工程热力学课后习题华永明版.doc

第一章 3、现代发电机组中，用压力测量仪表在四个地方测量，读数分别为：表压25.6MPa、表压0.65MPa、表压3kPa、真空度98kPa，当时大气压力为101.3kPa，求所测四个地方的绝对压力。解答： 4、西方国家经常使用华氏度作为温度单位，例如测量到某人的体温为100，请求出对应的摄氏温度，并判断100的体温可能吗？。解答： 习题图1-6 5、我国进口发电机组中经常会用到一些不是整数的参数，例如发电机组出口蒸汽温度设计值为538，请求出对应的华氏温度，并分析为什么会出现非整数的温度。解答： 6、用内充水银的U形管压力计测量压力，管内出现以下两种情况：一为水银柱中出现20mm高的空气泡，二是水银柱中混入了水，形成一个20mm高的水柱，请求出两种情况下的的压力p。解答：可见，气体柱的压力可以忽略。第二章 习题图2-5 5、某封闭系统进行如图所示的循环，12过程中系统和外界无热量交换，但热力学能减少50kJ；23过程中压力保持不变，p3=p2=100kPa，容积分别为V2=0.2m3，V3=0.02 m3；31过程中保持容积不变。求：各过程中工质所作的容积功以及循环的净功量；循环中工质的热力学能变化以及工质和外界交换的热量；解答： 6、水可视作不可压缩。现对一绝热封闭容器内的水加压，加压前水的容积为0.1m3，压力为0.2MPa，加压后压力为1.2MPa。求：（1） 加压过程中外界对水所作容积功；（2） 水的热力学能的变化；（3） 水的焓的变化。解答： 8、空气在压缩机中被压缩，压缩前的参数为p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg，压缩后的参数为p2=0.8MPa，v2=0.175m3/kg，压缩过程中每kg空气的内能增加了146 kJ/kg，同时向外放出热量50kJ/kg，压缩机压缩空气的量为10kg/min，忽略散热及工质的动能位能差。求：（1）压缩过程中每kg空气的压缩功（容积功）。（2）气体消耗的技术功。（3）外界需要向压缩机输入的功率（由轴功决定）。解答：（1） （2）跟踪流动的工质，为闭口系： （3）稳定流动能量方程： 9、锅炉生产的2980 t/h流量的过热蒸汽进入汽轮机高压缸后，经一热力过程从焓3475.5 kJ/kg降至2990.0 kJ/kg，求：（1） 若忽略汽轮机的散热、动能和位能差，则高压缸的电功率为多少；（2） 若散热为1.1107kJ/h，求散热造成的功率损失；（3） 若汽轮机进口蒸汽的流速为50m/s，出口蒸汽流速为150m/s，求动能差造成的功率损失；（4） 若汽机出口比进口低2.5m，求进出口高差对汽轮机功率的影响。解答：（1） 忽略汽轮机的散热、动能和位能差 （2） 散热 （3）动能差 （4）位能差 第三章 3、两台可逆卡诺热机串联工作，A工作于700和t 的热源间，B热机工作于t 和20的热源间，吸收A热机排出的废热对外作功。求：（1） 当两台热机的热效率相同时，热源t的温度；（2） 当两台热机输出的功相等时，热源t的温度。解答： 效率相等时： 输出功相等时： 4、一可逆热机工作在三个热源之间，热源温度如图，若热机从热源1吸热1600kJ，并对外做功250kJ，试求另两个热源的传热量和传热方向，并用图表示。解答： 热量的正负号，以工质吸热为正：解以上2式，得Q2=-1500kJ，Q3=150kJ，说明热源2吸热，而热源3放热。7、某动力循环，工质在温度440下得到3150kJ/kg的热量，向20的低温热源放出1950kJ/kg的热量，如果工质没有其他热量交换，问此循环满足Clausius不等式吗？解答：满足Clausius不等式，其循环积分值为-2.237kJ/(kg.K)。8、内可逆的卡诺热机，工作于2000K和300K的热源间，工质的高温为1900K，工质的低温为400K，设每一循环中工质从高温热源吸热100kJ/kg。求：（1） 该热机的效率和每一循环中的功量、废热；（2） 高温热源和低温热源的熵变；（3） 工质在各过程中的熵变和循环的总熵变。解答：11、深层海水的温度4，热带表层10m海水的平均温度为37，假设深层海水的质量无穷大，若在深层海水和表层海水间装一热机，该热机利用表层10m海水降温至27所放出的能量来作功，已知水的比热为4.1868 kJ/(kgK)。求：（1） 每kg表层海水降温过程中放出的热量和熵变；（2） 深层海水的熵变、热机的废热量和作功量；（3） 求1km2海域能够输出的功量（kWh）。（4） 我国2012年底的发电量为4.94万亿kWh，求提供这些电量需要的海域面积。解答：（1）（2）（3）（4）12、将3kg温度为0的冰，投入盛有20kg温度为50的水的容器中，容器保持绝热，已知水的比热为4.1868 kJ/(kgK)，冰熔解热为333.5kJ/kg，忽略冰熔解时体积的变化。求：（1） 系统平衡时的温度；（2） 冰的熵变，冰熔解生成的水的熵变和容器中原有水的熵变；（3） 若环境温度为20，求该过程中系统可用能的损失。解答：（1）假设3kg的冰能全部融化，最后混合的温度为tm , 3kg冰以下标1表示，20kg水以下标2表示，根据热量守恒的关系：（2）熵的变化量由三部分构成，即3kg冰融化时的熵增,融化后从0升到tm 的熵增和20kg水降温到tm 的熵减。（3）系统可用能的损失习题图3-315、如图一烟气余热回收方案。设烟气的比热容c1100J/（kg.K），试求：（1） 烟气流经换热器传给热机工质的热量；（2） 热机排给大气的最少热量；（3） 热机输出的最大功。 解答：（1）高温烟气传给工质的热量： （2）当热机可逆时，热机作功最大，放给低温热源的热量最少，此时的热机效率和放热量分别为：（3）热机输出的最大功 (等于向低温热源放热最少时的输出功量)第四章 3、海洋深处埋藏一种名为可燃冰的物质，它能在某些情况下放出甲烷。若在海洋深处4000m处产生了一个体积为100m3的甲烷气泡，求它上升至海洋表面时的体积为多大？设海水的密度均匀，为1.025103kg/m3，4000m深处海水温度为4，海洋表面温度为27 ，当时大气压为101kPa。解答：5、容积为2.5m3的空气罐，原来的参数为0.05MPa（表压）、18，现充气至0.42MPa（表压），充气后温度为40，当时大气压为100kPa，求充进空气的质量。（空气参数查附录1）解答：7、汽油燃烧产生的烟气可视作理想气体，现测得烟气中各成分的容积为：N2：60%，O2：4%，CO2：21%，H2O：15%。求：（1） 1mol混合气体中各组分的mol数；（2） 各组分的质量成分；（3） 混合气体的分子量和气体常数。解答： 10、一定量的封闭空气由温度300K、压力0.15MPa的1点开始，经历两种过程到达相同终点：A过程为等压过程，直接吸热至480K；B过程先等温吸热膨胀、再以等容过程增压。试完成以下计算分析：（1） 在同一p-v图和T-s图上表示两个过程；（2） 过程中空气的热力学能变化、焓变化和熵变化；（3） 过程中空气的吸热量和作功量。解答： 图如下（1）定压过程12（2）定温过程13和定容过程32组成的复合过程11、空气从温度800K、压力5.5MPa的状态1经一绝热膨胀过程至状态2，用A仪器测得状态2参数为温度485K、压力1.0MPa，用B仪器测得状态2参数为温度495K、压力0.7MPa，试判断参数A和B中哪个可能正确，并说明理由。解答： 12、空气从温度300K、压力0.1MPa的1点开始压缩到压力为0.6MPa的终点，试计算下列情况下的容积功、技术功和热量。（1） 等温过程；（2） 等熵过程；（3） n=1.25的多变过程。解答： 定温过程：定熵过程：多变过程： 习题4-1414、一体积为0.002m3的绝热活塞-气缸如图如示，活塞无摩擦，初始位置在正中间，两边有25，0.1MPa的空气。现用电热丝对左边气体加热，使压力上升到0.2MPa，求：（1） 右边空气被压缩后的终温；（2） 右边空气得到的压缩功；（3） 左边空气的终温；（4） 电热丝加入系统的热量；（5） 左边空气经历的多变过程的指数；（6） 在同一p-v图和T-s图表示左右气体经历的过程。注意：研究对象不是1kg，故功、热量应求出总量。解答： (1) 右边气体的终温(2) 右边气体的容积功(3) 左边气体的终温(4) 左边电热丝加入的热量等于左边气体内能增量与膨胀功（右边气体得到的压缩功）之和 (5) 左边气体经历的过程15、在一绝热的封闭气缸（0.2m3）中有一无摩擦的导热活塞，开始时该活塞被固定在气缸中间，左右容积相等。左半部分盛有300K，0.2MPa的空气，右半部分盛有300K，0.1MPa的空气，活塞释放后系统达到新的平衡点，求该平衡点的温度、压力和熵的总变化量。解答： 终点温度：终点压力：熵变：16、压力为1.2MPa、温度为380K的压缩空气在管道内流动，由于管道的摩擦和散热，空气流至一节流阀前压力降为1MPa，温度降为300K，流经节流阀后压力继续降至0.7MPa。求：（1） 空气在节流阀前的管道内散至环境的热量；（2） 空气在节流阀后的温度。解答： 这是一个有散热的流动和节流的复合过程，由于节流过程比较快，一般以绝热处理第六章 3、空气在压缩机中被绝热压缩，压缩前空气的参数为0.1MPa、25；压缩后空气的参数为0.6MPa、240。求：（1） 可逆时压缩机压缩1kg空气所耗的功；（2） 该压缩机压缩1kg空气所耗的功；（3） 该压缩机的效率。解答： 4、单级活塞式压缩机需要把空气从0.1MPa、27压缩至0.7MPa，试计算三种方式下压缩机的各项，即：压缩终温、起点和终点比容、吸入功、升压功、排出功、总功，结果请用表格表示。（1） 等温压缩；（2） n=1.2的多变压缩；（3） 绝热压缩。解答： 终态温度、比容计算：参见理想气体过程方程计算； 吸入功、升压功、排出功、总耗功：参见书中计算式6-9（总耗功 = 升压功 + 排出功 - 吸入功） 等温方式多变方式等熵方式初温300.00 300.00 300.00 初压0.10 0.10 0.10 终压0.70 0.70 0.70 指数1.00 1.20 1.40 终温300.00 414.93 523.09 比容10.86 0.86 0.86 比容20.12 0.17 0.21 吸入功86.13 86.13 86.13 升压功167.60 164.98 160.12 排出功86.13 119.13 150.18 总耗功167.60 197.97 224.17 第七章 3、汽油机以空气为工质，进气参数为0.1MPa、50，压缩比为6，每一循环中加入的热量为750kJ/kg，求循环的最高温度、最高压力、循环的净功和理论热效率。解答：（下标1,2,3,4参见书中图7-2）（1）最高温度T3（2）最高压力p3（3）循环净功w0（4）理论热效率第八章 4、解答： （1）0.l7MPa压力下饱和温度115（2）0.1 MPa饱和蒸汽的比容为1.694 m3/kg结果1）：如果2L水指大气压下的体积，则m=2kg，结果2）：如果2L水指0.l7MPa压力下的体积，则m=1.894kg，5、解答： 由p2=0.1MPa，t2=120，查得h2=2716.48 kJ/kg 由p2=0.1MPa查得 6、解答： (1)蒸汽需要的热量由烟气等压放热提供：（2）产生1kg蒸汽时各部分熵变： （3）可用能损失：