热工课后题答案

习题及局部解答

第一篇工程热力学

第一章根本概念

1.指出以下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。

2.指出以下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。

3.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。假设水柱高200〃"〃，水银柱高80()〃〃〃，如图2-26所示。

大气压力为735如〃Hg,试求容器中气体的绝对压力为多少枕〃？解：根据

压力单位换算

4.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。假设斜管倾

角a=30°，压力计中使用夕=0.8g/c加的煤油，斜管液体长度4=200加,当

地大气压力为=0.1MPa,求烟气的绝对压力(用MPa表示)解：

5.一容器被刚性壁分成两局部，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其

中。为压力表，读数为11()攵B为真空表，读数为45攵4。假设当地大气压

ph=97kPa,求压力表A的读数(用女Pa表示)p,，、=155kPa

6.试述按以下三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。

(1).取水为系统；

(2).取电阻丝、容器和水为系统；

(3).取图中虚线内空间为系统。

答案略。

7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为13.4M&;冷凝器内的

蒸汽压力用真空表测量，其读数为706皿〃Hg。假设大气压力为0.098MPa,试

求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力(用表示)

=0.0247MPa;=0.0039MPa

8.测得容器的真空度亿=550〃〃出g,大气压力/%=0.098M出,求容器内的绝对

压力。假设大气压变为M=0102M&,求此时真空表上的读数为多少

mmMPa?p=0.0247MPa,p；=579.8MPa

9.如果气压计压力为83b小试完成以下计算：

⑴.绝对压力为0.1MR/1时的表压力；

⑵.真空计上的读数为70gz时气体的绝对压力；

(3).绝对压力为502'时的相应真空度(kPa);

(4).表压力为0.25Ma时的绝对压力(kPa)o

(1).【%=口kPa；

(2).p=13kPa;

(3).pv=33kPa;

〔4[.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0℃和100℃,而华氏

温标那么相应地取为32°F和212°F。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321和0℃,以及沸点值292/和00℃代

入，得

解该二元一次方程组，得：4=1.8,3=32。

从而有tF=1.8r+32

当，=-273.15。时，有

11.气体进行可逆过程，满足〃V=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〃-V图上定性画出过程线、示出膨胀功。

答案：略

12.某气体的状态方程为/W=RJ,试导出：

(1).定稳下气体〃.之间的关系；

(2),定压下气体匕7之间的关系；

(3).定容下气体p,T之间的关系。

答案：(1).三=工；⑵.△=乙；(3)伫=%。

Pi匕v,7；1入T]

第二章热力学第一定律

1.一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量为4=180x1()3依/〃，输出功率为Q=55OO(RW,

全厂耗煤%“=19.5〃〃，煤的发热量为“"30X10UJ/依。蒸汽在锅炉中吸热量

q=2680XJ/依。试求：

(1).该动力厂的热效率力;

(2).锅炉的效率%(蒸汽总吸热量煤的总发热量)。

解：(1).锅炉中蒸汽吸热量

热效率上二事工"％

〃4%1.34xl05

(2).锅炉效率

2.系统经一热力过程，放热沟对外做功26〃。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。二八。+印得

对于返回初态的过程

故需对系统做功28灯。

3.气体在某一过程只能感吸收了54心的热量，同时热力学能增加了94U。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-406。

4.1版空气由~=5"尸。,「=0.5”为膨胀至)凸=05用尸。"2=500℃,得到热量506AJ，

对外做膨胀功506口。接着又从终态被压缩到初态，热出热量390/，试求：

(1).［膨胀过程空气热力学能的增量；

(2).压缩过空气热力学能的增量；

(3).压缩过程外界消耗的功。

答案：(1).At/=0;(2).△〃=()；(3).W=-390kjo

5.闭口系统中实施以下过程，试填补表中的空缺数据。

回。，假设外界对系统左贡230，吸收热量为多少？

⑶.设U0db=5kj,Ud=45kj,,那么过程a-d和d-b中系统吸收的热量

各为多少？

答案⑴.2巡=60切；⑵,QL73kj;

⑵.2“/=506；⑷.Qdb=10kj。

7.容积为1小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：

(1).活塞是否对流体做功？

⑵.通过对活塞加压，把流体压力从Q=0.2M&提高到〃3=3Ma,

热力学能变化多少？焰变化多少？

答案(1).W=o；(2).△〃=(),△〃=2.8xl()3幻。

8.一质量为450。必的汽车沿坡度为15。的山坡下行，车速为300〃z/s。在距山脚

100,“处开始刹车，且在山脚处刚好刹住。假设不计其它力，求因刹车而产生的

热量。

0=2.04xlO5Ayo

9.某蒸汽动力装置，蒸汽流量为40〃〃，汽轮机进出口处压力表读数为9MP。，

进口比为344。灯/小，汽轮机出口比焰为2240向7小，真空表读数为95.0Qa,当

时当地大气压力为9&66A&,汽轮机对环境放热为。试求：

(1).汽轮机进出口蒸汽的绝压各为多少？

(2).单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少？

(3).汽轮机的功率为多少？

答案⑴.

(2).=1200灯/口

(3).尸=1.332xl0"W

(4).考虑进出口动能差后外的相对偏差

10.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为〃二°O05MP〃，比焰4=25004〃必，出口为同压

下的水，比焰为色=137.776/必，假设蒸汽流量为22//〃，进入冷凝器的冷却水温

为r二17也，冷却水出口温度为4=3()七，试求冷却水流量为多少？水的比热容

为4.18kj/(kg.K)。

答案956.4x103(依/力

11.某活塞式氮气压气机，压缩的氮气的参数分别为：匕=。・88加/必；

P2=L0MPa,吁0.16〃门小。设在压缩过程中每口氮气热力学能增加18。3同

时向外放出热量6°灯。压气机每min生产压缩氮气18小，试求：

(1).压缩过程对每小氮气所做的功；

(2).生产每依压缩氮气所需的功；

(3).带动比压气机至少要多大的电动机。

答案(1).0=-240Ay7kg;

⑵./h=—312kj/kg；

(3).P=93.6kWo

12.流速为60。加s的高速空气突然受阻停止流动，即。2二°,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bh=\80kj/kg

第三章理想气体及其混合物

1.把C°2压送到体积为。5，〃3的贮气罐内。压送前贮气罐上的压力表读数为

3kPa,温度为20。。，压送终了时压力表读数为30h/温度为50(。试求压送

到罐内的CQ的质量。大气压力为Pb二°』MPa。

解

3

Pi=ph+I2=0.1xIO+3=10%kP*

3

p2=Pb+Pg?=0.1x10+30=130(Z尸〃)

勺吟=若=。・189［姐(依.幻］

由pV=〃iRJ

“VJ(%Pl

Am=

RJ?R3人51

0.5(130x1()3103x1()3]

O.189xlO3X|,50+273-20+273J=0.143(依)

2.体积为08加的某钢性容器内盛有了7(XU&.20C的氮气。瓶上装有一排气

阀，压力到达875ZR/时发门开启，压力降到840仁出时关闭。假设由于外界加热

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⑴r2=93.3℃；(2)瓯7=0.0097依

3.氧气瓶的容积丫=。-30〃/瓶中氧气的表压力为。“4加尸劭=30(。问瓶中盛

有多少氧气？假设气焊时用去一半氧气，温度降为-2=20(,试问此时氧气的

表压力为多少(当地大气压力0，二°JMP〃)

答案"2=7.86依;/小=0.625MPa

4.某锅炉每小时燃煤需要的空气量折合表准状况时为66000/"。鼓风机实际送

入的热空气温度为250(,表压力为20.0kP〃，当地大气压为必=0.1M&,求实

际送风量(〃/")。

+3

解P=PbP8=0.1+20x10~=0.12(MPa)

由PQv=q,”RgT

pqvo_PM，。

得7益

迎ZL」13325X660%(250+273)=]068XI05Q")

7

T(｝《2730.12、

5.某理想气体比热比&=c"c"1.4,定压比热容j,=1.042求该气体的

摩尔质量。

解由皂=攵及c-d=R=£

cvM

得M=-J、=---_=27.93(g/mol]

cp(\-\!k)1.042x(1-1/1.4)'，'

6.在容积为。/疝的封闭容器内装有氧气，其压力为300〃Pa,温度为15(,问应

参加多少热量可使氧气温度上升到80。(？

⑴按定值比热容计算；

⑵按平均比热容计算。

解4=2==。26k〃(依刈

M32

⑴Q=mcv\t=m久&F)=1.2xgx0.26x(800-15)=612.3(V)

⑵查得础5=O.656欠J/^g.K)

7.摩尔质量为3()&g的某理想气体，在定容下由275C,加热到845(,假设热力

学能变化为400攵〃口，问焰变化了多少？

答案4?=557.93必

8.将1口氮气由乙=30°定压加热到MO。。，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

9.2依的CO?,由P1=800步m=900'C膨胀到〃2=120火〃也=600℃，试利用定

值比热容求其热力学能、焰和燧的变化。

解

10.在体积为V=1.5加的钢性容器内装有氮气。初态表压力为P』=2.0M',温

度为230P,问应参加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O.IMPa。

⑴按定值比热容计算；

⑵按真实比热容的多项式计算；

⑶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

(1)

(2)查得

C〃,m=[)+《丁+出丁？

-8

%=27.3146,q=5.2335x10-3,生=-0.42xl0

/?=—=生”=0.7532(公〃o/)

m28

Q=f呜，M=(g„-R\lT=4；nCpj/T-〃RfdT=(4+q7+4?\lT-nR\T

=〃(甸7+伴尸+/广卜：一成伉一万)

=0.7532x[27.3146x(1023-503)+1x5.2335x10-3x

(10232-5032)+1x(-0.42)x10-8x(10232-5032)-0.7532x8.314x(1023-503)]=9.005x1

△H=fnCpmdT=Q+nR\T

=9.005xl03+0.7532x8.314x(l023-503)=1.226x104(kJ)

⑶查得

(4)查得

11.某氢冷却发电机的氢气入口参数为以=0.2"&5=40（,出口参数为

p*2=0.19MRV2=66“C。假设每分钟入口处体积流量为1.5加3,试求氢气经过发

电机后的热力学能增量、焰增量和燧增量。设大气压力为p〃=0.1M出。

⑴按定值比热容计算；

⑵按平均比热容直线关系式计算。

解

（1）按定值比热

7=J8=：x4.157=14.55［心/（匕人）］

O=Cp_Rg=14.55一4.157=10.39k，/（Ag.K）］

A（7=q,ncy\t=0.3459x1（）.39x（66-40）=93.44（V/min）

AH=qmcp^t=0.3459x14.55x（66-40）=130.9（H/min）

△S=q{cnIn正〕=0.3459xfl4.55InW.、］-4.1571n—1=0.4504［k〃（K.min）

I4I40+2730.3）二八7

（2）按平均比热容的宜线关系式

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3（）0（,出口温度为8（）（。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，比焰变化和比嫡的变化。

⑴按定值比热容计算；

⑵按平均比热容（表）计算。

答案

⑴

⑵

13.进入气轮机的空气状态为曲小“600^,绝热膨胀到l°°"a300。。，略去动

能、位能变化，并设大气温度为"=300K,试求：

(1)每千克空气通过气轮机输出的轴功；

(2)过程的嫡产及有效能损失，并表示在r-s图上;

(3)过程可逆膨胀到IOOZa输出的轴功。

解

⑴

⑵

炳产及有效能损失i如图3-36中阴影面积所示。

(3)

14.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〃=400〃&/=27(时的比体积。

解

15.试证明：对于理想气体的绝热过程，假设比热容为定值，那么无论过程是

R

_卬=7-(1-八)

否可逆，恒有k-l

式中：7；和心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

又

得A.

k-\

故卬=3年-%)

K-1

证毕

第四章理想气体的热力过程

1.某理想气体初温彳=470K,质量为2.5必，经可逆定容过程，其热力学能变

化为AU=2954U,求过程功、过程热量以及烯的变化。设气体

凡=。4口/(心外,&=1.35,并假定比热容为定值,

解

由人丁4

Cp/d=k

C”2=3543必、刈

△U=mcv\T=mcv(4一刀)

得丁、=—+7；=295.4+47()=573.3(K)

tncv2.5x1.143

AS=mcv吟=2.5x1.143In=0.568(Z〃K)

2.一氧化碳的初态为Pi=4.5M&,7；=493Ko定压冷却到■二293K。试计算

的一氧化碳在冷却过程中的热力学能和熔的变化量，以及对外放出的然量。比

热容取定值。

答案△(/=4.154x104O,AH=5.82xlO4。

3.氧气由J=30。。,〃1=0.1MP〃被定温压缩至P2=0.3MP。。

(1)试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功；

(2)假设按绝热过程压缩，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图和r-s图上，试在图上比拟两者的耗功。

解%啥=W=0.26同/(依田］

(1)叫7=R,7in2=0.26x303In—=-86.55

"-P,0.3

⑵

[3)两过程在〃-口图和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1-27为定温过程，1-2,为绝热过程线。从图中可以看至I」,

绝热过程耗功比定温过程耗功多出曲边三角形面积1-27-2,o

4.使将满足以

下要求的理想

气体多变过程

在PT和t-s

图上表示出来

(先画出4个

图3-37

(a)p-v(b)T-s图根本热力过

程)：

(1)气体受压缩、升温和放热；

(2)气体的多变指数〃=0.8,膨胀;

(3)气体受压缩、降温又降压：

(4)气体的多变指数〃=1.2,受压缩;

(5)气体膨胀、将压且放热。

答案如图3-38(a)和图3-38(b)所示的不.图和3T图上,1-1,1-2,

1・3,1・4和1・5分别为满足⑴，⑵,⑶，⑷和⑸要求的多变过程线。

5.柴油机汽缸吸入温度.=60(的空气2.5x10-3",经可逆绝热压缩。空气的温

度等于燃料的着火温度。假设燃料的着火温度为720。。，问空气应被压缩到多

大的体积？

答案匕=1.63X103〃3

6.有1打空气，初态为P|=0.6MRg=27。。，分别经以下三种可逆过程膨胀到

p2=OAMPa,试将各过程画在〃-y图和一s图上，并求各过程始态温度、做工

量和烯的变化量：

(1)定温过程；

(2)〃=1.25的多变过程；

(3)绝热过程。

答案

⑴

⑵

(3)

〃-u图和7-s图如图3-39所不o

7.一容积为02r的贮气罐，内装氮气，其初压力p|=0.5M&,温度乙=37(。

假设对氮气加热，其压力、温度都升高。贮气罐上装有压力控制阀，当压力超

过().8MPa时，阀门便自动翻开，防走局部氮气，即罐中维持最大压力为().8MPa,

问当贮气罐中氮气温度为287。。时，对罐内氮气共参加多少热量？设氮气比热

容为定值。

解(=[=誓=。.297同/(依.K)]

由pV=mRT

开始过程是定容过程，那么

8.容积为V=O.6/〃3的空气瓶内装有压力%=l()MPa,温度为7；=300K的压缩空

气，翻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，(=0.2874//(&g.K)。

(1).问过一段时间后，瓶中空气从室内空气吸热，温度有逐渐升高，

最后重新到达与室温相等，即又恢复到300K,问这时空气瓶中压缩空气的压

力〃3为多大？

答案(1)笃二271.1K,△机=75.6必

(2)〃3=7.75MPa

9.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

10.压力为160Z&的1版空气，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。

11.空气进行可逆压缩的多变过程，多变指数〃=13耗功量为67.95勿7忠，求热

量和热力学能变化。

答案Q=-16.95。,AU=50.85。

第六章水蒸气

1.湿饱和蒸汽，〃=0.9MP“％=0.85,试由水蒸气表求/也匕$,和〃。

答案ts=175.389C,/?=2468.99kJ/kg

2.过热蒸汽，〃=3.()MP%=425℃,根据水蒸气表求匕〃㈤〃和过热度。，再用〃t

图求上述参数。

答案查表：v=0.103638in/k^h=3286.74〃依

查图：v=0.105m〃kg,h=3290kJ[kg

3.开水房用开水的蒸汽与"20°C同压下的水混合，试问欲得5f的开水，需要多

少蒸汽和水？

解设需蒸汽为砂,必，那么水为〃九.=m-mvo

由〃=0.IMP。,查得/?'=417.52kJ]kg,〃〃=2675.14kJ/kg

t=20°C时，h2=83.96kJ/kg

根据热力学第学一定律

4.水蒸气p=U.2MPaJi=1300Ay/kg，试求其v,r,5o

答案v=0.3158而Ikg,i=120.30℃,5-=3.5452kjRkg.K)

5.Wg蒸汽,0=ZOMRg=0.95，定温膨胀至P2=0.1M%,求终态u,/z,6及过程

中对外所做的功。

解卬=683.()(%〃攵g)

6.进汽轮机的蒸汽参数为PL3.0M为,「435ro假设经可逆膨胀绝热至

p2=MPa,蒸汽流量为4.0攵g/S,求汽轮机的理想功率为多少千克：

答案P=4.66xlO3JllV

7.一刚性容器的容积为0.3MPa,其中%为饱和水，其余为饱和蒸汽，容器中初

压为0.1M&。欲使饱和水全部汽化，问需要参加多少热量？终态压力为多少？

假设热源温度为500℃,试求不可逆温差传热的有效能损失。设环境温度为

27℃o

8.容积为0.36〃『的刚性容器中贮有”350℃的水蒸气，其压力表度数为10(次&。

现容器对环境散热使压力下降到压力表度数为5(欣试求：

(1).确定初始状态是什么状态？

(2).求水蒸气终态温度；

13〕.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20℃,大气压力为O.IMPa。

答案（1）过热蒸汽；

⑵%=1458。（此结果为利用教材《热工根底与应用》后附录A-7所得。

利用较详细水蒸气热表或图答案应为⑼。。）

（3）Q=-82.62]/=35.8kJ（同上，Q=-59AkJ,I=27.2kJ）

9.气轮机的乏汽在真空度为96ba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1依乏

汽2在冷凝器中放出的热量。设大气压力为0.1M4。

答案2=3.05xl04,^=2140kJ/kg

10.一刚性绝热容器内刚性各班将容器分为容积相同的A8两局部。设A的容积

为0.16疗,内盛有压力为O.IMPa、温度为300℃的水蒸气；8为真空。抽掉隔板

后蒸汽蒸汽自由膨胀到达新的平衡态。试求终态水蒸气的压力、温度和自由膨

胀引起的不可逆有效能损失。设环境温度为20℃,并假设该蒸汽的自由膨胀

满足”=常数。

解（1）由〃2匕=0匕=常数

得p2=/?!—=l.Ox-=0.5（MPa）

匕2

（2）由P|=LOMPa"|=300℃,查得

由p2=0.5M网,吟=0.5161阳7版,查得

11.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乙=20℃,出口温度为G=35℃。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220〃力，空

气进出口压力不变，比热容为定值。试求:

(1).流经干式冷却器的焰增量和燧增;

(2).空气流经干式冷却器的婚变以及不可逆传热引起的端产。

解⑴由〃=7.0IP4口=0.8查算得

对空气&=0.287kJ/〈kg.K),Cp=1.004kJ/{kg.K)

根据热力学第一定律有

35

(2)AH0=qm(tcp(r2-/))=7.818x10x1.004x(35-20)=1.177x10(kW)

△Sa=39.18(%W/K)

AS、,=-377.17(〃W/K)

⑴AS。=14.63(H0K)

39.PL9.0MRM1=500℃的水蒸汽进入气轮机中作绝热膨胀，终压为P?=50kPao

汽轮机相对内效率

式中h一—为定燧膨胀到时的焰。试求

(1).每小蒸汽所做的功；

(2).由于不可逆引起燧产，并表示在图上。

答案由p|=9.0MPa吊=500℃查得％=3385kJ[kg,®=6.656kJ/(kg.K)

由%=»=6.656kJ/(kg.K),p2=5.0%Po查得=2030kJIkg

由〃T

得h2=2220(kJ/kg)wsh=1165(kJjkg)

(3)由P2=5kPa,h2=2220kJ/kg查得

过程如下图。

第七章湿空气

1.设大气压力为O.IMPa,度为

图3—41

25℃,相对湿度为9=55%,试用分析法求湿空气的露点温度、含湿量及比焰,

并查力-"图校核之。

答案解析法%=14.8°C,d=0.011口/4(〃)<=5305%J/Ag(a)

查图：

2.空气的参数为p〃=0.1朋网」=20。。M=30%,在加热器中加热到85℃后送入烘

箱取烘干物体/从烘箱出来时空气温度为G=35C,试求从烘干物体中吸收1必

水分所消耗的赶空气质量和热量。

解由乙=20(必=30%,查万-d图得

由由=44=85(得

3.设大气压力为0.1M',温度为30℃,相对湿度为0.8。如果利用空气调节设

备使温度降低到10℃去湿，然后再加热到20℃,试求所的空气的相对湿度。

答案0=53%

4.一房间内空气为0.IMP-温度为5℃,相对湿度为80%。由于暖气加热使房

间温度升至18°。。试求放暧气后房内空气的相对湿度。

答案(p=32%

5.在容积为100加的封闭室内，空气的压力为O.IMPa,温度为25°C,露点温度

为18℃,试求室内空气的含湿量，和相对湿度。假设此时室内放置假设干盛水

的敞口容器，容器的加热装置使水能保持25℃定温蒸发至空气到达室温下饱

和空气状态。试求到达饱和空气状态的空气含湿量和水的蒸发量。

解⑴由二25。。查得

由td=18℃查得pv=0.002064MPa

所以9=65%

(2)Q=100%

6.一股空气流压力为O.lWPa,温度为20。，相对湿度为30%,流量为每分钟

15,/。另一股空气流压力也为0.1M九,温度为35℃,相对湿度为80%,流量为

每分钟20/。混合后压力仍为0.1M',试求混合后空气的温度、相对湿度和含

湿量。

解：水蒸气的人,=0.462Rj/Qg.K)]

由4=20℃,%=30%查得

由，2=35。。,％=80%查得

由热力学第一定律

由为=73.3%〃依(4)，4=00181Zg/kg(a)查得

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%=0.6依/5,燃气参数

r,=600℃,压力R=0.6MPa,燃气在喷管出口的压力为p?=0.4历&,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：=438〃z/s，4=7.65〃z/s

2.空气流经一出口截面积为A2=10c/的渐缩喷管，喷管进口的空气参数、为

=2.0MPajl=80C,c,=150m/s,背压为p〃=0.8M&,试求喷管出口处的流速和

流经喷管的空气流量。假设喷管的速度系数为0.96,喷管的出口流速和流量又

为多少？

人*行333+1|^=344.

—3442—

解：(1).%=PiJ=2x(^^)0-4=2.246(MPa)

f)R

Po==0.356<%=0.528

°2.246”

所以=Pu—Ver'Po~0.528x2.246=1.186(MPw)

(2).

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

Pi=9.0MR,4=525℃,喷管背压力为外=4.0MPa,假设流经喷管的流量为

心=6必/s,试进行喷管设计计算。

解：由庄二竺二Q44v%=0.546

Pi9.0

知喷管形状应选缩放型的。

由.=9.OMPa，4=525℃,九一6图得

=

由PerP\匕r=9.0x0.546=4.914(MPa),ser=邑,和p?=ph=4.0M&,s2=s”查得

4.空气以200〃?/s的速度在管内流动，用水银温度计测得空气的温度为7()°C,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rz=50.1℃

5.压力P|=100k&、温度为。=27℃的空气，流经扩压管时压力提高到

%=180柱〃，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G=332m/s,M】=0.956

6.某单级活塞式压气机每小时吸入温度乙=17℃、压力p=0.1MPa的空气120加，

输出空气的压力为〃2=0.64M&。试按以下三种情况计算压气机所许的理想功

率：

(1).定温压缩；

(2)绝.热压缩；

⑶.多变压缩

答案(1).%=6.19LW;⑵.匕,=8.2%卬；(3),Pen=73kW

7.一台两级压气机，几如压气机的空气温度是乙=17°C,压力为P1=().1MP〃，压

气机将空气压缩至P3=2.5M网,压气机的生产量为50加/〃(标态下)，两级压

气机中的压缩过程均按多变指数〃=1.25进行。现以压气机耗功最小为条件，试

求：

(1).空气在低压气缸中被压缩后的饿压力为小；

(2).空气在气缸中压缩后的温度;

(3).压气机耗功量;

14).空气在级间冷却器中放出的热量。

=5

解

n

=P\oPt=0.1x5=0.5(MPa)

n—1

025

⑵Er也=290x5而=400(K)

Pi

r=TlfT3=T2=400K

Poq、o0.101325x500x1()6

=登=nw战=646.6(必/6)=0.180(必/s)

RJl0.28/x10x273

n-\

(3)-P=(乃"opt-1)

(n-\

0”

2x1.25x0.18x0.287x290x(5^—l)=56.9(ZW)

1.25-1

(4).①=-=q”q,8一%)=0.18x1.004x(290-400)=-19.9(RW)

8.某轴式压气机，每秒生产2。总压力为0.5M&的压缩空气。假设进入压气机的

空气温度为4=20。。，压力为PQ1M&,压气机的绝热效率%=092,求出口处

压缩空气的温度及该压气机的耗功率。

Az!山

解7；=d上厂=293x(”一=464.1(K)

IP"kO.lJ

由匕也=R得

色一4T「T\

9.一离心式压气机每分钟吸入压力为P1=1(X)B〃、4=2()c的空气200疝。空气

离开压气机的温度为出口截面上的流速为5。而s,空气的比热容

Cp=1.004X/(kg.K),假定与外界无热量交换。试求压气机的耗功率。

答案P=]24AkW

10.定容加热汽油机循环在每千克空气参加热量1000U,压缩比£=匕/%=5,压

缩过程的初参数为100b45℃。试求：

(1).循环的最高压力和最高温度；

(2).循环的热效率。

答案(1)♦1nax=l%3K,pmax=331MPa;(2).7^=52.6%

11.一混合加热理想内燃机循环，工质视为空气，

/?!=0AMPa,ti=50C,6：=v,/v2=12,2=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TT图如右图所示。

2点：

3点:

4点:

5点:

12.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7T图上利

用平均温度的概念比拟定容加热、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图如卜图。

假设定容加热理想循环热效率为〃小，定压加热理想循环热效率为

%p,混合加热理想循环热效率为那么有<7r<7.p

13.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4=27°C,压

力m=O.TMPa,循环增压比乃=P2/Q=4。在燃烧事中参加热量，经绝热膨胀至

p4=0AMPao设比热为定值。

m.画出循环的图;

(2)求.循环的最高温度;

(3).求循环的净功量和热效率;

(4),假设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图如下图；

⑵.7mx=7；=1176K；

（3）.例）=239.8ZJ/Ag,力=32.7%；

⑷・7=28%

14.对于燃气轮机定压加热理想循环，假设压气机进出口空气参数为

p1=0.1MPa,6=27℃,燃气轮机进出口处燃气温度6=1000℃,试向增压比〃最

高为多少时，循环净功为0?答案乃a=157

15.某锅炉每小时生产4/水蒸气。蒸汽出口的表压为p,2=l2M网,温度

/2=350℃O设给水温度乙=40℃,锅炉效率为=0.8,煤的发热量(热值)

%=2.97x104股/必,试求每小时锅炉的耗煤量。

答案耗煤量/<=448心/力

16、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1,气流温度

为tf,那么二者的大小关系为;

(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PL1M4,背压以=0.3M4,册出口压

力P2-2

(4)现设计一喷管，假设进口过热蒸汽压为乃=9MP〃，背压为p„=2MPa,

此喷管的形状应选择。

17>压力为O.IMPa、温度为15为的空气,分别以100m/5,200m/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=6.6M四,温度/=960°C,背压为

ph=4.0MZ试求出口截面流速。

19.某减缩喷管出口截面积为25〃/，进口空气参数p1=0.5%]1=300。。，初速

q=178加/$,问背压为多大时到达最大质量流量？该值是多少？

20.压力为O.IMPa,温度30。。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？

21.压力p}=9.0MPa、温度4=550。。的水蒸气，经节流阀后压力降为6=8.6M4,

然后进入喷管作可逆膨胀至压力为外=6加&。设环境温度为几=300K,流量

。=32必/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)因节流引起的燧产及有效能损失为多少？

第九章蒸汽动力循环

1.蒸汽动力循环的主要设备是什么？各起什么作用？

2.提高蒸汽动力循环热效率的主要措施与方法有那些？

3.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？

4.试画出蒸汽再循环的7-s图。

5.某朗肯循环，水蒸气初参数为P1=50)。。，背压为。试

求循环吸热、放热量、汽轮机做功和循环热效率。

6.某蒸汽动力循环，水蒸气的初参数为P1==530°C,背压为

p2=0.005MPa,汽轮机相对内效率%=0.88,试求循环吸热量、放热量、汽轮

机做功量和循环热效率。

7.某蒸汽压缩制冷循环，制冷剂为叙里昂134a,蒸发器的出口温度为-26.45。。，

冷凝器的出口温度30。。。试求：

(1)循环制冷量和压气机耗功量；

⑵制冷系数；

(3)循环热效率。

8.某蒸汽动力循环装置为郎肯循环。蒸汽的初压为P|=4.0M',背压为

P2=O.OO5M出,假设初温分别为300c和500℃,试求蒸汽在不同初温下的循环

热效率7及蒸汽的终态千度/°

解：⑴.由历=4.0M&,4=300℃,查过热蒸汽表得

由P2=O.OO5M出,查饱和水和饱和蒸汽表得

由&=4得

又%=]；=13722kJ1kg

忽略泵功儿二九3

(2).过程和上一问相同，最后结果是

4=39%,x2=0.832

9.某朗肯循环，水蒸气初温为乙=500℃,背压为P2=O.OO5M',试求当初压分

别为4.0MP。和6.0M&时的循环热效率及排汽干度。

答案

10.某蒸汽动力厂按再热循环工

“500℃

作，锅炉出口蒸Pi=4.0MPaPi=6.0MPa汽参数为

p2=0.005MPa

39%39.5%

X20.832().808

Pi=10MP〃/=500℃,汽轮机排汽压力〃2=0.(XM。蒸汽在进入汽轮机膨胀

至L0MP.时，被引出到锅炉再热器中再热至500℃,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端过程，试求：

(1).由于再热，使乏汽干度提高多少？

(2)由.于再热，循环的热效率提高了多少？

解：⑴.由q=10”皈/500查得

由pa=\.OMPa,sa=S[=6.5954攵J/(Ag.K)查得

由以=1.0历％4=500℃查得

由〃2=0.004M外,*=Sb=7.7597k,(kg・K)

且K=\2\.3kJ/kg

由〃2=0.004%M=6.5954kJ^kg。K)查得

忽略泵功/%=%=%=\2\.3kJ/kg

⑵忽略泵功/=卬7=(4-4)+优-九2)

二(3372.8-2807)+(3476.8-2337.0)=1706(U/kg)

=(3372.8-121.3)+(3476.8-2807)=3921.3(kJ/kg)

无再热时

第十章制冷循环

1.某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

/.=-15℃,在冷凝器中冷凝后的氨为饱和液，温度乙=25。。。试求:

蒸发器中氨的压力和冷凝器中氨的压力；

循环的制冷量处，循环净功％和制冷系数£;

假设该装置的制冷能力为叫=42x10”1",氨的流量为多大?

解U)T-s图参阅图5-26(b)

蒸气压缩制冷循环

由彳=_15。°,查氨的lgp-力图得(a)装置与流程示意图；(b)T、图

由4=25。。,查Igp-力图得

由s2=S[,p?=1.01MPa，查得

(2)%=4一h4=1570-450=1120(kJ/kg)

⑶①L。”为

2.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

%,氟里昂134a蒸气经压缩后在冷凝器中凝结为液体放出热量心，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

30℃,试求:

热泵的供热系数；

室内供热10()()()()kJ/h时，用以带动热泵所需的理论功率；

当用电炉直接供应室内相同的热量时，电炉的功率为多少？

答案(1)£=8.58;(2)P=3.23ZW;(3)P(,=27.SkW

第二篇传热学

第二章导热根本原理及稳态导热

1.两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

A、A2,导热系数分别为4和4。如果该大平板的两外表积分别维持在均

匀温度乙及，2，试

导出通过该大平板的导热热量计算式。

11

?1J

(答案①=储—,)[)

4444

2、一炉子的炉墙厚13cm，总面积20加2,平均导热系数1.04W/(”K),内、

外壁温分别为520。。和50。C。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃煤的发

热值为2.09x10乜J/依，问每天因热损失要用掉多少千克煤？(答案

中=75.2%W每天耗煤3109kg)

3,对置于水中的不锈钢管采用电加热的方法进行压力为1.013x1()5P〃的饱和

水沸腾换热实验。测的加热功率为50W,不锈钢管外径4〃〃〃，加热段长1()四,

外表平均温度为100忆。试计算此时的沸腾外表换热系数。(答案

h=4421W/(m2•K))

4.图4-64所示的的空腔由两个平行黑体外表组成，空腔内抽成真空，且空

腔的厚度远小于其高度与宽度。其余以知条件如下图。外表2是厚#=0.57

的平板的一侧面，其另一侧面外表3被高温物体加热，平板的导热系数

%=17.5W/("K)。试问在稳态工况下外表3的温度%是多少？

5.有一厚为20〃〃〃的平面墙，导热系数1.3W/("K)。为使每平方米墙的热损失

150(Wo在外外表覆盖了一层导热系数为0.2W/("K)的保温材料。以知复合壁

两侧的温度分别为750。。及55。。，试确定保温层此时的厚度。(答案

3=89.6〃〃〃)

6.一钢管热风管。内径160〃"〃，外径170/w〃，导热系数4=58.2W/("K)。热风

管外包有两层保温材料，内层厚&=30〃"〃，导热系数4=0.135W/(〃z.K)；外层

厚品=80〃*导热系数4=0.093卬/(〃”)。热风管内外表温度&=300。。，外层

保温材料的外外表温度3=5。忆。求热风管每米管长的热损失和各层间分界面

的温度。

(答案①〃=198.4W/m,%2:299.97"。,*=229.27"。)

7.用比拟法测定材料导热系数的装置如图4-65所示，标准试件厚度

4=16."，导热系数