工程热力学课后题答案Word格式文档下载.doc
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当℃时,有
11.气体进行可逆过程,满足(为常数),试导出该气体从状态变化到状态时膨胀功的表达式,并在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,试导出:
(1).定稳下气体之间的关系;
(2).定压下气体之间的关系;
(3).定容下气体之间的关系。
(2).;
(3).。
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,输出功率为,全厂耗煤,煤的发热量为。
蒸汽在锅炉中吸热量。
试求:
(1).该动力厂的热效率;
(2).锅炉的效率(蒸汽总吸热量煤的总发热量)。
(1).锅炉中蒸汽吸热量
热效率
(2).锅炉效率
2.系统经一热力过程,放热对外做功。
为使其返回原状态,对系统加热,问需对系统作功多少?
由得
对于返回初态的过程
故需对系统做功。
3.气体在某一过程只能感吸收了的热量,同时热力学能增加了。
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?
此过程为压缩过程;
此过程中系统与外界交换的功是。
4.空气由膨胀到℃,得到热量,对外做膨胀功。
接着又从终态被压缩到初态,热出热量,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。
(2).;
(3).。
5.闭口系统中实施以下过程,试填补表中的空缺数据。
过程序号
1
25
-12
-9
2
-8
58
-16
3
17
-13
(8)
21
4
18
-11
7
表中括号内的数为答案。
(-46)
(37)
(74)
(38)
(-22)
(29)
6.如图所示,某封闭系统沿途径由状态变化到,吸入热量,对外做功,试问:
(1).系统从经至,若对外做功,则吸收热量是多少?
(2).系统由经曲线所示过程返回,若外界对系统左贡,吸收热量为多少?
(3).设,那么过程和中系统吸收的热量各为多少?
答案
(1).;
(2).;
(4).。
7.容积为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?
(2).通过对活塞加压,把流体压力从提高到,热力学能变化多少?
焓变化多少?
答案
(1).;
(2).。
8.一质量为的汽车沿坡度为的山坡下行,车速为。
在距山脚处开始刹车,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。
。
9.某蒸汽动力装置,蒸汽流量为,汽轮机进出口处压力表读数为,进口比为,汽轮机出口比焓为,真空表读数为,当时当地大气压力为,汽轮机对环境放热为。
(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
(1).
(2).
(3).
(4).考虑进出口动能差后的相对偏差
10.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为,比焓,出口为同压下的水,比焓为,若蒸汽流量为,进入冷凝器的冷却水温为℃,冷却水出口温度为℃,试求冷却水流量为多少?
水的比热容为。
答案
11.某活塞式氮气压气机,压缩的氮气的参数分别为:
,;
,。
设在压缩过程中每氮气热力学能增加,同时向外放出热量。
压气机每生产压缩氮气,试求:
(1).压缩过程对每氮气所做的功;
(2).生产每压缩氮气所需的功;
(3).带动比压气机至少要多大的电动机。
答案
(1).;
(2).;
(3).。
12.流速为的高速空气突然受阻停止流动,即,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,问滞止过程空气的焓变化了多少?
答案
第三章理想气体及其混合物
1.把压送到体积为的贮气罐内。
压送前贮气罐上的压力表读数为,温度为,压送终了时压力表读数为,温度为。
试求压送到罐内的的质量。
大气压力为。
解
由
2.体积为的某钢性容器内盛有了的氮气。
瓶上装有一排气阀,压力达到时发门开启,压力降到时关闭。
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)℃;
(2)
3.氧气瓶的容积瓶中氧气的表压力为。
问瓶中盛有多少氧气?
若气焊时用去一半氧气,温度降为,试问此时氧气的表压力为多少(当地大气压力)
答案
4.某锅炉每小时燃煤需要的空气量折合表准状况时为。
鼓风机实际送入的热空气温度为,表压力为,当地大气压为,求实际送风量。
解
由
得
5.某理想气体比热比,定压比热容,求该气体的摩尔质量。
解由及
得
6.在容积为的封闭容器内装有氧气,其压力为,温度为,问应加入多少热量可使氧气温度上升到?
(1)按定值比热容计算;
(2)按平均比热容计算。
解
(1)
(2)查得
7.摩尔质量为的某理想气体,在定容下由,加热到,若热力学能变化为,问焓变化了多少?
答案
8.将氮气由定压加热到,分别用定值比热容,平均比热容(表)计算其热力学能和焓的变化。
用定值比热容计算
用平均比热容计算
9.的,由膨胀到,试利用定值比热容求其热力学能、焓和熵的变化。
10.在体积为的钢性容器内装有氮气。
初态表压力为,温度为,问应加入多少热量才可使氮气的温度上升到?
其焓值变化是多少?
(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。
(3)查得
(4)查得
11.某氢冷却发电机的氢气入口参数为,出口参数为。
若每分钟入口处体积流量为,试求氢气经过发电机后的热力学能增量、焓增量和熵增量。
设大气压力为。
(2)按平均比热容直线关系式计算。
(1)按定值比热
(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,出口温度为。
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,比焓变化和比熵的变化。
(2)按平均比热容(表)计算。
答案
13.进入气轮机的空气状态为,绝热膨胀到,略去动能、位能变化,并设大气温度为,试求:
(1)每千克空气通过气轮机输出的轴功;
(2)过程的熵产及有效能损失,并表示在图上;
(3)过程可逆膨胀到输出的轴功。
(1)
(2)
熵产及有效能损失如图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、质量分数和在时的比体积。
解
15.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
式中:
和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
故
证毕
第四章理想气体的热力过程
1.某理想气体初温,质量为,经可逆定容过程,其热力学能变化为,求过程功、过程热量以及熵的变化。
设气体,并假定比热容为定值。
2.一氧化碳的初态为。
定压冷却到。
试计算的一氧化碳在冷却过程中的热力学能和焓的变化量,以及对外放出的热量。
比热容取定值。
3.氧气由被定温压缩至。
(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图和图上,试在图上比较两者的耗功。
解
(3)两过程在图和图上的表示分别如图3-37(a)和3-37(b)所示。
图中过程线为定温过程,为绝热过程线。
从图中可以看到,绝热过程耗功比定温过程耗功多出曲边三角形面积。
4.使将满足以下要求的理想气体多变过程在和图上表示出来(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,膨胀;
(3)气体受压缩、降温又降压;
(4)气体的多变指数,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)所示的图和图上,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。
5.柴油机汽缸吸入温度的空气,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,问空气应被压缩到多大的体积?
6.有空气,初态为,分别经下列三种可逆过程膨胀到,试将各过程画在图和图上,并求各过程始态温度、做工量和熵的变化量:
(1)定温过程;
(2)的多变过程;
(3)绝热过程。
答案
图和图如图3-39所示。
7.一容积为的贮气罐,内装氮气,其初压力,温度。
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,当压力超过时,阀门便自动打开,防走部分氮气,即罐中维持最大压力为,问当贮气罐中氮气温度为时,对罐内氮气共加入多少热量?
设氮气比热容为定值。
解
由
开始过程是定容过程,则
8.容积为的空气瓶内装有压力,温度为的压缩空气,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,。
(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,最后重新达到与室温相等,即又恢复到,问这时空气瓶中压缩空气的压力为多大?
答案
(1)
(2)
9.是导出理想气体定值比热容的多变过程的初、终态熵变为
主要步骤与公式
由得
10.压力为的空气,定容冷却到,空气放出的热量全部被温度为℃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图上。
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,多变指数耗功量为,求热量和热力学能变化。
答案
第六章水蒸气
1.湿饱和蒸汽,,试由水蒸气表求。
2.过热蒸汽,℃,根据水蒸气表求和过热度,再用图求上述参数。
答案查表:
查图:
3.开水房用开水的蒸汽与℃同压下的水混合,试问欲得的开水,需要多少蒸汽和水?
解设需蒸汽为,则水为。
由,查得
时,
根据热力学第学一定律
4.已知水蒸气,试求其。
答案
5.蒸汽,,定温膨胀至,求终态及过程中对外所做的功。
6.进汽轮机的蒸汽参数为℃。
若经可逆膨胀绝热至,蒸汽流量为,求汽轮机的理想功率为多少千克:
7.一刚性容器的容积为,其中为饱和水,其余为饱和蒸汽,容器中初压为。
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℃,试求不可逆温差传热的有效能损失。
设环境温度为℃。
8.容积为的刚性容器中贮有℃的水蒸气,其压力表度数为。
现容器对环境散热使压力下降到压力表度数为。
(1).确定初始状态是什么状态?
(2).求水蒸气终态温度;
(3).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℃,大气压力为。
答案
(1)过热蒸汽;
(2)(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图答案应为)
(3)(同上,)
9.气轮机的乏汽在真空度为干度为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,以及乏汽2在冷凝器中放出的热量。
答案
10.一刚性绝热容器内刚性各班将容器分为容积相同的两部分。
设的容积为,内盛有压力为、温度为℃的水蒸气;
为真空。
抽掉隔板后蒸汽蒸汽自由膨胀达到新的平衡态。
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℃,并假设该蒸汽的自由膨胀满足。
解
(1)由常数
得
(2)由,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℃,出口温度为℃。
进入冷凝器的压力为,干度为,出口为相同压力的饱和水。
设乏汽流量为,空气进出口压力不变,比热容为定值。
(1).流经干式冷却器的焓增量和熵增;
(2).空气流经干式冷却器的熵变以及不可逆传热引起的熵产。
解
(1)由查算得
对空气
根据热力学第一定律有
39.℃的水蒸汽进入气轮机中作绝热膨胀,终压为。
汽轮机相对内效率
式中——为定熵膨胀到时的焓。
试求
(1).每蒸汽所做的功;
(2).由于不可逆引起熵产,并表示在图上。
答案由查得
由查得
(3)由查得
过程如图所示。
第七章湿空气
1.设大气压力为,温度为℃,相对湿度为,试用分析法求湿空气的露点温度、含湿量及比焓,并查图校核之。
答案解析法
2.空气的参数为,在加热器中加热到℃后送入烘箱取烘干物体/从烘箱出来时空气温度为℃,试求从烘干物体中吸收水分所消耗的赶空气质量和热量。
解由查图得
3.设大气压力为,温度为℃,相对湿度为。
如果利用空气调节设备使温度降低到℃去湿,然后再加热到℃,试求所的空气的相对湿度。
4.一房间内空气为,温度为℃,相对湿度为。
由于暖气加热使房间温度升至℃。
试求放暖气后房内空气的相对湿度。
5.在容积为的封闭室内,空气的压力为,温度为℃,露点温度为℃,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℃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)由查得
所以
6.一股空气流压力为,温度为℃,相对湿度为,流量为每分钟。
另一股空气流压力也为,温度为℃,相对湿度为,流量为每分钟。
混合后压力仍为,试求混合后空气的温度、相对湿度和含湿量。
水蒸气的
由热力学第一定律
由查得
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,燃气参数℃,压力,燃气在喷管出口的压力为,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:
2.空气流经一出口截面积为的渐缩喷管,喷管进口的空气参数、为,背压为,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,喷管的出口流速和流量又为多少?
(1).
所以
(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℃,喷管背压力为,若流经喷管的流量为,试进行喷管设计计算。
由
知喷管形状应选缩放型的。
由图得
4.空气以的速度在管内流动,用水银温度计测得空气的温度为℃,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℃
5.压力、温度为℃的空气,流经扩压管时压力提高到,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
6.某单级活塞式压气机每小时吸入温度℃、压力的空气,输出空气的压力为。
试按下列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;
(3).多变压缩()。
(2).;
(3).
7.一台两级压气机,几如压气机的空气温度是℃,压力为,压气机将空气压缩至,压气机的生产量为(标态下),两级压气机中的压缩过程均按多变指数进行。
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;
(2).空气在气缸中压缩后的温度;
(3).压气机耗功量;
(4).空气在级间冷却器中放出的热量。
解
(1).
(2).
(3).
(4).
8.某轴式压气机,每秒生产压力为的压缩空气。
若进入压气机的空气温度为℃,压力为,压气机的绝热效率,求出口处压缩空气的温度及该压气机的耗功率。
由得
9.一离心式压气机每分钟吸入压力为℃的空气。
空气离开压气机的温度为℃,出口截面上的流速为,空气的比热容,假定与外界无热量交换。
试求压气机的耗功率。
10.定容加热汽油机循环在每千克空气加入热量,压缩比,压缩过程的初参数为℃。
(1).循环的最高压力和最高温度;
(2).循环的热效率。
答案
(1).,;
(2).
11.一混合加热理想内燃机循环,工质视为空气,已知,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。
解循环图如右图所示。
1点:
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。
答案图如图所示。
若定容加热理想循环热效率为,定压加热理想循环热效率为,混合加热理想循环热效率为,则有
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℃,压力,循环增压比。
在燃烧事中加入热量,经绝热膨胀至。
设比热为定值。
(1).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).若燃气轮机的相对内效率为,循环的热效率为多少?
答案
(1).图如图所示;
(2).;
(3).;
(4).
14.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,℃,燃气轮机进出口处燃气温度℃,试向增压比最高为多少时,循环净功为0?
答案
15.某锅炉每小时生产水蒸气。
蒸汽出口的表压为,温度℃。
设给水温度℃,锅炉效率,煤的
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