工程热力学课后题答案

习题及部分解答第一篇工程热力学第一章基本概念指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量：答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。若水柱高 200mm,水银柱高800mm,如图2-26所示。已知大气压力为735mmHg试求容器中气体的绝对压力为多少kPa?解：根据压力单位换算锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图 2-27所示。若已知斜管倾角 a=30°,压力计中使用3P=0.8g/cm的煤油，斜官披体长度L=200mm,当地大气压力pb=0.1MPa,求烟气的绝对压力（用MPa表示）解：.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图 2-28所示，其中C为压力表，读数为110kPa,B为真空表，读数为45kPao若当地大气压pb=97kPa,求压力表A的读数（用kPa表示） pgA=155kPa.试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。1）.取水为系统；.取电阻丝、容器和水为系统；.取图中虚线内空间为系统。答案略。.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为 13.4MPa；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为706mmHg。若大气压力为0.098MPa,试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力（用MPa表示）Pi=0.0247MPa;p2=0.0039MPa.测得容器的真空度pv=550mmHg,大气压力pb=0.098MPa,求容器内的绝对压力。若大气压变为pb=0.102MPa ,求此时真空表上的读数为多少mmMPa?p=0.0247MPa,pv=579.8MPa.如果气压计压力为83kPa,试完成以下计算：（D.绝对压力为0.1MPa1时的表压力；.真空计上的读数为70kPa时气体的绝对压力；.绝对压力为50kPa时的相应真空度（kPa）；.表压力为0.25MPa时的绝对压力（kPa）。(1).Pg=17kPa；g⑵.p=13kPa；.pv=33kPa；.p=333kPa。10.摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为 0c和100c,而华氏温标则相应地取为32下和212下。试导出华氏温度和摄氏温度之间的换算关系，并求出绝对零度所对应的华氏温度。将水在标准大气压下的冰点值32平和0C,以及沸点值292卬和100c代入，得解该二元一次方程组，得： A=1.8,B=32。从而有tF-1.8t32当t=—273.15c时，有.气体进行可逆过程，满足pV=C(C为常数)，试导出该气体从状态1变化到状态2时膨胀功的表达式，并在p-V图上定性画出过程线、示出膨胀功。答案：略.某气体的状态方程为pV=RgT,试导出：.定稳下气体p,v之间的关系；.定压下气体v,T之间的关系；.定容下气体p,T之间的关系。答案：(1).匹="；⑵.丝=”；(3).也p〔 v2 v1 T1 p1 T1第二章热力学第一定律.一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量为q=180M103kg/h,输出功率为P=55000kW,全厂耗煤qm,c=19.5t/h,3煤的发热量为qc=30父10kJ/kg。蒸汽在锅炉中吸热量q=2680kJ/kg。试求：.该动力厂的热效率)；.锅炉的效率“B(蒸汽总吸热量煤的总发热量)。解：(1).锅炉中蒸汽吸热量士… P55000热效率 t= = =41%1.34105(2).锅炉效率.系统经一热力过程，放热8kj对外彳脱为26kJ。为使其返回原状态，对系统加热 6kJ，问需对系统作功多少？解：由Q二』UW得对于返回初态的过程故需对系统做功28kj。.气体在某一过程只能感吸收了54kJ的热量，同时热力学能增加了94kJ。此过程是膨胀过程还是压缩过程？系统与外界交换的功是多少？答案：此过程为压缩过程；此过程中系统与外界交换的功是 -40kj。.1kg空气由p1=5MPa,t1=0.5MPa膨胀到p2=0.5MPa,t2=500c,得到热量506kJ,对外做膨胀功506kJ。接着又从终态被压缩到初态，热出热量390kJ,试求：(D.［膨胀过程空气热力学能的增量；.压缩过空气热力学能的增量；.压缩过程外界消耗的功。答案：(1).AU=0;(2).AU=0;(3).W=490kj。5.闭口系统中实施以下过程，试填补表中的空缺数据。表中括号内的数为答案。6.如图所示，某封闭系过程序号统沿a-c-b途径由状态a变化到b,吸入125-12-9热量90kj,对外做功40kj,试问：过程序节2-858-16(1).系统从a经d至b,若对外312517-12-13(-46)(8)-921(37)做功10kj,则吸收热量是多少？(2).系统 4 2 18 -8-—11 ，8)，74) 7 58-16由b经曲线所不过程返回a,若外3(38)17-13(8)21界对系统左贡23kj,吸收热量为418-11(-22)7(29)多少？(3).设Uadb=5kj,Ud=45kj,,那么过程2—~和~—b中系统吸收的热量各为多少?答案(1).Qadb=60kj;(2).Qba=—73kj；(2).Qad=50kj;(4).Qdb=10kj7.容积为1m3的绝热封闭的气缸中装有完全不可压缩的流体，如图 2-31所示。试问：.活塞是否对流体做功？.通过对活塞加压，把流体压力从p1=0.2MPa提高到p3=3MPa,热力学能变化多少？焰变化多少？答案(1).W=0；(2).aU=0,AH=2.8父103国。.—质量为4500kg的汽车沿坡度为15口的山坡下行，车速为300m/s。在距山脚100m处开始刹车，且在山脚处刚好刹住。若不计其它力，求因刹车而产生的热量。Q=2.04x105kj。.某蒸汽动力装置，蒸汽流量为40t/h,汽轮机进出口处压力表读数为9MPa,进口比为3440kj/kg,汽轮机出口比焰为2240kj/kg,真空表读数为95.06kPa,当时当地大气压力为98.66kPa,汽轮机对环境放热为。试求：.汽轮机进出口蒸汽的绝压各为多少？.单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少？.汽轮机的功率为多少？答案(1)..«sh=1200kj/kg.P=1.332M104kW.考虑进出口动能差后8sh的相对偏差.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为p=0.005MPa，比焰h1=2500kj/kg,出口为同压下的水，比烙为h2=137.77kj/kg,若蒸汽流量为22t/h,进入冷凝器的冷却水温为#=17℃,冷却水出口温度为t2=30c,试求冷却水流量为多少？7K的比热容为4.18kj/(kg.K)o答案qm,w=956.4M103(kg/h)3,.某活塞式氮气压气机，压缩的氮气的参数分别为： p1=0.1Mpa,v1=0.88m/kg.p2=1.0Mpa,3V=0.16m/kgo设在压缩过程中每kg氮气热力学能增加180kj,同时向外放出热量60kj。压气机每min生产压缩氮气18kg,试求：(D.压缩过程对每kg氮气所做的功；.生产每kg压缩氮气所需的功；.带动比压气机至少要多大的电动机。答案(1)金=二40kj/kg；(2).«sh=-312kj/kg；⑶.P=93.6kW。12.流速为600m/s的高速空气突然受阻停止流动，即 c2=°,称为滞止。如滞止过程进行迅速，以致气流受阻过程中与外界的热交换可以忽略，问滞止过程空气的焰变化了多少？答案.：h=180kj/kg第三章理想气体及其混合物.把CO2压送到彳^积为0.5m3的贮气罐内。压送前贮气罐上的压力表读数为 3kPa,温度为20ct,压送终了时压力表读数为30kPa,温度为50七。试求压送到罐内的CO2的质量。大气压力为pb_0.1MPa。解P1=Pbpg1=0.11033=103kPa3p2=pbpg2=0.110 30=130kPaR8.314Rg 0.189kJkg.KJM44由pV=mRgTTOC\o"1-5"\h\zp2V P1V V「P2 P1 ”△m= - =—————RgT2 RgT1 Rg 1丁2 T1 ；_ _3 _ _3\0.5一130M10 103M10八一“1= 1父 =0.143(kg)0.189父103150+273 20+273).体积为0.03m3的某钢性容器内盛有了700kpa，20七的氮气。瓶上装有一排气阀，压力达到875kPa时发门开启,压力B$到840kPa时关闭。若由于外界加热的原因造成阀门开启，问：(1)阀门开启时瓶内气体温度为多少？(2)因加热造成阀门开闭一次期间瓶内氮气失去多少？设瓶内空气温度在排气过程中保持不变。

答案(1)t2=93.3c；(2)Am=0.0097kg3 p14MPat30C3.氧气瓶的容积V=0.30m瓶中氧气的表压力为pg1 I.FVILa,l1 OU"。问瓶中盛有多少氧气？若气焊时用去一半氧气，温度降为t2=20co,试问此时氧气的表压力为多少（当地大气压力 Pb=0.1MPa）答案m-7.86kg;pa2=0.625MPag44.某锅炉每小时燃煤需要的空气量折合表准状况时为 66000m3/h。鼓风机实际送入的热空气温度为 2509,表压力为20.0kPa,当地大气压为pb=0.1MPa,求实际送风量（m3/h>解p=pbPg=0.12010,=0.12MPa由pqv=qmRgTpqv0_p°qv0qv=T。p0qqv=T。p0qV0T10.10132566000 250273T0 P12730.12=1.068105m3,h5.某理想气体比热比k=Cp/cV=1.4,定压比热容cp=1.042kJ/（kg.K）,求该气体的摩尔质量。TOC\o"1-5"\h\z.一 Cp R解由一=k及Cp-Cv=Rg=—Cv p gMR 8314得M= = =27.93gmolCp1-1k1.0421-11.436.在容积为0.1m的封闭容器内装有氧气，其压力为 300kPa,温度为159，问应加入多少热量可使氧气温度上升到800七?(1)按定值比热容计算；(2)按平均比热容计算。解 Rg=—=8314=0.26kJkg.k1gM32一 5 5(1)Q=m|%.寸=mRqt2-t1=1.2 0.26800-15=612.3kJ2g 2(2)查得Cv05=0.656kJ/(kg.K)7.摩尔质量为30kg的某理想气体，在定容下由2759，加热到845tt,若热力学能变化为400kJ,/kg，问焰变化了多少?答案h=557.9kJ.kg

8.将1kg氮气由ti=30<C定压加热到400c,分别用定值比热容，平均比热容(表)计算其热力学能和焰的变化。用定值比热容计算用平均比热容计算.2kg的CO2,由pi=800kPa,ti=900七膨胀到P2=120kPa,t2=6009，试利用定值比热容求其热力学能、焰和婿的变化。解.在体积为V=1.5m3的钢性容器内装有氮气。初态表压力为pg1=2.0MPa,温度为230cC，问应加入多少热量才可使氮气的温度上升到750©?其焰值变化是多少？大气压力为 0.1MPa。(1)按定值比热容计算；(2)按真实比热容的多项式计算；(3)按平均比热容表计算；(4)按平均比热容的直线关系式计算。解(2)查得Cp,m=a0a1Ta2T2a。=27.3146。=5.233510，e2=-0.4210上21.092821.0928=0.7532kmolTOC\o"1-5"\h\z2 2 2 2 2 2Q1nCv,mdT=n1Cp,m-RdT=n1nCp,mdT-nR1dT=n1a。a1aT2dT-nRT=na°T+曳T2+a2T3i!T2—nRT?-T1 )I2 3广1 a-0.7532[27.31461023-503 5.2335102 2 1 8 2 2 310232-5032 --0.4210 10232-5032-0.75328.3141023-503]=9.005103kJ32AH=IfnCpmdT=Q+nRAT♦p,mI=9.0051030.75328.3141023-503=1.226104kJ(3)查得(4)查得11.某氢冷却发电机的氢气入口参数为 pg1=0.2MPa,L=40七,出口参数为pg2=0.19MPa,t2=66七。3若每分钟入口处彳^积流量为 1.5m,试求氢气经过发电机后的热力学能增量、焰增量和婿增量。设大气压力为pb=0.1MPa(1)按定值比热容计算；(2)按平均比热容直线关系式计算。

解(1) 按定值比热Cp=：Rg=74.157=14.55kg.kg.K1cV=cp-Rg=14.55—4.157=10.39kJ.kg.K1△U=qmcV：t=0.345910.3966-40)=93.44kJ.min=qmcp.：t=0.345914.5566-40=130.9kJminT2cpT2cpln-—RglnTiP2P1J6 60+273 0.29、 r.一=0.3459M14.55ln -4.1571n——i=0.4504IkJ/K.min< 40+273 0.3)(2)按平均比热容的直线关系式12.利用内燃机排气加热水的余热加热器中，进入加热器的排气(按空气处理)温度为 300co,出口温度为80也。不计流经加热器的排气压力变化，试求排气经过加热器的比热力学能变化，比焰变化和比婿的变化。(1)按定值比热容计算；(2)按平均比热容(表)计算。答案13.进入气轮机的空气状态为600kpa,600tC,绝热膨胀到100kpa，300ct,略去动能、位能变化，并设大气温度为T。=300K,试求：(1)每千克空气通过气轮机输出的轴功；(2)过程的:W产及有效能损失，并表示在 T—s图上；(3)过程可逆膨胀到100kPa输出的轴功。解婿产Asa及有效能损失i如图3-36中阴影面积所示。g.由氧气、氮气和二氧化碳组成的混合气体，各组元的摩尔数为试求混合气体的体积分数、质量分数和在 p=400kPa,t=27七时的比体积。解W=~^TT1-T2.试证明：对于理想气体的绝热过程，若比热容为定值，则无论过程是否可逆，恒有 k-1式中：T1和T2分别为过程初终态的温度证明对于理想气体的绝热过程，有

cp—cVRRgcpcV=k得故证毕R得故证毕Rgw=一…第四章理想气体的热力过程1.某理想气体初温T1=470K,质量为2.5kg,经可逆定容过程，其热力学能变化为AU=295.4kJ,求过程功、过程热量以及嫡的变化。设气体Rg=0.4kJ/(kg.K)k=1.35,并假定比热容为定值。cpS-RgCp：Cv=kCvRgCvRg

k-10.41.35-1=1.143kjkg.K1二U=mcVLT=mcVT2-T1得U 295.4T2=——T1= 470=573.3KmcV 2.51.143S=mcVInT2=2.51.143ln5734=0.568kJK

T1 4702.一氧化碳的初态为Pi=4.5MPa,Ti=493K。定压冷却到T2=293K。试计算1kmol2.一氧化碳的初态为中的热力学能和焰的变化量，以及对外放出的热量。比热容取定值。答案：U=4.154104kJ,.：：.-5.82104kJ3.氧气由t1=30七，p1=0.1MPa被定温压缩至p2=0.3MPa。(1)试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功；(2)若按绝热过程压缩，初态与终态与上述相同，试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功;(3)将它们表示在同一副p—v图和t—s图上，试在图上比较两者的耗功。解Rg =8314=0.26kJkg.K1gM32(1)wtT=RgT11n出=0.26父3031n01=—86.55g p2 0.3(2)(3)两过程在p—V图和T—s图上的表示分别如图3-37(a)和3-37(b)所示。图中过程线1一2T为定温过程，1—2s为绝热过程线。从p_v图中可以看到，绝热过程耗功比定温过程耗功多出曲边三角形面积 1—2t—2s。.使将满足以下要求的理想气体多变过程在 p-V和t—S图上表示出来(先画出4个基本热力过程)：(1)气体受压缩、升温和放热；(2)气体的多变指数n=0.8,膨胀；1(3)气体受压缩、降温又/ 降压；/ (4)气体的多变指数工7^ n：n=1.2,受压缩；(5)气体膨胀、将压且放热。 ： 一* 答案如图3-38" "" (a)和图3-38(b)所陪3-]-' 7K的p_V图和T_S(皿小一中趣？Tr•圉图上，1-1,1-2,1-3,1-4和1-5分别为满足(1),(2),(3),(4)和(5)要求的多变过程线。.柴油机汽缸吸入温度t1=60。的空气2.5M103m3,经可逆绝热压缩。空气的温度等于燃料的着火温度。若燃料的着火温度为720七,问空气应被压缩到多大的体积？答案V2=1.6310'm3.有1kg空气，初态为p1=0.6MPa,t1=27七，分别经下列三种可逆过程膨胀到 p2=0.1MPa,试将各过程画在p—v图和t—s图上，并求各过程始态温度、做工量和婿的变化量：(1)定温过程；(2)n=1.25的多变过程；(3)绝热过程。答案P—V图和T一S图如图3-39所示。.一容积为0.2m3的贮气罐，内装氮气，其初压力 p1=0.5MPa,温度t1二37七。若对氮气加热，其压力、温度都升高。贮气罐上装有压力控制阀，当压力超过 0.8MPa时，阀门便自动打开，防走部分氮气，即罐中维持最大压力为0.8MPa，问当贮气罐中氮气温度为 287七时，对罐内氮气共加入多少热量？设氮气比热容为定值。

8.314=0.297kJkg.K1解R,8.314=0.297kJkg.K1解R,由pV=mRaTg开始过程是定容过程，则.容积为V=0.6m3的空气瓶内装有压力p1=10MPa，温度为T1=300K的压缩空气，打开压缩空气瓶上的阀门用以启动柴油机。假定留在瓶中的空气进行的是绝热膨胀。设空气的比热容为定值,Rg=0.287kj/(kg.K)Rg=0.287kj/(kg.K)。300K，问这时空气瓶中压缩空气的压力 p3为多大？答案(1)T2=271.1K,Am=—15.6kg⑵p3=7.75MPa3.是导出理想气体定值比热容的多变过程的初、终态燧变为解：主要步骤与公式g v彳目- g置Cp= CpCv=k k-1.压力为160kPa的1kg空气，450K定容冷却到300K,空气放出的热量全部被温度为17c的大气环境所吸收。求空气所放出热量的饿有效能和传热过程、的有效能损失，并将有效能损失表示在 t_s图上。解由于放出的热量全部被环境吸收，使热量有效能全部变成了无效能，故有效能损失有效能损失如图3-40的T—s图上阴影面积所示。.空气进行可逆压缩的多变过程，多变指数 n=1.3,耗功量为67.95kj/kg,求热量和热力学能变化。答案Q=-16.95kJ，.:U=50.85kJ第六章水蒸气.湿饱和蒸汽，p=0.9MPa,x=0.85,试由水蒸气表求t,h,v,s4Du。答案ts=175.389C,h=2468.99kJ.kg.过热蒸汽，p=3.0MPa.t=425C,根据水蒸气表求v,h,s,u和过热度D,再用h—s图求上述参数答案查表：v=0.103638m3/kg,h=3286.7kJ/kg查图：v=0.105m3,kg,h=3290kJkg.开水房用开水的蒸汽与t=20c同压下的水混合，试问欲得5t的开水，需要多少蒸汽和水?解设需蒸汽为mVkg,则水为mw=m_mv。由p=0.1MPa,查得h'=417.52kJ/kg,h*=2675.14kJ/kgt=20电时,h2=83.96kJ/kg根据热力学第学一定律.已知水蒸气p=0.2MPa,h=1300kj/kg,试求其v,t,s。答案v=0.3158m3,kg,t=120.30C,s=3.5452kJkg.K.1kg蒸汽，p1=2.0MPa,x1=0.95,定温膨胀至p2=0.1MPa,求终态v,h,s及过程中对外所做的功。解w=683.0kJ.kg.进汽轮机的蒸汽参数为p1=3.0MPa,t1=435c。若经可逆膨胀绝热至p2=.MPa,蒸汽流量为4.0kg/s,求汽轮机的理想功率为多少千克：答案P=4.66103kW.一刚性容器的容积为0.3MPa,其中%为饱和水，其余为饱和蒸汽，容器中初压为 0.1MPa。欲使饱和水全部汽化，问需要加入多少热量？终态压力为多少？若热源温度为 500c,试求不可逆温差传热的有效能损失。设环境温度为27Co3.容积为0.36m的刚性容器中贮有t=350c的水蒸气，其压力表度数为100kPa。现容器对环境散热使压力下降到压力表度数为50kPa。试求：.确定初始状态是什么状态？.求水蒸气终态温度；.求过程放出的热量和放热过程的有效能损失。设环境温度为20c,大气压力为0.1MPa。答案（1）过热蒸汽；（2）t2=145.8七（此结果为利用教材《热工基础与应用》后附录 A-7所得。利用较详细水蒸气热表或h-s图答案应为191tC）⑶Q=—82.6kJ,I=35.8kJ（同上，Q=—59.1kJ,I=27.2kJ）.气轮机的乏汽在真空度为96kPa干度为x=0.88的湿空气状态下进入冷凝器， 被定压冷却凝结为饱和水。试计算乏汽体积是饱和水体积的多少倍，以及 1kg乏汽2在冷凝器中放出的热量。设大气压力为 0.1MPa。答案V1.=3.05104,q=2140kJ.kgV1310.一刚性绝热容器内刚性各班将容器分为容积相同的A,B两部分。设A的容积为0.16m,内盛有压力为0.1MPa、温度为300c的水蒸气；B10.一刚性绝热容器内刚性各班将容器分为容积相同的由膨胀引起的不可逆有效能损失。设环境温度为 20J并假设该蒸汽的自由膨胀满足 pV=常数。解(1)由p2V2=P1V1=常数一 V1信 P2-Pl=1.0—=0.5MPaIV2 2(2) 由p1=i.0MPa,t1=300。，查得由p2=0.5MPa,v2=0.516im3/kg,查得ii.利用空气冷却蒸汽轮机乏汽的装置称为干式冷却器。瑞哦流经干式冷却器的空气入口温度为环境温度 t1=20c,出口温度为t2=35Co进入冷凝器的压力为7.0kPa,干度为0.8,出口为相同压力的饱和水。设乏汽流量为220t/h,空气进出口压力不变，比热容为定值。试求：(D.流经干式冷却器的焰增量和婿增；(2).空气流经干式冷却器的燧变以及不可逆传热引起的燧产。解(1)由p=7.0kPa,x=0.8查算得对空气Rg=0.287kJkg.K,cp=1.004kJ.kg.K根据热力学第一定律有⑵阻=qm,acp(t2-t1)=7.818父103父1.004M(35-20)=1.177M105(kW)6a=39.18kWKSV=-377.17kWK⑶6g=14.63kW..KPi=9.0MPa,t〔=500c的水蒸汽进入气轮机中作绝热膨胀，终压为 p2=50kPa。汽轮机相对内效率式中h2s—为定:W膨胀到p2时的焰。试求.每kg蒸汽所做的功；.由于不可逆引起:W产，并表示在T—s图上。答案由p1=9.0MPa,t1=500七查得h1=3385kJ/kg,s1=6.656kJ./(kg.K)由S2=s,=6.656kJ/(kg.Klp2=5.0kPa查得h2s=2030kJ/kg, h1—h>2由T=- h1一h2s得h2=2220kJ.kgwsh=1165kJ.kg

由p2=5kPa,h2=2220kJ/kg查得温度为25c温度为25c,相对湿度为空气的露点温度、含湿量及比第七章湿空气.设大气压力为0.1MPa,5=55%,试用分析法求湿焰，并查h—d图校核之。答案 解析法td=14.8C,d-0,011kgkga,h=53.15kJkga查h—d图：.空气的参数为pb=0.1MPa,t=20七，51=30%,在加热器中加热到85c后送入烘箱取烘干物体/从烘箱出来时空气温度为t3=35c,试求从烘干物体中吸收1kg水分所消耗的赶空气质量和热量。解由t1=20七，Q=30%,查h—d图得由d2=d1,t2=85。得.设大气压力为0.1MPa,温度为30c,相对湿度为0.8。如果利用空气调节设备使温度降低到10c去湿，然后再加热到20c,试求所的空气的相对湿度。答案=53%.一房间内空气为0.1MPa,温度为5c,相对湿度为80%。由于暖气加热使房间温度升至18c。试求放暖气后房内空气的相对湿度。答案=32%3.在容积为100m的封闭室内，空气的压力为0.1MPa,温度为25c,露点温度为18c,试求室内空气的含湿量,和相对湿度。若此时室内放置若干盛水的敞口容器， 容器的加热装置使水能保持25c定温蒸发至空气达到室温下饱和空气状态。试求达到饱和空气状态的空气含湿量和水的蒸发量。解(1)由t=25七查得由td=18七查得pV=0.002064MPa所以6=65%(2) 2=100%

6.一股空气流压力为0.1MPa,温度为20c,相对湿度为30%,流量为每分钟15m3。另一股空气流压力也为30.1MPa,温度为35c,相对湿度为80%,流量为每分钟20m3。混合后压力仍为0.1MPa,试求混合后空气的温度、相对湿度和含湿量。解：水蒸气的Rg,v=0.462kj/(kg.KJ由t1=20/，Q=30%查得由t2=35七，中2=80%查得由热力学第一定律由h3=73.3kJ/'kg(a)d3=0.0181kg/kg(a建得第八章气体和蒸汽的流动1.燃气经过燃气轮机中渐缩喷管绝热膨胀，流量为 qm=0.6kg/s,燃气参数t1=600c,压力p1=0.6MPa,燃气在喷管出口的压力为p2=0.4MPa,喷管进口流速及摩擦损失不计，试求燃气在喷管出口处的流速和出口截面积,设燃气的热力性质与空气相同，取定值比热容。答案：设燃气的热力性质与空气相同，取定值比热容。答案：c2=438m/s,A2=7.65m/s2.空气流经3出口截面积为A2=10cm的渐缩喷管，喷管进口的空气参数、为P1=2.0MPa,t1=80七，C2.空气流经3出口截面积为A2=10cm的渐缩喷管，喷管进口的空气参数、为P1=2.0MPa,t1=80七，Ci=150m/s,背压为Pb=0.8MPa，试求喷管出口处的流速和流经喷管的空气流量。若喷管的速度系数为0.96,喷管的出口流速和流量又为多少?解：(1).p0二p1C2 150210，-c-=333 344.2(K)2Cp 2 1.004pT= 344214华产=2(3442)0.4=2.246(MPa)所以(2).P00.8 c“——=0.356:ver=0.5282.246p2=per=Verp。=0.5282.246=1.186(MPa)3.水蒸气经汽轮机中的喷管绝热膨胀，进入喷管的水蒸气参数p1=9.0MPa,t1=525c,喷管背压力为pb=4.0MPa,若流经喷管的流量为qm=6kg/s,试进行喷管设计计算。解：由pb=生9=0.44<ver—0.546p1 9.0知喷管形状应选缩放型的。由p1=9.0MPa,t1=525幻，h_s图得由pcr=p1vcr=9.0黑0.546=4.914(MPa),scr=s,,和p2=pb=4.0MPa,s2=s1,查得.空气以200m/s的速度在管内流动，用水银温度计测得空气的温度为 70c,假设气流在温度计壁面得到完全滞止，试求空气的实际温度。答案tf=50.1c.压力Pi=100kPa、温度为ti=27c的空气，流经扩压管时压力提高到 p2=180kPa，问空气进入扩压管是至少有多大流速？这时进口马赫数是多少？答案C1=332m/s,M1=0.9563.某单级活塞式压气机每小时吸入温度t1=17c、压力p1=0.1MPa的空气120m,输出空气的压力为P2=0.64MPa。试按下列三种情况计算压气机所许的理想功率：.定温压缩；.绝热压缩；.多变压缩(n=1.2)。答案(1).PCT=6.19kW； (2).Pc,s=8.2kW；(3).Pc,n=7.3kW.一台两级压气机，几如压气机的空气温度是t1=17c,压力为P1=0.1MPa,压气机将空气压缩至p3=2.5MPa,压气机的生产量为50m3/h(标态下)，两级压气机中的压缩过程均按多变指数n=1.25进行。现以压气机耗功最小为条件，试求：.空气在低压气缸中被压缩后的饿压力为 p2；.空气在气缸中压缩后的温度；.压气机耗功量；.空气在级间冷却器中放出的热量。P2=P1二opt=0.15=0.5(MPa)n47 0.25丁2=丁/运 =2905125-400(K)P1T2=T1,T3=T2=400K

qmPoqmPoqvoRgTT0.101325500106■~~ —3 ■■-0.28710273=646.6(kg/h)=0.180(kg/s)-1)0.25(5125-1)=56.9(kW)2nq-1)0.25(5125-1)=56.9(kW).PC= (t：. opt21.250.180.287290n-121.250.180.2872901.25-1.6=qmcp(T2'—T2AqmcP(T1—T2)=0.18x1.004x(290-400>-19.9(kW)8.某轴式压气机，每秒生产 20kg压力为0.5MPa的压缩空气。若进入压气机的空气温度为 ti=20c,压力为pi0.1MPa,压气机的绝热效率==0.92,求出口处压缩空气的温度及该压气机的耗功率。k1 1.41解丁2=丁」坦丫=293/”〕1.4=464.1（K）Vpi.J <0.i.'- h2-hi T2 ，口由n%s -1=一一L得h2-h1T2-T1.一离心式压气机每分钟吸入压力为 pi=100kPa、ti=20c的空气200m3。空气离开压气机的温度为t2=50c,出口截面上的流速为50m/s,空气的比热容CpEOWJ/lkg.K）,假定与外界无热量交换。试求压气机的耗功率。答案P=124.4kW.定容加热汽油机循环在每千克空气加入热量1000kJ,压缩比8=v1/v2=5,压缩过程的初参数为100kPa,i5Co试求：.循环的最高压力和最高温度；.循环的热效率。答案（1）.Tmax=1943K,pmax=3.37MPa； （2）."c,s=52.6%.一混合加热理想内燃机循环，工质视为空气，已知p1=0.iMPa,t|=50七，名=v1/v2=12,九=p3/p2=1.8,P=v4/v3=1.3,比热容为定值。试求在此循环中单位质量工质的吸热量、净功量和循环热效率。解循环t—s图如右图所示

1点:1点:2点:3点:4点:5点:.在相同的初态及循环最高压力与最高温度相同的条件下， 试在T-s图上利用平均温度的概念比较定容加热、 定压加热及混合加热的内燃机理想循环的热效率。答案T—s答案T—s图如图所示t1=27c,压力p1=0.1MPa,循环增压比若定容加热理想循环热效率为 [t1=27c,压力p1=0.1MPa,循环增压比.在燃气轮机的定压循环中，工质视为空气，进入压气机的温度兀=P2/pi=4。在燃烧事中加入热量，经绝热膨胀至 p4=0.1MPa。设比热为定值。(D.画出循环的T—s图;.求循环的最高温度;.求循环的净功量和热效率;.若燃气轮机的相对内效率为0.91,循环的热效率为多少?答案(1).T_s图如图所示；.Tmax=T3=1176K;max3.0o=239.8kJ/kg。=32.7%；.t=28%.对于燃气轮机定压加热理想循环，若压气机进出口空气参数为 p1=0.1MPa,t1=27C,燃气轮机进出口处燃气温度t3=1000C,试向增压比n最高为多少时，循环净功为0? 答案nmax=157.某锅炉每小时生产4t水蒸气。蒸汽出口的表压为pg2=12MPa,温度t2=350C。设给水温度t1=40c,锅炉效率=0.8,煤的发热量(热值)qp=2.97x104kJ/kg,试求每小时锅炉的耗煤量。答案耗煤量qm,c=448kg/h、填空题：(1)用水银温度计测量高速流动的气流温度， 设温度计上读数为t,气流温度为tf,则二者的大小关系为：(2)在喷管的气体流动中，气体压力不断,流速 ,马赫数;(3)有一减缩喷管，空气进口压力为 p1=1MPa,背压pb=0.3MPa,册出口压力p2= 二(4)现设计一喷管，若进口过热蒸汽压为p1=9MPa,背压为pb=2MPa,此喷管的形状应选择,17、压力为0.1MPa、温度为150C的空气，分别以100m/s,200m/s,和400m/s的流速流动，当空气滞止时，问空气的滞止温度和滞止压力各为多少？18、某减缩喷管进口氮气压力为p1=6.6MPa，温度t=960°C，背压为pb=4.0MPa试求出口截面流速。2 0一.某减缩喷官出口截面积为25mm,进口空气参数p1=0.5Pa,t1=300C,初速c1=178m/s,向背压为多大时达到最大质量流量？该值是多少？.压力为0.1MPa，温度30°C的空气经扩压管后压力升高至0.16MPa,问空气进入扩压管的初速是多少？.压力p1=9.0MPa、温度L=550°C的水蒸气，经节流阀后压力降为 P2=8.6MPa,然后进入喷管作可逆膨胀至压力为p3=6MPa。设环境温度为T0=300K,流量qm=32kg/s问：(1)该喷管为何形状；(2)喷管出口流速及截面积为多少；(3)因节流引起的婿产及有效能损失为多少？第九章蒸汽动力循环.蒸汽动力循环的主要设备是什么？各起什么作用？.提高蒸汽动力循环热效率的主要措施与方法有那些？.在蒸汽压缩制冷循环中，如果用膨胀代替节流阀，有何优缺点？.试画出蒸汽再循环的T—s图。.某朗肯循环，水蒸气初参数为p1=4MPa,t1=5000C,背压为p2=0.004MPa。试求循环吸热、放热量、汽轮机做功和循环热效率。.某蒸汽动力循环，水蒸气的初参数为p1=4.5MPa,t1=530°C,背压为p2=0.005MPa,汽轮机相对内效率”T=0.88,试求循环吸热量、放热量、汽轮机做功量和循环热效率。.某蒸汽压缩制冷循环，制冷剂为氟里昂 134a,蒸发器的出口温度为—26.450C,冷凝器的出口温度300Co试求：(1)循环制冷量和压气机耗功量；(2)制冷系数；(3)循环热效率。.某蒸汽动力循环装置为郎肯循环。蒸汽的初压为 p1=4.0MPa,背压为p2=0.005MPa,若初温分别为300c和500c,试求蒸汽在不同初温下的循环热效率 nt及蒸汽的终态干度x2。解：(1).由p1=4.0MPa,t1=300c,查过热蒸汽表得由p2=0.005MPa,查饱和水和饱和蒸汽表得由s2=5得又 h3=h2=137.22kJ/kg忽略泵功h4=h3(2).过程和上一问相同，最后结果是nt=39%,x2=0.832.某朗肯循环，水蒸气初温为t1=500c,背压为p2=0.005MPa,试求当初压分别为4.0MPa和6.0MPa时的循环热效率及排汽干度。答案.某蒸汽动力厂按再热循 环工作，锅炉出口蒸汽参数t1=500c39%39.5%0.8320.808p1=10MPa,t1=500C,汽轮机排汽压力p2=0.004MPa。蒸汽在进入汽轮机膨胀至1.0MPa时，被引出到锅炉再热器中再热至500c,然后又回到汽轮机继续膨胀至排汽压力。设汽轮机和水泵中的过程都是理想的定燧过程，试求：.由于再热，使乏汽干度提高多少？.由于再热，循环的热效率提高了多少？解：(1).由p1=10MPa,t1=500查得由pa=1.0MPa,sa=5=6.5954kJ/(kg.K)查得由pb=1.0MPa,tb=500c查得由p2=0.004MPa,s2=sb=7.7597kJ(kg?K)且 h2=121.3kJkg由p2=0.004MPa,Sa=Si=6.5954kJ/(kg?K)查得忽略泵功 h4=h3=h2=121.3kJkg(2)忽略泵功w0=wT=h1-ha)Thb-h2= 3372.8-2807)T3476.8-2337.0)=1706(kJkg)= 3372.8-121.3 3476.8-2807)=3921.3(kJ.kg)无再热时第十章制冷循环蒸气压缩制冷装置如图5-26所示。制冷剂为氨，蒸发器出口氨的温度为 t1=-15℃,在冷凝器中冷凝后的氨为饱和液，温度t1=25七。试求：

蒸发器中氨的压力和冷凝器中氨的压力;循环的制冷量qL,循环净功wo和制冷系数z-若该装置的制冷能力为Gl=42x104kJ/h,氨的流量为多大?解(1)T-s图参阅图5-26(b)由t由t1=—15C,查氨的lgp—h图得蒸气压堀制冷循制(a)装置与流程示意图；(b)Tjffl由t1=25C,查lgp-h图得由s2=s1,p2=1.01MPa，查得qL=h1-h4=1570—450=1120(kJ..kg)：JL二qmqL2.冬天室内取暖利用热泵。将氟里昂 134a蒸气压缩式制冷机改为热泵，此时蒸发器放在室外，冷凝器放在室内。制冷机工作时可从室外大气环境吸收热量 qL,氟里昂134a蒸气经压缩后在冷凝器中凝结为液体放出热量 qH,供室内供暖。设蒸发器中氟里昂134a的温度为-10C,冷凝器中氟里昂134a蒸气的温度为30C,试求：热泵的供热系数；室内供热100000kJ/h时，用以带动热泵所需的理论功率；当用电炉直接供给室内相同的热量时，电炉的功率为多少？答案(1)葭=8.58;(2)P=3.23kW;(3)Pe=27.8kW第二篇传热学

第二章导热基本原理及稳态导热.两块不同材料的平板组成如图 4-63所始的大平板。两板的面积分别为 A1、A2，导热系数分别为九1和九2。如果该大平板的两表面积分别维持在均匀温度 t1及t2,试导出通过该大平板的导热热量计算式。1 1(答案力=也_h)[1L十―^])1A1 2A22、一炉子的炉墙厚13cm,总面积20m2,平均导热系数1.04W/(m，K),内、外壁温分别为5200c和500C。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃煤的发热值为 2.09m104kJ/kg,问每天因热损失要用掉多少千克煤？(答案①二75.2kW每天耗煤310.9kg)5-.对置于水中的不锈钢管米用电加热的万法进行压力为 1.013M10Pa的饱和水沸腾换热实验。测的加热功率为5CW,不锈钢管外径4mm,加热段长10cm,表面平均温度为1000C。试计算此时的沸腾表面换热系数。 (答2案h=4421W/(mK)).图4-64所示的的空腔由两个平行黑体表面组成，空腔内抽成真空，且空腔的厚度远小于其高度与宽度。其余以知条件如图所示。表面2是厚0=0.1m的平板的一侧面，其另一侧面表面 3被高温物体加热，平板的导热系数九=17.5W/(mK)。试问在稳态工况下表面3的温度tw3是多少？.有一厚为20mm的平面墙，导热系数1.3W/(mK)o为使每平方米墙的热损失1500W。在外表面覆盖了一层导热系数为0.2W/(m-K)的保温材料。以知复合壁两侧的温度分别为7500c及550C,试确定保温层此时的厚度。(答案8=89.6mm).一钢管热风管。内径160mm,外径170mm,导热系数％=58.2W/(m，K)。热风管外包有两层保温材料，内层厚62=30mm,导热系数入2=0.135W/(mK)；外层厚%=80mm,导热系数儿3=0.093W/(mK)。热风管内表面温度tw1=300°C,外层保温材料的外表面温度tw4=50°C。求热风管每米管长的热损失和各层间分界面的温度。(答案6L=198.4W/m,tw2=299.97°C,tw3=229.27°C).用比较法测定材料导热系数的装置如图 4-65所示，标准试件厚度61=16.1mm,导热系数％=0.15W/(mK)o待测试件为厚62=15.6mm的玻璃板，且四周绝热良好。稳态时测得各壁面的温度分别为： tw1=44.7°C、tw2=2.7°C、tw3=18.2°C,试求玻璃板的导热系数。(答案九=0.71W/(mK))图4-65.冷藏箱壁由两层铝板中间夹一层厚100mm的矿渣棉组成。内、外壁面温度分别为 一50C和250C,矿渣棉的导热

系数为0.06W/(m，K)。求跑冷损失的热流密度q。如大气温度为300C,相对湿度70%。由于水分森透使矿渣棉变湿，且内层结冰。设含水层和结冰层的导热系数分别为 0.2W/(m，K)和0.5W/(m，K)，问；冷藏箱的冷损失为多少？2 2(答案q1=18W/m2,q2=119.95W/m2).某炉墙由耐火砖层、硅藻土培烧板层和金属密封板所构成(见图4-66),各层的导热系数分别为'=0.7+0.00058tW/(mK),Z2=0.047+0.000201tW/(mK)和%=45W/(mK);厚度分别为61=115mm,62=185mm,&3=3mm；炉墙内、外表面温度为tw1=542°C,tw4=54°C。试求通过炉墙的热流密度。(答案q=257.5W/m2).现有一热电偶测量管道内高温气流的温度(参见图4-67)。以知热电偶的读数t1=650°C,热电偶套管的基部温度to=500°C,套管插入深度l=100mm,套管壁厚d=10mm,套管材料的导热系数九=25W/(mK),套管2外侧由与气流的表面传热系数h=50W/(m2,K),试求气流的真实温度tf和测量误差。(答案气流的真实温度tf=625.70C,测量误差&=2.71°C).为增强传热，在外径为40mm的管道外表面上装置纵肋12片，如图4-68所示。肋厚0.8mm,肋高20mm,肋的导热系数为116W/(m.K)。若管道的壁温为1400c，周围介质的温度为200C,表面传热系数29W/(m2K),求每米管长散热量。(图)4-68解：p=(81041)2:2.0(m)计及肋端散热量，中=，Au0mhth(mH)mm，查双曲函数表，th0.415=0.3922h1一计及肋端散热量，中=，Au0mhth(mH)mm，查双曲函数表，th0.415=0.3922h1一th(mH)0.393220每片肋的散热量：入=1160.810 12020.76 20.76116201 0.392220.76116=92.3(W/m)圆柱部分的散热量:每米管长的散热量 L=LL=1292.3278.6=1386.2(W/m)12.一实心燃气轮机叶片，高H=6.25cm,横截面积A=4.65m2,周长P=12.2cm,导热系数儿=22W/(mK)o燃气有效温度Tge=1140K,叶根温度Tr二755K,燃气对叶片的表面传热系数2h=390W/(mK)。假设叶片端面绝热，求叶片的温度分布和通过叶根的热流量。(答案叶片的温度8=384.4ch[0.465(x—0.465)];通过叶根的热流量中=1142.4W)第三章对流换热1.1600C的机油以0.3m/s的速度在内径为2.5cm的管内流动，管壁温度为1500C。试求以下两种情况的表面传热系数：(a)管长为2m;(b)管长为6m01600C的机油的物性为：九=0.132W/(mK),P=805.89kg/m3卅=4513M10~6kg/(ms),Pr=84,150°C时，n=1518x10-6kg/(m5)。2 2(答案管长2m：h=106.9W/(mK)；管长6m：h=74.2W/(mK)).一冷凝器内有1000根内径0.05m、长10m的管子管子内壁温度为390C。有初温为100C,流量为6m3/s的冷却水在管内流动。求平均对流换热表面传热系数和水的温升。(答案平均表面传热系数：h=8374.7W/(m2K)；水的温升：M=12.04000 0.冷却水在内径d=20mm、壁温tw=40C、长1.5m的冷凝器内流动。冷却水入口温度TF=17C,出口温度" 0tf=23C。求冷却水的平均流速及管子的热流密度。(答案冷却水的流速：u=1.18m/s;管子的热流密度：q=9.86M104W/m2).水以1.2m/s的平均流速流过内径为20mm的长直管。(1)管子壁温750C,水从200C加热到700C:(2)管子壁温150C,水丛700C冷却到200C。试计算其它条件不变时，上述两种情况下的对流换热表面传热系数，并讨论造成差别的原因。(答案(h1=6064W/(m2，K);h2=5289W/(m2K)。h1*h2是因为水被加热时，近壁处的粘性降低，因此表面传热系数比冷却高。).为了减少重油的动力粘度，以降低泵功率的消耗，让重油通过一个由 20块空心平板组成的换热器(见图4-71)。热水在空心平板内流动(垂直与图面方向)，从而使平板温度均匀且等于1000c。重油初温为200C,以1m/s的速度在1八平板间流动。试求在重油流动方向上全长 ,处的局部表面传热系数及重油出口时的温度。在3

1, 一、1 0_ _一一.3tm=5(tw+tf)=］父(100+20)=60C时，重油的物性参数为P=850kg/m；Z=0.18W/(mK)；n=8x10，kg/(ms)；c=1.1kJ/(kgK)。(答案hx=137.9W/(m2.K),t=20.820C)6.在一个大气压下，温度为300C的空气以45m/s的速度掠过长为0.6m、壁温为2500c的平板。试计算单位宽度平板传给空气的总热量、层流边界层区域的换热量和素流边界层区域的换热量。解：tm=^(twtf)=1(25030)=140°C空气的物性参数为：3=3.49x10,W/(mK);v=27.8父10"6m2/s;Pr=0.684于是得：单位宽度平板传给空气的总热量为：临界雷诺数Re=u二=5x105,所以由层流边界向湍流边界过度的临界长度为：IcrRecr'IcrRecr'_5 _ _ _6510 27.8104.5=0.309(m)在层流边界层区域：单位宽度平板的换热量在湍流边界层区域，单位宽度平板的换热量7、在速度u0=5m/s、温度为200C的空气流体，沿流动方向平行的放有一块长l=20cm。温度为600C的平板如用垂直流动方向放置的周长为20cm的圆柱代替平板，问此时的对流换热表面传热系数为平板的几倍 (其他条件不变)h(答案_R=1.45)hP.在锅炉的空气预热器中，空气中it向掠过一组叉派管束， s1=80mm,s2=50mm,外径d=40mm。空气在最小截面的流速为6m/s,流体温度t1=133°C,流动方向上的排数大于20,管壁平均温度1650c。使确定空气与管束间的平均表面传热系数。(答案h=71043W/(m2K)).空气横向掠过一外径d=22mm,s〔=44mm,s2=22mm,N=12排的叉排管束，空气的平均温度tf=50°C,umax=8m/s。试求对流换热表面传热系数。(答案h=110.5W/(m2K).一外径为110mm、内径为100mm康德蒸汽管道，外表面保温层的外径300mm，已知周围环境温度—100C时

其自然对流损失Gl=168W/m。求保温层外表面的温度（误差不大于 10C）。（答案tw=430C）.一直径25mm、长1.2m的竖直圆管，表面温度600C,试比较把它置于下列两种环境中的自然对流散热量:150C,1.01325M105Pa压力下的空气;⑵150C,2.0265M105Pa压力下的空气;TOC\o"1-5"\h\z1 1解：(1)tm=/(tw+tf)=]M(60+15)=37.5(°C)空气物性参数：ga"：tH3 9.81(16—15)1.230.7 9.0于是:GrPr=^^—= ^=6.1510 10于是:.2 (27337.5)(16.7210-6)2根据表4-11：Nu=0.1(GrPr)1/3=0.1m(6.15m109)1/3=183.1（2）由于t2=t〔=15°C,p2=2P1=2.0265M105Pa,按理想气体性质有1“2=%,V2=~V12所以1Gr2=4Gr1,,h2=43h1,力2=4%①1一方形截面的管道输送冷空气穿过一室温为 280C的房间，管道外表面平均温度为120C,截面尺寸为（0.3父0.3）2 _,,, 一 、一,，,一,一m0试计算每米长管道上冷空气通过外表面的自然对流从房间内带走的热量。注意：冷面朝上相当于热面朝下，而冷面朝下相当于热面朝上。解：定性尺寸:对两侧面，L=0.3m 0 3__对上、下面，由于此题相当于假定一个方向的尺度为很长， 根据表4-11的定义，L=~=0.15（m）2定性温度:空气物性参数：九=2.59M10“W/(mK),v=15.06父10&m2/s,Pr=0.703于是侧面:- - 1查表4-11:c=0,n=—40.02590.3248.3=4.17[W/(m2K)]0.02590.3248.3=4.17[W/(m2K)]上面：GrPr=9.810.153(28-12)(20273)(15.0610^)20.703=5.604106.. .._ _ _一6一一6 一一1查表4-11,由于GrPr=5.604x10n8M10,所以c=0.58,n=-5——一八一一1下面：查表4-11得，c=0.58,n=—4每米