工程热力学实验答案.docx

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工程热力学实验答案

工程热力学实验答案

【篇一：

工程热力学课后习题全集】

class=txt>1-1试确定表压力为0.1kpa时u形管压力计中的液柱高度差。

（1）液体为水，其密度为1000kg/m3；

（2）液体为酒精，其密

度为789kg/m3。

提示：

表压力数值等于u形管压力计显示的液柱高度的底截面处液体单位面积上的力，pe?

?

h?

g。

答案：

（1）?

h水?

10.19mm

（2）?

h酒精?

12.92mm。

l＝200mm，且压力计中所用液体为煤油，其密度为800kg/m3，试求烟道的真空度为多少mmh2o（4℃）。

提示：

参照习题1-1的提示。

真空度正比于液柱的“高度”。

答案：

pv?

80mmh2o4c。

1-3在某高山实验室中，温度为20℃，重力加速度为976cm/s2，设某u形管压力计中汞柱高度差为30cm，试求实际压差

为多少mmhg（0℃）。

1-4某水塔高30m，该高度处大气压力为0.0986mpa，若水的密度为1000kg/m3，求地面上水管中水的压力为多少

mpa。

提示：

地面处水管中水的压力为水塔上部大气压力和水塔中水的压力之和。

答案：

p?

0.3928mpa。

1-5设地面附近空气的温度均相同，且空气为理想气体，试求空气压力随离地高度变化的关系。

又若地面大气压力为0.1

mpa，温度为20℃，求30m高处大气压力为多少mpa。

提示：

p?

p0?

?

gh→

柱长度中烟气

?

?

?

dpgdh

，p0为地面压力。

?

?

prgt

答案：

p?

0.09965mpa。

1-6某烟囱高30m，其中烟气的平均密度为0.735kg/m3。

若地面大气压力为0.1mpa，温度为20℃，现假设空气密度在

烟囱高度范围内为常数，试求烟囱底部的真空度。

提示：

烟囱底部真空度为该处压力与大气压力之差；烟囱顶部处的内部烟气压力与该处外部空气压力相等。

不同高度处

答案：

烟囱内底部的真空度pv?

133.5pa。

1-7设一容器被刚性壁分为两部分，如图1-18示，在容器不同部位装有压力表，

若压力表a的读数为0.19mpa，压力表b的读数为0.12mpa，大气压力为0.1mpa，试确定压力表c的读数以及容器两部分内气体的绝对压力。

提示:

压力表b位于容器Ⅱ中，其“当地大气压”为容器Ⅱ的压力。

答案：

pg,c=0.07mpa，pⅠ=0.29mpa，pⅡ=0.29mpa。

1-8某容器中储有氮气，其压力为0.6mpa，温度为40℃。

设实验消耗1kg氮气，且温度降为30℃时容器中压力降为0.4

mpa。

试求该容器的容积。

提示：

实验前后容器内的气体均为理想气体状态。

答案：

v=0.4973m3。

1-9利用真空泵为某设备抽真空，真空泵每分钟的吸气量为0.5m3。

若设备中空气压力已达到0.1mmhg，温度为-30℃，

试求每分钟真空泵可吸出空气的质量。

提示：

真空泵吸入气体的状态可看做与设备中的空气状态相同，且气体为理想气体。

答案：

m=0.0955g。

1-10有两个容器，容器a的容积为0.3m3，其中充有压力为0.6mpa、温度为60℃的氮气；容器b为真空。

连通两容器，

使氮气由容器a流入容器b，并且容器b中压力达到0.15mpa、温度为20℃时，容器a中的压力降到0.4mpa，温度为50℃。

试求容器b的容积。

提示：

连通后容器b中的气体质量应为连通前后容器a的气体质量之差，且连通前后两容器内的气体均可看做理想气体。

答案：

vb=0.33m3。

1-11有一储气筒，其容积为9.5m，筒内空气压力为0.1mpa、温度为17℃。

现用压气机向筒内充气，压气机每分钟

吸气0.2m3，大气温度为17℃，压力为0.1mpa，试求筒内压力达到0.7mpa、温度仍为17℃时所需的时间。

提示：

充气前后储气筒内的气体均可当做理想气体处理，且压气机入口处的空气状态可看做与大气状态相同。

答案：

?

?

285min。

1-12输气管道采用压气机加压，设进气的压力为0.1mpa、温度为20℃，而要求每分钟输出压力为0.3mpa、温度不高

于60℃的气体80m3，现有吸气量为每分钟8m3的压气机，问需用多少台？

提示：

压气机输出气体的质量取决于其气体进口状态。

答案：

n=26.4，取整数为27台。

1-13一刚性容器内储有压缩空气0.1m3，其压力为0.4mpa。

一橡皮气球内储有0.1m3的压力为0.15mpa

的空气。

两者的

3

图1-18

温度和环境温度相同，均为25℃。

现把两者连通，使刚性容器内的空气流入橡皮气球，直至两者压力相同。

若橡皮气球的压力正比于其容积，试求空气温度仍为25℃时的最终平衡压力及气球的容积。

提示：

刚性容器与橡皮气球连通前后其中空气质量不变；橡皮气球的压力正比于其容积，即

器与橡皮气球的容积相等。

答案：

p?

0.222mpa，v=0.148m3。

1-14上题中，若容器也为弹性，且容积正比于其中的压力。

试求最终的平衡压力及气球、容器两者各自的容积。

提示：

参照1-13题提示。

答案：

p=0.245mpa，va?

0.0613m3，vb?

0.163m3。

1-15压气机气缸中有0.05kg氮气，在压缩过程中其压力由0.1mpa升高到0.5mpa，且氮气温度始终保持为50℃。

试求压

缩过程中所消耗的功。

提示：

w1?

2?

?

12pdv；过程中温度不变，有pv=p1v1。

答案：

w1?

2?

?

7.71?

103j。

1-16有一皮革制的无弹性的气球，原来气球呈折叠状态，其内部无任何气体。

若用储气罐中的压缩空气给气球充气，充

满时气球的容积为2m3。

设储气罐内气体压力远高于大气压力，而现大气压力为0.9atm，试求充气过程中气体所作的功。

提示：

过程为不可逆过程，外界得到的功量等于气体所作的功。

答案：

w1?

2?

1.82?

105j。

1-17若气缸中气体在进行一准静态过程时，其状态变化关系为pvn＝p1v1n＝常量，试证明气体所作容积变化功为

w1-2＝

提示：

w1?

2?

1-18若气缸中co2气体的初始压力为0.25mpa、温度为200℃，气体经历了一个膨胀过程后温度为100℃。

设过程中气体

的状态变化规律为pv1.2＝p1v11.2＝常量，试求膨胀过程中气体所作的膨胀功。

提示：

参照习题1-17的结论，气体为理想气体。

答案：

w1?

2?

94.45kg。

1-19某种气体在气缸中进行一个膨胀过程，其容积由0.1m3增加到0.3m3。

已知膨胀过程中气体的压力与容积变化关系

为{p}mpa?

0.24{v}m3?

0.04。

试求：

（1）气体所作的膨胀功；

（2）当活塞和气缸的摩擦力保持为1000n而活塞面积为

v

?

const；初始时刻刚性容p

1（pv－pv）

1122

n?

1

?

1pdv。

2

0.2m2时，扣除摩擦消耗后活塞所输出的功。

提示：

w1?

2?

?

1pdv；活塞输出功为气体膨胀功与摩擦耗功之差。

2

1-20有一橡皮气球，当它内部的气体压力和大气压力同为0.1mpa时，气球处于自由状态，其容积为0.3m3。

当气球受太

阳照射其内部气体受热时，容积膨胀10%，压力升高为0.15mpa。

设气球压力增加和容积的增加成正比，试求：

（1）该膨胀过程在p-v图上的过程曲线；

（2）该过程中气体所作的功；（3）用于克服橡皮球弹力所作的功。

提示：

（1）dp?

kdv→p=c+kv。

（2）气体的过程功量：

w1?

2?

?

1

2

pdv。

（3）气体克服气球弹力的耗功：

w弹?

?

12p弹dv，p弹

为橡皮气球内气体压力与大气压力之差。

此外，p-v图中面积代表功量。

答案：

（1）

；

1-21设某种气体的状态方程式为p?

v?

b?

?

rgt，试导出定温过程中该气体所作容积变化功的计算公式，并分析有相同

容积变化时理想气体定温变化的容积变化功是大于还是小于该种气体的功。

提示：

w1?

2?

?

1pdv。

v2?

b

v1?

b

；理想气体定温过程，w1?

2?

rgtln

2

答案：

w1?

2?

rgtln

v2v1

当v2?

v1时，w1?

2?

w1?

2；当v2?

v1时，

w1?

2?

w1?

2。

1-22图1-19所示为压缩空气驱动的升降工作台示意图。

由储气罐来的压缩空气经

调节气体的压力后送入气缸，在压缩空气的推动下活塞上升举起工作台。

已知面积为0.02m2，活塞及工作台重5000n。

活塞上升300mm后开始和弹簧相接继续上升时将压缩弹簧。

设弹簧的劲度系数为10n/mm。

若气缸内气体的表压到0.3mpa时停止供气，试求在举升过程中气体所作的功及弹簧所吸收的功。

提示：

气缸内气体的压力为表压力。

（1）系统所作出的功量与外界得到的功量的关系：

w?

?

w外，且

阀门活塞触，力达

?

1?

?

2?

（2）弹簧所吸收的功：

取弹簧为“系统”。

答案：

（1）w=2050j;

（2）w弹?

?

50j。

习题提示与答案第二章热力学第一定律

2-1一辆汽车在1.1h内消耗汽油37.5l，已知通过车轮输出的功率为64kw，汽油的发热量为44000kj/kg，汽油的密度为

0.75g/cm3，试求汽车通过排气、水箱散热及机件的散热所放出的热量。

提示：

汽车中汽油燃烧放出的热量除了转换成通过车轮输出的功率外，其余通过排气、水箱及机件放给外界。

答案：

q

2-2一台工业用蒸汽动力装置，每小时能生产11600kg蒸汽，而蒸汽在汽轮机中膨胀

作功输出的功率为3800kw。

如果该装置每小时耗煤1450kg，煤的发热量为30000kj/kg，而在锅炉中水蒸气吸收的热量为2550kj/kg。

试求：

（1）锅炉排出废烟气带走的能量；

（2）汽轮机排出乏汽带走的能量。

提示：

（1）废气带走的热量和锅炉中水蒸气吸热量之和等于煤燃烧放出的热量。

（2）水蒸

气在锅炉中的吸热量等于汽轮机输出功量与汽轮机乏汽带走的能量之和。

答案：

q

2-3夏日室内使用电扇纳凉，电扇的功率为0.5kw，太阳照射传入的热量为0.5kw。

当房间密闭时，若不计人体散出的热

2-4某车间中各种机床的总功率为100kw，照明用100w电灯50盏。

若车间向外散热可忽略不计，试求车间内物体及空气

每小时热力学能的变化。

2-5人体在静止情况下每小时向环境散发的热量为418.68kj。

某会场可容纳500人，会场的空间为4000m3。

已知空气的密

g

5

?

?

9.84?

10kj。

2

?

?

1.392?

107kj/h，qw?

?

1.59?

107kj/h。

【篇二：

工程热力学实验指导书】

lass=txt>《工程热力学》实验

院系、专业课程工程热力学成绩

班级学号姓名同组人实验地点工程中心9-111指导教师

2014年月日

实验一饱和水蒸汽压力和温度关系的测定

一、实验目的

1、通过观察小容积的核态沸腾现象及饱和蒸汽压力和温度的变化关系，加深对饱和状态的

理解，从而建立起当液体温度达到对应于液面压力的饱和温度时，液体便会发生沸腾的基本概念。

2、通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽p－t关系图标的编制方法。

3、学会温度计、压力表、调压器和大气压力计等仪表的使用方法。

二、实验原理

实验中，通过电子调压模块调节输出电压以实现不同工况，用电接点压力表和温控仪测取不同工况下饱和蒸汽的压力和温度值，根据测得的p、t实验数据，即可绘制p－t关系曲线，并将饱和蒸汽压力和温度的关系整理成实验公式。

三、实验设备

本实验以〈可视性饱和蒸汽压力和温度关系实验仪〉为主要实验设备。

实验装置由加热密封容器（产生饱和蒸汽）、电接点压力表（－0.1～1.5mpa）、电子无级调压模块（0～220v）、电压表、温控仪、测温管（管底注入少量机油，用来传递和均匀温度）和透明玻璃视窗等组成。

图1可视性饱和蒸汽压力和温度关系实验仪

四、实验步骤

1、熟悉实验装置及所使用仪表的工作原理、性能和使用方法。

2、接通有安全地线的220v电源，调整电流表旋钮，使其表值接近于零。

3、设定电接点压力表的下限位针（金属白），使其触点与表压指示针（黑）触合，如果按

下开关后，电压表在调压时仍不显示其变化值，就应检查指针是否与触点触合。

可拨动触点靠拢指针，继电器有轻微吸合声，即表示电源导通，此时加热器开始工作。

视其实验进程所需时间的长短，适当调节电流的大小可观察压力上升的快慢，通常电流值调至1.0（a）为宜，太大会影响加热器的使用寿命。

4、设定电接点压力表的上限位针（金属白），可在0～0.8mpa范围内任意设定，通常不少

于6个压力值，实验点应尽可能均布。

当蒸汽压力上升，使表压指示针接近第一个设定值时，迅速记录当前的po和to。

当表压指针与上限位针触合，加热器会自动断电，然后拨开上限位针至第二测量点，加热器继续工作，表压继续升高。

重复以上操作，从低到高完成全部测量，将记录值填入下列表中。

5、实验完毕后，将电流调节旋钮回零位，并断开电源。

6、记录实验环境的温度和大气压力。

五、实验数据处理方法：

1、以压力表示值为标准值，参照水蒸气热力性质表，查出标准温度，计算测量温度的相对误差。

六、数据记录：

1、数据记录和计算：

大气压力b=mpa

七、注意事项：

机箱侧阀的用途：

1、密闭容器内的压力值为负压，阀使容器与大气隔绝。

2、当容器内的液体低于测量所需的液位时容器在真空状态下，此阀可向容器内加入实验用

液体。

3、当容器内工作压力较高且需得到一较低值时，可通过此阀在瞬间调节。

4、容器内工作压力不得超过0.8mpa。

八、实验报告：

1、数据整理：

2实验结果

3、结果分析：

4、思考与建义：

实验二喷管流动特性测定实验

一、实验目的:

（1）巩固和验证有关气体在喷管内流动的基本理论，掌握气流在喷管中流速、流量、压力的变化规律，加深临界状态参数、背压、出口压力等基本概念的理解。

（2）测定不同工况（pbpcr,pb

?

的变?

pcr,pb?

pcr）下，气流在喷管内流量m

?

max的计算值和实测值；确定临界压力pcr。

?

?

pbps曲线；分析比较m化，绘制m

（3）测定不同工况时，气流沿喷管各截面（轴相位置x）的压力变化情况，绘制x关系曲线，分析比较临界压力的计算值和实测值。

二、实验原理:

1、渐缩喷管

气体在渐缩喷管内绝热流动的最大膨胀程度取决于临界压力比：

临界压力比只和气体的等熵指数k有关，对于空气，k＝1.4，如图3－1所示。

2、缩放形喷管

气体流经缩放形喷管时完全膨胀的程度决定于喷管的出口截面积a2与喷管中的最小截面积amin的比值。

喷管在不同背压条件下工作时，压力分布如图3－2所示。

图3－1（a）渐缩喷管中气体分布示意图

?

px

p1

图3－1（b）渐缩喷管流量曲

3-1）

。

式中的pcr即

为气体在渐缩喷管中膨胀所能达到的最低压力，称为临界压力。

气体渐缩喷管中的膨胀情况

【篇三：

工程热力学实验指导书（guo）】

热力学实验指导书

热能与动力工程教学示范中心二〇〇八年九月

目录

实验一气体定压比热容测定实验实验二二氧化碳p-v-t关系测定实验8实验三饱和蒸汽压力和温度关系实验15实验四喷管实验18

实验一气体定压比热容测定实验

一、实验目的

1．了解气体比热测定装置的基本原理和构思。

2．熟悉本实验中测温、测压、测热、测流量的方法。

3．掌握由基本数据计算出比热值和比热公式的方法。

4．分析本实验产生误差的原因及减小误差的可能途径。

二、实验原理

引用热力学第一定律解析式，对可逆过程有：

dq?

du?

pdv和dq?

dh?

vdp

（1）

定压时dp?

0

?

dq?

?

dh?

vdp?

?

?

h?

cp?

?

?

?

?

?

?

?

?

?

dt?

?

dt?

?

?

t?

p

（2）

此式直接由

cp

的定义导出，故适用于一切工质。

在没有对外界作功的气体的等压流动过程中：

dh?

1

dqpm（3）

则气体的定压比热容可以表示为：

cp

t2

t1

?

qp

mt2?

t1kj/kg?

℃（4）

式中：

m——气体的质量流量，kg/s；

qp

——气体在等压流动过程中的吸热量，kj/s。

由于气体的实际定压比热是随温度的升高而增大，它是温度的复杂函数。

实验表明，理想气体的比热与温度之间的函数关系甚为复杂，但总可表达为：

cp?

a?

bt?

et2?

?

（5）

式中a、b、e等是与气体性质有关的常数。

例如空气的定压比热容的实验关系式：

3

式中：

t——绝对温度，k。

该式适用于250～600k，平均偏差为0.03%，最大偏差为0.28%。

kj/kg?

k

由于比热随温度的升高而增大，所以在给出比热的数值时，必须同时指明是那个温度下的比热。

根据定压比热的定义，气体在t℃时的定压比热等于气体自温度t升高到t?

dt时所需热量dq除以dt，即：

cp?

dq

dt

当温度间隔dt为无限小时，即为某一温度t时气体的真实比热。

如果已得出c?

f?

t?

的函数关系，温度由t1至t2的过程中所需要的热量即可按下式求得：

q?

?

cpdt?

?

a?

bt?

et2?

?

dt

1

1

22

?

?

用逐项积分来求热量十分繁复。

但在离开室温不很远的温度范围内，空气的定压比热容与温度的关系可近似认为是线形的，即可近似表示为：

cp?

a?

bt

（6）

则温度由t1至t2的过程中所需要的热量可表示为：

q?

?

?

a?

bt?

dt

t1

t2

（7）

由t1加热到t2的平均定压比热容则可表示为：

cp

（8）

t2

t1

?

a?

bt?

dt?

t?

?

a?

b

t1

t2

1

t2?

t1

?

t2

2

大气是含有水蒸气的湿空气。

当湿空气气流由温度t1加热到t2时，其中水蒸气的吸热量

可用式（8）计算，其中a?

1.833，b?

0.0003111，则水蒸气的吸热量为：

qw?

mw?

?

1.833?

0.0003111t?

dt

t1

t2

?

t2?

t1?

?

0.0001556t2?

t1m1.833=w

2

?

?

2

?

?

kj/s（9）

式中：

mw——气流中水蒸气质量，kg/s。

则干空气的平均定压比热容由下式确定：

cpm

t2t1

?

qp

（m?

mw）t2?

t1?

qp?

qw

（m?

mw）t2?

t1（10）

式中：

qp——为湿空气气流的吸热量。

仪器中加热气流的热量（例如用电加热器加热），不可避免地因热辐射而有一部分散失于环境。

这项散热量的大小决定于仪器的温度状况。

只要加热器的温度状况相同，散热量也相同。

因此，在保持气流加热前的温度仍为t1和加热后温度仍为t2的条件下，当采用不同的质量流量和加热量进行重复测定时，每次的散热量当是一样的。

于是，可在测定结果中消除这项散热量的影响。

设两次测定时的气体质量流量分别为m1和m2，

加热器的加热量分别为q1和q2，辐射散热量为?

q，则达到稳定状况后可以得到如下的热平衡关系

q1?

qp1?

qw1?

?

q?

（m1?

mw1）cpm?

t2?

t1?

?

qw1?

?

q

q2?

qp2?

qw2?

?

q?

（m2?

mw2）cpm?

t2?

t1?

?

qw2?

?

q

两式相减消去?

q项，得到

c

t2

pmt1

?

q1?

q2?

?

?

qw1?

qw2?

?

m1?

m2?

mw1?

mw2t2?

t1kj/kg?

℃（11）