工程热力学课后作业答案chapter7.docx

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工程热力学课后作业答案chapter7

工程热力学课后作业答案chapter7

7-1当水的温度t=80℃，压力分别为0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa时，各处于什么状态并求出该状态下的焓值。

解：

查表知道t=80℃时饱和压力为0.047359MPa。

因此在0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa时状态分别为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。

焓值分别为2649.3kJ/kg，334.9kJ/kg，335kJ/kg，335.3kJ/kg，335.7kJ/kg。

7－2已知湿蒸汽的压力p=1MPa干度x=0.9。

试分别用水蒸气表和h-s图求出hx，vx，ux，sx。

解：

查表得：

h``＝2777kJ/kgh`=762.6kJ/kg

v``＝0.1943m3/kgv`＝0.0011274m3/kg

u``=h``－pv``=2582.7kJ/kgu`＝h`－pv`=761.47kJ/kg

s``=6.5847kJ/（kg.K）s`＝2.1382kJ/（kg.K）

hx＝xh``+（1-x）h`=2575.6kJ/kg

vx＝xv``+（1-x）v`=0.1749m3/kg

ux＝xu``+（1-x）u`=2400kJ/kg

sx＝xs``+（1-x）s`=6.14kJ/（kg.K）

7-3在V＝60L的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定其温度t＝210℃，干饱和蒸汽的含量mv=0.57kg，试求此湿蒸汽的干度、比容及焓值。

解：

t＝210℃的饱和汽和饱和水的比容分别为：

v``＝0.10422m3/kgv`＝0.0011726m3/kg

h``＝2796.4kJ/kgh`=897.8kJ/kg

湿饱和蒸汽的质量：

解之得：

x=0.53

比容：

vx＝xv``+（1-x）v`=0.0558m3/kg

焓：

hx＝xh``+（1-x）h`=1904kJ/kg

7－4将2kg水盛于容积为0.2m3的抽空了的密闭刚性容器中，然后加热至200℃试求容器中

（1）压力；

（2）焓；（3）蒸汽的质量和体积。

解：

（1）查200℃的饱和参数

h``＝2791.4kJ/kgh`=852.4kJ/kg

v``＝0.12714m3/kgv`＝0.0011565m3/kg

饱和压力1.5551MPa。

刚性容器中水的比容：

＝0.1m3/kg

因此是湿蒸汽。

压力是饱和压力1.5551MPa。

干度：

＝0.78

焓：

hx＝xh``+（1-x）h`=2364.8kJ/kg

蒸汽的质量和体积：

mv=x×m=0.78×2=1.56kg

V=mv×v``＝0.19834m3

7-5已知8m3的湿蒸汽，在p＝0.9MPa时，其湿度（1－x）＝0.65，求此湿蒸汽的质量与焓。

解：

p＝0.9MPa的饱和参数

h``＝2773kJ/kgh`=742.6kJ/kg

v``＝0.21484m3/kgv`＝0.0011213m3/kg

湿蒸汽的质量：

0.0759m3/kg

＝105.4kg

焓：

h=mhx＝x（h``+（1-x）h`）=105.4×1453.24kJ=1.53×103kJ

7-6有一台采暖锅炉，每小时能生产压力p＝1MPa（绝对）、x＝0.95的蒸汽1500kg。

当蒸汽的流速c≮25m/s时，管道中的压力损失可以不计，求输汽管的内径最小应多大？

解：

p＝1MPa、x＝0.95的比容

查表饱和参数v``＝0.1943m3/kgv`＝0.0011274m3/kg

0.18464m3/kg

蒸汽体积流量：

＝0.077m3/s

输汽管的半径最小为

＝0.0313m

内径：

0.0626m

7-7某空调系统采用p＝0.3MPa、x＝0.94的湿蒸汽来加热空气。

暖风机空气的流量为每小时4000标准m3，空气通过暖风机（从0℃）被加热到120℃。

设蒸汽流过暖风机后全部变为p＝0.3MPa的凝结水。

求每小时需要多少千克蒸汽（视空气的比热为定值）。

解：

空气吸收的热量：

＝619000kJ/h

p＝0.3MPa的饱和参数：

h``＝2725.5kJ/kgh`=561.4kJ/kg

p＝0.3MPa、x＝0.94蒸汽的焓

hx＝xh``+（1-x）h`=2595.7kJ/kg

需要蒸汽

304.28kg/h

法二：

湿蒸汽中起加热作用的仅为干饱和蒸汽

＝306.6kg/h

7-8气缸中盛有0.5kg、t＝120℃的干饱和蒸汽，在定容下冷却至80℃。

求此冷却过程中蒸汽放出的热量。

解：

t＝120℃的干饱和蒸汽参数：

v``＝0.89202m3/kgh``＝2706.6kJ/kgp1=0.19854MPa

容积：

V=mv``=0.44601m3

t＝80℃的饱和蒸汽参数

v`＝0.0010292m3/kgv``＝3.4104m3/kg

h``＝2643.8kJ/kgh`=334.92kJ/kgp2=0.047359MPa

比容：

＝0.89202m3/kg

干度：

＝0.26

焓：

hx＝xh``+（1-x）h`=935.2kJ/kg

放出的热量：

q=m（h``120-hx-vx（p2-p1））=817kJ

7－9有一刚性容器，用一薄板将它分隔为A、B两部分。

在A中盛有1kg、压力pA＝0.5MPa的干饱和蒸汽，B中盛有2kgpB＝1MPa，x＝0.80的湿蒸汽。

当隔板抽去后，经过一段时间容器中的压力稳定在p3＝0.7MPa。

求

（1）容器的总容积及终了时蒸汽的干度；

（2）由蒸汽传给环境的热量。

解：

（1）容器的总容积

pA＝0.5MPa的干饱和蒸汽参数

v``＝0.37481m3/kgh``＝2748.5kJ/kguA＝2561.1kJ/kg

A占容积：

VA=mAv``=0.37481m3

pB＝1MPa的饱和蒸汽参数

v``＝0.1943m3/kgv`＝0.0011274m3/kg

h``＝2777kJ/kgh`＝762.6kJ/kg

vB=xv``+（1-x）v`=0.155m3/kg

hB＝xh``+（1-x）h`=2374kJ/kg

uB＝2219kJ/kg

B占容积：

VA=mBv=0.31m3

总容积:

V=VA+VB=0.685m3

0.7MPa的饱和蒸汽参数

v``＝0.27274m3/kgv`＝0.0011082m3/kg

h``＝2762.9kJ/kgh`＝697.1kJ/kg

蒸汽比容：

0.228m3/kg

蒸汽干度：

＝0.84

（2）由蒸汽传给环境的热量

终了时的焓：

hx＝xh``+（1-x）h`=2502kJ/kg

ux＝2342.4kJ/kg

＝-193.7kJ

7－10将1kgp1=0.6MPa，t1=200℃的蒸汽在定压条件下加热到t2=300℃，求此定压加热过程加入的热量和内能的变化量。

若将此蒸汽再送入某容器中绝热膨胀至p3=0.1MPa，求此膨胀过程所作的功量。

解：

查表p1=0.6MPa，t1=200℃

h1=2850kJ/kgv1=0.352m3/kg（u1=2639kJ/kg）

查表p2=0.6MPa，t2=300℃

h2=3061kJ/kgv2=0.4344m3/kg

s2=7.372kJ/（kg.K）（u2=2801kJ/kg）

查表p3=0.1MPa，s=7.372

h3=2680kJ/kgv3=1.706m3/kg（u3=2509kJ/kg）

（1）定压过程加入的热量和内能变化量

q=h2-h1=211kJ/kg

=162kJ/kg

（2）绝热膨胀过程所作的功量

＝292kJ/kg

7-11汽轮机进汽参数为：

p1=3MPa，t1=450℃，蒸汽在汽轮机中绝热膨胀到p2=5kPa后排入冷凝器。

求：

（1）可逆绝热膨胀时蒸汽的终参数及汽轮机所作的功；

（2）若蒸汽在汽轮机中为不可逆绝热膨胀，引起的熵产为0.25kJ/（kg.K），则汽轮机作的功将为多少？

解：

查表p1=3MPa，t1=450℃的参数

h1=3344kJ/kgs1=7.083kJ/（kg.K）

则绝热膨胀到p2=5kPa，s2=7.083kJ/（kg.K）

时蒸汽的终参数

t2=32.88℃h2=2160kJ/kgv2=23.52m3/kg

汽轮机所作的功

1184kJ/kg

（2）不可逆绝热膨胀后的熵为

s3=7.083+0.25＝7.333kJ/（kg.K）

p3=5kPa蒸汽的终参数：

h3=2236kJ/kg

汽轮机所作的功

1108kJ/kg

7-12有一台工业锅炉，每小时能生产压力p1=1.4MPa，t1=300℃的过热蒸汽10t。

已知给水的温度25℃；从锅筒引出的湿蒸汽的干度x＝0.96；湿蒸汽在过热蒸汽中再加热至300℃；煤的发热值为29400kJ/kg。

试求

（1）若锅炉的耗煤量B＝1430kg/h，求锅炉效率；

（2）湿蒸汽在过热器中所吸收的热量及内能的变化量。

解：

（1）煤的总发热量

42.042MkJ/h

p1=1.4MPa，t1=300℃的过热蒸汽的参数：

h1=3040kJ/kgv1＝0.1823m3/kg

取水为定值比热，其的焓值：

h0＝25×4.1868＝104kJ/kg

单位蒸汽吸热量：

q=h1-h0=2936kJ/kg

总吸热量：

29.36MkJ/h

锅炉效率：

69.84％

（2）湿蒸汽的参数

v2＝0.136m3/kg

h2＝2708kJ/kg

定压过程吸收的热量

q=m（h1-hx）=3.32MkJ

内能的变化:

=2.65MkJ

7-13有一废热锅炉，进入该锅炉的烟气温度为ty1=600℃排烟温度为ty2=200℃。

此锅炉每小时可产生ts=100℃的干饱和蒸汽200kg，锅炉进水温度为20℃，锅炉效率为60％。

（1）求每小时通过的烟气量；

（2）试将锅炉中烟气的放热过程与蒸汽的吸热过程定性的表示在同一t-s图上。

解：

ts=100℃的干饱和蒸汽的焓：

h=2676.3kJ/kg

20℃水的焓：

h0=20*4.186=83.7kJ/kg

水的吸热量：

q1=200*（2676.3-83.7）=518520kJ/h

烟气的放热量：

q=

864200kJ/h

烟气量：

＝2139kg/h

=1.93m3/kg

V=

4128m3/h

7-14湿蒸汽进入干度计前的压力p1=1.5MPa，经节流后的压力p2=0.2MPa，温度t2=130℃。

试用焓熵图确定湿蒸汽的干度。

解：

节流前后焓不变

查h-s图得：

x=0.97