高等工程热力学课后答案.docx
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高等工程热力学课后答案
高等工程热力学课后答案
【篇一:
工程热力学课后题答案】
一篇工程热力学第一章基本概念
1.2.3.
指出下列各物理量中哪些是状态量,哪些是过程量:
答:
压力,温度,位能,热能,热量,功量,密度。
指出下列物理量中哪些是强度量:
答:
体积,速度,比体积,位能,热能,热量,功量,密度。
用水银差压计测量容器中气体的压力,为防止有毒的水银蒸汽产生,在水银柱上加一段水。
若水柱高
200mm,水银柱高800mm,如图2-26所示。
已知大气压力为735mmhg,试求容器中气体的绝对压力为多少kpa?
解:
根据压力单位换算
ph2o?
200?
9.80665?
1.961?
103?
1.96.kpaphg?
800?
133.32?
1.006?
105pa?
106.6kpa
p?
pb?
(ph2o?
phg)?
98.0?
(1.961?
106.6)?
206.6kpa
4.
锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量,如图2-27所示。
若已知斜管倾角?
使用?
?
30?
,压力计中
?
0.8g/cm3的煤油,斜管液体长度l?
200mm,当地大气压力pb?
0.1mpa,求烟
p?
l?
gsin?
?
200?
0.8?
9.81?
0.5?
784.8pa?
784.8?
10?
6mpa
气的绝对压力(用mpa表示)解:
p?
pb?
pv?
0.1?
784.8?
10?
6?
0.0992mpa
5.一容器被刚性壁分成两部分,并在各部装有测压表计,如图2-28所示,其中c为压力表,读数为
110kpa,b为真空表,读数为45kpa
表示)
。
若当地大气压
pb?
97kpa,求压力表a的读数(用kpa
pga?
155kpa
6.试述按下列三种方式去系统时,系统与外界见换的能量形式是什么。
(1).取水为系统;
(2).取电阻丝、容器和水为系统;(3).取图中虚线内空间为系统。
答案略。
7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量,起读数为13.4mpa;冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量,
mmhg。
若大气压力为0.098mpa,试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力其读数为706
(用mpa表示)8.测得容器的真空度
p1?
0.024m7pa;p2?
0.003m9pa
pv?
550mmhg,大气压力pb?
0.098mpa,求容器内的绝对压力。
若大气
压变为
?
?
0.10m,pb2pa
求此时真空表上的读数为多少
mmmpa
?
?
?
579.8mpap?
0.0247mpa,pv
9.如果气压计压力为83kpa,试完成以下计算:
(1).绝对压力为0.1mpa1时的表压力;
(2).真空计上的读数为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)。
(1).
pg?
17kpa;
p?
13kpa;
(2).(3).(4).
pv?
33kpa;
p?
333kpa。
10.摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为0℃和100℃,而华氏温标则相应地取为32℉和
212℉。
试导出华氏温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?
at?
b
100℃代入,得将水在标准大气压下的冰点值32f和0℃,以及沸点值292f和
?
?
?
32?
0?
b
?
?
212?
100a?
b
解该二元一次方程组,得:
从而有当t
a?
1.8,b?
32。
tf?
1.8t?
32
?
?
273.15℃时,有
11.气体进行可逆过程,满足式,并在
tf?
1.8?
(?
273.15_)?
32?
?
459.7(?
f)
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
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
(1).定稳下气体
pv?
rgt,试导出:
p,v之间的关系;
(2).定压下气体v,t之间的关系;(3).定容下气体
p,t之间的关系。
答案:
(1).
p2v1
?
p1v2
;
(2).
v2t2
?
v1t1
;(3).
p2t2
?
p1t1
。
第二章热力学第一定律
1.一蒸汽动力厂,锅炉的蒸汽产量为q?
180?
10
3
kg/h,输出功率为p?
55000kw
,全厂耗煤
qm,c?
19.5t/h,煤的发热量为qc?
30?
103kj/kg。
蒸汽在锅炉中吸热量q?
2680kj/kg。
试
求:
(1).该动力厂的热效率?
t;
(2).锅炉的效率?
b(蒸汽总吸热量煤的总发热量)。
解:
(1).锅炉中蒸汽吸热量
?
h?
qm?
q?
180?
103?
2680?
4.82?
10(kj/h)?
1.34?
10(kw)
p55000
?
?
41%5
?
h1.34?
10
8
5
热效率
?
t?
(2).锅炉效率
?
b?
蒸汽总放热量?
h
?
煤的总放热量?
b
19.5?
103?
30?
103
?
b?
qb,c?
qc?
?
1.625?
105(kw)
3600
5
?
1.34?
10?
?
h?
?
82.5%
?
b1.625?
105
2.系统经一热力过程,放热8kj对外做功26kj。
为使其返回原状态,对系统加热6kj,问需对系统作功多少?
解:
由q?
?
u
?
w得
?
u?
q?
w?
?
8?
26?
?
34(kj)
对于返回初态的过程
?
u?
?
?
u?
34kj
?
?
w?
q?
?
u?
6?
34?
?
28kj
故需对系统做功28kj。
3.气体在某一过程只能感吸收了54kj的热量,同时热力学能增加了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?
答案:
此过程为压缩过程;此过程中系统与外界交换的功是?
40kj。
4.1kg空气由
p1?
5mpa,t1?
0.5mpa膨胀到p2?
0.5mpa,t2?
500℃,得到热量506kj
,对
外做膨胀功506kj。
接着又从终态被压缩到初态,热出热量390kj,试求:
(1).[膨胀过程空气热力学能的增量;
(2).压缩过空气热力学能的增量;(3).压缩过程外界消耗的功。
答案:
(1).?
u
?
0;
(2).?
u?
0;(3).w?
?
390kj。
5.闭口系统中实施以下过程,试填补表中的空缺数据。
表中括号内的数为答案。
6.如图所示,某
封闭系统沿
a?
c?
b途径由状态a变化到b,吸入热量90kj,对外做功40kj,试问:
(1).系统从a经d至b,若对外做功10kj,则吸收热量是多少?
(2).系统由b经曲线所示过程返回a,若外界对系统左贡23kj,吸收热量为多少?
(3).设uadb答案
(1).qadb
(2).qad
3
?
5kj,ud?
45kj,,那么过程a?
d和d?
b中系统吸收的热量各为多少?
(2).qba?
?
73kj;?
60kj;
(4).qdb?
10kj。
?
50kj;
7.容积为1m的绝热封闭的气缸中装有完全不可压缩的流体,如图2-31所示。
试问:
(1).活塞是否对流体做功?
(2).通过对活塞加压,把流体压力从
少?
焓变化多少?
答案
(1).w
3
?
0;
(2).?
u?
0,?
h?
2.8?
10kj。
p1?
0.2mpa提高到p3?
3mpa,热力学能变化多
8.一质量为
4500kg的汽车沿坡度为15?
的山坡下行,车速为300m/s。
在距山脚100m处开始刹车,
且在山脚处刚好刹住。
若不计其它力,求因刹车而产生的热量。
q?
2.04?
105kj。
3440kj/kg,
9.某蒸汽动力装置,蒸汽流量为40t/h,汽轮机进出口处压力表读数为9mpa,进口比为
【篇二:
工程热力学,课后习题答案】
txt>工程热力学(第五版)廉乐明谭羽非等编
中国建筑工业出版社
第二章气体的热力性质
2-2.已知n2的m=28,求
(1)n2的气体常数;
(2)标准状态下n2的比容和密度;(3)p?
0.1mpa,t?
500℃时的摩尔容积mv。
解:
(1)n2的气体常数
r?
r08314?
m28=296.9j/(kg?
k)
(2)标准状态下n2的比容和密度
v?
rt296.9?
273?
p101325=0.8m3/kg
1
3v=1.25kg/m?
?
(3)p?
0.1mpa,t?
500℃时的摩尔容积mv
r0t
mv=p=64.27m3/kmol
2-3.把co2压送到容积3m3的储气罐里,起始表压力pg1?
30kpa,终了表压力pg2?
0.3mpa,温度由t1=45℃增加到t2=70℃。
试求被压入的co2的质量。
当地大气压b=101.325kpa。
解:
热力系:
储气罐。
应用理想气体状态方程。
压送前储气罐中co2的质量
m1?
p1v1
rt1
p2v2
rt2压送后储气罐中co2的质量m2?
根据题意
容积体积不变;r=188.9
p1?
pg1?
b
(1)
(2)
(3)
(4)p2?
pg2?
bt1?
t1?
273t2?
t2?
273
压入的co2的质量
m?
m1?
m2?
vp2p1(?
)rt2t1(5)
将
(1)、
(2)、(3)、(4)代入(5)式得
m=12.02kg
2-5当外界为标准状态时,一鼓风机每小时可送300m3的空气,如外界的温度增高到27℃,大气压降低到99.3kpa,而鼓风机每小时的送风量仍为300m3,问鼓风机送风量的质量改变多少?
解:
同上题
m?
m1?
m2?
vp2p130099.3101.325(?
)?
(?
)?
1000rt2t1287300273=41.97kg
2-6空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1mpa
的空气3m3,充入容积8.5m3的储气罐内。
设开始时罐内的温度和压力与外界相同,问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到0.7mpa?
设充气过程中气罐内温度不变。
解:
热力系:
储气罐。
使用理想气体状态方程。
第一种解法:
首先求终态时需要充入的空气质量
p2v27?
105?
8.5m2?
?
rt2287?
288kg
压缩机每分钟充入空气量
pv1?
105?
3m?
?
rt287?
288kg
所需时间
t?
m2?
m19.83min
第二种解法
将空气充入储气罐中,实际上就是等温情况下把初压为0.1mpa一定量的空气压缩为0.7mpa的空气;或者说0.7mpa、8.5m3的空气在0.1mpa下占体积为多少的问题。
根据等温状态方程
pv?
const
0.7mpa、8.5m3的空气在0.1mpa下占体积为
v1?
p2v20.7?
8.5?
?
59.5p10.1m3
压缩机每分钟可以压缩0.1mpa的空气3m3,则要压缩59.5m3
的空气需要的时间
?
?
59.5?
319.83min
2-8在一直径为400mm的活塞上置有质量为3000kg的物体,气缸中空气的温度为18℃,质量为2.12kg。
加热后其容积增大为原来的两倍。
大气压力b=101kpa,问:
(1)气缸中空气的终温是多少?
(2)终态的比容是多少?
(3)初态和终态的密度各是多少?
解:
热力系:
气缸和活塞构成的区间。
使用理想气体状态方程。
(1)空气终态温度
t2?
v2t1?
v1582k
(2)空气的初容积
v1?
mrt1?
p0.527m3
空气的终态比容
v2?
v22v1?
mm=0.5m3/kg
或者
v2?
rt2?
p0.5m3/kg
(3)初态密度
?
1?
m2.12?
v10.527=4kg/m3
?
2?
1?
v22kg/m3
2-9
解:
(1)氮气质量
pv13.7?
106?
0.05m?
?
rt296.8?
300=7.69kg
(2)熔化温度
2-14如果忽略空气中的稀有气体,则可以认为其质量成分为go2?
23.2%,gn2?
76.8%。
试求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比容和密度。
解:
折合分子量
m?
11?
gi0.2320.768?
?
m3228i=28.86
气体常数
r?
r08314?
m28.86=288j/(kg?
k)
容积成分
ro2?
go2m/mo2=20.9%
【篇三:
工程热力学课后答案】
标准状态下
p2?
pg2?
b
t1?
t1?
273t2?
t2?
273
压入的co2的质量
(2)(3)(4)
n2
的比容和密度;(3)
p?
0.1mpa,t?
500℃时的摩尔容积mv。
解:
(1)n2的气体常数
m?
m1?
m2?
m=12.02kg
vp2p1
(?
)rt2t1
(5)
将
(1)、
(2)、(3)、(4)代入(5)式得
r?
r08314
?
=296.9j/(kg?
k)m28
2-5当外界为标准状态时,一鼓风机每小时可送300m3的空气,如外界的温度增高到27℃,大气压降低到99.3kpa,而鼓风机每小时的送风量仍为300m3,问鼓风机送风量的质量改变多少?
解:
同上题
(2)标准状态下n2的比容和密度
v?
rt296.9?
2733
?
=0.8m/kgp1*******=1.25kg/mv
m?
m1?
m2?
=41.97kg
?
?
(3)
vp2p130099.3101.325(?
)?
(?
)?
1000rt2t1287300273
p?
0.1mpa,t?
500℃时的摩尔容积
2-6空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1mpa的空气3m3,充入容积8.5m3的储气罐内。
设开始时罐内的温度和压力与外界相同,问
mv
rt
mv=0
p
=64.27m
3
/kmol
在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到0.7mpa?
设充气过程中气罐内温度不变。
解:
热力系:
储气罐。
使用理想气体状态方程。
第一种解法:
首先求终态时需要充入的空气质量
2-3.把co2压送到容积3m3的储气罐里,起始表压力
终了表压力pg2?
0.3mpa,pg1?
30kpa,
温度由t1=45℃增加到t2=70℃。
试求被压入的co2的质量。
当地大气压b=101.325kpa。
解:
热力系:
储气罐。
应用理想气体状态方程。
压送前储气罐中co2的质量
p2v27?
105?
8.5
m2?
?
kg
rt2287?
288
压缩机每分钟充入空气量
m1?
p1v1
rt1p2v2
rt2
pv1?
105?
3m?
?
kg
rt287?
288
所需时间
压送后储气罐中co2的质量
t?
m2?
m2
?
19.83minm
第二种解法
将空气充入储气罐中,实际上就是等温情况下把初压为0.1mpa一定量的空气压缩为0.7mpa的空气;
(1)
或者说0.7mpa、8.5m3的空气在0.1mpa下占体积为多少的问题。
根据等温状态方程
根据题意
容积体积不变;r=188.9
p1?
pg1?
b
pv?
const
0.7mpa、8.5m3的空气在0.1mpa下占体积为
(2)熔化温度
v1?
p2v20.7?
8.5
?
?
59.5m3p10.1
,则
pv16.5?
106?
0.05
t?
?
=361k
mr7.69?
296.8
2-14如果忽略空气中的稀有气体,则可以认为其质量成分为go2
压缩机每分钟可以压缩0.1mpa的空气3m3要压缩59.5m3的空气需要的时间
59.5
?
?
?
19.83min
3
2-8在一直径为400mm的活塞上置有质量为3000kg的物体,气缸中空气的温度为18℃,质量为2.12kg。
加热后其容积增大为原来的两倍。
大气压力b=101kpa,问:
(1)气缸中空气的终温是多少?
(2)终态的比容是多少?
(3)初态和终态的密度各是多少?
解:
热力系:
气缸和活塞构成的区间。
使用理想气体状态方程。
(1)空气终态温度
?
23.2%,gn2?
76.8%。
试求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比容和密度。
解:
折合分子量
m?
11
?
=28.86gi0.2320.768
?
?
m
3228i
气体常数
r?
r08314
?
=288j/(kg?
k)m28.86
t2?
v2
t1?
582kv1
容积成分
(2)空气的初容积
ro2?
go2m/mo2=20.9%rn2?
1-20.9%=79.1%
v1?
mrt1
?
0.527m3
p
v22v1
?
=0.5m3/kgmm
标准状态下的比容和密度
空气的终态比容
?
?
v?
m28.86
?
=1.288kg/m3
22.422.4
v2?
或者
1
?
=0.776m3/kg
rt2
v2?
?
0.5m3/kg
p
(3)初态密度
2-15已知天然气的容积成分
rch4?
97%,
,
?
1?
m2.12?
=4kg/m3v10.5271?
2?
?
2kg/m3
v2
rc2h6?
0.6%rc4h10?
0.18%
,
rc3h8?
0.18%
,
rco2?
0.2%
,
2-9
解:
(1)氮气质量
rn2?
1.83%。
试求:
(1)天然气在标准状态下的密度;
(2)各组成气体在标准状态下的分压力。
解:
(1)密度
m?
pv13.7?
10?
0.05
?
=7.69kgrt296.8?
300
6
m?
?
rimi?
(97?
16?
0.6?
30?
0.18?
44?
0.18?
58?
0.
=16.48
过c变化到状态2。
在这个过程中,热量和功的某些值已知,如表,试确定未知量。
?
0?
m16.48
?
?
0.736kg/m322.422.4
(2)各组成气体在标准状态下分压力因为:
pi?
rip
pch4?
97%*101.325?
98.285kpa
同理其他成分分压力分别为:
(略)
3-1安静状态下的人对环境的散热量大约为400kj/h,假设能容纳2000人的大礼堂的通风系统坏了:
(1)在通风系统出现故障后的最初20min内礼堂中的空气内能增加多少?
(2)把礼堂空气和所有的人考虑为一个系统,假设对外界没有传热,系统内能变化多少?
如何解释空气温度的升高。
解:
(1)热力系:
礼堂中的空气。
闭口系统
根据闭口系统能量方程
解:
闭口系统。
使用闭口系统能量方程
(1)对1-a-2和2-b-1组成一个闭口循环,有
?
q?
?
w
即10+(-7)=x1+(-4)x1=7kj
(2)对1-c-2和2-b-1也组成一个闭口循环x2+(-7)=2+(-4)x2=5kj
(3)对过程2-b-1,根据q
q?
?
u?
w
因为没有作功故w=0;热量来源于人体散热;内能的增加等于人体散热。
(1)热力系:
礼堂中的空气和人。
闭口系统
根据闭口系统能量方程
?
?
u?
w
?
u?
q?
w?
?
7?
(?
4)?
-3kj
3-6一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环,试填充表中所缺数据。
解:
同上题
3-7解:
热力系:
1.5kg质量气体闭口系统,状态方程:
q?
?
u?
w
因为没有作功故w=0;对整个礼堂的空气和人来说没有外来热量,所以内能的增加为0。
空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收,导致的空气内能增加。
3-5,有一闭口系统,从状态1经a变化到状态2,
p?
av?
b
如图,又从状态2经b回到状态1;再从状态1经
内空气的温度。
设充气过程是在绝热条件下进行的。
解:
开口系统特征:
绝热充气过程工质:
空气(理想气体)
根据开口系统能量方程,忽略动能和未能,同时没有轴功,没有热量传递。
?
u?
1.5[(1.5p2v2?
85)?
(1.5p1v1?
85)]
=90kj由状态方程得1000=a*0.2+b200=a*1.2+b解上两式得:
a=-800b=1160则功量为
0?
m2h2?
m0h0?
de
没有流出工质m2=0de=du=(mu)cv2-(mu)cv1
2
1.2
w?
1.5?
pdv?
1.5[(?
800)v2?
1160v]10.2
21
=900kj过程中传热量
终态工质为流入的工质和原有工质和m0=mcv2-mcv1mcv2ucv2-mcv1ucv1=m0h0h0=cpt0ucv2=cvt2ucv1=cvt1
(1)
q?
?
u?
w
=990kj
3-8容积由隔板分成两部分,左边盛有压力为600kpa,温度为27℃的空气,右边为真空,容积为左边5倍。
将隔板抽出后,空气迅速膨胀充满整个容器。
试求容器内最终压力和温度。
设膨胀是在绝热下进行的。
解:
热力系:
左边的空气系统:
整个容器为闭口系统过程特征:
绝热,自由膨胀根据闭口系统能量方程
p1v
rt1p2vmcv2=
rt2
mcv1=
代入上式
(1)整理得
t2?
kt1t2p1
t1?
(kt0?
t1)
p2
=398.3k
3-10
供暖用风机连同加热器,把温度为
t1?
0℃的冷空气加热到温度为t2?
250℃,然
后送入建筑物的风道内,送风量为0.56kg/s,风机轴上的输入功率为1kw,设整个装置与外界绝热。
试计算:
(1)风机出口处空气温度;
(2)空气在加热器中的吸热量;(3)若加热器中有阻力,空气通过它时产生不可逆的摩擦扰动并带来压力降,以上计算结果是否正确?
解:
开口稳态稳流系统
(1)风机入口为0℃则出口为
q?
?
u?
w
绝热q
?
0
对空气可以看作理想气体,其内能是温度的单值函数,得
mcv(t2?
t1)?
0?
t2?
t1?
300k
根据理想气体状态方程
?
cp?
t?
q?
?
t?
m
1.78℃
q1000
?
?
?
cp0.56?
1.006?
103m
p2?
rt2p1v11
?
?
p1=100kpav2v26
t2?
t1?
?
t?
1.78℃
空气在加热器中的吸热量
3-9一个储气罐从压缩空气总管充气,总管内压缩空气参数恒定,为500kpa,25℃。
充气开始时,
?
cp?
t?
0.56?
1.006?
(250?
1.78)q?
m
罐内空气参数为100kpa,25℃。
求充气终了时罐=138.84kw
(3)若加热有阻力,结果1仍正确;但在加热器中的吸
热
量
减
少
。
加
热
器
中,
w?
?
pdv?
pv?
rt
t=
q?
h2?
h1?
u2?
p2v2?
(u1?
p1v1)
p2减小故吸热减小。
3-11
cpcv?
r
t0?
t0?
473k=200℃
一只0.06m3的罐,与温度为27℃、压力
3-13
解:
w?
?
?
h
为7mpa的压缩空气干管相连接,当阀门打开,空气流进罐内,压力
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