工程热力学课后习题整理.pdf

第二章 热力学第一定律 2 1 一辆汽车在1 1 h内消耗汽油37 5 L 已知通过车轮输出的功率为 64 kW 汽油的发热量为44 000 kJ kg 汽油的密度为0 75 g cm3 试 求汽车通过排气 水箱散热及机件的散热所放出的热量 解 37 5 L 37 5 3 10 3 cm 消耗汽油量 m 37 5 3 10 0 75 3 10 28 13 kg 汽油燃烧发出的热量 Q1 28 13 440 00 1 238 6 10 kJ 1 1小时内汽车发出功 W0 64 3600 1 1 2 5344 5 10 kJ h 所以通过排气 机件散热所发出的热量 Q2 1 238 6 10 2 5344 5 10 9 8456 5 10 kJ 2 2 一台工业用蒸汽动力装置 每小时能生产11600 kg蒸汽 而蒸汽 在汽轮机中膨胀作功输出的功率为3800 kW 如果该装置每小时耗煤 1 450 kg 煤的发热量为30000 kJ kg 而在锅炉中水蒸气吸收的热量 为2550 kJ kg 试求 1 锅炉排出废烟气带走的能量 2 汽轮机排出 乏汽带 走的能量 解 1 每小时该装置煤的发热量 Q1 145 0 30000 435 5 10 kJ h 每小时锅炉中水蒸汽吸热 Q2 11600 2550 295 8 5 10 kJ h 所以废气带走的热量 Qg Q1 Q2 435 5 10 295 8 5 10 1 392 7 10 kJ h 2 每小时汽轮机输出功 W0 3800 3600 136 8 5 10 kJ h 所以乏汽带走的能量 Ww Q2 W0 295 8 5 10 136 8 5 10 1 59 7 10 kJ h 2 3 夏日室内使用电扇纳凉 电扇的功率为0 5 kW 太阳照射传入的 热量为0 5 kW 当房间密闭时 若不计人体散出的热量 试求室内空 气每小时热力学能的变化 解 以密闭房间内的物质为系统 CM 根据热力学第一定律有 U Q W 0 5 0 5 3600 3600 kJ h 2 4 一热交换器利用内燃机废气加热水 若热交换器中气和水的流动 可看作稳定流动 且流动动能及重力位能的变化可忽略不计 已知水 受热后每秒钟焓增加了25 kJ 试分析热交换器的能量转换关系 并求 废气焓值的变化 解 对于热交换器有 Q H 2 H1 即水接受的热量等于其焓值的增加 也等于废气焓值的变化 H g 25 kg s 2 5 有一台空气涡轮机 它所应用的压缩空气的焓为310kJ kg 而排 出空气的焓为220 kJ kg 若空气的流动为稳定流动过程 且进 出口 处的流动动能及重力位能的变化不大 试求涡轮机的轴功 解 对于涡轮机 Ws h2 h1 310 220 90 kJ kg 2 6 某压气机所消耗的功率为40 kW 压缩前空气的压力为0 1 MPa 温度为27 压缩后空气的压力为0 5 MPa 温度为150 已 知 空 气 热 力 学 能 变 化 的 关 系 式 U 1 2 kJ kg 0 716 T2 K T1 K 若压缩过程中空气和外界没有热交 换 且进 出口流动动能和重力位能的变化可忽略不计 试求稳定工 况下压气机每分钟的吸气量 解 对于压气机有 Ps H 2 H1 qm u1 2 p2 v2 p1v1 qm u1 2 R T2 T1 则稳定工况下压气机每分钟的吸气量为 2 7 一真空容器 因密封不严外界空气逐渐渗漏入容器内 最终使容 器内的温度 压力和外界环境相同 并分别为27 及101 325 Pa 设 容器的容积为0 1 m3 且容器中温度始终保持不变 试求过程中容器 和环境交换的热量 解 以大气这一固定的物质为研究对象 空气进行的是定温膨胀过程 U 0 由热力学第一定律 Q U W 有 Q