工程热力学第五版习题答案

1、4-11kg空气在可逆多变过程中吸热第四章40kJ,其容积增大为v2=10v1,压力降低为p2=p1/8,设比热为定值，求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焰和嫡的变化。解：热力系是1kg空气过程特征：多变过程ln(p2/p1)ln(1/8)nln(v1/v2)ln(1/10)因为qCnT内能变化为5一Cv-2R=717.5J/(kg,K)77=1004.5J/(kgcpRc,25vn二k=3587.5J/(kg,K)cCv5cvn4二4二n13JucvTqc/c=8x10vn膨胀功：w=q=u=32x103JA=A=A3J轴功：wnws28.8X10A=十焰变：hcTku3Jx8=11.2x

2、101.4嫡变:v2cplnv1cvlnp2p1=0.9=0.82x103J/(kgK)4-21kg空气、初始状态为p10.5MPa,t1150C,进行下列过程:(1)可逆绝热膨胀到p2=0.1MPa；(2)不可逆绝热膨胀到p20.1MPa,T2300K;(3)可逆等温膨胀到p20.1MPa；(4)可逆多变膨胀到p20.1MPa,多变指数n2；试求上述各过程中的膨胀功及嫡的变化，弁将各过程的相对位置画在同一张pv图和Ts图上解：热力系1kg空气(1)膨胀功:k1阡1p2k3Jw1(=111.9X10k1p1嫡变为0(2)WA=uc(T1T2)v=88.3X10T2sCpInT1p2Rln=11

3、6.8J/(kgK)p1产3J/(kgK)二w-RT1ln=195.4x10p2p1sRln_=0.462X103J/(kgK)p2_n1RT1p2(4)w1()=67.1X10np13Jn1p2T1()p1189.2KT2p2sCplnRln=346.C/(kgK)T1p1A=4-3具有1kmol空气的闭口系统，其初始容积为1m3,终态容积为10m3,当初态和终态消度均100C町强计算该闭口系统对外所作的功及嫡的变化。该过程为：（1）可逆定温膨胀；（2）向真空自由膨胀。解：（1）定温膨胀功V2wmRTlnV1101.293*22.4*287*373*ln17140kJV2smRln19.14

4、kJ/KV1(2)自由膨胀作功为0V2mRln19.14kJ/KV14-4质量为5kg的氧气，在30c温度下定温压缩，容积由333m变成0.6m,问该过程中工质吸收或放出多少热量？输入或输出多少功量？内能、焰、嫡变化各为多少?627.2kJ解：qmRTlnVVV1放热627.2kJ因为定温，内能变化为0.65*259.8*300*In30,所以wq内能、焰变化均为0嫡变:V2smRlnV12.1kJ/K4-5为了试验容器的强度，必须使容器壁受到比大气压力高力等于大气压力。温度为13c的空气充入受试验的容器内,0.1MPa的压力。为此把压然后关闭进气阀弁把空气加热。已知大气压力和嫡的变化为多少？

5、解：（1）定容过程B=101.3kPa,试问应将空气的温度加热到多少度？空气的内能、焰-P2T2T1286P1100101.3*568.3K101.3A=(2)A内能变化:uCv(T2T1)5*287*(568.3286)202.6kJ/kgCp(T2T1)7*287*(568.32286)283.6kJ/kgP20.49kJ/(kg.K)lnP14-66kg空气由初态p1=0.3MPa,t1=30p2=.1MPa:IT7定温过程；（2）定嫡过程;二C,经过下列不同的过程膨胀到同一终压（3）指数为n=1.2的多变过程。试比较不同过程中空气对外所作的功，所进行的热量交换和终态温度。解：（1）定温

6、过程WmRTlnP16*287*303P20.3*ln0.1573.2kJT2=T1=30C(2)定嫡过程2870.11.41P2)kT11(P16*1.41*3031*)351.4kJ(1.40.3Q=0T1(k1kP2)221.4KP1（3）多变过程n1Tp22T1()=252,3KnPlR287WmT1T26*303252,3436.5kJn11.21nkQmcn(T2T1)6*Cv*(252.3303)218.3kJn14-7已知空气的初态为p1=0.6MPa,v1=0.236m3/kgo经过一个多变过程后终态变化为p2=0.12MPa,v2=0.815m3/kgo试求该过程的多变指数

7、，以及每千克气体所作的功、所吸收的热量以及内能、焰和嫡的变化。解：（1）求多变指数ln(p2/p1)nln(v1/v2)ln(0.12/0.6)=1.30ln(0.236/0.815)1千克气体所作的功1 1wp1v1p2V2n11.31吸收的热量nkqCn(T2T1)n1k1.31.41=(0.12*0.1.311.41内能：一0.6*0.2360.12*0.815)Rnk1(T2T1)p1n1k136.5kJ/kg8250,6*0.236)146kJ/kg2211)vpv焰:嫡:0.8150.121004.5*ln717.4*ln=90J/(kg.k)0.2360.6u国=w146-36.

8、5=-4095kJ/kgkhCp(T2T1)(p2v2p1v1)153.3kJ/kgk1v2p2scplnCvlnv1p1A4-81kg理想气体由初态按可逆多变过程从400c降到100C,压力降为p211p，6已知该过程的膨胀功为200kJ,吸热量为40kJ,设比热为定值，求该气体的C和Cvp解:uCv(T2T1)160kJC=533J/(kg.k)vRw(T1T2)n1解得：n=1.49n1RT1p2(n1)=200kJn1p1R=327J/(kg.k)代入解得：c=533+327=860J/(kg.k)p1/3,然后定温膨胀，经过两个4-9将空气从初态1,t1=20C,定嫡压缩到它开始时容

9、积的过程，空气的容积和开始时的容积相等。求1kg空气所作的功k1RT1p2RT1v1287*293oo0ok11.41解：w11()1()13kk1p1k1v21.41=-116kJ/kgv1二k1T2T1()=454.7Kv2v3w2RT2ln287*454.7*ln(1/3)=143.4kJ/kgv2w=w1+w2=27.4kJ/kg4-101kg氮气从初二1定压膨胀到终态2,然后定嫡膨胀到终态3。设已知以下各参数：t1=500C,v2=0.25m3/kg,p3=0.1MPa,v3=1.73m3/kg。求(1)1、2、3三点的温度、比容和压力的值。解：p2(2)在定压膨胀和定嫡膨胀过程中内

10、能的变化和所作的功。v3kp3()v20.1*1.731.4()=1.5MPa0.256P2v21.5*0.25*10T2=1263KR296.8p1=p2=1.5MPaT1=0.15m3/kgv1=2二一二vT2=二6P3v30.1*1.73*10T3=583KR296.8A=(2)定压膨胀uCv(T2T1)364kJ/kg=AwR(T2T1)145.4kJ/kg定嫡膨胀uCv(T3T2)505kJ/kgR一wT2T3-505kJ/kgk1或者：其q=0,wu=-505kJ/kg3一、.4-111标准m的空气从初态1p1=0.6MPa,t1=300C定尴膨胀到状态2,且v2=3v1。空气由状

11、态2继续被定温压缩，直到比容的值和开始时相等，v3=v1，求1、2、3点的参数(P,T,V)和气体所作的总功。解：，RT1v1287*5733/kg0.274mp15610v11k1.4p2p1()0.6*()0.129MPav23v1k10.4)T2T1()v2573*(3369KV2=3V1=0,822mT3=T2=369KV3=V1=0.274mv2p3p2()v33v10.129*v10.387MPa4-12底气机抽吸大气中的空气弁将其定温压缩至p2=5MPa3如压缩150标准m空气,试求用水冷却压气机气缸所必须带走的热量。设大气处于标准状态O的p10.101325解：产6QWp1V1

12、ln0.101325*10*150*In-59260kJp254-13=恭塞式压气机吸入温.度t1=20C和压力p1=0.1MPa的空气，压缩到p2=0.8MPa,压气3机每小时吸气量为600标准mO如压缩按定温过程进行，问压气机所需的理论功率为多少千瓦？若压缩按定嫡过程进行，则所需的理论功率又为多少千瓦？解：定温：pV100000600m0.215kg/sRT287*273*3600二p1WsmRT1In37.8KWp2定嫡k1kRT1p2W11()一m二k0.215*1.4*287*29311.410.8()4=-51.3KW1.410.1414某工厂生产上需要每小时供应压力为0.6MPa

13、的压缩空气600kg;设空气所初始温度为20e,压方分0/MPa。求压气机需要的最小理论功率和最大理论功率。若按n=1.22的多变过程压缩，需要的理论功率为多少？解：最小功率是定温过程m=600/3600=1/6kg/sp1WsmRT1In=-25.1KWp2最大功率是定嫡过程k1kRT1p2W132.8KWm1()kspk11多变过程的功率nRT1W1m1sn1P2n()-29.6KWP1415实验室需要压力为6MPa的压缩空气，应采用一级压缩还是二级压缩？若采用二级压缩，最佳中间压力应等于多少？设大气压力为0.1,大气温度为20,压缩过程多变指数n=1.25,采用中间冷却器能将压缩气体冷却

14、到初温。试计算压缩终了空气的温度。解：压缩比为60,故应采用二级压缩。中间压力:p2p1p30.775MPan1np33T2()=441Kp24-16有一离心式压气机，每分钟吸入p1=0.1MPa,t1=16C的空气400m3,排出时p2=1.4MPa,t2=75C。设过程可逆，试求：此压气机所需功率为多少千瓦？该压气机每分钟放出的热量为多少干焦?解:p1V1=8.04kg/sRT1ln(p2/p1)=1.13ln(v1/v2)Wsmnw(2)QnRmnk(cvT1(T1T2)1183KW121)T=-712.3kJ/s417.三台空气压缩机的余隙容积均为6%,进气状态均为0.1MPa、27C

15、,出口压力均为1.4MPa,但压缩过程的指数不同，分别为：效率（假设膨胀过程的指数和压缩过程的指数相同）n1=1.4,n2=1.25,n3=1。试求各压气机的容积解:p21c()n1n=1.4:136.6)1.41n=1.25:v10.06*(0.87v=0.840.1n=1:v=0.76+十一章11-1空气压缩致冷装置致冷系数为2.5,致冷量为84600kJ/h,压缩机吸入空气的压力为0.1MPa,温度为-10C,空气进入膨胀机的温度为20C,试求：压缩机出口压力；致冷剂的质量流量；压缩机的功率；循环的净功率。解：压缩机出口压力p2Pl故：P2p1(k1)/k(k/(k1)1)=0.325M

16、Pap4plp3p2T3=20+273=293KTP4/k4T3()=209KP3致冷量：q2c(T1pT4)=1.01X(263-209)=54.5kJ/kg致冷剂的质量流量Qm0.43kg/sq2p2(k1)/kT1()=368Kp1压缩功：w1=Cp(T2-T1)=106kJ/kg压缩功率：P1=mw1=45.6kW膨胀功：w2=cp(T3-T4)=84.8kJ/kg膨胀功率：P2=mw2=36.5kW循环的净功率：P=P1-P2=9.1KW经冷11-2空气压缩致冷装置，吸入的空气p1=0.1MPa,t1=27C,绝热压缩到p2=0.4MPa,却后温度降为32_C,试计算：每千克空气的致

17、冷量；致冷机消耗的净功；致冷系数。解：已知T3=32+273=305KTp2(k1)/k2=T1()一=446Kp1Tp4(k1)/k4T3()=205Kp3致冷量：q2c(T1T4)p=1.01x(300-205)=96kJ/kg致冷机消耗的净功：W=cp(T2-T1)cp(T3-T4)=46.5kJ/kg，一，q2致冷系数：11.5w11-4蒸气压缩致冷循环，采用氟利昂R134a作为工质，压缩机进口状态为干饱和蒸气，蒸发温度为-20C,冷凝器出口为饱和液体，冷凝温度为40C,致冷工质定嫡压缩终了时焰值为430kJ/kg,致冷剂质量流量为100kg/h。求：致冷系数；每小时的制冷量；所需的理

18、论功率。解：在lgp-h图上查各状态点参数。,p1=0.133MPah1=386kJ/kgs1=1.739kJ/(kg?K),p2=1.016MPah2=430kJ/kg,h3=419kJ/kgh5=h4=256kJ/kg致冷量：q2=h1-h5=386-256=130kJ/kg每小时的制冷量:Q2=mxq2=12900kJ/h压缩功：w=h2-h1=430-386=44kJ/kg致冷系数q21.5w理论功率P=mw=10044/3600=1.22kW11-5用一台氨蒸气压缩致冷机制冰，氨的蒸发温度为-5C,冷凝温度为30C,冷凝器中冷却水的进口温度为12C,出口水温为20C,欲在每小时内将1

19、000kg0c的水制成冰，已知冰的融解热为340kJ/kg,试求：该致冷机每小时的制冷量；氨每小时的流量；致冷机的功率；冷却水每小时的消耗量。解：致冷机每小时的制冷量：Q=1000X340=340000kJ在lgp-h图上查各状态点参数。p1=335.7kPah1=1452kJ/kgs1=5.6856kJ/(kg?K)p2=1.1686MPah2=1620kJ/kgh5=h4=343kJ/kg致冷量：q2=h1-h5=1114kJ/kg氨每小时的流量;致冷机的功率：冷凝器热负荷：Qm=305.2kgq2P=mw=m(h2-h1)=14kWQ1=m(h2-h4)=390000kJ/h冷却水每小时

20、的消耗量:Q14kg/hm2=1.16x1011-6一台氨致冷装置，具致冷量c(2012)pw-5Q0410kJ/h,蒸发温度15C,冷凝温度冷温度25C,从蒸发器出口的蒸气为干饱和状态。求(剂的质量流量；(3)消耗的功率。解：查表得压力和焰分别为：h1=1400kJ/kg,s1=5.75kJ/(kg?K)h2=1650kJ/kg,1)理论循环的致冷系数；(2)致冷p1=0.35MPa,p2=1.2MPa,s2=5.75kJ/(kg?K),h3=320kJ/kg制冷量：q2=h1-h3=1080kJ/kg压缩功：w=h2-h1=250kJ/kg(1)致冷系数q21.6w(2)致冷剂的质量流量:Qm=370kg/hq2(3)消耗的功率Pmw25.7kW11-8一台用氟利昂R134a为致冷剂的蒸汽压缩致冷装置，被用作室内供热，它要求的最大加热量是将标准状况下30m3/min的空气从5C加热到30C,冷凝器的最低温度必须较空气的最高温度高20C,蒸发温度为-4C。求：热泵的供热负荷；致冷剂流量；所需功率。解：二(1)瘙的供血负荷：标准状况下30m3/min的空气的质量为：V1.2930=38.7kg/min=0.645kg/sQmcpt0.6451.012516.3kJ/s冷凝器温度为30+20=50C,