工程热力学课后题答案文档格式.docx
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若大气
压变为p;
=0.1O2MPa,求此时真空表上的读数为多少nmiMPa?
p=0.0247MPa.p;
=579.SMPa
9•如果气压计压力为S3kPa.试完成以下计算:
(1)•绝对压力为0AMPal时的表压力:
(2).真空汁上的读数为70kPa时气体的绝对压力:
(3)•绝对压力为50kPa时的相应真空度(kPa\
(4)•表压力为0・25MPa时的绝对压力(kPa)c
(1).Pg=Y1kPa:
(2).p=\3kPa;
(3)・pY=33kPa;
(4〉・p=333kPa^
io•摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为0°
C和100C,而华氏温标则相应地取为32下和212To试导出华氏溫度和摄氏温度之间的换算关系.并求出绝对零度所对应的华氏温度。
tf=Ar+B
将水在标准大气压下的冰点值32°
F牙口0C,以及沸点值292°
FflilOO-C代入,得
32=0+3
212=1004+3
解该二元一次方程组.得:
A=l.&
3=32。
从而有S=1.8/+32
当/=一273.15・C时,有
tP=1.8x(-273・15_)+32=-459.7(°
F)
11•气体进行可逆过程,满足pV=C(C为常数),试导出该气体从状态1变化到状态2时膨胀功的表
达式•并在p-V图上定性画出过程线、示出膨胀功。
答案:
略
12•某气体的状态方程为pV=RJ•试导出:
(1)•定稳下气体/人y之间的关系:
(2)•定压下气体匕卩之间的关系:
(3)•定容下气体"
,丁之间的关系。
wd・・
答案••⑴.厶=丄⑵.冬=2⑶.邑=2
PlV2V>
TXPxTX
第二章热力学第一定律
1•一蒸汽动力厂.锅炉的蒸汽产虽为“=180xl0%g//n输岀功率为P=55OOOW>全厂耗煤q”z=W.5Mh,煤的发热虽为qc=30x\^kJ/kga蒸汽在锅炉中吸热fi^=2680V/^。
试求:
(1)•该动力厂的热效率〃『:
(2)•锅炉的效率77〃(蒸汽总吸热虽煤的总发热虽:
)。
解:
(1)•锅炉中蒸汽吸热量
①〃=^.^=180x103x2680
=4.82x108(kj/h)=1.34xlO5伙W)
⑵•锅炉效率
_蒸汽总放热量_①“"
〃一煤的总放热量一瓦
」34x"
%
1.625x10'
乙系统经一热力过程.放热8Q•对外做功26VQ为使其返回凍状态.对系统加热6V.问需对系统作功
多少?
由Q=/iU+W得
△U=0—W=—8—26=—34(灯)
对干返回初态的过程
SU=-AU=34kj
附=0-△〃'
=6-34=-28灯
故需对系统做功2Skj.
3•气休在某一过程只能感吸收r54V的热址•同时热力学能増加(94kJ。
此过程是膨胀过程还是压缩过程?
系统与外界交换的功是多少?
此过程为压缩过程:
此过程中系统与外界交换的功是一40灯。
4.1kg空气由必=5MPa,ft=0.5MPa膨胀到/?
=0.5MP^t2=5000得到热虽5062.对
外做膨胀功506Uo接肴又从终态被压缩到初态,热出热fi390U.试求:
(1)•[膨胀过程空气热力学能的増虽:
(2)•压缩过空气热力学能的增虽:
(3)•圧缩过程外界消耗的功。
(1)・△(/=0:
(2)・MJ=0;
(3)・W=—390灯。
5•闭口系统中实施以下过程.试填补表中的空缺数据。
过程序号
QU
W/J
UJJ
—
2J
1
25
-12
・9
2
・8
58
-I6
3
17
-13
(8)
21
4
18
-11
7
表中括号内的数为答案。
汽轮机出口比焰为2240灯/灯,真空表读数为95.06"
©
为时十地大气圧力为98.62%汽轮机对环境放热为。
试求:
(1)•汽轮机进出口蒸汽的绝压各为女少?
(2)•収位质址蒸汽经汽轮机对外输岀功为多少?
(3)•汽轮机的功率为藝少?
答案(1〉・
Pi=9.099MP。
p1=3.6MPa
(2).cosh=1200幻7kg
(3).P=1.332xl0樣W
(4)•考世进出口动能差后力曲的相对偏差
coih=0.67%
io•进入冷凝湍的泛汽的蒸汽为〃=°
・°
°
5MPg,比汕=2500灯/kg,出口为同压下的水•比焙为力2=137.77灯/kg,若蒸汽流量为22//〃,进入冷凝器的冷却水温为C=17・c,冷却水出口温度为'
;
=30oC,试求冷却水流址为多少?
水的比热容为°
・18灯/伙&
K)。
答案956.4x10’(kg/h)
11•某活塞式氮气压气机,压缩的氮气的参数分别为:
凸IMP。
,叫=0.88”?
'
/Rg:
”2=1.0MPg,y=0.16〃r/kg。
设在压缩过程中每kg氮气热力学能增加180灯同时向外放出热虽60灯。
压气机每min生产压缩氮气'
现,试求:
(1)•压缩过程对每kg氮气所做的功:
(2)・生产每kg压缩氮气所需的功:
(3)•帯动比压气机至少要女大的电动机。
答案
(1)・®
=_240kj/kg;
(2)・3山=-3\2kj/kg;
(3)・P=93.6kW.
12•流速为600/〃/s的岛速空气突然受阻停止流动,即称为滞止。
如滞止过程进行迅速,以致
气流受阻过程中与外界的热交换可以忽略,问滞止过程空气的焙变化了女少?
答案M=\80kj/kg
第三章理想气体及其混合物
1•把°
2压送到休积为0・5〃*的贮气罐内。
压送前贮气罐上的斥力表读数为温度为20°
C,
圧送终了时斥力表读数为温度为50°
C°
试求斥送到罐内的co2的质虽。
大气圧力为
Pb=0・IMPa
解
!
=[儿+g=0」x10"
+3=103(kPa)p2=ph+p^2=0.1x10+30=130(kPa)
心=£
=警=。
189旧/(如)]
pV=mRT
pypy_v
答案m=7.86kg;
p,2=0.625MPa
4.某锅炉每小时燃煤需要的空气虽折合表准状况时为66000o鼓风机实际送入的热空气温度为
250°
C.表压力为20.0kPci.地大气斥为ph=0,求实际送风虽(〃F〃?
解P=pb+P,=0.1+20X10'
3=0.12(A/P«
)
由PQv=仏RJ
Mvo=〃()什0
=日%07;
—0.101325x66000.(250+型=[068x105(/3〃)
5•某理想气体比热比k=cp/cv=1.4,定压比热容s=1.042(kg.K),求该气体的摩尔质虽。
解由一—=£
及Cp—Cy=Rp=
6•在容积为°
・1加、的封闭容器内装有氧气,其圧力为300kPa.温度为15°
C,问应加入参少热虽可使氧气温度上升到8°
(1)按定值比热容计算:
(2)按平均比热容计算。
解R,.=—=二H=0.26[kJ/(kg.k)\
(2)査得cv^=0.656kJ/(kg.K)
cv\^=0J56kJ/(kg.K)
Q=m{cvJ;
—"
J7,)=1.2x(0.756x800-0.656x15)=714.0(kJ)
7•摩尔质址为30kg的某理想气体.在定容下由275°
C,加热到845°
C,若热力学能变化为
400kJ/kg.问焙变化了多少?
答案^h=557.9kJ/kg
将"
g氮气由“=30C定压加热到400°
C,分别用定值比热容.平均比热容(表)计算其热力学能和焙的变化。
用定值比热容计算
△U=274・7&
人AH=384・6(R)
用平均比热容讣算
At/=281.7V,AH=391.6V
9.2kg的CO2.由〃]=800灯么/=900°
C膨胀到“2=l20kPa.t2=600°
C.试利用定值
比热容求其热力学能.焰和爛的变化。
£
==0.189[制/(Rg.K)]
,M44LM,J
cp=-R,=-x0.189=O.S5C[kJ/(kg.K)]
22
HU=mcv△/=2x0.661x(600一900)=—396・6(R)
AH=叫△/=2x0.850x(600-900)=-510(⑺
△s=〃7cJn-^-7?
vln-^=2x0.85hi——-0.1891n—=0.2\5(kJ/K)
pT}门丿I1173800;
77
10.在体积为V=\.5m3的钢性容器内装有氮气。
初态表压力为几I=2.0MPa温度为230°
C,问应加入多少热址才可使氮气的温度上升到750°
C?
其焙值变化是多少?
大气压力为OIMPd。
(1)按定值比热容计算:
(2)按真实比热容的女项式计算:
(3)按平均比热容表计算:
(4)按平均比热容的直线关系式计算。
=警=。
・297冏/(如)]
Cp=*心打X°
・297=1・04[5(Rg.K)]
cv=-R,_=?
x0.297=0.742[k〃(kg.K)]
Q=mcvA/=21.09x0.742x(750-230)=8.137xl03(kJ)
AH=mcpAr=21.09x1.04(750一230)=1.141x104(kJ)
(2)查得
Cp.m=«
0+诃+。
2厂
a0=27・3146,q=5.2335x1O'
\«
2=-0.42x10^
n=—=耳聖=0.7532(灿o/)
m28
Q=(nC-dT=nJ;
(C“-R\lT=n(nCpindT-nR(dT=n(仏+aj+aT2\lT-nR^T
=n^T+^-T2+詈尸jf一讽為-tJ
=0.7532x[27.3146x(1023—503)+*x5.2335xlO-3x
(10232-5O32)+1x(-0.42)xl0_8x(10232-5O32)-0.7532x8.314x(1023-503)]=9.005x103(kJ)
AH=fnCi>
mdT=Q+nRST
=9.005xlO3+0.7532x8.314x(1023-503)=1.226x104(kJ)
(3)査得
c』評=1.045必的心眉=\.092kJ/(kg.K)
5,眉=0.74以〃(kg.K),m磴o=o.796jU/(Rg.K)
Q=加b左厶一c』片)=21.09X(0.796x750-0.748x230)=&
962x103(kJ)
AH=臨A-cp|j.r,)=21.09x(1.092x750-1.045x230)=1.22x104(kJ)
(4)査得
=1.032+0.000089551=1.032+0.00008955x(230+750)=1・120[k〃(kg.K)]
Cv;
;
=c“:
_R==1.12-0.297=0・823冏/(如)]
Q=fncv;
.Ar=21.09x0.823x(750-230)=9.026
AH=mcp冷=21.09x1・12x(750-230)=1.228xl04(kJ)
11・某氢冷却发电机的氢气入口参数为几]=0・2MP仏/]=40°
C,出口参数为pg2=0A9MPaj2=66°
C=若每分钟入口处体积流虽为1.5m3,试求氢气经过发电机后的热力学能增址.焙增址和埔增址。
设大气压力为〃/,=O」A/Pa。
(1)按定值比热容计算:
(2)
按平均比热容直线关系式汁算。
解
p、=ph+Pg、=0.1+0.2=0・3(MP“)
p2=Pb+Pg2=0.1+0.19=°
・29(MPa)
D按定值比热
Cp心=|x4.157=14.55[M^)]
5=5-心=14.55-4.157=10.39冏/(如)]
△(/=qmcvM=0.3459x10.39x(66-40)=93.44(V/min)
AH=qmcp\t=0.3459x14.55x(66-40)=130.9伙〃min)
AS=q,t\InIn|=0.3459x14.55In"
一—4.157In塔=0.4504(jU/(K.min)]
I7^Pi)i40+2730.3)
(2)按平均比热容的直线关系式
蔦=143.3+0.0005945x(66+40)=14.39[kJ/(kg.K)\
cv蔦=10.12+0.0005945x(66+40)=10.1^[kJ/(kg.K)]△U=qmcv;
Ar=0.3459x!
0.18x(66-40)=91.55伙〃kg)
△S=q,n
6;
2In1也]八人'
pj
=0.3459)
[14.391n66+2734.157In°
29V0.4459[AV/(/T.min)]k3130.3)
12.利用内燃机排气加热水的余热加热湍中.进入加热器的排气(按空气处理)温度为300cC,出口温
度为80°
Cn不计流经加热器的排气斥力变化,试求排气经过加热器的比热力学能变化.比焰变化和比爛的变化。
U)按定值比热容计算:
(2)按平均比热容(表)il•算。
答案
△u=—157・9AJ/Rg
A/?
=-22\・0kJ]kg
Af=-0.48662/(匕・K)
△“=一162.1AJ/kg
△力=-225.3灯/蚣
山=-0.4966R/(£
g・K)
13.进入气轮机的空气状态为血"
“600。
.绝热膨胀到l00"
”」00。
.略去动能.位能变化,
T=7AQK
并设大气温度为5一"
八•试求:
(1)每千克空气通过气轮机输岀的轴功:
(2)过程的爛产及有效能损失•并表示在T_s图上:
(3)过程可逆膨胀到lOOWPa输出的轴功。
(1)
vv.==片一h?
=cp(tx«
r2)=1.004x(600-300)=301.4kJ/kg
5731Qf)
—一0.287In—=0.0913[kJ^kg.K^i=T4=300x0.0913=27.39(V/^g)
爛产血&
及有效能损失/•如图3-36中阴影曲枳所示。
3)
图3-36
1.4x02
Ta
14•由氧气.氮气和二氧化碳组成的混合气休.各组元的摩尔数为
no=O.OSmol=0.65/nol.nco=0.3mol
试求混合气体的体枳分数.质虽分数和在p=400kPaJ=27°
C时的比休积。
“=工你=(0.08+0.65+0.3)=1.03(加o/)
^=T-=T^=0-078
心=^=^=0.631
2n1.03
xco=\-x0>
-xNy=1-0.078-0.631=0.291
=工兀=0.078x32+0.63x28+0.291x44=32.94(^/mol)
0.078x32
===0.076
2M绍32.94
=切—0.631x28=0.536
-M“32.94
wCOy=1—w0—wNy=1-0.076-0.536=0.388
■■■
R=—==0.252比〃伙g.K)]
5M°
32.941•八比力
Rw=—15•试证明:
对干理想气体的绝热过程•若比热容为定值,则无论过程是否可逆•恒有k-
式中:
1\和乙分别为过程初终态的温度。
证明对于理想气体的绝热过程.有
w=一=-cvST=cv(7^-Tq)
证毕
Cp-5=Rg
第四章理想气体的热力过程
1.某理想气体初温刁"
70K.质址为2.5匕经可逆定容过程,其热力学能变化为△u=295・4R,
求过程功、过程热址以及•躺的变化。
设气体人=°
4"
〃("
K),ki・35,并假定比热容为定值。
W=|2pdV=0
Q=^U=295AkJ
Cp-5=Rr
Cp[cv=k
“如)]
At/=mcvST=mcv(T2-T)
7;
=—+7*!
=f+470=573.3(K)
-mcv12.5x1」437
rwUCA
△S=mcvIn丝=2.5X1.1431n=0.568(切K)
T,470
2.-氧化碳的初态为"
i=4.5MPg,7;
=493K。
定压冷却到丁2=293K。
试计算lk〃曲的一氧化碳在冷却过程中的热力学能和焙的变化虽,以及对外放出的热虽。
比热容取定值。
答案△"
=4.154x104^AH=5.82x104^J3.氧气由“=30°
C,〃]=0AMPa被定温斥缩至必=0・3MPo。
(1)试计算圧缩单•位质虽氧气所消耗的技术功:
(2)若按绝热过程压缩.初态与终态与上述相同.试计算斥缩笊位质虽氧气所消耗的技术功:
(3)将它们表示在同一副p-v图和t-S图上,试在图上比较两者的耗功。
解R=兰==0.26[k〃伙g.K)]
M32'
(1)7・=RJJn仝=0.26X303In—=-86.55
/Jx1p20.3
3)两过程在p-v图和T-s图上的表示分别如图337(a)和3・37(b)所示。
图中过程线1一2卩为定温过程.1一2,为绝热过程线。
从p-v图中可以看到,绝热过程耗功比定温过程耗功女出曲边三角形面积]—27--2$o
4•使将满足以下要求的理想气体女变过程在卩7和了一$图上表示出來(先画出4个基本热力过程):
(1)气体受压缩.升温和放热:
(2)气体的多变指数72=0.8,膨胀:
(3)气体受压缩、降温又降压:
(4)气体的餅变指数77=1.2,受乐缩:
(5)气体膨胀.将压且放热。
答案如图3・38(a)和图3-38(b)所示的p-v图和T_S图上.1-1,1-2,1-3,1・4和1・5分别为满足
(1),
(2),(3).(4)和(5)要求的女变过程线°
5•柴油机汽缸吸入温度人=60°
C的空气2・5x10」"
F,经可逆绝热压缩。
空气的温度等于燃料的肴火
温度。
若燃料的肴火温度为720°
C・问空气应被压缩到多大的体枳?
答案匕=1.63x10勺沪
6•有1蚣空气,初态为=0.6MPaJl=27°
C,分别经下列三种可逆过程膨胀到p2=0AMPaf试将各过程画在p-v图和t-s图上,并求各过程始态温度.做工址和爛的变化址:
(1)定温过程:
(2)77=1.25的多变过程:
(3)绝热过程。
答案
t2=2TC;
w=\543kJ]kg
h;
=\54.3kJ]kg;
b=0.5\4kJNkg.K)
r2=—63.35°
C,w=103.7
vt;
=\29.6kJ]kg、M=0.154AJ/kgI
t2=-93.2°
C,h'
=86.2U/^
wt=120.7kJ]kg、As=0
p-v图和T_s图如图339所示。
p・■潢T-4E«
7•—容积为0・2〃r的贮气罐,内装氮气,其初压力[人=0・5MPa・温度/)=37°
Co若对氮气加热,
其压力.温度都升亂贮气罐上装有压力控制阀,片压力超过0.8MP&
时,阀门便自动打开,防走部分氮气•即罐中维持最大压力为0.SMPa,问十贮气確中氮气温度为28TC时,对罐内氮气共加入多少热虽?
设氮气比热容为定值。
够Rg=£
==0・297*〃伙g.K)]
由pV=tnRT
=1.086(^)
开始过程是定容过程.则
7\=卷丁\=—x310=496(/C)
0•5
Qv=mxcvAT=1.086x-x0.297x(496-300)=15O(kJ)
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