压缩过程中对1kg空气做的功

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工程热力学课程习题

第一章

1-1试将1物理大气压表示为下列液体的液柱高(mm)，(1)水，(2)酒精，(3)液态钠。它们的密度分别为1000kg/m3，789kg/m3和860kg/m3。

1-4人们假定大气环境的空气压力和密度之间的关系是p=cρ1.4，c为常数。在海平面上空气的压力和密度分别为1.013×105Pa和1.177kg/m3，假如在某山顶上测得大气压为5×104Pa。试求山的高度为多少。重力加速度为常量，即g=9.81m/s2。

1-7如图1-15所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa，表B读数为170kPa，表示室Ⅰ压力高于室Ⅱ的压力。大气压力为760mmHg。试求(1)真空室以及Ⅰ室和Ⅱ室的肯定压力；(2)表C的读数；(3)圆筒顶面所受的作用力。

图1-15

1-8若某温标的冰点为20°，沸点为75°，试导出这种温标与摄氏度温标的关系(一般为线性关系)。1-10若用摄氏温度计和华氏温度计测量同一个物体的温度。有人认为这两种温度计的读数不行能消失数值相同的状况，对吗？若可能，读数相同的温度应是多少？1-14一系统发生状态变化，压力随容积的变化关系为pV1.3=常数。若系统初态压力为600kPa，容积为0.3m3，试问系统容积膨胀至0.5m3时，对外作了多少膨胀功。

1-15气球直径为0.3m，球内布满压力为150kPa的空气。由于加热，气球直径可逆地增大到0.4m，并且空气压力正比于气球直径而变化。试求该过程空气对外作功量。

1-161kg气体经受如图1-16所示的循环，A到B为直线变化过程，B到C为定容过程，C到A为定压过程。试求循环的净功量。假如循环为A-C-B-A则净功量有何变化？

图1-16

第二章

2-2水在760mmHg下定压汽化，温度为100℃，比容从0.001m3/kg增加到1.1763m3/kg，汽化潜热为2250kJ/kg。试求工质在汽化期间(1)内能的变化；(2)焓的变化。

2-3定量工质，经受了一个由四个过程组成的循环，试填充下表中所缺的数据，并

2-51kg空气由p1=1.0MPa，t1=500℃膨胀到p1=0.1MPa，t1=500℃，得到的热量

506kJ，作膨胀功506kJ。又在同一初态及终态间作第二次膨胀仅加入热量39.1kJ。求：(1)第一次膨胀中空气内能增加多少？(2)第二次膨胀中空气作了多少功？(3)第二次膨胀中空气内能增加多少？2-6图2-10所示的气缸内充以空气。气缸截面积为100cm2，活塞距底面高度为10cm，活塞及其上负载的总质量为195kg，当地大气压为771mmHg，环境温度t0=27℃，气缸内气体恰与外界处于热力平衡。倘使把活塞上的负载取去100kg，活塞将突然上升，最终重新达到热力平衡。设活塞与气缸壁之间无摩擦，气体可通过气缸壁充分和外界换热，求活塞上升的距离和气体的换热量。

图2-10

2-7上题中若气缸壁和活塞都是绝热的，但两者之间不存在摩擦，此时活塞上升距

离如何？气体的最终状态又如何？已知⊿u=cv⊿T，空气的cv=0.71kJ/(kg·K)。2-121m3容器内的空气，压力为p0，温度为T0。高压管路(p,T)与之相通，使容器内压力达到p时关上阀门。设高压管路、阀门与容器均绝热，但有一冷却水管通过容器。若欲在充气过程中始终维持容器中的空气保持T0，则需向冷却水放出的热量为Q，求Q。已知空气的R，cp和cv。2-13一台锅炉给水泵，将冷水压力由p1=6kPa上升至p2=2.0MPa，若冷凝水(水泵进口)流量为2×105kg/h，水密度ρH2O=1000kg/m3。假定水泵效率为0.88，问带动此水泵至少要多大功率的电机。2-14一燃气轮机装置如图2-11所示。空气由1进入压气机升压后至2，然后进入回热器，汲取从燃气轮机排出的废气中的一部分热量后，经3进入燃烧室。在燃烧室中与油泵送来的油混合并燃烧，产生的热量使燃气温度上升，经4进入燃气轮机(透平)作功。排出的废气由5送入回热器，最终由6排至大气。其中压气机、油泵、发电机均由燃气轮机带动。(1)试建立整个系统的能量平衡式；(2)若空气质量流量m1=50t/h，进口焓h1=12kJ/kg，燃油流量m7=700kg/h，燃油进口焓h7=42kJ/kg，油发热量q=41800kJ/kg，排出废气焓h6=418kJ/kg，求发电机发出的功率。

图2-11

2-15某电厂一台国产50000kW汽轮机发电机组，锅炉蒸汽量为220t/h，汽轮机进口处压力表上的读数为10.0MPa，温度为540℃。汽轮机出口处真空表的读数为715.8mmHg。当时当地的大气压为760mmHg，汽轮机进、出口的蒸汽焓各为3483.4kJ/kg和2386.5kJ/kg。试求：(1)汽轮机发出的轴功率为多少千瓦？(2)若考虑到汽轮机进口处蒸汽速度为70m/s，出口处速度为140m/s，则对汽轮机功率的计算有多大影响？(3)如已知凝汽器出口的凝聚水的焓为146.54kJ/kg，而1kg冷却水带走41.87kJ的热量，则每小时需多少吨冷却水？是蒸汽量的几倍？

2-16空气在某压气机中被压缩，压缩前空气的参数为p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg；压缩后为p2=0.8MPa，v1=0.175m3/kg，若在压缩过程中每千克空气的内能增加146.5kJ，同时向外界放出热量50kJ；压气机每分钟生产压缩空气10kg。试求：(1)压缩过程中对1kg空气所作的压缩功；(2)每产生1kg压缩空气所需的轴功；(3)带动此压气机所需功率至少要多少千瓦？

2-18某燃气轮机装置如图2-12所示。已知压气机进口处空气的焓h1=290kJ/kg，经

压缩后，空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在截面2处与燃料混合，以c2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，使工质吸入热量q=670kJ/kg。燃烧后燃气经喷管绝热膨胀到状态3，h3=800kJ/kg，流速增至c3，燃气再进入动叶片，推动转轮回转作功。若燃气在动叶中热力状态不变，最终离开燃气轮机速度为c4=100m/s。求