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文档简介

西南科技大学热工基础试题库答案 1、某容器被一刚性壁分成两部分,在容器的不同部位安装有压力表, 如图1所示。压力表B上的读数为75kPa, 压力表C上的读数为0.11MPa。 如果大气压力为97kPa,试确定压力表A上的读数及容器两部分内空气 的绝对压力。 解:A、B、C的读数均为表压,分别记为、PgA、 PgB、PgC 容器1和2 的绝对压力记为P1和P2,大气压力Pa 依题意: PgB=75k Pa PgC =0.11M Pa=110 k Pa Pa=97 k Pa 根据压力表的位置可知: P1= PgC+Pa P1= PgB+P2 P2= PgA+Pa 将PgB 、PgC和 Pa的数值代入上式 得: P1=207 k Pa P2=132 kPa PgA =35k Pa 图1 2、如图2所示。气缸内充以空气,活塞及负载重100kg,气缸壁充分导 热,取走60kg负载,其系统完全平衡后,试求: (1)活塞上升的高度L; (2)热力学内的变化U; (3)气体在过程中所做的功。(已知ukJ/kg=0.72TK) 图2 1)由力平衡:p1=pb+F1/A=771*133.32+100*98100/100=2.009105Pa V1=A*L=100*10*10-6=10-3m3 p2=pb+F2/A=771*133.32+40*98100/100=1.420105Pa T2=T1 V2=A*(L+L)=100*(10+L )*10-6=(10+L )*10-4m3 过程中质量不变: m1= p1 V1/(RgT1)= m2= p2 V2/(RgT2) V2= p1 V1/ p2=2.009105*10-3/1.420105=1.4145 *10-3m3=(10+L )*10- 4m3 L=4.145cm 2) U= m2u2- m1 u1 因为m1= m2,已知ukJ/kg=0.72TK,而T2=T1;所以U=0 3)此过程为不可逆过程:W= p2*A*L=1.420105*10010- 4*4.14510-2=58.859 J 3、一绝热刚体气缸,被一导热的无摩擦活塞分成两部分,如图3所示。 最初活塞被固定在某一位置上,气缸的一侧储有压力为0.2MPa、温度为 300K的0.01m3的空气,另一侧储有同容积、同温度的空气,其压力为 0.1MPa。去除销钉,放松活塞任其自由移动,最后两侧达到平衡。设空 气的比热容为定值。试求: (1)平衡时的温度为多少? (2)平衡时的压力为多少? (3)两侧空气的熵变值及整个气体的熵变值是多少? 图3 解:(本题13分)1)取整个气缸为闭口系,因为气缸绝热,所以 Q=0;又因为活塞导热而无摩擦,W=0,且平衡时A、B两侧温度相等, 即TA2=TB2=T2。有闭口系能量方程得: 因为,TA1=TB1=T1=300K,于是终态平衡时,两侧的温度均为: T1=T2=300K 2) 取整个气缸为闭口系,当终态平衡时,两侧压力相等,设为p2,则: 3) 整个气缸绝热系的熵变: 4、某蒸汽动力厂按一级再热理想循环工作,新蒸汽参数为P1=15MPa, t1=600,再热压力PA=1.4MPa,再热温度tR= t1=600,背压 P2=0.005MPa,功率为15000KW。试求: (1)定性画出循环的T-S图; (2)求循环热效率; (3)每小时所需蒸汽量。 解:1)再热循环在T-S图上的表示如图所示。 2)循环吸热量 2)根据: 5、如图4为一烟气余热回收方案。设烟气比热容Cp=1.4kJ/(kg.K), Cv=1.14kJ/(kg.K)。试求: (1)烟气流经换热器时传给热机工质的热; (2)热机放给大气的最小热量; (3)热机输出的最大功W。 图4 解: 1)烟气放热为: 2)若使Q2最小,热机为可逆机,由卡诺定理得: 即: 3)输出的最大功为: 6、压力为0.1MPa,温度为20的空气进入压缩机,绝热压缩至0.6MPa 后排入贮气筒。试求: (1)问压缩机空气出口温度能否是180? (2)若将空气绝热压缩至0.6MPa,250,试问绝热效率是多少?可用 能(作功能力)损失为多少?并用T-S图表示之(环境温度t0=20); (3)压缩机在吸气状态下的吸气量为100m3/h,试求在2)情况下的压 缩机功率是多少? 解:1)若压缩机出口温度为180,则绝热压缩过程的熵产: 可见,压缩机空气出口温度不可能是180。 2) 3) 7、 空气从T1 = 300 K、p1 = 0.1 MPa压缩到p2 = 0.6 MPa。试计算过程的 膨胀功(压缩功)、技术功和热量,设过程是(1) 定温的、(2) 定熵的、 (3) 多变的(n=1.25),按定比热容理想气体计算,不考虑摩擦。 按附表1取空气的定值比热容为: kJ/(kgK), kJ/(kgK) 气体常数 kJ/(kgK) (1)定温过程 对等温过程: ,则: (2)定熵过程 对定熵过程:q0,wu;wt h 由等熵过程的过程方程知 kJ/kg kJ/kg (3)多变过程 kJ/kg kJ/kg kJ/kg 8、 已知活塞式内燃机定容加热循环的进气参数为 p1=0.1 MPa、t1=50 ,压缩比,加入的热量q1=750 kJ/kg。试求循环的最高温度、最高压 力、压升比、循环的净功和理论热效率。认为工质是空气并按定比热容 理想气体计算。 解:活塞式内燃机定容加热循环的图示见a)、b)图示 (a) (b) ,理论热效率由(6-5)式得: 循环净功 最高温度须先求出,因过程是等熵过程,由(3-89)式得 因为 所以 最高压力须先求出和过程是定容过程,因此 即 所以 而 则 9、空气在气缸中由初状态T1=300 K、p1=0.15 MPa进行,则先定温膨 胀,然后再在定容下使压力增到 0.15 MPa,温度升高到 480 K。试求: (1)将这过程画在压容图和温熵图中; (2)利用空气的热力性质表计算这过程中的膨胀功、热量,以及热力 学能和熵的变化。 解:(2) 对11 2即先定温膨胀,然后再定容压缩过程有 对 11 定温膨胀过程: 所以 对 12定容压缩过程: Wv = 0 图 a 图 b 10、某燃气轮机装置,已知其流量、增压比、升温比,大气温度为 295 K。试求理论上输出的净功率及循环的理论热效率(注:认为工质是空 气并按定比热容理想气体计算)。 解:, 燃气轮机膨胀作功 压气机压缩耗功 理论循环净功率 理论循环热效率 11、某氨蒸气压缩制冷装置(图5),已知冷凝器中氨的压力为 1 MPa,节流后压力降为 0.2 MPa,制冷量为 ,压气机绝热效率为 80%, 已知冷却水经过氨冷凝器后温度升高 8 K,水的比定压热容为 4.187 kJ/(kgk)。试求: (1)氨的流量; (2)压气机出口温度及所耗功率; (3)制冷系数; (4)冷却水流量。 图5 解:参考图8-10、8-11及8-12, 由 ,查图 得 由 沿等熵线向上与线交于点 查得 因为: 则 (查lgP-h图) (1)氨的流量: (2)压气机出口温度及耗功率: :由等焓线与等压线交点,查lgP-h图可得: (3)制冷系数 理论: 实际: (4)冷却水流量 冷却水带走的热量应等于氨气放出的热量,即由热平衡方 程得: 可见所需冷却水量是相当大的。 13、 由三层材料组成的加热炉炉墙。第一层为耐火砖。第二层为硅藻 土绝热层,第三层为红砖,各层的厚度及导热系数分别为1230mm , 11.10 W/(mK), 250

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