工程热力学计算题.doc

此文档收集于网络，如有侵权请联系网站删除工程热力学计算题1、已知某柴油机混合加热理想循环，p1=0.17MPa、t1=60,压缩比为v1/v2=14.5,定容升压比p3/p2=1.43,定压预胀比v4/v3=1.42，设工质比热容为定值，CP=1.004kJ/(K)、Cv=0.718kJ/(K),求：（1）试画出该循环的p-v图和T-s图；（2）循环中各点的温度、压力；（3）循环热效率，并于同温度限的卡诺循环热效率作比较。解：（1）试画出该循环的p-v图和T-s图；p-v图；3分T-s图；3分（2）循环中各点的温度、压力；点1：k=CP/Cv=1.004kJ/(K)/0.718kJ/(K)=1.4p1=0.17Mpa=1.7105Pa；t1=60=333K2分点2：1-2为绝热压缩过程T2=T1v1/v2(k-1)=T1v1/v2(k-1)=333K14.50.4=970.5KP2=P1(v1/v2)k=P1k=170kPa14.51.4=7.184106Pa2分点3：2-3为等容过程T3=T2P3/P2=T2=970.5K1.43=1387.8KP3/P2=;P3=P2=7.184106Pa1.43=1.027107Pa2分点4：3-4为等压过程T4=T3v4/v3=T3=1387.8K1.42=1970.7KP4=P3=1.027107Pa2分点5：4-5为绝热膨胀过程v4=RgT4/P4=CP-CvT4/P4=1004J/(K)-718J/(K)1970.7K/1.027107Pa=0.0548m3/kgv5=v1=RgT1/P1=CP-CvT1/P1=1004J/(K)-718J/(K)333K/1.7105Pa=0.5602m3/kgT5=T4v4/v5(k-1)=T4v4/v1(k-1)=1970.7K0.0548/0.56020.4=777.7KP5=RgT5/v5=1004J/(K)-718J/(K)777.7K/0.5602m3/kg=3.97105Pa2分（3）循环热效率，并于同温度限的卡诺循环热效率作比较。t=wnet/q1=1-q2/q1=1-Cv(T5-T1)/Cv(T3-T2)+Cp(T4-T3)=1-319.3/（299.6+585.2）=63.92分c=1-T1/T4=1-333K/1970.7K=83.1t2分2、已知某定压燃气轮机装置理想循环，参数如下：p1=100kPa；T1300K；循环增温比为：=5.24；循环增压比为：p2/p1=12。假设工质为空气且比热容为定值，k=1.4，CP=1.005kJ/(kg.K)。求：（1）试画出该循环的p-v图和T-s图；（2）循环中吸收和放出的热q1和q2和循环功wnet；（3）循环热效率，并于同温度限的卡诺循环热效率作比较。解：、试画出该循环的p-v图和T-s图；p-v图；3分T-s图；3分、循环中吸收和放出的热q1和q2和循环功wnet；1-2、34是绝热过程T2=T1p2/p1(k-1)/k=T1(k-1)/k=300K120.4/1.4=610.2K2分=5.24=T3/T1;T3=5.24T1=1572K1分T4=T3P4/P3(k-1)/k=1572K(1/)(k-1)/k=772.9K1分2-3、4-1为等压过程吸收的热：q1=q2-3=CP(T3-T2)=1.005kJ/(kg.K)(1572-610.2)K=966.6kJ/kg2分放出的热：q2=q4-1=CP(T1-T4)=1.005kJ/(kg.K)(300-772.9)K=-475.3kJ/kg2分循环净功wnet=q1q2=966.6kJ/kg-475.3kJ/kg=491.3kJ/kg2分、循环热效率，并于同温度限的卡诺循环热效率作比较。t=wnet/q1=491.3（kJ/kg）/966.6（kJ/kg）=50.82分c=1-T1/T3=1-300/1572=80.9t2分3、已知某活塞式内燃机定容加热理想循环，工质为空气，压缩比为6,气体压缩过程起点状态是p1=98.1kPa、t1=60,加热过程中气体吸热879kJ/。假定比热容为定值且CP=1.005kJ/(K)、k=1.4,求：（1）试画出该循环的p-v图和T-s图；（2）循环中各点的温度和压力；（3）循环热效率，并于同温度限的卡诺循环热效率作比较。解：（1）试画出该循环的p-v图和T-s图；p-v图2分（2）循环中各点的温度和压力；点1：k=1.4=CP/CV;CP=1.005kJ/(K)CV=CP/1.4=1.005kJ/(K)/1.4=0.718kJ/(K)CP-CV=Rg;Rg=0.287kJ/(K)T1=(60+273.15)K=333.15Kp1=98.1kPa3分点2：P2=P1(v1/v2)k=P1k=98.1kPa61.4=1205.3kPaT2=T1(v1/v2)k-1=T1k-1=333.15K60.4=682.2K3分点3：q1=Cv(T3-T2)T3=T2+q1/Cv=682.2K+879kJ/kg/0.718kJ/(K)=1906KP3=P2(T3/T2)=1205.3kPa1906K/682.2K=3367.5kPa3分点4：P4=P3(v3/v4)k=P3(1/)k=3367.5kPa(!/6)1.4=274.1kPaT4=T1P4/P1=333.15K274.1kPa/98.1kPa=930.1K3分（3）循环热效率，并于同温度限的卡诺循环热效率作比较。t=1-q2/q1=1(T4-T1)/(T3-T2)=1-(930.1K-333.15K)/(1906K-682.2K)=1-596.95/1223.8=0.512=51.22分c=1-T1/T3=1-333.15K/1906K=82.5t2分4、已知某活塞式内燃机定压加热理想循环，压缩比为17,输入1空气的热量q1750kJ/。若气体压缩过程起点状态是p1=100kPa、t1=25,假定比热容为定值且CP=1.005kJ/(K)、Cv=0.718kJ/(K),求：（1）试画出该循环的p-v图和T-s图；（2）循环中各点的温度和压力和比体积；（3）循环热效率，并于同温度限的卡诺循环热效率作比较。解：（1）试画出该循环的p-v图和T-s图；p-v图；2分T-s图；2分（2）循环中各点的温度和压力和比体积；点1：p1=100kPa；T1=298K；Rg=CP-Cv=1.005kJ/(K)-0.718kJ/(K)=0.287kJ/(K)v1=RgT1/P1=0.287kJ/(K)298K/100kPa=0.8553m3/kg3分点2：v2=v1/=0.8553m3/kg/17=0.0503m3/kgk=CP/Cv=1.005kJ/(K)/0.718kJ/(K)=1.4P2=P1v1/v2k=100kPa171.4=5279.9kPaT2=P2v2/Rg=5279.9kPa0.0503m3/kg/0.287kJ/(K)=925.4K另一方法;T2=T1(v1/v2)k-1=298K170.4=925.5K3分点4：q1=Cp(T4-T2)T4=T2+q1/Cp=925.4K+750kJ/1.005kJ/(K)=1496.3KP4=P2=5279.9kPav4=RgT4/P4=0.287kJ/(K)1496.3K/5279.9kPa=0.0813m3/kg点5：v5=v1=0.8553m3/kgP5=P4v4/v5k=P4v4/v1k=5279.9kPa0.0813m3/kg/0.8553m3/kg1.4=195.8kPaT5=P5v5/Rg=195.8kPa0.8553m3/kg/0.287kJ/(K)=583.5K(另一方法：T5=P5T1/P1=195.8kPa298K/100kPa=583.5K)3分（3）循环热效率，并于同温度限的卡诺循环热效率作比较。t=1q2/q1=1Cv(T5T1)/CP(T4T2)=1(T5T1)/k(T4T2)=1-285.5/(1.4570.9)=64.32分c=1TL/TH=1-298K/1496.3K=80.12分5、设气缸中有1kg氧气，其压力为0.1MPa、温度为70。如进行一个定压过程，气体对外作功8kJ。试求过程中气体（1）热力学能的变化；（2）熵的变化；（3）气体的吸收热量。设比热容为定值，已知：氧气的气体常数为0.2598kJ/(kg.K),比定容热容为0.625kJ/(kg.K)。解：m=1kg氧气;P1=P2=0.1Mpa;T1=343K;Rg=0.2598kJ/(kg.K);Cv=0.625kJ/(kg.K);Cp=Cv+Rg=0.625kJ/(kg.K)+0.2598kJ/(kg.K)=0.8848kJ/(kg.K);3分（1）热力学能的变化P1=P2w=Pv=P(v2v1)=8kJ=P2v2P1v1=Rg(T2T1)T2T1=8kJ/kg/0.2598kJ/(kg.K)=30.79K3分T2=30.79K+343K=373.79K2分u=Cv(T2T1)=0.625kJ/(kg.K)30.79K=19.24kJ/kg4分（2）熵的变化s=Cpln(T2/T1)=0.8848/(kg.K)ln(373.79/343)=0.07606kJ/(kg.K)4分（3）气体的吸收热量u=qwq=u+w=19.24kJ/kg+8kJ/kg=27.24kJ/kg4分6、已知乙醇在48.4时的饱和蒸气压为26.66kPa，乙醇的正常沸点为78；试求：（a）表示蒸气压与温度关系的方程式ln(P/Pa)=A/TB中的常数A和B；（b）乙醇的摩尔蒸发焓；（c）在多大压力下乙醇的沸点为100解:（a）方程式ln(P/Pa)=A/TB中的常数A和B；ln(101325Pa/Pa)=A/351KB3分ln(26660Pa/Pa)=A/321.6KB3分A=5126.5K3分B=26.13分（b）乙醇的摩尔蒸发焓；把lnP=(-vapHm/R)/T+C与ln(P/kPa)=26.15126.5/(T/K)比较vapHm/R5126.5K；2分vapHm5126.5K8.314JK-1mol-142.62kJmol-12分（c）在多大压力下乙醇的沸点为100100=373K带入ln(P/Pa)=26.15126.5/(T/K)ln(P/Pa)=26.15126.5/373P=232.36kPa4分7、有一台压缩机用于压缩氮气，使其压力由0.3MPa提高到0.9MPa。设比热容为定值及进口温度为500K,试求压缩过程中消耗的体积功和技术功：（1）压缩过程为绝热可逆过程；（2）压缩过程为定温过程。对于氮Rg=0.2968kJ/(kg.K)；CV=0.741kJ/(kg.K)；1.4。解:（1）压缩过程为绝热可逆过程；初态P10.3Mpa;T1=500K;终态P20.9MpaRg=0.2968kJ/(kg.K)；CV=0.741kJ/(kg.K)；1.4。过程为绝热可逆过程q=0;T2=T1P2/P1(k-1)/k=500K0.9Mpa/0.3Mpa0.2857=684.4K4分体积功：u=qww=Pdv=-u=CV(T1T2)=0.741kJ/(kg.K)(500K-684.4K)=-136.6kJ/kg4分另一方法：w=1/(k-1)RgT11-(p2/p1)(k-1)/k=2.50.2968kJ/(kg.K)500K1-1.369=-136.8kJ/kg技术功：Wt=-vdP=kw=1.4(-136.6kJ/kg)=-191.2kJ/kg另一方法：wt=k/(k-1)RgT11-(p2/p1)(k-1)/k=3.50.2968kJ/(kg.K)500K1-1.369=-191.5kJ/kg4分（2）压缩过程为定温过程。初态P10.3Mpa;T1=500K;终态P20.9MpaRg=0.2968kJ/(kg.K)；CV=0.741kJ/(kg.K)；1.4。过程为定温过程T2=T1;T=0;u=qw=0体积功：w=Pdv=RgT1ln(p1/p2)=0.2968kJ/(kg.K)500Kln(0.3Mpa/0.9Mpa)=-163.0kJ/kg4分技术功：Wt=-vdP=RgT1ln(p1/p2)=-163.0kJ/kg4分8、固态苯的饱和蒸气压与绝对温度的函数关系为：ln(P/Pa)=27.575320/(T/K)液态苯的饱和蒸气压与绝对温度的函数关系为为：ln(P/Pa)=23.334109/(T/K)试求：（1）苯的三相点的温度、压力；（2）三相点的蒸发焓、升华焓和熔化焓；（3）三相点的熔化熵。解:（1）苯的三相点的温度、压力；ln(P/Pa)=27.575320/(T/K)意识到ln(P/Pa)=23.334109/(T/K)27.575320/(T/K)=23.334109/(T/K)carve vt. 雕刻；刻记T=285.6K4分slip vi. 滑动；滑行；滑跤ln(P/Pa)=27.575320/307.4=10.56bruise n. & vi. 瘀伤；擦伤P=7650.7Pa4分sneaker n. 运动鞋（2）三相点的蒸发焓、升华焓和熔化焓；bronze n. 青铜；青铜色；把lnP=(-vapHm/R)/T+Cwallet n. 皮夹；钱包与ln(P/Pa)=23.334109/(T/K)比较teens n. 十几岁（13至19岁的年龄）vapHm/R4109K；vapHm4109K8.314JK-1mol-134.