热力学课后习题02答案.pdf

第 2 章 热力学第一定律 1 第第 2 章章 热力学第一定律热力学第一定律 2 1 定量工质 经历了下表所列的 4 个过程组成的循环 根据热力学第一定律和状态参 数的特性填充表中空缺的数据 过程 Q kJ W kJ U kJ 1 2 0 100 100 2 3 110 80 190 3 4 300 90 210 4 1 20 60 80 2 2 一闭口系统从状态 1 沿过程 123 到状态 3 对外放出 47 5 kJ 的热量 对外作功为 30 kJ 如图 2 11 所示 1 若沿途径 143 变化时 系统对外作功为 6 kJ 求过程中系统与外界交换的热量 2 若系统由状态 3 沿 351 途径到达状态 1 外界对系统作功为 15 kJ 求该过程与外界 交换的热量 3 若 U2 175 kJ U3 87 5 kJ 求过程 2 3 传递的热量 及状态 1 的热力学能 U1 图 2 11 习题 2 2 解 1 根据闭口系能量方程 从状态 1 沿途径 123 变化到状态 3 时 1231 3123 QUW 得 1 3 47 5kJ30kJ77 5kJU 从状态 1 沿途径 143 变化到状态 3 时 热力学能变化量 1 3 U 保持不变 由闭口系能量 方程 1431 3143 QUW 得 143 77 5kJ6kJ71 5kJQ 即过程中系统向外界放 热 71 5kJ 2 从状态 3 变化到状态 1 时 3 113311 3 UUUUUU 由闭口系能 量方程 3513 1351 QUW 得 351 77 5kJ 15kJ62 5kJQ 即过程中系统从外界 吸热 92 5kJ 3 从状态 2 变化到状态 3 体积不变 3 232 3232 32 3 2 QUWUpdVU 因此 232 332 87 5kJ175kJ87 5kJQUUU 第 2 章 热力学第一定律 2 由 1 3311 87 577 5kJUUUU 得 1 165kJU 2 3 某电站锅炉省煤器每小时把 670t 水从 230 加热到 330 每小时流过省煤器的烟 气的量为 710t 烟气流经省煤器后的温度为 310 已知水的质量定压热容为 4 1868 kJ kg K 烟气的质量定压热容为 1 034 kJ kg K 求烟气流经省煤器前的温度 解 设烟气流经省煤器前的温度为 t 对省煤器列能量平衡方程 c mtc mt 水水水烟烟烟 4 1868 670 330 230 1 034 710 310 t 由上式 可求得烟气流经省煤器前的温度为 692 2 4 一台锅炉给水泵 将凝结水由 p1 6kPa 升至 p2 2MPa 假定凝结水流量为 200t h 水的密度 1000kg m3 水泵的效率为 88 问带动此水泵至少需要多大功率的电动机 解 给水泵所做压缩功是技术功 在压缩过程中水的比体积可看作保持不变 水泵耗功 2 63 21 1 0 0012 106 101994J kg Pt wwvdpv pp 带动水泵所需电动机功率 3 200 10 kg s 1994J kg 125 9kW 3600 0 88 mP P q w P 2 5 制造某化合物时 要把一定质量的液体在大桶中搅拌 为了不致因搅拌而引起温度 上升 该桶外装有冷却水套利用水进行冷却 已知冷却水每小时取走的热量为 29140kJ 化 合物在合成时每小时放出 20950kJ 的热量 求该搅拌机消耗的功率 解 冷却水取走的热量与化合物合成放出的热量之差即为搅拌机消耗的功 搅拌机消耗的功率29140kJ h20950kJ h2275WP 2 6 发电机的额定输出功率为 100MW 发电机的效率为 98 4 发电机的损失基本上 都转化成热能 为了维持发电机正常运行 需要对发电机冷却 将产生的热量传到外界 假 设全部用氢气冷却 氢气进入发电机的温度为 22 离开时的温度不能超过 65 求氢气 的质量流量至少为多少 已知氢气的平均质量定压热容为 cpm 14 3 kJ kg K 解 列能量平衡方程 6 3 100 10 1 0 98414 3 106522 0 984 m q 可得氢气的质量流量2 644kg s9 520t h m q 2 7 某实验室用如图 2 12 的电加热装置来测量空气的质量流量 已知加热前后空气的 温度分别为 t1 20 t2 25 5 电加热器的功率为 800W 假设空气的平均定压质量比热容 为 cpm 1 005kJ kg K 试求每分钟空气的质量流量 第 2 章 热力学第一定律 3 图 2 12 习题 2 7 解 列能量平衡方程 3 1 005 1025 520800 60 m q 可得空气的质量流量8 684kg min m q 2 8 某蒸汽动力厂中 锅炉以 40t h 的蒸汽量供给汽轮机 汽轮机进口处的压力表读数 为 9MPa 蒸汽的焓为 3440kJ kg 汽轮机出口处真空表读数为 95kPa 当时当地大气压力为 0 1MPa 出口蒸汽焓为 2245kJ kg 汽轮机对环境换热率为 6 36 105 kJ h 求 1 进口和 出口处蒸汽的绝对压力分别是多少 2 若不计进 出口宏观动能和重力势能的差值 汽 轮机输出功是多少千瓦 3 如进口处蒸汽流速为 70m s 出口处速度为 140m s 对汽轮 机功率有多大影响 解 1 进口蒸汽绝对压力 1 1 0 1MPa9MPa9 1MPa be ppp 出口蒸汽绝对压力 2 2 0 1MPa0 095MPa0 005MPa bv ppp 2 根据稳定流动能量方程 t QHW 每小时汽轮机所作技术功 输出功 为 tm PQHQqh 57 6 36 10 kJ h40 1000kg h22453440 kJ kg 4 7164 10 kJ h t P 因此汽轮机功率13101 1kWP 3 若计进出口动能差 则稳定流动能量方程形式为 2 1 2 fi QHm cW 22 11 22 tmfmmf PQHqcQqhqc 7227 4 7164 10 kJ h0 5 4014070kJ h 4 687 10 kJ h t P 汽轮机功率13019 4kWP 即功率减少了 81 7kW 2 9 某发电厂一台发电机的功率为 25 000kW 燃用发热量为 27 800kJ kg 的煤 该发电 机组的效率 32 求 1 该机组每昼夜消耗多少吨煤 2 每发一度电要消耗多少千克 煤 1 度电 1kW h 3 600kJ 解 1 煤消耗量为 25000kW 2 81kg s242 8t d 27800kJ kg 32 即每昼夜消耗煤 242 8 吨 第 2 章 热力学第一定律 4 2 每发一度电消耗煤为 3600kJ 0 4047kg 27800kJ kg 32 即发一度电要消耗发热量 为 27800kJ kg 的煤 404 7 克 2 10 某机组汽轮机高压缸进口蒸汽的焓值为 3461kJ kg 出口焓为 3073kJ kg 蒸汽流 量为 380t h 求该汽轮机高压缸产生的功率 解 汽轮机高压缸产生的功率为 12 380t h3461 3073 kJ kg40 96MW mtm Pq wqhh 2 11 某电厂有一台国产 400t h 的直流锅炉 蒸汽出口焓为 3 550kJ kg 锅炉给水焓为 1 008kJ kg 已知燃用发热量为 22 300kJ kg 的煤时 锅炉的耗煤量为 53t h 求 1 该锅炉 的效率 2 若该锅炉产汽量提高到 430t h 耗煤量增加 3t h 入口和出口参数不变 则锅 炉效率有何变化 解 1 锅炉效率为锅炉获得热量与投入热量的比值 400t h3350 1008 kJ kg 79 26 53t h22300kJ kg b 2 430t h3350 1008 kJ kg 80 64 56t h22300kJ kg b 2 12 在一台水冷式空气压缩机的试验中 测出每压缩 1kg 空气压缩机需的功为 176 3kJ kg 空气离开压缩机时比焓增加 96 37kJ kg 求压缩每 kg 空气从压缩机传给大气总 的热量 解 根据开口系稳定流动能量方程96 37 176 379 93kJ kg t qhw 即压缩每 kg 空气从压缩机传给大气的热量为 79 93kJ 2 13 一个拟用氦冷却的高温核反应堆的排热系统如图 2 13 所示 氦入口温度为 t1 230 出口为 t2 40 流量为 5 000t h 水在干冷塔被冷却到 t3 32 流量为 9 000t h 1 试确定水的出口温度 不考虑水经过水泵后的温升 2 如果水回路中由于管道阻力有 0 05 MPa 的压力降 需要水泵提高压力来弥补 且水泵效率为 0 72 试计算所需要的泵功率 3 干冷塔中空气入口温度为 t6 20 出口温度为 t7 70 计算所需空气的流量 已知氦 水 空气的质量定压热容分别为 5 204 kJ kg K 4 1868 kJ kg K 和 1 004 kJ kg K 第 2 章 热力学第一定律 5 图 2 13 习题 2 13 解 1 水流经换热器出口温度为t5 对换热器列能量平衡方程 c mtc mt 氦氦氦水水水 5 204 5000 230 40 4 1868 9000 32 t 5 由上式 可求得水流经换热器出