1、工程热力学课后习题华永明版DOC第一章3、现代发电机组中，用压力测量仪表在四个地方测量，读数分别为：表压 25.6MPa、表压0.65MPa、表压3kPa、真空度98kPa,当时大气压力为101.3kPa,求所测四个地方的绝对压力。解答:P1 =Pb +Pg1 =:0.1013+ 25.6= 25.7013MPaP2 =:Pb +Pg2:=0.1013+ 0.65= 0.7513MPaP3 =:Pb +Pg3 =101.3+ 3= 104.4kPaP4 =:Pb-Pv4 =：101 3 98 = 3.3kPa4、西方国家经常使用华氏度作为温度单位，例如测量到某人的体温为 100 T，请求出对应
2、的摄氏温度，并判断100T的体温可能吗？。解答：5 5t (f-32) (100-32) = 37.78 C9 9习题图1-65、 我国进口发电机组中经常会用到一些不是整数的参数，例如 发电机组出口蒸汽温度设计值为 538C,请求出对应的华氏温度， 并分析为什么会出现非整数的温度。 解答：9 9f t 32 538 32 =1000.4 F5 56、 用内充水银的U形管压力计测量压力，管内出现以下两种情况：一为水银柱中出现20mm高的空气泡，二是水银柱中混入了 水，形成一个20mm高的水柱，请求出两种情况下的的压力 pK)T 1900Ds23 = 0-q2 - 21.05Ds 二 = =-0.
3、05263J /(kg?K)T2 400D S41 二 0工质经过一个循环的总熵变? Ds= 011、深层海水的温度4C,热带表层10m海水的平均温度为37C，假设深层海水的质量无穷 大，若在深层海水和表层海水间装一热机， 该热机利用表层10m海水降温至27C所放出的能 量来作功，已知水的比热为 4.1868 kJ/(kgK)。求：(1)每kg表层海水降温过程中放出的热量和熵变；(2)深层海水的熵变、热机的废热量和作功量；(3)求1km2海域能够输出的功量(kWh)。(4)我国2012年底的发电量为4.94万亿kWh，求提供这些电量需要的海域面积。 解答：(1)q= c(t2- tj= 4.1
4、868(27- 37) = - 41.868kJ/kgq1 = - q = 41.868kJ / kg(2)DS2= - D s = 0.1373kJ/Kq2 = T2DS2 = (273 + 4)? 0.1373 38.032kJ / kgWo = q - q2 = 41.868- 38.032= 3.836kJ/kg(3)W=mw0=106创10 103? 3.836/3600=1.066? 107kWh A= Wt =W:4.94 10 7 = 4.606? 105km21.066 10712、将3kg温度为OC的冰，投入盛有20kg温度为50C的水的容器中，容器保持绝热，已知 水的比热
5、为4.1868 kJ/(kg K) ，冰熔解热为333.5kJ/kg，忽略冰熔解时体积的变化。求：(1)系统平衡时的温度；(2)冰的熵变，冰熔解生成的水的熵变和容器中原有水的熵变；(3)若环境温度为20C，求该过程中系统可用能的损失。解答：(1)假设3kg的冰能全部融化，最后混合的温度为tm , 3kg冰以下标1表示，20kg水以下标 2表示，根据热量守恒的关系:m1C (tm 一切 mi q m2c (tm t?) =03 4.187 0 20 4.187 50 -3 333.5(3+20)4.187_ 3186.5-96.301-33.09 C(2)熵的变化量由三部分构成，即3kg冰融化时
6、的熵增，融化后从0C升到tm的熵增和20kg 水降温到tm的熵减。m1 q 守5/k二m2c In Tm =20 4.1871n 33.09 273 = 4.503kJ / KT2 50 273S 01 S12 S2 =3.665 1.437-4.503 = 0.599kJ/ K(3)系统可用能的损失DEq= T(DSi+ DS2+ DS2) = 293? 0.599 175.51kJ（2）当热机可逆时，热机作功最大，放给低温热源的热量最少，此时的热机效率和放热量分别为:T,c -T0 q2 二 q1 1 - T,c 二 q1 考虑到热源在放热给工质的过程中温度是变化的，所以需要积分:38 +
7、273 5-1100 (27 273) In 3.8543 105 J / kg727 +273Q2,min =mq2 =6 X3.8543 已05 = 2.3126 x 106 J / s（3）热机输出的最大功 （等于向低温热源放热最少时的输出功量 ）W =Q, Q2,min =4.5474 x 106 2.3126 x 106 = 2.2348 x 106 J / s第四章3、海洋深处埋藏一种名为可燃冰的物质，它能在某些情况下放出甲烷。若在海洋深处 4000m处产生了一个体积为100m3的甲烷气泡，求它上升至海洋表面时的体积为多大？设海水的密3 3度均匀，为1.025X 10 kg/m ,
8、 4000m深处海水温度为4C,海洋表面温度为27 C,当时大气压为101kPa。解答：口 = r gh+ Pb = 1.025创4000 9.8+ 101= 40281kPa解答:7、汽油燃烧产生的烟气可视作理想气体， 现测得烟气中各成分的容积为：N2： 60%, 02 : 4%,CO2： 21%, H2O: 15%。求：(1)1mol混合气体中各组分的mol数;(2)各组分的质量成分；(3)混合气体的分子量和气体常数。解答：N2 ： 0.6mol,mi = 28? 0.6 16.8gO2: 0.04mol, m2 = 32? 0.04 1.28gCO2: 0.21mol,m2 = 44?
9、0.21 9.24gH2O : 0.15mol, mt = 18? 0.15 2.7gm =w =16.8+ 1.28+ 9.24+ 2.7= 30.02:m / m =16.8/30.02= 0.5596w2 =m2 / m =1.28/30.02 =:0.0426W3 =m / m =:9.24/30.02 =:0.3078w4 =m4 / m =2.7/30.02=0.0899M =m= 30.0210、一定量的封闭空气由温度300K、压力0.15MPa的1点开始，经历两种过程到达相同终点: A过程为等压过程，直接吸热至 480K; B过程先等温吸热膨胀、再以等容过程增压。试完成 以下计
10、算分析：（1） 在同一 p-v图和T-s图上表示两个过程；（2） 过程中空气的热力学能变化、焓变化和熵变化；（3） 过程中空气的吸热量和作功量。解答：图如下(1)定压过程12w = Pdv = pv2 - pv1 = RgT2 - RgT1 = 287.1 ? (480 300)=51678 J / kg = 51.678 kJ / kgq = D h = cP(T2 - T1) = 1.005? (480 300) = 180.9 kJ / kgD u = Dh/g = 180.9 /1.4 = 129.2 kJ / kgDs= cp ln E = 1.005ln 480 = 0.4726
11、kJ / (kg ?K)X 300(2)定温过程13和定容过程32组成的复合过程内能和熵是状态参数，故这一复合过程的内能和熵变化同定压过程v3 v2 T2w =呵3 W32 二叫二 RgTi ln RgTi In RJTi 1 n tvi vi 11二 0.2871 300 In 例=40.48 kJ / kg300 *q = qi3 绻2 = W13 Cv(T2 - T3) = W13 Cv(T2 - T1)=w13 =u13 = 40.48 129.2 = 169.68 kJ / kg11、空气从温度800K、压力5.5MPa的状态1经一绝热膨胀过程至状态2,用A仪器测得状 态2参数为温度
12、485K、压力1.0MPa，用B仪器测得状态2参数为温度495K、压力0.7MPa, 试判断参数A和B中哪个可能正确，并说明理由。解答：对空气 取Cp=1005J/(kg K) Rg =287.1J/(kg K)从1至A的熵变T p 485 1 0 ：s,A=cpln 丄-Rgln A =1005ln 287.1lnp T1 g p1 800 5.5二-502.97 -(-489.43)二-13.54J / (kg K)从1至B的熵变TB pB 495 0.7% 二cpln B -Rg ln 旦=1005ln 287.1lnp T1 g p1 800 5.5-482.45 -(-591.83)
13、-109.38 J / (kg K)对绝热而言，熵是只增不减的，故1A不会出现,1B是可能的.12、空气从温度300K、压力0.1MPa的1点开始压缩到压力为0.6MPa的终点，试计算下列情况下的容积功、技术功和热量(1)等温过程；(2)等熵过程；(3)n=1.25的多变过程解答：定温过程:wRgTInB =0.2871 300 In - -154.32kJ/kg p2 0.6wt = w = -154.32kJ / kg q = w = _154.32kJ / kg定熵过程：y_1 1.4jT2 (巴)F =300 (些) =500.55KP1 0.1w=wt/ - -201.55/1.4
14、- -143.97kJ/kgwt 二-：h = -1.005 (500.55 -300) = -201.55kJ/kg q =0多变过程：p n 0 $ 1倍T2 = T1 (旦)n = 300 (-) 1.25 = 429.3 KP1 0.1R 0 2871w (- T 2 ) (300 - 429 .3) - -148 .48 kJ / kgn - 1 1 .25 - 1Wt = nw = 1 .25 ( -148 .48 ) - -185 .60 kJ / kg(429 .3 - 300 ) = -55 .68 kJ / kgnF Rg . 1 .25 -1.4 0.2871斗 (T 2
15、 T1)=n -1 -1 1 .25 -1 1 .4 114、一体积为0.002m3的绝热活塞-气缸如图如示，活塞无摩擦，初始位置在正中间，两边有 25C, 0.1MPa的空气。现用电热丝对左边气体加热，使压力上升到 0.2MPa，求：（1） 右边空气被压缩后的终温；（2） 右边空气得到的压缩功；（3） 左边空气的终温；（4） 电热丝加入系统的热量；习题4-14（5） 左边空气经历的多变过程的指数；（6） 在同一 p-v图和T-s图表示左右气体经历的过程。注意：研究对象不是1kg，故功、热量应求出总量。解答：（1） 右边气体的终温0 1.44T2R 二T1（P2） =298 宀2）77 =36
16、3.3KP1 0.1（2） 右边气体的容积功1 t 1 363 3WR =mw Ry（1左） 0.1 106 0.001 （1 ）-1 T1 1.4 -1 298= -54.78J（3） 左边气体的终温1 1V2R =Vi(比)飞=0.001 (空厂4 = 0.00061m3Pi 0.1V2L =2M _V2R =0.002 0.00061 =0.00139m3(4)左边电热丝加入的热量等于左边气体内能增量与膨胀功(右边气体得到的压缩功)之和P1V1 1 1 T 2LUl 二m. UL 二乱 1 Rg (T2L -T1) 1P1V1(可 一1)1 6 828.440.1 106 0.001 (
17、 1)1.4 -1 298-445.00JQ = . U l ( _Wr ) =445.00 54.78 -499.78J(5)左边气体经历的过程门_4 5)_ 吨2/。.1) 一 2 106In (V2L/V1) In (0.00139/0.001)15、在一绝热的封闭气缸(0.2m3)中有一无摩擦的导热活塞，开始时该活塞被固定在气缸中 间，左右容积相等。左半部分盛有 300K，0.2MPa的空气，右半部分盛有 300K，0.1MPa的 空气，活塞释放后系统达到新的平衡点，求该平衡点的温度、压力和熵的总变化量。解答: 终点温度：maRg= Pa1V 1mbRg二 Pb1V 1终点压力:熵变:
18、6 60.2 10 0.001 , 0.15 0.1 10 0.001 , 0.15In In300 0.2 300 0.1= 0.19180.1352 = 0.05663 kJ/K16、压力为1.2MPa、温度为380K的压缩空气在管道内流动，由于管道的摩擦和散热，空气 流至一节流阀前压力降为1MPa，温度降为300K，流经节流阀后压力继续降至 0.7MPa。求:(1)空气在节流阀前的管道内散至环境的热量；(2)空气在节流阀后的温度。解答：这是一个有散热的流动和节流的复合过程，由于节流过程比较快，一般以绝热处理(1在流动过程中：Ac2q = h gz ws=q2 二也2 二 cp ：T =1
19、.005 (300-380) = -80.4kJ / kg(2)节流过程前后温度不变：T3 二 T2 =300K电二cpl门鸟 工287.1 In 07 =102.4J/(kg K)2 p2 1.0第六章3、空气在压缩机中被绝热压缩，压缩前空气的参数为 0.1MPa、25C ;压缩后空气的参数为0.6MPa、240E。求：(1)可逆时压缩机压缩1kg空气所耗的功；(2)该压缩机压缩1kg空气所耗的功；(3)该压缩机的效率。解答:0 6终温T2s =T,(P2)=(25+273)x(u)P =497.22K0.11 4287.1 (497.22 - 298) = 200182J / kg1.4
20、1（1理想情况下J一 P2yP1y耗功 wc,s = hs 二 Rg(L,s -T1)实际耗功(焓h是状态量)Y 1 4% ；h Rg(T2 -T；) 287.1 (240-25) = 216042J / kg-1 1.4 -1Wc= 2000.9266 wc 2160424、单级活塞式压缩机需要把空气从 0.1MPa、27E压缩至0.7MPa,试计算三种方式下压缩机 的各项，即：压缩终温、起点和终点比容、吸入功、升压功、排出功、总功，结果请用表格 表示。（1） 等温压缩；（2） n=1.2的多变压缩；（3） 绝热压缩。解答： 终态温度、比容计算：参见理想气体过程方程计算；吸入功、升压功、排出
21、功、总耗功：参见书中计算式 6-9（总耗功=升压功+排出功-吸入功）等温方式多变方式等熵方式初温300.00300.00P 300.00初压0.100.100.10终压0.700.700.70指数1.001.20P 1.40终温300.00414.93523.09比容10.860.860.86比容20.120.170.21吸入功86.1386.1386.13升压功167.60164.98160.12排出功86.13119.13150.18总耗功167.60197.97224.17第七章3、汽油机以空气为工质，进气参数为 0.1MPa、50E，压缩比为6,每一循环中加入的热量为 750kJ/kg
22、，求循环的最高温度、最高压力、循环的净功和理论热效率。解答:(下标1,2,3,4参见书中图7-2)(1)最高温度T3由 E=(迪)匚-；1 =61.4 2.048 得:Ti viT2 =2.048 323 =661.5K由 qi = Cv(T3 -T2)得：q1 750T3 1 T2 661.5 =1706.1K3 cv 0.718(3)循环净功we=833.1K1706.12.048q2 =g(T4 -TJ =0.718 (833.1 -323) =366.3kJ/kg w0 =q1 q2 = 750 366.3 = 383.7 kJ / kg(4)理论热效率理论热效率n 叫日31=1 一36空 =0.5116q1 q1 750或 n =1 卫
