热工基础课后答案超详细版张学学.pdf

1 第一章 思考题 1. 平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？ 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定 状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而 稳定未必平衡。 热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行 描述。 2. 表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的 压力表或真空计的读数是否可能变化？ 答：不能， 因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力 表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3 当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？ 答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？ 答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不 一定是可逆过程。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。 不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情 况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？ 答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自 动顶开。 而水温较低时， 热水瓶中的空气受冷，压力降低， 小于环境压力， 瓶塞被自动吸紧。 7. 用 U 形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部 分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 习 题 1-1 解： 2 kPabarpb100.61.00610133.3755 5 1.kPappp gb 6100 2.kPabarppp bg 4.149494.1006.15.2 3.kPammHgppp vb 3315.755700755 4.kPabarppp bv 6.50506.05 .0006.1 1-2图 1-8 表示常用的斜管式微压计的工作原理。由于有引风机的抽吸，锅炉设 备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角30， 管内水 解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差 mmHgPaghp35.79805.0102008.91000sin 3 水柱 mmHgppp b 65.74835. 7756 水柱 1-3解： barppp ab 07. 210.197. 0 1 barppp b 32.005.107.2 12 barppp bC 65.032.097.0 2 14 解： kPaHppp b 2gmm15745760 汞柱真空室 kPappp a 3623602 1真空室 kPappp b 192170362 12 kPappp bc 1902192 真空室 kNAppF b 8 .150.45 4 1 133.3745)( 2 真空室 1-4解： barmmHgpppp b 11. 215828003.133/81. 9300760 汞柱水柱 3 1-5解：由于压缩过程是定压的，所以有 KJVVppdVW V V 200)4 .08. 0(105 . 0)( 6 21 2 1 1-6解：改过程系统对外作的功为 0.5 0.3 3 .0 1 3. 0 2 3. 1 11 1.3 3.1 1 5. 0 3 .0 2585.)( 0.3V W 1 kJVV Vp dV Vp pdV 1-7解：由于空气压力正比于气球的直径，所以可设cDp，式中 c 为常数， D 为气球 的直径，由题中给定的初始条件，可以得到： 500000 3.0 150000 1 1 D p D p c 该过程空气对外所作的功为 kJ DDcdDDcDcDdpdVW D D D D V V 36.34)3 .04.0(5000000 8 1 )( 8 1 2 1 ) 6 1 ( 44 4 1 4 2 33 2 1 2 1 2 1 1-8解： （1）气体所作的功为： 0.3 0.1 46 101.76d100.04)(0.24JVVW （2）摩擦力所消耗的功为： JLfW10000.1)(0.3 2.0 1000 摩擦力 所以减去摩擦力消耗的功后活塞所作的功为： JWWW 4 1066.1 摩擦力活塞 1-9解：由于假设气球的初始体积为零，则气球在充气过程中，内外压力始终保持相等， 恒等于大气压力0.09MPa，所以气体对外所作的功为： JVpW 56 108 .121009. 0 1-11 解：确定为了将气球充到2m 3的体积，贮气罐内原有压力至少应为（此时贮气罐的压 力等于气球中的压力，同时等于外界大气压 b p） Pa V Vp V Vp p 5 5 1 12 1 12 1 101.8 2 2)(2100.92)(2)( 前两种情况能使气球充到2m 3 JVpW b 55 101.82100.9 情况三 : 4 3 333.3 09.0 215.0 m p Vp V b 贮气罐贮气罐 气球贮气罐 所以气球只能被充到 3 333. 12333.3mV 气球 的大小，故气体对外作的功为： JW 55 101.231.33100.9 第二章 思考题 绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充 满整个容器。问：空气的热力学能如何变化？ 空气是否作出了功？ 能否在坐标 图上表示此过程？为什么？ 答： （1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。 （2）空气对外不做功。 （3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。 2. 下列说法是否正确？ 气体膨胀时一定对外作功。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。 气体被压缩时一定消耗外功。 对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外 功。 气体膨胀时必须对其加热。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。 气体边膨胀边放热是可能的。 对，比如多变过程，当n 大于 k 时，可以实现边膨胀边放热。 气体边被压缩边吸入热量是不可能的。 错，比如多变过程，当n 大于 k 时，可以实现边压缩边吸热。 对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。 错，比如多变过程，当n 大于 1，小于 k 时，可实现对工质加热，其温度反而降低。 4. “任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？ 5 答：不正确， 因为外功的含义很广，比如电磁功、 表面张力功等等，如果只考虑体积功的话， 那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。 5. 试比较图 2-6 所示的过程1-2 与过程 1-a-2中下列各 量的大小： W12与 W1a2； (2) U12与U1a2； (3) Q12与 Q1a2 答： （1）W1a2大。 (2)一样大。 （3）Q1a2大。 6. 说明下列各式的应用条件： wuq 闭口系的一切过程 pdvuq 闭口系统的准静态过程 )( 1122 vpvpuq 开口系统的稳定流动过程，并且轴功为零 )( 12 vvpuq 开口系统的稳定定压流动过程，并且轴功为零；或者闭口系统的定压过程。 7. 膨胀功、 轴功、 技术功、 流动功之间有何区别与联系？流动功的大小与过程特性有无关 系？ 答：膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备（开口系统） 时， 热力设备与外界交换的机械功，由于这个机械功通常是通过转动的轴输入、输出， 所以工程 上习惯成为轴功；而技术功不仅包括轴功，还包括工质在流动过程中机械能（宏观动能和势 能）的变化；流动功又称为推进功，1kg 工质的流动功等于其压力和比容的乘积，它是工质 在流动中向前方传递的功，只有在工质的流动过程中才出现。对于有工质组成的简单可压缩 系统，工质在稳定流动过程中所作的膨胀功包括三部分，一部分消耗于维持工质进出开口系 统时的流动功的代数和，一部分用于增加工质的宏观动能和势能，最后一部分是作为热力设 备的轴功。对于稳定流动，工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。如果工质进、 出热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽略不计，则技术功等于轴功。 图 2-6 思考题 4 附图 6 习 题 2-1解：kJUQW308050，所以是压缩过程 2-2解：kJQWQW145012006502000 放压吸膨 2-3解：hJQU/107.23600102 63 24 解：状态b 和状态 a 之间的内能之差为： kJWQUUU abab 6040100 所以， a-d-b 过程中工质与外界交换的热量为： kJWUQ abbda 802060 工质沿曲线从b 返回初态 a 时，工质与外界交换的热量为： kJWUWUUQ abbaab 903060 根据题中给定的a 点内能值，可知b 点的内能值为60kJ，所以有 : kJUUU dbad 204060 由于 d-b 过程为定容过程，系统不对外作功，所以d-b 过程与外界交换的热量为： kJUUUQ dbbdbd 20 所以 a-d-b 过程系统对外作的功也就是a-d 过程系统对外作的功，故a-d 过程系统与外 界交换的热量为： kJWUWUUQ bdaaddaadda 60)20(40 25 过程Q kJW kJU kJ 1-2 1390 0 1390 2-3 0 395 -395 3-4 -1000 0 -1000 4-1 0 -5 5 2-5解：由于汽化过程是定温、定压过程，系统焓的变化就等于系统从外界吸收的热量， 即汽化潜热，所以有： kgkJqh/2257 7 内能的变化为： kgkJ vvphpvhu /20881.674)(0.001101.012257 )()( 2 12 2-6解：选取气缸中的空气作为研究的热力学系统，系统的初压为： Pa A G pp b 5 4 51 1 102.939 10100 9.8195 101.028 当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为： Pa A G pp b 5 4 5 2 2 101.959 10100 9.895 101.028 由于气体通过气缸壁可与外界充分换热，所以系统的初温和终温相等，都等于环境温度 即： 021 TTT 根据理想气体的状态方程可得到系统的终态体积，为： 33 5 245 2 11 2 10261.5 101.959 101010100102.939 m p Vp V 所以活塞上升的距离为： cmm A VV L26.5260.05 10100 101010010261.5 4 63 12 由于理想气体的内能是温度的函数，而系统初温和终温相同，故此过程中系统的内能变 化为零，同时此过程可看作定压膨胀过程，所以气体与外界交换的热量为： JLApWQ04.103260.0510100101.959 45 2 2-8 解：压缩过程中每千克空气所作的压缩功为： kgkJuqw/196.5146.550 忽略气体进出口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功，所以生产每kg 压缩空 气所需的轴功为： kgkJhqw/252100.845)0.10.175(0.8146.550 3 s 所以带动此压气机所需的功率至少为： kW w P s 42 60 10 2-9解：是否要用外加取暖设备，要看室内热源产生的热量是否大于通过墙壁和门窗传给 8 外界的热量，室内热源每小时产生的热量为： kJq 5 1098. 13600)1005050000( 热源 小于通过墙壁和门窗传给外界的热量为3 105 kJ，所以必须外加取暖设备，供热量为： hkJQ/101.021098.1103 555 2-10解：取容器内的气体作为研究的热力学系统，根据系统的状态方程可得到系统终态体 积为： 3 2. 1 1 2. 1 1 2 1 12 1.78) 5.0 1 (1)(m p p VV 过程中系统对外所作的功为： 1.78 1 1.78 1 2. 0 1 2. 0 21.2 11 1.2 1.2 11 6.454 0.2 )( kJ VV VpdV V Vp pdVW 所以过程中系统和外界交换的热量为： kJWUQ6 .2246.4548*40 为吸热。 2-11解：此过程为开口系统的稳定流动过程，忽略进出口工质的宏观动能和势能变化，则 有： smmm WqhqhqhQ 117766 由稳定流动过程进出口工质的质量守恒可得到： 176mmm qqq 所以整个系统的能量平衡式为： s767161 )()(WhhqhhqQ mm 故发电机的功率为： kW qhhqhhQWP mm 3 3 116776s 10152.442)(418 3600 700 12)(418 3600 1050 41800 3600 700 )()( 2-12解：由于过程是稳定流动过程，气体流过系统时重力位能的变化忽略不计，所以系 统的能量平衡式为: Sf WcmHQ 2 2 1 其中，气体在进口处的比焓为： 9 kgJvpuh/232940037.01062. 0102100 63 1111 气体在出口处的比焓为： kgJvpuh/16560002. 11013. 0101500 63 2222 气体流过系统时对外作的轴功为： kWW chqmcmHQWffs 6 .27082708600 )300150( 2 1 )23294001656000(10304 ) 2 1 ( 2 1 223 22 所以气体流过系统时对外输出的功率为： kWWP s 6.7082 第三章 思考题 1.理想气体的 p c和 v c之差及 p c和 v c之比是否在任何温度下都等于一个常数？ 答：理想气体的 p c和 v c之差在任何温度下都等于一个常数，而 p c和 v c之比不是。 2. 如果比热容是温度t 的单调增函数，当 12 tt时，平均比热容 1 0 | t c、 2 0 | t c、 2 1 | t t c中哪一 个最大？哪一个最小？ 答：由 1 0 | t c、 2 0 | t c、 2 1 | t t c的定义可知 )( d 1 0 0 1 1 tc t tc c t t ，其中 1 0t )( d 2 0 0 2 2 tc t tc c t t ，其中 2 0t )( d 12 2 1 2 1 tc tt tc c t tt t ，其中 21 tt 因为比热容是温度t 的单调增函数，所以可知 2 1 | t t c 1 0 | t c，又因为 2 0 2 1 12 1 2 0 2 1 12 0 2 1 0)()( 1 0 2 12 1 0 2tt t tt t tt t tt t t cctcctcc tt tctc c 故可知 2 1 | t t c最大， 又因为： 10 0 )()()()( dd)( dd 21 0 112 21 112 0 121 21 1 0 21 21 0 2 0 1 00 12 1 2 1 1 2 1 1 12 12 tt ccttt tt ctttcttt tt tcttctt tt tcttct cc tt t t t t t t t tt tt 所以 1 0 | t c最小。 3. 如果某种工质的状态方程式遵循TRpv g ，这种物质的比热容一定是常数吗？这种物 质的比热容仅是温度的函数吗？ 答：不一定，比如理想气体遵循此方程，但是比热容不是常数，是温度的单值函数。这种物 质的比热容不一定仅是温度的函数。由比热容的定义，并考虑到工质的物态方程可得到： g R T u T v p T u T w T u T wu T q c d d d d d d d d d d d )d( d d 由此可以看出， 如果工质的内能不仅仅是温度的函数时，则此工质的比热容也就不仅仅是温 度的函数了。 4. 在vu图上画出定比热容理想气体的可逆定容加热过程、可逆定压加热过程、可逆定 温加热过程和可逆绝热膨胀过程。 u v 1 2 3 4 答：图中曲线1 为可逆定容加热过程；2 为可逆定压加热过程；3 为可逆定温加热过程；4 为可逆绝热膨胀过程。因为可逆定容加热过程容积v 不变， 过程中系统内能增加，所以为曲 线 1，从下向上。可逆定压加热过程有： vcu cuvcc cvcudvcdv R c PdvP v Tc du PP 1 221 211 000 1 ，所以时，为常数，且考虑到和 所以此过程为过原点的射线2，且向上。理想气体的可逆定温加热过程有： 11 加，气体对外做功，体积增 00wqwqu 所以为曲线3，从左到右。可逆绝热膨胀过程有： 为常数、 21 2 1 11 1 1 cc c vk c udv v c pdvdu kk 所以为图中的双曲线4，且方向朝右（膨胀过程）。 5. 将满足空气下列要求的多变过程表示在vp图sT图上 空气升压，升温，又放热； 空气膨胀，升温，又放热；( 此过程不可能 ) 6.1n的膨胀过程，并判断q、w、u的正负； 3.1n的压缩过程，判断q、w、u的正负。 答： s v T p n= n=0 n=1 n=k 1露点温度 饱和湿空气：干球温度 湿球温度露点温度 8.在相同的温度及压力下，湿空气与干空气相比，那个密度大？ 答：干空气的密度大。 9.同一地区阴雨天的大气压力为什么比晴朗天气的大气压力低？ 答：阴雨天相对湿度高，水蒸气分压力大。 10.若两种湿空气的总压力和相对湿度相同，问：温度高的湿空气含湿量大还是温度 低的湿空气含湿量大？为什么？ 答：由 1 1 662.0 s P P d ，在相同相对湿度的情况下，温度高，Ps大，所以，温度 高含湿量大。 11.早晨有雾，为什么往往是好天气？ 答：早晨有雾， 说明湿空气中含有许多小水滴，湿空气为饱和湿空气，当温度逐渐上升 后，小水滴逐渐汽化，所以往往是好天气。 习题 5-2解：用水蒸气表： 37486.0 35.00010925.0， 所以为湿饱和蒸汽。 39 %93 0010925.037486.0 0010925.035.0 x Ct 0 8 .151 kgkJhxxhh/0.2601)1 ( kgkJsxxss/474.6)1( 查h-s图得到： 92.0x Ct 0 7.150 kgkJh/0.2652 KkgkJs/384.6 53 解： 1、查表得： kgm /52427.0 3 kgkJhh/37.2732 1 所以： kg v V m907.1 2、当MPaP2.0时，比容仍然为 kgm /52427. 0 3 88585.0 0010605.0 所以为湿饱和蒸汽。 3、%1 .59 0010605.088585.0 0010605.052427.0 x kgkJh kgkJh /9.2706 /7.504 kgkJhxxhh/20.1806)1( 2 传出的热量为： kJhhmQ206.176620.180637.2732907.1 21 5-4解：查表得： kgm /89219.0 3 kgkJhh/18.2706 所以： 3 446095.089219.05 .0mvmV Ct 0 80时， 4086.3 89219.000102903.0 所以为湿饱和蒸汽。 %2.26 00102903.04086.3 00102903.089219.0 x 40 kgkJhxxhh/40.938)1( 传出的热量为： kJPPmvhhmuumQ69.816)( 12 5-5 解：查表得到： Ct 0 350时 1 MPa2 Mpa1.3 MPa 1 h ( kJ/kg) 3157.7 3137.2 3151.55 1s (kJ/kg.K) 7.3018 6.9574 7.1985 理想的绝热过程，熵不变，所以有： MPaP005. 0 2 ,KkgkJss/1985.7 12 查表得到P2时的参数： Ct90.32 2 KkgkJs/4762.0,KkgkJs/3952.8 kgkJhkgkJh/2 .2561/77.137， 所以干度为： %89.84 4762.03952.8 4762.019852.7 2 ss ss x 所以出口乏气的焓为： kgkJhxxhh/02.2195)1( 2 根据稳定流动的过程方程，可得： kgkJhhWs/53.956 21 5 6 解：查表并插值得到： CtMPaP 0 100,5.4,kgKJh/95.422 1 CtMPaP 0 480,5. 4,kgKJh/40.3399 2 吸热量为： hKJhhGQ/109529.595.4224.339920000 7 12 需要媒量为： ht Q G/876.2 23000 9.0 5 7 解：查表得到： 当饱和压力为MPaP5.1时 kgKJh/82.844，kgKJh/46.2791 所以： 41 kgkJhxxhh/13.2694)1 ( 查表得到： 当MPaP005.0 2 时 KkgKJs/4761.0KkgKJs/393.8 过热蒸汽在汽轮机中的理想绝热膨胀过程，熵不变，所以有： KkgkJsxxsss/601. 7)1( 21 查图得到： 当MPaP5.1，KkgkJs/601.7时，kgKJh/2.3390 1 所以： kgkJhhQ/07.696 1 58 解：查表得到： 当饱和压力为MPaP4.0时 kgKJh/87.604，kgKJh/49.2738 kgmv/0010835. 0 3 1 ，kgmv/46246.0 3 2 所以： kgmvxxvv/01954416. 0)1( 3 1 kgkJhxxhh/215.690)1( 1 kgkJvphu/4 .682 1111 加热后为MPaP1的干饱和蒸汽 kgKJhh/0.2777 2 kgmv/19430.0 3 kgkJvphu/7.2582 2222 吸热过程为定容过程，所以吸热量为 kJuumQ 7 12 10568. 14.6827 .25828250 所需时间为 min922 17000 Q t 5-9 解：5 .3 1 pMPa、430t的蒸汽处于过热状态，k1.30 由临界压力比可得： 546.0 13.1 2 1 2 13.1 3. 1 1 1 k k cr kP P 所以 2 911. 15 .3546.0PMPaP cr 查图表并插值得到： 42 KkgkJs kgkJh ./94566.6 /73.3291 1 1 理想绝热过程熵不变，所以有： KkgkJss./94566.6 12 查表可得： kgkJh/65.2958 2 所以出口速度为： smhhc/2.8162 21 5-10 解：查表得到： Ct 0 25时，MPaPs003174. 0 所以： 干空气水蒸气kgkg pp p d s s /012.0 003174.06.01.0 003174.06.0 622.0622.0 5-11解：由25. 010 1 ，Ct查表得到： 干空气干空气，kggdkgkJh/2/15 11 加热过程比湿度不变，沿定d线到 Ct50 2 ， 干空气干空气，kggdkgkJh/2/56 22 在干燥器中经历的是绝热加湿过程，其焓值近似不变，沿定h线到Ct 30 3 ， 干空气干空气，kggdkgkJh/10/56 33 所以干空气的流量为 kgma125 210 1000 湿空气的流量为 kgdmm a 25.125002.011251 wet 所消耗的热量为： kJhhmQ a 5125)1556(125 12 5-12解：由8.0,35 Ct o l 查表得到： 干空气kgkJh/110 1 干空气kggd/5.29 1 沿定 d 线到1在沿定Ct o 10 2 到得到 干空气kgkJh/6.27 2 干空气kggd/8 . 7 2 析出水量为： 干空气kggd/7 .21 沿定 d 线到 Ct o 25 3 得到 43 %10 3 干空气kgkJh/30 3 加热量为： 干空气kgkJhhQ/4.2)( 23 5-13解：查表知Ct o g 21对应的饱和压力为PaPs3.1818 Ct o l 16对应的饱和压力为PaPs45.2491 所以%73 s s P P 5-14解：由1,22 22 Ct o 查表得到： 干空气kggd/17 2 加入的水蒸气的量为： gddm9 .11)(7.0 12 由 q q PP P d622. 0及KPaPq65. 2得到： Pa d P PP q q 5 3 3 1099608.0 017.0 1065.2622.0 1065.2 622.0 5-15 解：查表知 Ct o 8对应的饱和压力为干空气，kggdPaPs/65.68.1072 Ct o 18对应的饱和压力为PaP s 2064 所以相对湿度为： %52 s s P P 加热到 40 oC,绝对湿度不变 干空气kggd/65.6，查表得到： %8 5-16 解: 由MPaPCt2,250 1 查表得到 : kgkJh/8 .2897 1 ,KKgkJskgm/603.6,/0152.0 1 3 所以： kg V m3 .4 当冷却到30 0C时 ,比容仍为 kgm /0152.0 3 ,此时为湿蒸汽: 00043.0 00100412.0899.32 00100412.00152.0 x 查表得 : kgkJhkgkJh/35.2553 ,/68.125 kgkJhxxhh/73.126)1( 2 KkgkJsxxss/4366.0)1( 2 总传热量为 44 kJhhmQ6.11915 21 环境的熵变为: KkJ T Q S e e/325.39 30273 6.11915 蒸汽熵变为 : KkJssmS V /52.26 21 金属球的熵变为 KkJ T T crR T T mcS PPs /048.3ln 3 4 3 4 ln 1 233 1 2 总熵变为 : KkJSSSS sVetot /757.9 第五章 思考题 12.热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安装在热水容 器上面，为什么？ 答：保证其压力。 13.锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足wq的关系？为什么？ 答：不对，因为水蒸气不能看作是理想气体，其内能不仅是温度的函数，还是压 力的函数，故此定温过程内能是改变的，U不等于 0。 14.有无 0或低于 0的蒸汽存在？有无低于0的水存在？为什么？ 答：有0或低于 0的蒸汽存在，只要压力足够低就可能，但是没有低于0的 水存在，因为水的三相点温度为0.01，低于三相点温度，只可能是固态或是气 态。 15.25MPa 的水，是否也象1MPa 的水那样经历汽化过程？为什么？ 答：不可以，因为水的临界点压力为22.12 MPa ，故此，当压力高于临界压力时， 它的汽化不经过气液两相区，而是由液相连续的到达气相。 16.dTcdh p 适用于任何工质的定压过程。水蒸气定压汽化过程中dT = 0 ，由此得 出结论，水定压汽化时0dTcdh p ，此结论是否正确？为什么？ 答：不正确，因为定压汽化过程中发生了相变，上式只适用于不发生相变的过程。 17.试解释湿空气、湿蒸汽、饱和湿空气。 答：湿空气：含水蒸汽的空气； 湿蒸汽：含有液态水的水蒸气； 45 饱和湿空气：相对湿度为100的湿空气。 18.对未饱和湿空气与饱和湿空气分别判断干球温度、湿球温度、露点温度三者的大 小。 答：未饱和湿空气：干球温度湿球温度 露点温度 饱和湿空气：干球温度 湿球温度露点温度 19.在相同的温度及压力下，湿空气与干空气相比，那个密度大？ 答：干空气的密度大。 20.同一地区阴雨天的大气压力为什么比晴朗天气的大气压力低？ 答：阴雨天相对湿度高，水蒸气分压力大。 21.若两种湿空气的总压力和相对湿度相同，问：温度高的湿空气含湿量大还是温度 低的湿空气含湿量大？为什么？ 答：由 1 1 662.0 s P P d ，在相同相对湿度的情况下，温度高，Ps大，所以，温度 高含湿量大。 22.早晨有雾，为什么往往是好天气？ 答：早晨有雾， 说明湿空气中含有许多小水滴，湿空气为饱和湿空气，当温度逐渐上升 后，小水滴逐渐汽化，所以往往是好天气。 习题 5-1试利用水蒸气表确定下列各点的状态, 并确定各状态的焓、熵或干度及比体积。 20pMPa，300t； 9pMPa ，017.0vm3/kg； 5.4pMPa，450t； 1pMPa，90.0x。 解： 题 号1 2 3 4 MPap20 9 4.5 1 Ct 0 300 303.31 450 179.88 x0.8138 0.9 v0.0013605 0.017 0.07163 0.17498 )/(kgKJh1333.4 2491.5 3323.8 2575.6 )/(KkgKJs3.2072 5.2430 6.8792 6.1400 状态未饱和水湿饱和汽过热蒸汽未饱和水 46 5-2 已知水蒸气的压力5 .0pMPa、比体积35.0vm 3 /kg，分别用水蒸气表及sh图确 定其状态并求其它参数。 解：用水蒸气表： 37486.0 35.00010925.0， 所以为湿饱和蒸汽。 %93 0010925.037486.0 0010925.035.0 x Ct 0 8 .151 kgkJhxxhh/0.2601)1 ( kgkJsxxss/474.6)1( 查h-s图得到： 92.0x Ct 0 7.150 kgkJh/0.2652 KkgkJs/384.6 5-3一体积为1m 3 的密闭容器内盛有压力为0.35MPa 的干饱和蒸汽， 问容器内蒸汽的质量 为多少？若对蒸汽进行冷却，问当压力降到0.2MPa 时容器内的蒸汽处于什么状态？ 冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少？ 解： 1、查表得： kgm /52427.0 3 kgkJhh/37.2732 1 所以： kg v V m907.1 2、当MPaP2.0时，比容仍然为 kgm /52427. 0 3 88585.0 0010605.0 所以为湿饱和蒸汽。 3、%1 .59 0010605.088585.0 0010605.052427.0 x kgkJh kgkJh /9.2706 /7.504 kgkJhxxhh/20.1806)1( 2 传出的热量为： kJhhmQ206.176620.180637.2732907.1 21 5-4 某容器盛有0.5 kg 、t =120 的干饱和蒸汽，在定容下冷却至80，求冷却过程中蒸 47 汽放出的热量。 解：查表得： kgm /89219.0 3 kgkJhh/18.2706 所以： 3 446095.089219.05 .0mvmV Ct 0 80时， 4086.3 89219.000102903.0 所以为湿饱和蒸汽。 %2.26 00102903.04086.3 00102903.089219.0 x kgkJhxxhh/40.938)1( 传出的热量为： kJPPmvhhmuumQ69.816)( 12 5-5 某汽轮机入口蒸汽的压力3. 1 1 pMPa 、350 1 t，出口蒸汽压力为005. 0 2 p MPa，假定蒸汽在汽轮机内进行理想绝热膨胀，忽略进、出口动能差，求每千克蒸汽流过汽 轮机所作的轴功及乏汽(排汽 )的温度和干度。 解：查表得到： Ct 0 350时 1 MPa2 Mpa1.3 MPa 1 h(kJ/kg) 3157.7 3137.2 3151.55 1 s ( kJ/kg.K) 7.3018 6.9574 7.1985 理想的绝热过程，熵不变，所以有： MPaP005. 0 2 ,KkgkJss/1985.7 12 查表得到P2时的参数： Ct90.32 2 KkgkJs/4762.0,KkgkJs/3952.8 kgkJhkgkJh/2 .2561/77.137， 所以干度为： %89.84 4762.03952.8 4762.019852.7 2 ss ss x 所以出口乏气的焓为： kgkJhxxhh/02.2195)1( 2 根据稳定流动的过程方程，可得： 48 kgkJhhWs/53.956 21 5-6一台锅炉产汽率为20t/h，蒸汽的压力为4.5 MPa ，温度为480，在同样的压力下 进入锅炉的给水的温度为100，若锅炉效率为0.9 ，煤的发热量为23000kJ/kg，求一 小时需多少煤？锅炉效率等于蒸汽总吸热量与燃料总发热量之比。 解：查表并插值得到： CtMPaP 0 100,5.4,kgKJh/95.422 1 CtMPaP 0 480,5. 4,kgKJh/40.3399 2 吸热量为： hKJhhGQ/109529.595.4224.339920000 7 12 需要媒量为： ht Q G/876.2 23000 9.0 5-7蒸汽在5.1pMPa、95.0x的状态下进入过热器，被定压加热成为过热蒸汽后进 入汽轮机， 理想绝热膨胀至005.0pMPa 、90.0x的出口状态， 求每 kg 蒸汽在过 热器中吸热的热量。 解：查表得到： 当饱和压力为MPaP5.1时 kgKJh/82.844，kgKJh/46.2791 所以： kgkJhxxhh/13.2694)1 ( 查表得到： 当MPaP005.0 2 时 KkgKJs/4761.0KkgKJs/393.8 过热蒸汽在汽轮机中的理想绝热膨胀过程，熵不变，所以有： KkgkJsxxsss/601. 7)1( 21 查图得到： 当MPaP5.1，KkgkJs/601.7时，kgKJh/2.3390 1 所以： kgkJhhQ/07.696 1 5-8在蒸汽锅炉的汽锅里储有4.0pMPa 、04.0x的汽水混合物共8250kg。如果关死 出汽阀，炉内燃料燃烧每分钟供给汽锅17000kJ 的热量，求汽锅内压力上升到1MPa 所需的时间。 解：查表得到： 当饱和压力为MPaP4.0时 49 kgKJh/87.604，kgKJh/49.2738 kgmv/0010835. 0 3 1 ，kgmv/46246.0 3 2 所以： kgmvxxvv/01954416. 0)1( 3 1 kgkJhxxhh/215.690)1( 1 kgkJvphu/4 .682 1111 加热后为MPaP1的干饱和蒸汽 kgKJhh/0.2777 2 kgmv/19430.0 3 kgkJvphu/7.2582 2222 吸热过程为定容过程，所以吸热量为 kJuumQ 7 12 10568. 14.6827 .25828250 所需时间为 min922 17000 Q t 5-105.3 1 pMPa、430t的蒸汽流经一拉伐尔喷管后压力降为1 2 pMPa，求理想 情况下喷管出口处汽流的速度。 解：5 .3 1 pMPa、430t的蒸汽处于过热状态，k1.30 由临界压力比可得： 546.0 13.1 2 1 2 13.1 3. 1 1 1 k k cr kP P 所以 2 911. 15 .3546.0PMPaP cr 查图表并插值得到： KkgkJs kgkJh ./94566.6 /73.3291 1 1 理想绝热过程熵不变，所以有： KkgkJss./94566.6 12 查表可得： kgkJh/65.2958 2 所以出口速度为： smhhc/2.8162 21 5-10 测得大气的相对湿度60.0、25t，已知大气压力为0.1 MPa，试求大气的含 湿量d。 解：查表得到： Ct 0 25时，MPaPs003174. 0 50 所以： 干空气水蒸气kgkg pp p d s s /012.0 003174.06.01.0 003174.06.0 622.0622.0 5-11 进入烘干装置的空气温度为10，相对湿度25.0，在加热器里被加热到50， 从干燥室排出时的温度为30。求每蒸发1kg 水分所需的空气流量及所消耗的热量。 解：由 25.010 1 ，Ct查表得到： 干空气干空气，kggdkgkJh/2/15 11 加热过程比湿度不变，沿定d线到 Ct50 2 ， 干空气干空气，kggdkgkJh/2/56 22 在干燥器中经历的是绝热加湿过程，其焓值近似不变，沿定h线到Ct 30 3 ， 干空气干空气，kggdkgkJh/10/56 33 所以干空气的流量为 kgma125 210 1000 湿空气的流量为 kgdmm a 25.125002.011251 wet 所消耗的热量为： kJhhmQ a 5125)1556(125 12 5-12 为了保证精密仪表的精度及电绝缘的质量，要求保管及使用场所的大气不能太潮湿。 如果大气温度为35，相对湿度80.0，则需进行去湿处理，现将其冷却到10，问每 千克干空气的湿空气将有多少水分被分离出来？当这种含湿量已降低的湿空气再次被加热 到 25时，相对湿度为多少？加热量为多少？ 解：由 8 .0,35 Ct o l 查表得到： 干空气kgkJh/110 1 干空气kggd/5.29 1 沿定 d 线到1在沿定Ct o 10 2 到得到 干空气kgkJh/6.27 2 干空气kggd/8 . 7 2 析出水量为： 干空气kggd/7 .21 沿定 d 线到 Ct o 25 3 得到 %10 3 干空气kgkJh/30 3 加热量为： 干空气kgkJhhQ/4.2)( 23 51 5-13 已知房间墙壁的温度为16。如果室内空气的温度为21，试问为防止在墙壁上发生 凝结现象，空气允许的最大相对湿度为多少？ 解：查表知 Ct o g 21对应的饱和压力为PaPs3.1818 Ct o l 16对应的饱和压力为PaP s 45.2491 所以%73 s s P P 5-14 一刚性容器，装有0.7 kg 的干空气，开始的压力和温度分别为10 5 Pa 和 22，然后向 容器内引入水蒸气，直至成为22的饱和湿空气。求：加入了多少水蒸气？ 混合气体的总压力为多少？ 解：由1,22 22 Ct o 查表得到： 干空气kggd/17 2 加入的水蒸气的量为： gddm9 .11)(7.0 12 由 q q PP P d622. 0及KPaPq65. 2得到： Pa d P PP q q 5 3 3 1099608.0 017.0 1065.2622.0 1065.2 622.0 5-15 已知湿空气的温度t = 18、露点8 d t，试求其相对湿度、绝对湿度及含湿量。 如将上述湿空气加热到40，其相对湿度、绝对湿度各为多少？已知大气压力为0.1 MPa。 解：查表知 Ct o 8对应的饱和压力为干空气，kggdPaPs/65.68.1072 Ct o 18对应的饱和压力为PaP s 2064 所以相对湿度为： %52 s s P P 加热到 40 oC,绝对湿度不变 干空气kggd/65.6，查表得到： %8 5-16 一个空心钢球，内径为5.0m，壁厚2mm，内盛2MPa、250的过热水蒸气。这个盛 水蒸气的钢球系统最终被冷却到环境温度30。 求该系统及环境在此冷却过程中的总熵变。 已知钢的比热容450.0ckJ/(kgK)、密度7840kg/m 3。 解: 由MPaPCt2,250 1 查表得到 : kgkJh/8 .2897 1 ,KKgkJskgm/603.6,/0152.0 1 3 所以： kg V m3 .4 52 当冷却到30 0C时 ,比容仍为 kgm /0152.0 3 ,此时为湿蒸汽: 00043.0 00100412.0899.32 00100412.00152.0 x 查表得 : kgkJhkgkJh/35.2553 ,/68.125 kgkJhxxhh/73.126)1( 2 KkgkJsxxss/4366.0)1( 2 总传热量为 kJhhmQ6.11915 21 环境的熵变为: KkJ T Q S e e /325.39 30273 6.11915 蒸汽熵变为 : KkJssmS V /52.26 21 金属球的熵变为 KkJ T T crR T T mcS PPs /048.3ln 3 4 3 4 ln 1 233 1 2 总熵变为 : KkJSSSS sVetot /757.9 第六章 思考题 1.试画出简单蒸汽动力装置的系统图、简单蒸汽动力循环的p-v 图与 T-s 图。 2.既然利用抽气回热可以提高蒸汽动力装置循环的热效率，能否将全部蒸汽抽出来用于回 热？为什么回热能提高热效率？ 答：采用回热措施，虽然对每kg 蒸汽来说做功量减少，但抽汽在凝结时所放出的潜热却全 部得到的利用，进入锅炉给水温度提高了，使每kg 工质在锅炉中吸收的热量大为减少，因 此，提高了循环效率。但抽汽量不是越多越好，是根据质量守恒和能量守恒的原则确定的。 3.蒸汽动力装置循环热效率不高的原因是冷凝器放热损失太大，如取消冷凝器而用压缩机 将乏气直接升压送回锅炉是否可以？ 答：乏气如果是水汽混合的，则不能进行压缩。 如果全部是气体进行压缩，则体积流量太大， 需要采用大尺寸的机器设备，是不利的。 4.卡诺循环优于相同温度范围的其它循环，为什么蒸汽动力循环不采用卡诺循环？ 答：与郎肯循环相同温限的卡诺循环，吸热过程将在气态下进行，事实证明气态物质实现定 53 温过程是十分困难的，所以过热蒸汽卡诺循环至今没有被采用。那么， 能否利用饱和区定温 定压的特性形成饱和区的卡诺循环，从原理上看是可能的，但是实施起来， 有两个关键问题， 一是，汽轮机出口位于饱和区干度不高处，湿度太大使得高速运转的汽轮机不能安全运行， 同时不可逆损失增大，其二，这样的卡诺循环，压缩过程将在湿蒸汽区进行，气液混和工质 的压缩会给泵的设计和制造带来难以克服的困难，因此迄今蒸汽动力循环未采用卡诺循环。 5.如果柴油机在使用过程中，喷油嘴保养不好，致使燃油雾化不良，燃烧延迟，问此时柴 油机的经济性如何？ 答：燃烧延迟，没有充分膨胀便开始排气，这将使热效率显著降低，且排气冒黑烟，这是很 不好的。 6.今有两个内燃机的混合加热循环，它们