热工基础习题答案1--8

1--------4 1.3 题略解： 1.5 题略 烟气的真空度为： ∵ 1 mmH2O = 9.80665 Pa    ∴　1 Pa = 0.10197 mmH2O 烟气的绝对压力为： 1.10 题略 解：锅内 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 压力 2.2填空缺数据（兰色）： 过程 Q/kJ W/kJ △U/kJ 1-2 1390 0 1390 2-3 0 395 -395 3-4 -1000 0 -1000 4-1 0 -5 5         2.9  题略 已知：D1 = 0.4 m，p1 =150 kPa，且气球内压力正比于气球直径，即p = kD，太阳辐射加热后D2 = 0.45 m 求：过程中气体对外作功量 解：由D1=0.4 m，p1=150 kPa，可求得：k =375 kPa/m 答：过程中气体对外作功量为2.27 kJ 2.12 题略 解：（1）确定空气的初始状态参数 （2）确定拿去重物后，空气的终了状态参数 由于活塞无摩擦，又能与外界充分换热，因此终了平衡状态时缸内空气的压力和温度与外界的压力和温度相等。则 活塞上升距离 对外做功量 由闭口系能量方程，Q=△U+W，因T2 = T1，故△U = 0。所以求得气体与外界的换热量为 Q =W=97.999 J 讨论：（1）不可逆过程的功不能用 计算，本题用外界参数计算功是一种特例（多数情况下外界参数未予描述，因而难以计算）。 （2）系统对外做功97.999 J，用于提升重物的功量为 ，另一部分 是克服大气压力所做的功。 3.3 题略 解：（1）泄漏的气体量为 （2）泄漏的气体在1bar及17℃时占有的容积为 3.6 题略 解：由题意：△U = 0  →  T2 = T1 = 600 K  由理想气体气体状态方程， 有： △U =△H = 0 3.7  题略 解：（1）混合后的质量分数： ωCO2 = 5.6 %，  ωO2 =16.32 %，  ωH2O =2 %，  ωN2 =76.08 % （2） 折合摩尔质量： Meq = 28.856 kg/kmol （3） 折合气体常数： Req = 288.124 J/（kg·K） （4） 体积分数： φCO2 = 3.67 %，  φO2 =14.72 %，  φH2O =3.21 %，  φN2 =78.42 % （5）各组分气体分压力： pCO2 = 0.01101 MPa ，  pO2 =0.04416 MPa ， pH2O =0.00963 MPa ，    pN2 =0.2353 MPa 3.8题略 解：由题意，H2的摩尔成分  由教材公式（3.35），求混合气体的当量摩尔质量 混合气体的当量气体常数为 由理想气体状态方程，求得罐内所允许的最高温度为 3.10题略 解：（1）多变指数n 由多变过程的过程方程： （2）过程中热力学能、焓和熵的变化量 由理想气体的状态方程： 又  （3）空气对外所作的膨胀功和技术功 由闭口系能量方程： 3.13 题略 解：（1）略 （2）每一过程中工质热力学能、焓、熵的变化以及与外界交换的膨胀功 求热力学能、焓、熵的变化，关键是利用理想气体的状态方程和过程方程求出各点的状态参数。 1-2为等温过程    2-3为等压过程，3-1为等容过程（返回初态），有 3-1过程： （2）略 3.15 题略 解：（1）三种过程熵的变化量 （a）定温过程： （b）定熵过程： （c）对n =1.2的多变过程，可利用两状态间状态参数之间的关系式： 得： 4.3  题略 ηt＞ηtc        违背了卡诺定理 结论：该循环根本不可能实现。 （也可用克劳修斯积分不等式或孤立系熵增原理求解） 4.6  题略 解：（1） （2） 1→2 为定熵过程，由过程方程和理想气体状态方程，得： （3）双原子气体，可近似取 如果把双原子气体看作空气，并按单位质量工质的循环功和热量计算热效率，其结果相同，说明不同双原子气体工质进行同样循环时热效率差别不大。 注意: 非卡诺循环的热效率与工质性质有关。如果工质的原子数相同，则相差不大。 也可以利用 的关系，将Rg作为变量带入，最后在计算热效率时分子分母刚好约掉。 4-4  题略 解：∵ 定压过程总加热量为：  q =cp△T  其中用来改变热力学能的部分为：△u= cv△T  而 cp = cv+Rg   ∴  定压过程用来作功的部分为：w =Rg△T 4.10  题略 思路：利用孤立（绝热）系熵增原理进行判断。 解：取该绝热容器为闭口系，设热水用角标H表示，冷水用角标C表示，并注意液体cp = cv = c 由闭口系能量方程： 固体或液体熵变的计算可根据熵的定义式：dS =δQ/T 其中      δQ=dU + pdV ∵ 固体和液体的dV≈0    ∴δQ = dU = mcdT      （cp = cv = c） 该闭口绝热系的熵增相当于孤立系熵增， ，故该混合过程为不可逆过程。 4.14  题略 解法1： 实际循环： ；    卡诺循环： 解法2：利用火用  损失（作功能力损失）公式：I =T0ΔSg 高温热源不等温传热熵产为 低温热源不等温传热熵产为 4.15  题略 解：（1）空气的熵增=熵产（不可逆绝热压缩） （2）由于是不可逆压缩过程，可利用闭口系能量方程 求压缩耗功 由题意：    （3）由于是不可逆绝热压缩，所以空气的熵增=熵产。火用  损失为： 下面是附加的一些例题，供参考： 一、试求在定压过程中加给理想气体的热量中有多少用来作功？有多少用来改变工质的热力学能（比热容取定值）？ 解：∵ 定压过程总加热量为：  q =cp△T  其中用来改变热力学能的部分为：△u= cv△T  而 cp = cv+Rg   ∴  定压过程用来作功的部分为：w =Rg△T 二、2kg某种理想气体按可逆多变过程膨胀到原有体积的3倍，稳定地从300℃降低到60℃，膨胀过程中作功418.68 kJ，吸热83.736 kJ，求：（1）过程的多变指数；（2）气体的cp和cV。 解：（1）过程的多变指数： 由理想气体状态方程：  因质量不变，所以 由多变过程的过程方程： 质量不变，可推得：  两边取对数          （2）气体的cp和cv： 由闭口系能量方程： 又  ∴  三、容积为V=0.6m3的压缩空气瓶内装有压力p1=10 MPa，温度T1=300K的压缩空气，打开瓶上阀门用以启动柴油机。假定留在瓶内的空气进行的是可逆绝热膨胀。设空气的定压比热容为cp=1.005 kJ/(kg·K)， Rg=0.287 kJ/(kg·K)，问：（1）瓶中压力降低到p2=0.7 MPa时，用去了多少千克空气？（2）过了一段时间后，瓶中空气吸热，温度又恢复到300K，此时瓶中空气的压力为多大？ 解：（1）p2时用去了多少千克空气 由定熵过程的过程方程： 和理想气体状态方程： 可推得：  （2）T又恢复到300 K时，p3 =？ 四、 将500kg温度为20℃的水在p1=0.1Mpa的压力下用电加热器定压加热到90℃，大气环境温度为20℃，水的比热取4.187 kJ/(kg·K)，若不计散热损失，求此加热过程消耗的电力及做功能力损失。 解：取500kg水和电加热器作为孤立系统，水温升高所需的热量： 水温升高所需的热量=消耗的电力，所以消耗的电力为146545 kJ. 该加热过程将高品质的电能变为热能，能量品质降低。孤立系统的熵增为 （电加热器熵增为0） 火用  损失为： 五、 设大气压力为0.1 MPa，温度为30℃，相对湿度φ = 0.6，试利用水蒸汽性质表计算求得湿空气的露点温度、绝对湿度、比湿度及干空气和水蒸汽的分压力。 解：由t =30℃  查附表1-a 得：ps = 4.2451 kPa ∵  φ= pv／ps＝0.6      ∴  pv = φ.ps＝0.6×4.2451 = 2.54706 kPa 再利用附表1-b查pv 对应的饱和温度，（线性插值）得露点温度： ℃ 绝对湿度： 比湿度： pa = p－pv = 100－2.54706 = 97.45294 kPa 六、 设干湿球温度计的读数为t = 30℃，tw = 25℃，大气压力pb = 0.1 MPa，试用ω—t图确定空气的h、ω、φ、td各参数，然后查表计算求得pv、ρ。 解：由t =30℃、tw =25℃ 在ω-t 图上找到所求湿空气状态点，然后读出该状态对应的h、d、φ、td ： h≈76 kJ/kg（a）    d=ω≈0.018 kg/kg（a）    φ≈66.5 %    td = 23℃ 计算得：  pv≈φ.ps＝0.665×0.0042451 = 0.002823 MPa = 2.823 kPa （ps查附表1-a） 七、 某实验室每分钟需要压力为6 MPa的压缩空气20 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 立方米，现采用两级压缩、级间将空气冷却到初温的机组进行生产，若进气压力p1=0.1MPa，温度t1=20℃，压缩过程的多变指数n =1.25。求：（1）压缩终了的空气温度；（2）压气机的耗功率；（3）若改用单级压缩，压缩过程的多变指数仍为n =1.25，再求压缩终了的空气温度和压气机的耗功率。 解：（1）压缩终了空气的温度： 最佳压力比： （2）压气机耗功率Pc： 需要的20标准立方米（标准状态：p0 =101.325 kPa，t0 = 0℃）空气流量为： （3）改用单级压缩时 耗功率： 5--------8 5.1  利用蒸汽图表，填充下列空白（兰色为填充项，教材此表有误）：   p/MPa t/℃ h/（kJ/kg） s/[kJ/（kg·K] x 过热度/℃ 1 3.0 500 3454.9 7.2314 1 266.107 2 0.5 387 3244 7.7506 1 235.133 3 3.0 360 3140 6.7414 1 126.107 4 0.02 60.065 2373.153 7.1993 0.9 ——               5.9 p1=3MPa、t1=450℃的蒸气定熵膨胀至p2=4 kPa，试用h－s 图求单位质量蒸气所作的膨胀功和技术功。 解：首先在h-s图上按p1=3MPa、t1=450℃找出初始状态点1，然后沿定熵线垂直向下找到与p2=4 kPa定压线的交点，该交点即为终状态点2。 定熵过程： w=－Δu，  wt=－Δh 查出相应的状态参数：h1≈3345 kJ/kg  v1≈0.11 m3/kg h2≈2130 kJ/kg  v2≈28 m3/kg 5.11  两股蒸气绝热混合，已知：qm1=60kg/s，p1=0.5MPa，x=0.95；qm2=20kg/s，p2=8MPa，t1=500℃。混合后蒸气的压力为0.8MPa，求混合后蒸气的温度和焓。 解：此绝热过程可看作为有2个进口和1个出口的稳流系，根据能量方程： 利用附表5 可求得： 利用附表6 可求得： 由于混合后蒸气的压力为0.8MPa，查附表5可知混合后的蒸气仍为过热蒸气。查附图，得混合后蒸气的温度近似为：t 3≈195℃ （查详细的水蒸气表可得到更精确的温度值） 6.3  题略 解：由t =25℃  查附表4 得：ps = 3.1687 kPa ∵  φ= pv／ps＝0.85      ∴  pv = φ.ps＝0.85×3.1687 = 2.693395 kPa 再利用附表5查pv 对应的饱和温度，（线性插值）得露点温度： ℃ 比湿度： 含有每kg干空气的湿空气的焓： 6.4 题略 解：由t =30℃、tw =25℃ 在ω-t 图上找到所求湿空气状态点，然后读出该状态对应的h、ω、φ、td ： h≈76 kJ/kg（a）    ω≈0.018 kg/kg（a）    φ≈66.5 %    td = 23℃ 计算得：  pv≈φ.ps＝0.665×0.0042451 = 0.002823 MPa = 2.823 kPa （ps查附表1-a） 7.1  题略 解： 对于空气 ，临界压力比 ν =0.528 由题意知：入口处cf1 很小，∴ 可认为 ∴应选择缩放型喷管。 对于缩放型喷管，喉部的截面积最小。 ∴ （绝热） ∴ 喉部直径d = 85 mm 7.2  题略 cf1＞50 m/s，应考虑初速度。 则 对于渐缩喷管，临界状态时流量最大，此时 7.3  通过测量节流前后水蒸汽的压力和节流后的温度可推得节流前水蒸汽的干度。现有压力p1=2 MPa的湿蒸汽被引入节流式干度计，节流后压力降到p2=0.1MPa，此时测得温度t2 =130℃，试确定节流前蒸汽的干度。 解：分析：由蒸汽节流后的压力p2=0.1MPa和温度t2 =130℃，查附表2，可得节流后水蒸汽的焓，利用节流前后焓相等的概念，即h2 = h1, 再利用求湿蒸汽焓的公式求得节流前水蒸汽的干度。 查附表2，得：      8.1题略（循环图见P129. F.8.10） 解：已知初始状态： ； ；压缩比 ； 工质吸热量  ； 1～2. 定熵，则    设  ，则  2～3～4.  由 ； 4～5.  定熵， ； 1). 2). 8.4  题略 解：由题意知： 吸入的气体质量为    （可逆）等温压缩过程的放热量： 8.5  题略（循环图见P130. F.8.12） 解：已知： ； ； ； ； ①：1～2.定熵过程 ； ②：3～4.定熵过程 ； ③： =39.53 %； ④： ； 8.7 题略 解：已知： ； ； ①：查氨的压焓图（查图值可能不完全相同，以下是参考值） ； ； ；    ； ②： ； ③： ； ④：放热量 ； ⑤：