()3+3=1()索加

3

p2=ph+pg2=0.1x10+30=130(kPa)

R8.314

=0.18明/(4”)]

~~M~44

由pV=mRJ

PV二V(P2PI]

\m=-

Rj?"一％，5Tj

0.5(130x1()3103x1()3、

-----，x-----=0.143(依)

0.189xl03(50+273-20+273,

2.體積為OS/的某鋼性容器內(nèi)盛有了700行-20七的氮?dú)?。瓶上裝有

一排氣閥，壓力達(dá)到875Z兒時(shí)發(fā)門(mén)開(kāi)啟，壓力降到840Za時(shí)關(guān)閉。若

由于外界加熱的緣由造成閥門(mén)開(kāi)啟，問(wèn)：

(1)閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)瓶?jī)?nèi)氣體溫度為多少？

(2)因加熱造成閥門(mén)開(kāi)閉一次期間瓶?jī)?nèi)氮?dú)馐ザ嗌?？設(shè)瓶?jī)?nèi)空氣

溫度在排氣過(guò)程中保持不變。

答案(1)/2=93.3℃；(2)A//z=0.0097^

3,氧氣瓶的容積V=0.30加瓶中氧氣的表壓力為=14"尸2"30J

問(wèn)瓶中盛有多少氧氣？若氣焊時(shí)用去一半氧氣，溫度降為％"20'。，

試問(wèn)此時(shí)氧氣的表壓力為多少(當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?)

答案m=7.86kg?，外2=0.625MPa

4.某鍋爐每小時(shí)燃煤須要的空氣量折合表準(zhǔn)狀況時(shí)為66000加"。鼓

風(fēng)機(jī)實(shí)際送入的熱空氣溫度為250P,表壓力為20.0k&,當(dāng)?shù)卮髿鈮?/p>

為Pb=0、MPa,求實(shí)際送風(fēng)量(nr/h)。

解〃==0.1+20x1(尸=().12(MPa)

由pqv=q*J

pqvo_-()分()

得TT\

_〃0如0豈-0.101325x66000、(250+273)1.068xl05(/〃7〃)

2紜?<2730.12

5.某志向氣體比熱比k=Cp/Cy=1.4,定壓比熱容Cp=1.042ZJ/kg.K),求

該氣體的摩爾質(zhì)量。

解由上二攵與金一&=R=5

cvM

得M=-4——r=-----_=27.93(g/mol)

1.042x(1-1/1.4)7

6.在容積為。的封閉容器內(nèi)裝有氧氣，其壓力為3(XMP〃，溫度為

⑸。，問(wèn)應(yīng)加入多少熱量可使氧氣溫度上升到800。。?

(D按定值比熱容計(jì)算；

(2)按平均比熱容計(jì)算。

解Rq=)=蘭；=0.26卜〃(奴兒)]

M32

吁K=300x103x0.3=]2心)

RJ0.26x1()3x(15+273)"

(1)Q=mcvAr=/7?!R,(r2-r.)=1.2x-x0.26x(800-15)=612.3(Q)

22

(2)查得cj『=0.6563(3/0

.：°°=O.756AJ7Gg.K)

Q=/n(cvk/2-cv|^./1)=1.2x(0.756x800一0.656x!5)=714.0(U)

7.摩爾質(zhì)量為30依的某志向氣體，在定容下由275。。，加熱到845(,

若熱力學(xué)能改變?yōu)?00。/依，問(wèn)焰改變了多少？

答案兇二557.9依

8.將1總氮?dú)庥伞?30。。定壓加熱到400c,分別用定值比熱容,平均

比熱容（表）計(jì)算其熱力學(xué)能和焰的改變。

用定值比熱容計(jì)算

AU=274.7。,AH=384.6（V）

用平均比熱容計(jì)算

△U=281.7。,AH=391.6打

9.2必的C。?，由P1=800R&山=900C膨脹至ljp2=UOkPaj2=600℃,

試?yán)枚ㄖ当葻崛萸笃錈崃W(xué)能、焰和端的改變。

解

R8.314

189g")]

~~M~44二().心/

Cp=90.189=0.850舊/(必式)]

0=gx0.189=0.66〃(2”)]

\U=mcv\t=2x0.661x(600-900)=-396.6(AJ)

AH=mcp\t=2x0.850x(600-900)=-510(V)

7n\(873120

△S=mc〃ln二-RJn隹=2x().85In-0.189111=0.215(U/X)

IT\P\)VF173800

10.在體積為V=1.5療的鋼性容器內(nèi)裝有氮?dú)?。初態(tài)表壓力為

P』=2-0MPa,溫度為230P,問(wèn)應(yīng)加入多少熱量才可使氮?dú)獾臏囟壬?/p>

升到750。。？其烙值改變是多少？大氣壓力為O.IMPa。

（1）按定值比熱容計(jì)算；

⑵按真實(shí)比熱容的多項(xiàng)式計(jì)算；

⑶按平均比熱容表計(jì)算；

⑷按平均比熱容的直線關(guān)系式計(jì)算。

解

Rg=1=T=0?297kJ/(Zg.K)]

“歌舞滕導(dǎo)2呼)

(1)

Cp=g4=gX0.297=1.04卜〃(依.K)]

R=|/?k,=|x0.297=0.742切/心”)]

3

Q=nicvAr=21.09x0.742x(750-230)=8.137xl0(kj)

4

AH=mcpM=21.09x1.04(750-230)=1.141x1O(V)

(2)查得

2

Cp.m=a^aJ+a2T

8

劭=27.3146,q=5.2335x10-3%=-0.42x1O-

n=—=0&=0.7532(打〃o/)

m28

Q=f仁必=4(Cpjn-R)dT=〃J：nCpmdT―呵：dT=aj+aT^lT-nR\T

=〃(〃/+與"+?/)憎—成(4—T)

=0.7532x[27.3146x(1023-503)+1x5.2335xIO-3x

(10232-5032)+-x(-0.42)x10-8x(10232-5032)-0.7532x8.314x(1023-5O3)J=9.005x103(H)

3

AH=/nCpmdT=Q+PIRAT

=9.005xl03+0.7532x8.314x(1023-503)=1.226x104(V)

(3)查得

cj產(chǎn)=1.0450/kg.K),c/F=1.092%J/(Zg.K)

cv\^=0J4SkJ/(kg.K],cv\^=0.796kJ/(kg.K)

Q=〃&|”2-CphJ=21.09X(0.796x750-0.748x230)=8.962x103(V)

4

AH=m(cp|^.r2-cp|^.^)=21.09x(1.092x750-1.045x230)=1.22x10(kJ)

(4)查得

c/；：=1.032+0.000089551=1.032+0.00008955x(230+750)=1.120pU/(Zg.K)]

cv\~=cj；；-R,,=1.12-0.297=0.823同(必K)]

Q=g,心.加=21.09x0.823x(750-230)=9.026

4

AH=mcp\^.A/=21.09x1.12x(750-230)=1.228xlO(V)

11.某氫冷卻發(fā)電機(jī)的氫氣入口參數(shù)為〃貝=0.2MRV1=40C,出口參

數(shù)為〃g2=().19MP“4=66P。若每分鐘入口處體積流量為1.5/,試求

氫氣經(jīng)過(guò)發(fā)電機(jī)后的熱力學(xué)能增量、焰增量和燧增量。設(shè)大氣壓力為

ph=OAMPao

(1)按定值比熱容計(jì)算；

⑵按平均比熱容直線關(guān)系式計(jì)算。

解

R

凡=---------=4.157卜//(匕太)]

艮M=8.314L〃

Pi=ph+=().1+0.2=().3(MP〃)

p2=ph+42=0.1+0.19=0.29(MP〃)

PMvi().3xl()6xl.5八/.\

q,n==--------r-7-------；=().345%依/min)

RJ]4,157X103X(40+273)

(I)按定值比熱

c產(chǎn)；R&=|X4.157=14.55M^）］

R=Cp_R”=14.55-4.157=10.39［H/feA：）］

△U=qmcv^t=0.3459x10.39x（66-40）=93.44（^J/min）

AH=q/pN=0.3459x14.55x（66-40）=130.9（V/min）

60+273

△S=q”Cpln*R”R=0.3459x|14.55In-4.1571n—=0.4504（H/（K.min）］

\Pi）40+273（）.3

（2）按平均比熱容的直線關(guān)系式

°篡=143.3+0.0005945x（66+40）=14.39同/（版.幻］

%上』V=10.12+0.0005945x（66+40）=10.18k.〃（&g.K）］

△U=qnicvAr=0.3459Xl（）.18x（66-40）=91.55（七〃Zg）

△

AS”,卜啟哼一勺

Pj

=0.3459x14.39In-----------4.157In匚=0.445米〃（K.min）］

i3130.3/

12.利用內(nèi)燃機(jī)排氣加熱水的余熱加熱器中，進(jìn)入加熱器的排氣（按

空氣處理）溫度為3001,出口溫度為80（。不計(jì)流經(jīng)加熱器的排氣

壓力改變，試求排氣經(jīng)過(guò)加熱器的比熱力學(xué)能改變，比焙改變和比烯i

的改變。

（1）按定值比熱容計(jì)算；

⑵按平均比熱容（表）計(jì)算。

答案

（1）

Au=-151.9kJ/kg

A/?=-221.0V/^

M=-0.48660/（依.K）

（2）

=一162.1kJ/kg

\h=-225.3kJ/kg

M=—0.49660/(依.K)

13.進(jìn)入氣輪機(jī)的空氣狀態(tài)為頌女.，600。"絕熱膨脹到10°%&，300。。,

略去動(dòng)能、位能改變，并設(shè)大氣溫度為4=300K,試求：

(1)每千克空氣通過(guò)氣輪機(jī)輸出的軸功；

(2)過(guò)程的烯產(chǎn)與有效能損失，并表示在7-s圖上；

⑶過(guò)程可逆膨脹到100ZR/輸出的軸功。

解

ws=-\h=h,-h2=(/(-/2)=1.004x(600-300)=301.4U/kg

(2)

=A.v=c?In幺-R,In匹=1.004In早一0.287In—

〃7\?Pi873600

(AJ=300x0.0913=27.393/0g)

燧產(chǎn)As.與有效能損失，?如圖3-36中陰影面積所示。

圖3-36

Jt-10.4

1.4x0.287x873100^

----------------x1-=351.4(A〃依)

1k-\1.4-11600；

14.由氧氣、氮?dú)夂投趸冀M成的混合氣體，各組元的摩爾數(shù)為

=0.08/加/,〃M=0.65fiu)l,nCOy=0.3/m/

試求混合氣體的體枳分?jǐn)?shù)、質(zhì)量分?jǐn)?shù)和在p=400Z&"=27。。時(shí)的比體

積。

解

n=￡%=(0.08+0.65+0.3)=1.03(/w7/)

〃Q*0078

X,o,—一

"n1.03

nN0.65

2----=U.631

n1.03

x=\-xO2-xNy=1-0.078-0.631=0.291

co2

=Z七M(jìn)=0.078X32+0.63x28+0.291x44=32.94(g/mol)

“、M°、富的76

M,，q

XN、MN,0631X28-0.536

Meq32.94

=1-%=1-0.076-0.536=0.388

R瑞=0.252[H/M.K)]

Rg』qF二

D0.252xl03x30()

v==0.0189(機(jī)3/必)

P400x1()3

15.試證明:對(duì)于志向氣體的絕熱過(guò)程，若比熱容為定值，則無(wú)論過(guò)

R

](—2)

程是否可逆，恒有人

式中：（和心分別為過(guò)程初終態(tài)的溫度。

證明對(duì)于志向氣體的絕熱過(guò)程，有

卬=-Au--cvAT-cv(Ti-T2)

Cp-Cv=R、

Cp/"k

R

)

第四章志向氣體的熱力過(guò)程

1.某志向氣體初溫匯=470(,質(zhì)量為2.5口，經(jīng)可逆定容過(guò)程，其熱

力學(xué)能改變?yōu)锳U=295.4ZJ,求過(guò)程功、過(guò)程熱量以與端的改變。設(shè)

氣體%=04左〃(依.K)?=1.35,并假定比熱容為定值。

W=JpdV=0

Q=\U=295.4V

卜―此

[CP/CV=k

Cv=p4=-^-7=l-143[j

△U=niCyAT=mcv(7^-7^)

7>7；

得生++470=573.3(/C)

2.5x1.143

AS=/ncvIn^-=2.5x1.143In=0.56泯〃K)

2.一氧化碳的初態(tài)為PL4.5M4,7>493K。定壓冷卻到/=293K,試

計(jì)算Mm。/的一氧化碳在冷卻過(guò)程中的熱力學(xué)能和焰的改變量，以與

對(duì)外放出的熱量。比熱容取定值。

答案A6/=4.154X104V,AH=5.82X104A:7

3.氧氣由q=3(TC，z=0.1M網(wǎng)被定溫壓縮至/J2=0.3M4。

(1)試計(jì)算壓縮單位質(zhì)量氧氣所消耗的技術(shù)功；

(2)若按絕熱過(guò)程壓縮，初態(tài)與終態(tài)與上述相同，試計(jì)算壓縮單

位質(zhì)量氧氣所消耗的技術(shù)功；

⑶將它們表示在同一副p—u圖和，T圖上，試在圖上比較兩者的

耗功。

解(=A==0.26k〃(3K)]

M32

(1)叱,=R,71n△=0.26x303In—=-86.55

“一〃20.3

(2)

L4x026x303x1

=—101.7（。/依）

1.4-1

(3)兩過(guò)程在p-u圖和7-51圖上的表示分別如圖3~37(a＞和

3-37(b)所示。圖中過(guò)程線1-27為定溫過(guò)程，1-2,為絕熱過(guò)程線。

從〃…圖中可以看到，絕熱過(guò)程耗功比定溫過(guò)程耗功多出曲邊三角形

面積

1—27一2,

4.使

將滿

意以

下要求的志向氣體多變過(guò)程在〃一口和一S圖上表示出來(lái)(先畫(huà)出4個(gè)

基本熱力過(guò)程):

(1)氣體受壓縮、升溫柔放熱；

(2)氣體的多變指數(shù)〃=。8,膨脹;

(3)氣體受壓縮、降溫又降壓；

⑷氣體的多變指數(shù)〃=1.2,受壓縮;

(5)氣體膨脹、將壓且放熱。

答案如圖3-38(a)和圖3-38(b)所不的〃一口圖和T-s圖上,

1-1,1-2,1-3,1-4和1-5分別為滿意(1),(2),(3),(4)和(5)

要求的多變過(guò)程線。

5.柴油機(jī)汽缸吸入溫度乙=6CTC的空氣2.5x10-3經(jīng)可逆絕熱壓縮。

空氣的溫度等于燃料的著火溫度。若燃料的著火溫度為720。。，問(wèn)空

氣應(yīng)被壓縮到多大的體積？

答案匕=1.63X10-4W3

6.有Mg空氣，初態(tài)為P|=0.6MR"=27C,分別經(jīng)下列三種可逆過(guò)程

膨脹到P2=0.1Ma,試將各過(guò)程畫(huà)在〃-u圖和r-s圖上，并求各過(guò)程

始態(tài)溫度、做工量和增的改變量：

(1)定溫過(guò)程;

(2)〃=1.25的多變過(guò)程;

(3)絕熱過(guò)程。

答案

(1)

t2=ZTC;w=1543kJ〕kg

w,=154.30.514k，/(kg.K)

(2)

t2=-63.35°C,卬=103.7kJ/kg

wf=129.6kJIkg,=0.154kJ]kg

(3)

t2=-93.2℃卬=86.2AJ/Zg

wr=120.7kJ/kg,Av=0

〃一u圖和T一s圖如圖3—39所不。

7.一容積為0.2療的貯氣罐，內(nèi)裝氮?dú)?，其初壓力P|=0.5MP〃，溫度

乙=37(。若對(duì)氮?dú)饧訜?，其壓力、溫度都上升。貯氣罐上裝有壓力

限制閥，當(dāng)壓力超過(guò)O.8M4時(shí)，閥門(mén)便自動(dòng)打開(kāi)，防走部分氮?dú)?，?/p>

罐中維持最大壓力為O.8MP〃，問(wèn)當(dāng)貯氣罐中氮?dú)鉁囟葹?87(時(shí)，對(duì)

罐內(nèi)氮?dú)夤布尤攵嗌贌崃?？設(shè)氮?dú)獗葻崛轂槎ㄖ怠?/p>

解A=駕=0297k〃（MK）］

MZo

由pV=niRJ

0.5X1Q-X0.2Q86（

RJ、0.297xlO3x（37+273）

起先過(guò)程是定容過(guò)程，則

（\Q

T==—x310=496（Ar）

20?5

Qv=〃（AT=1.086x|x0.297x（496-300）=150（O）

八f3「pVpVc3dTPycT.

Q=m-,caT=---2--cdT=---2-----p-f——=-------p-In—

pnJ22PnhRTPnR,J2TRT.

fiK4」

6

0.8xl0x0.2x-x0.297會(huì)

=--------------------2——In出包=67.96（H）

0.297x103496

Q=Qv+=150+67.96=218.0（。）

8.容積為V=0.6/的空氣瓶?jī)?nèi)裝有壓力8=10Ma,溫度為7；=300K的

壓縮空氣，打開(kāi)壓縮空氣瓶上的閥門(mén)用以啟動(dòng)柴油機(jī)。假定留在瓶中

的空氣進(jìn)行的是絕熱膨脹。設(shè)空氣的比熱容為定值，

R,=0.2876/(Zg.K)。

(1).問(wèn)過(guò)一段時(shí)間后，瓶中空氣從室內(nèi)空氣吸熱，溫度有漸

漸上升，最終重新達(dá)到與室溫相等，即又復(fù)原到300K,問(wèn)這時(shí)空氣

瓶中壓縮空氣的壓力P3為多大？

答案(1)《二271.1K,△機(jī)二一15.6必

(2)p-:=1.75MPa

9.是導(dǎo)出志向氣體定值比熱容的多變過(guò)程的初、終態(tài)嫡變?yōu)?/p>

n-kPl

R?5In

n（k-1）Pl

解：主要步驟與公式

s,_=cIn---RIn—

,q./入

n-l

尹償廣

10.壓力為1606Yi的1版空氣，450K定容冷卻到3OOK,空氣放出的熱

量全部被溫度為17℃的大氣環(huán)境所汲取。求空氣所放出熱量的餓有效

能和傳熱過(guò)程、的有效能損失，并將有效能損失表示在7-S圖上。

=mcvdT1

=mcv（7^-7^）-7J）ln^-

=lx0.717x（300-450）-290In=-23.2（H）

由于放出的熱量全部被環(huán)境汲取，使熱量有效能全部變成了無(wú)效能,

故有效能損失

I=23.2。

有效能損失如圖3-10的7-s圖上陰影面積所示。

11.空氣進(jìn)行

可逆壓縮的

圖3-40

多變過(guò)程，多變指數(shù)〃=1.3,耗功量為67.95修7必，求熱量和熱力學(xué)能改

變。

答案Q=-16.95。,=50.85A

第六章水蒸氣

1.濕飽和蒸汽，p=0.9MP^x=0.85,試由水蒸氣表求，，九u,s,和“。

答案tx=175.389℃,/?=2468.99kJ/kg

v=0.18284利,/kg,s=5.9431kJ(kg.K)

u=2304.43

2.過(guò)熱蒸汽，〃=3.0MPc〃=425℃,依據(jù)水蒸氣表求匕〃和過(guò)熱度。，

再用〃一圖求上述參數(shù)。

答案查表：v=0.103638m3/kg,h=3286.7kJ；kg

s=700255kJ/(kg.K),n=2958kJ為

D=t-ts=19L107℃

查圖：v=0.105m3]kg,h=3290kJjkg

s=7.00kJ/(kg.K),u=2958。/.

￡>=190C;

3.開(kāi)水房用開(kāi)水的蒸汽與r=20℃同壓下的水混合，試問(wèn)欲得5/的開(kāi)

水，須要多少蒸汽和水？

解設(shè)需蒸汽為mvkg，則水為tnw=m-mvo

由〃=0.IMP.,查得=417.52U/kgJrn=2675.14kJ/kg

l=2()℃時(shí),/?2=83.96kJkIg

/?,=A:/?*+(1-x)〃'=0.86x2675.14+0.14x417.52=2359.07(kJ/kg)

依據(jù)熱力學(xué)第學(xué)肯定律

AH=O

mh'-[fnvh2+(m-mv)A1]=0

5()0()x(417.52-83.96)

"兒==733(依)

h1—h22359.07-83.96

mw=m-mv=5000-733=4267(依)

4.已知水蒸氣〃=0.2MP?力=1300燈/必，試求其匕，/。

s

答案v=0.3158m/kg9t=120.30℃,5=3.5452k〃(kg.K)

5.Mg蒸汽,p、=2.0MPa，x=0.95,定溫膨脹至p2=0.1MPa,求終態(tài)

與過(guò)程中對(duì)外所做的功。

解卬=683.0(。/必)

6.進(jìn)汽輪機(jī)的蒸汽參數(shù)為乃=3.()M&3=435℃。若經(jīng)可逆膨脹絕熱至

p2=MPa,蒸汽流量為4.0〃g/s,求汽輪機(jī)的志向功率為多少千克：

答案P=4.66X103AIV

7.一剛性容器的容積為0.3M&,其中%為飽和水，其余為飽和蒸汽,

容器中初壓為0.1MR,。欲使飽和水全部汽化，問(wèn)須要加入多少熱量？

終態(tài)壓力為多少？若熱源溫度為500°C,試求不行逆溫差傳熱的有效

能損失。設(shè)環(huán)境溫度為27℃。

/=2.005xl04(。)

8.容積為0.36—的剛性容器中貯有"350℃的水蒸氣，其壓力表度數(shù)

為lOOkPa?，F(xiàn)容器對(duì)環(huán)境散熱使壓力下降到壓力表度數(shù)為50〃尸々。試

求：

(1).確定初始狀態(tài)是什么狀態(tài)？

(2).求水蒸氣終態(tài)溫度；

(3),求過(guò)程放出的熱量和放熱過(guò)程的有效能損失。

設(shè)環(huán)境溫度為20℃,大氣壓力為O.IMPa。

答案（1）過(guò)熱蒸汽；

（2）.2=145.8。。（此結(jié)果為利用教材《熱工基礎(chǔ)與應(yīng)用》后附錄

A-7所得。利用較具體水蒸氣熱表或圖答案應(yīng)為⑼。C）

（3）。=—82.6/7,/=35.84J（同上，Q=-59.IU,/=27.2kJ）

9.氣輪機(jī)的乏汽在真空度為96步a干度為x=0.88的濕空氣狀態(tài)下進(jìn)入

冷凝器，被定壓冷卻凝聚為飽和水。試計(jì)算乏汽體積是飽和水體積的

多少倍，以與1總乏汽2在冷凝器中放出的熱量。設(shè)大氣壓力為O.1Ma。

答案=3.05x10“國(guó)=2140kJ/kg

匕

10.一剛性絕熱容器內(nèi)剛性各班將容器分為容積相同的48兩部分。

設(shè)A的容積為（）.16〃兒內(nèi)盛有壓力為0.1MP八溫度為300℃的水蒸氣;

B為真空。抽掉隔板后蒸汽蒸汽自由膨脹達(dá)到新的平衡態(tài)。試求終態(tài)

水蒸氣的壓力、溫度和自由膨脹引起的不行逆有效能損失。設(shè)環(huán)境溫

度為2（）℃,并假設(shè)該蒸汽的自由膨脹滿意=常數(shù)。

解（1）由p2v2=PM=常數(shù)

得Pi=/?1—=1.0x—=0.5（MP〃）

匕2

（2）由歷=1.0例尸〃,4=3（xrc,查得

匕=02579W/kg》=，12l6kJKkg.K）

V.0.16

m=—=------=0.62依

v,0.2579

3

V2=2vl=0.32m

”『照=8⑹（田依）

由〃2=0-5"",叱=0.5161〃//必,查得

t2=293.63°C,1=7.4347kJ/(kg.K)

△S’=m(s2-5,)=0.62x(7.4347—7.1216)=0.1941(AJ/K)

/="A.=293x0.1941=56.88⑼

11.利用空氣冷卻蒸汽輪機(jī)乏汽的裝置稱為干式冷卻器。瑞哦流經(jīng)干

式冷卻器的空氣入口溫度為環(huán)境溫度乙=20℃,出口溫度為r2=35℃o

進(jìn)入冷凝器的壓力為7.0ZPa,干度為0.8,出口為相同壓力的飽和水。

設(shè)乏汽流量為220〃人空氣進(jìn)出口壓力不變，比熱容為定值。試求：

(1).流經(jīng)干式冷卻器的焰增量和爆增;

(2).空氣流經(jīng)干式冷卻器的熠變以與不行逆?zhèn)鳠嵋鸬撵诋a(chǎn)。

解（1）由〃=7.（乂&“=0.8查算得

九二2089.91攵J/Zg,4=6.7307AJ/（Ag.K）

h?=h'=163.3⑷/版,力=s'=0.5589Z〃kg.K）

對(duì)空氣凡=0.287k邛k&K、,Cp=1.004k,（kg.K）

依據(jù)熱力學(xué)第肯定律有

。小，（4-色）=%.￡,“2—J

…/寸=筆鬻需祟岬小7W”

cp&-t｝）1.004x（35-20）

35

（2）AH”qniacp（r2-r,）=7.818x10x1.004x（35-20）=1.177x10（Z:IV）

ASa=39.18（左叱/K）

（）\SV=-377.17（AW/K）

"AS.=14.63（左叼K）

39.PL9OM&/=500℃的水蒸汽進(jìn)入氣輪機(jī)中作絕熱膨脹，終壓為

p2=50kPao汽輪機(jī)相對(duì)內(nèi)效率

=與二h=0.86

…2s

式中色一一為定端膨脹到P2時(shí)的焰。試求

(1).每依蒸汽所做的功；

(2).由于不行逆引起增產(chǎn)，并表示在圖上。

答案由Pl==500(查得/?,=3385kJ/kg,s}=6.656kJ*g.K)

由.=心=6.656kJ/(kg.K),p2=5.0kPa查得h2s=2030kJ/kg

得h2=222()(Z〃Zg)=1165(kJ/kg)

(3)由〃2=5kPa,h2=2220kJ[kg查得

s?=7.32AJ/Qg.K)

$=0.66小〃(必.K)]

8=55%,試用分析法求濕空氣的露點(diǎn)溫度、含濕量與比焰，并查/Ld

圖校核之。

答案解析法td=14.8℃,J=0.011kg/kg(a),h=53.15kJ/kg(a)

查圖：

td=\5℃,d=0.0108kg/kg(a\h=53kJ/kg(a)

2.空氣的參數(shù)為％=0.1MPa/=2(TC,？=30%,在加熱器中加熱到85°C

后送入烘箱取烘干物體/從烘箱出來(lái)時(shí)空氣溫度為J=35℃,試求從烘

干物體中汲取1口水分所消耗的趕空氣質(zhì)量和熱量。

解由「20(陽(yáng)=30%,查〃々圖得

3

h}=31kJ/kg(a),di=4.3x10-kg/kg(a)

由/=4，G=85'。得

h2=96.86收〃攵g(〃))

/?3=/?2,/3=35℃

/?3=1.005/3+J3(2501+1.86r3)

d3=0.024%/依(〃)]

m0=50.7(版)

Q=3.34x1()3(0)

3?設(shè)大氣壓力為O.LWPa,溫度為30℃,相對(duì)濕度為0.8。假如利用空

氣調(diào)整設(shè)備使溫度降低到1()℃去濕，然后再加熱到2()℃,試求所的空

氣的相對(duì)濕度。

答案0=53%

4.一房間內(nèi)空氣為O.IMPa,溫度為5℃,相對(duì)濕度為80%。由于暖氣

加熱使房間溫度升至18℃。試求放暖氣后房?jī)?nèi)空氣的相對(duì)濕度。

答案8=32%

5.在容積為100〃尸的封閉室內(nèi)，空氣的壓力為0.1Ma,溫度為25℃,

露點(diǎn)溫度為18C,試求室內(nèi)空氣的含濕量，和相對(duì)濕度。若此時(shí)室內(nèi)

放置若干盛水的敞口容器，容器的加熱裝置使水能保持25℃定溫蒸發(fā)

至空氣達(dá)到室溫下飽和空氣狀態(tài)。試求達(dá)到飽和空氣狀態(tài)的空氣含濕

量和水的蒸發(fā)量。

解(1)由/=25(查得

p、=0.0031687MPa

由t(l=18℃查得pv=0.002064MPa

所以°=65%

4=0.0131[(口/必(。))]

(2)外=100%

d2=0.0204[心/依(〃)]

=114.5(必)

A%=0.8359(陽(yáng))

6.一股空氣流壓力為O.lMRz,溫度為20°C,相對(duì)濕度為30%,流量為

每分鐘15加。另一股空氣流壓力也為O.IMPa,溫度為35℃,相對(duì)濕度

為80%,流量為每分鐘20〃『。混合后壓力仍為0.1M&,試求混合后空

氣的溫度、相對(duì)濕度和含濕量。

解：水蒸氣的Rg,、,=0.462k〃(2g.K)]

由々=20(必=30%查得

%=285kj/kg(a)p\,[=1.02x\0-4MPa

由%=35(,02=80%查得

h2=110k〃kg(a),pV2=0.0045MPa