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                    工程熱力學習題解答

                    • 資源ID:3362173       資源大?。?span class="font-tahoma">1.82MB        全文頁數:43頁
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                    工程熱力學習題解答

                    12.3 和 的標準生成焓分別為 ,2HO(g)4C()205f,HO(g).10J/mol40f,CH(g),298K 時 的低熱值為 。求 300K 時反應47.3610J/molg4b,C()6的 Qp 和 QV。222C(s)()()()12.4 在碳燃料電池中,碳完全反應 ,求此反應在標準狀態下的最大有用功。2C12.5 2.5mol 的 CO 和 12mol 的210K3.5214.9834312 TT05.43R kJ9.3605.8412.(1)()cqp11.3 蒸氣壓縮式制冷循環以氨為制冷劑,動力由一臺小型柴油機提供。制冷循環冷凝溫度為 50,蒸發溫度為-30,柴油機熱效率為 30%。求1kg 制冷工質的吸熱量、放熱量和所需的機械能;該制冷循環的制冷系數;在柴油機中 1kg 工質從高溫熱源吸收的熱量。解:按題意 362m41.0.87pTRvg .2m/s154.89*(2 )()cf 2427.5143.fmqA10.5 水蒸氣以 95m/s 的速度流入噴管,進口截面處的壓力和溫度分別為 3.63MPa 和 462,可逆絕熱膨脹到 2.48MPa 時流出噴管。試確定噴管的形狀與尺寸(沒給出流量)。解:v1=95m/s,p1=3.63MPa,T1=462+273=735K,p2=2.48MP熱收縮噴管,若噴管背壓 pb=0.2MPa、速度系數 =0.92、噴管出口截面積為 2400mm2,求:噴管流量及摩擦引起的做功能力損失。 (T0=300K)解:T 1=810+273=1083K,p 1=0.7MPa,c f1=100m/s p2=pb=0.2MPa、A2=2400mm 2087.9K42083*21fc1MPa).(.7)(1kpm/s.0.*6TRvg kg/K)kg(J/38.014692 rfTqs K)kJ/(g2378.0.25.732 fgs s5.4998620gmqI膨脹過程不可逆損失 kJ/1.2617.0.3'403 sTI放熱過程不可逆損失: kJ/s892)03.584.0(98.3)(4810404 fmgmsqI換熱器內不可逆損失: J/s6.)25.(20.6)(8'47'204 sT放熱,求每一過程的不可逆損失。解:據提議,T1=290K、T3=1500K、p1=95kpa、p4=950kpa1724.590minaxT 1095minaxpK8.92)( 4.11312 kkkk Tp.67.80' cs5.5)()( 4.113143 kkT據回熱度概念, ,所以'2'4'7'2'4''7Th80.9K67.)-(80.9.60)(''K19754.130.14 kT3m62978.pRvg5 點:2.411k.4kPa352.6097)( 14.454 )()( pTTk35.023.78pRvg循環熱效率: %65)14.(.1)4.(155)()1(. kkt9.7 某定壓加熱燃氣輪機裝置理想循環,參數為 p1=101150kPa,T 1=300K312m07.8v3 點:59.Pa2pK10T333m1.09.5278pRvg4 點: .62Tv82K413014k 359.8kPa27.90)( 14.33 )()( ppk4m7.59Rvg 210623T %614.).(7)(14.1kkt9.6 已知某活塞式內燃機混合加熱理想循環的p1=100kPa,T 1=330K, .6kPa1904.12122 kkkppvp3 點:.6Pa92K172.940.18)(2331 TcqTcqpp4 點: .974123vK568014kT31.5kPa69.17)( 4.343 )()( pTpk .2972v %4.)8.()1(14.kkt%30'3Tt .kJ27)56(8.7)(142cq9.3 某活塞式內燃機定容加熱理想循環,壓縮比 =12,氣體在壓縮沖程起點的狀態是p1=100kPa,T 1=310K。加熱過程中氣體吸熱 650KJ/kg。假定比熱容為定值,且 cp=1.004kJ/(kgK),k=1.4,試求:循環中各點的溫度和壓力;循環熱效率,并與卡諾循環熱效率作比較;平均有效壓力。解: 2 點:21v K6.8371204.1212 kkTs2=s2/=s2/=8.2295 kJ/(kgK) h2/=173.9 kJ/kg s2/=0.5926 kJ/(kgK)h2= h2/+x2(h2/- h2/)=2259.9 kJ/kg汽輪機的實際功量:w 12=h1-h2=3194.7-2577.1=617.6 kJ/kg汽輪機的理想功量:w 12=h1-h2=3194.7-2259.9=934.8kJ/循環凈功:w net=wT-wp=1047.75-12.88=1034.87 kJ/kg加熱量 q1:q 1= h1-h4=3458.7-123.48=3335.42 kJ朗肯循環熱效率: t=wnet/q1=1034.87/3335.42=31%汽耗率:=1/w net=1/(1034.87×1000)= 9.67×10-7 kg/J汽輪機出口干度:x 2=0.7888.3 某理想蒸汽動力裝第 8 章 蒸汽動力循環8.1 在一理想再熱循環中,蒸汽在 68.67bar、400 下進入高壓汽輪機,在膨脹至 9.81bar 后,將此蒸汽定壓下再熱至 400,然后此蒸汽在低壓汽輪機中膨脹至 0.0981bar,對 1kg 蒸汽求下列各值:高壓和低壓汽輪機輸出的等熵功;給水泵的等熵壓縮功;循環熱效率;蒸汽消耗率。解:在狀態 3 的壓力 p3=68.57bar,溫度 t3=400p2=0.588MPa,t 2=240,設比熱為定值。求此壓縮過程是否可逆?為什么?壓縮 1kg 空氣所消耗的軸功;如壓縮為可逆等溫的,求壓縮 1kg 空氣所消耗的軸功。解:不可逆,因為空氣在被壓縮時向外界散熱。 kJ8.791)0.5(2987.41)( 4.12 kgcspTRw 6ln0.ln7.5 空氣初態為 p1=1105Pa、t=20。經過三級活塞式 12pTvRpgK)kg/(J19.05.2837ln.0l712.lnlnl 621 pTRccsgv因為總系統熵是增加的,所以氣體時放熱過程。vp 12 ST129.05ln2837112 pTpTn7.2 一臺二級活塞式壓縮機的轉速為 300r/min,每小時吸入的空氣容積 V1=800m3,壓力 p1=0.1MPa,溫度t1=27,壓縮后vL=0.849×10-3m3/kg,氣態比容 vg=722×10-3m3/kg,升華潛熱 rSG=542.76kJ/kg,汽化潛熱 rLG=347.85kJ/kg。計算:在三相點上升華線、溶解線和汽化線的斜率;按蒸汽壓方程計算 t2=-80時的飽和蒸汽壓力(查表數據為 0.0602MPa) 。解: kJ/g91.485.37.421gsr)(vTps)(汽化線斜率:Pa/K1對于理想氣體 ;dTcuv)(gRpv得 即0)(pcxv 0dvcgxv0)()( dpdRxvgxv g因 ,所以 ,由題意,比熱容取常數,積分得vpgc)(vccxppvn=常數。式中, n=(cx-cp)/ (cx-cv)6.6 某一氣體的容積膨脹系數和等溫壓縮率分別為 v=nR0/(pV),kT=1/p+a/V ,其中,a 為常數,n 為物質的量,R0 為摩爾氣體解: , ,pTvph)()(pTvs)(vTp/)(vTss /1/1) 、2) vdhdphshs)(比較式 1)和式 2)得(p/h)s=1/v6.3 試用可測參數表達出 p-h 及 1np-h 圖上可逆定容線的斜率。解:6.4 對于狀態方程為 p(v-b)=RgT(其中 b 為常數)的氣體,試證明:熱力學能 du=cvdT;焓dh=cpdT+bdp;解: 1212 067(210()() 58.76KABAwBwmTmcTc)5.14 一桶具有環境溫度的海水與一小玻璃杯沸水,如何比較二者的火 用 值?不可逆過程中,熱力系統做功能力的損失為什么和環境溫度有關?解:將二者放到同一環境溫度中,比較兩個熱力系統所提供的熱量可轉化為有用功的最大值。通常取環境狀態作為衡量熱力系統做工能力能力大小的參考狀態,即認為熱力系統與環境狀態相平循環:Q 1=1kJ,W net=0.85kJ;Q 1=2kJ,Q 2=0.25kJ;Q 2=0.6kJ,W net=1.4kJ。解:在 T1,T 2 之間的可逆循環熱效率最高,等于卡諾循環熱效率,而 85.03c kJ1.12net不可能實現ctQ850.1 不可能實現t 7.2 kJ4621netW不可逆循環ctQ.015.11 質量為 0.25k經過每一循環,冷源 T0 吸入熱量 55kJ,放出熱量 112.5 kJ,凈傳出熱量 55kJ 給 TH 的熱源,但是必須注意到同時有 112.5 kJ 惹來那個子高溫熱源 T1 傳給低溫 TH 的熱源,所以 55kJ 熱量自低溫傳給高溫(T 0 TH)是花了代價的,這個代價就是 112.5kJ 熱量自高溫傳給了低溫熱源(T 1 TH),所以不違背第二定律。5.7 進入蒸汽輪機的過熱蒸汽的參數 K3602014620146 ABcxTT)kg/(.4J63ln4l3ln1 )()()( CBATmcmSxxx 設過程中,A,B,C 溫度分別為 xx321T,A 的熵變: B 的熵變:xAxdcTQds,1)( xBxTdcQds,2,2)(C 的熵變: xCxm,3,3A 的總熵變: 1,11ln)(TcSxATpB 的總K13642323TvvJ08.29.01( 55)()pw)kg(/)(.)3 csJ82164.- 5.2 空氣從 p1=0.1MPa,T 1=300K,經絕熱壓縮至 p2=0.42MPa,T 2=480K。求絕熱壓縮過程工質熵變。(設空氣的比熱容為定值) 。解: K)kg(J/4.710.ln87.30l.(29lnl(Ms 6112 Rcgp5.3 8.43600 9527.891.3Tdd解得 min54.19 容積 V=0.6m3 的剛性容器中裝有 p1=0.25MPa,T 1=300K 的空氣,輸氣管道中流的是空氣,參數保持一定,p 0=0.9MPa,T 0=450K。如本題附圖所示,打開閥門充入空氣,直到容器中的壓力達 p2=0.5MPa時關閉閥門。整個充氣過程絕熱。求容器內充氣完畢時空氣溫度 T2 和質量 m2。即 220.7135.416.BBmT又 32220Pa9m45087(J/kgK)1g BVRTA兩式連立,得 mB2=0.27kg,T B2=406.5K解法 2:取整個容器為熱力系統,則開口系統能量方程可化為 等式求積分,得dinUhm, ,即inUh2121ABAUu2inB2212ABAinBuhm即 2AvBvvpmcTcT21AT13.79K0).3()(41.14Tpk放氣結束時 .82.)5.()41214k(任一時刻, ,因 T3、p 3 與瓶內氣體參數相同,而瓶內參數滿足 ,所以整個34Tk( 常 數kTp1放氣過程渦輪機出口壓力、溫度保守為 0.1MPa,108.91K。取氣瓶和渦輪機一起為熱力系,是非穩定流動開口系,能量方程 iinoutt WmhdUQ因絕熱 ,無空氣流入, ,0.3kJ41076.ln82.5104.ln563113 pvwkJq?.3.791321q4.15 容積為 0.4m3 的氧氣瓶,初態 p1=15MPa,t 1=20,用去部分氧氣后,壓力降為 p2=7.5MPa,在放氣過程中,如瓶內留下的氧氣按可逆絕熱過程計算,問共用去多少氧氣,最后由于從環境吸熱,經一段時間后,瓶內氧氣溫度又回復到 20。求:此時瓶內的氧氣壓力。解解:4.13 一個良好隔熱的容器,其容積為 3m3,內裝有 200和 0.5MPa 的過熱蒸汽,打開閥門讓蒸汽流出,直至容器內壓力降到 0.1MPa,過程進行足夠快,以致容器壁與蒸汽之間沒有換熱產生。試計算容器內蒸汽終了溫度和流出的蒸汽量。已知:t=200,p=0.5MPa 時,s=7.0603kJ/(kg·K)、v=424.9×10 -3m3/kg;p=0.1MP 時,s /=1.3027k 1 3 2 vs p T p=const. v=const. p-v圖 T-s圖 1231-2 過程中吸熱量>0,膨脹功>0,內能變化量>02-3 過程中吸熱量<0,膨脹功=0,內能變化量<04.9 設某種氣體的內能可能表示為 u=a+bpv,式中 a、b 為常數。試證明:當氣體經過一個無耗散現象的準靜態絕熱過程時,有 pv(b+1)/b=常數。解:4.10 質量為 1kg 的空氣由初態解:R= C p0-Cv0=20.88kJ/(kmolK)-12.56kJ/(kmolK)=8.32kJ/(kmolK)kmol/4.028Kkmol/(J108.32Pa.R3611 )Tpvp氣體 B 進行的是絕熱可逆過程 1A2B121A2121 )(T)()(T kkBk vvv12B12B2 )(kRpA22AvTA2 1.4A2321B2絕熱膨脹 K27)5(72130()T)(T 14.122121 vvvkk Pa03.Pa8.95.111ppJ103.)v(-J/(kg4.)(-u- w0q 54.12 )kgRk kg/95K711h -.11 vT)s4.5 容積為 V 的真空罐出現微小漏氣,設漏氣前罐內壓力 p 為零,而漏入空氣的質量流量變化率與(p0-p)成正比又可寫作 )(1)(1 1212kgkg vTRpkTRw可逆過程的技術功 將過程功 的各關系代入,)212121 pdvvt 21vpd經整理可得 kwTRkTRkpvkwggt )()()(1 1212124.3 質量 m=3kg 空氣,T 1=800K,p 1=0.8MPa,絕熱膨脹到 p2=0.4MPa。設比熱容為定值,絕熱指數k=1.4,求:流出 1kg 工質所用時間 s025.41.1Vvt所以 kJ/s09.025.787tqt3.7 某氣體通過一根內徑為 15.24cm 的管子流入動力設備。設備進口處氣體的參數是:v1=0.3369m3/kg, h1=2326kJ/kg,cf1=3m/s;出口處氣體的參數是 h2=2326kJ/kg(?)。若不計氣體進出口的宏觀能差值和重力位能差值,忽略氣體與設備的熱交換,求氣體向7kg2.13.89m.0Pa)103.(g)61 Apmb(活空氣質量 4Kkg/J27-1)TRVa0.3h終態時 p2=0.15MPam097.50s/m1.89kg7.231.Pa)15(g26xxAb活322 .).8()hVK98kg/J1.4a336)gaRpT 4.61kJ)0.()0.71/9) (-2 cUVkJ2.1 )m6 22 16.8 60 0.010 13.96第三章 熱力學第一定律3.1 一汽車在 1h 內消耗汽油 35L,已知汽油的發熱量為 44000kJ/kg,汽油密度為 0.75g/cm3。測得該車通過車輪的功率為 68kW,試求汽車工作過程的熱效率。解: m=750kg/m3×35×10-3 m3=26.25kg Q=44000kJ/kg×26.25kg=1.155×106 kJ=P/Q=項目 p/MPa t/ h/(kJ/kg) s/kJ/(kgK) x 過熱度/1 3 500 3454 7.226 1.3 2662 0.5 392 3244 7.764 1.2 2393 3 360 3140 6.780 1.1 1264 0.02 61 2357 7.210 .6kg13MVm2.8 試用理想氣體狀態方程和壓縮因子圖分別求壓力為 5MPa、溫度為 450的水蒸氣的比容,并比較計算結果的誤差。已知此狀態時水蒸氣的比容是 0.063291m3/kg。解: 1)利用理想氣體狀體方程/kgm67.0Pa15ol/kg02.18K)4.73(J3456)pTRvgi%.5.9/m6%i2)利用通用壓縮因子圖 熱力學能變化及熵變化的一般關系式為: dvabTRvdcpTdcugvv )( 2aT2vccsgvv)(dbRgT對于定溫過程:)1()ln 2211221 vabvRdavbTusuqwggT2.7 容積為 0.45m3 的容器內充滿氮氣,壓力為 18MPa,溫度為 290K,試利用(理想氣體狀態方程;范德瓦爾方程;通用壓縮因子圖;R-kg102.K3kg/J89.10m5Pa4TRVm421 762.80/J.a43531kg124032P1=101325Pa T1=273.15KRgeq=0.189×0.35+0.296×0.45+0.260×0.2=0.251kJ/kg·K331 m.95Pa05K7J/.kg.78mRgeqV2.5 從工業爐出來的煙氣(質量 m1=45kg)和空氣(質量 m2每分鐘進入儲氣罐空氣的質量 kg1.760829Kkg/J87.0m5.Pa13RTbVpm30 s495.17608mt12分2.3 空氣初態時 p1=2bar,T 1=500K,經某一狀態變化過程被加熱到 p2=6bar,T 2=1200K。試求 1kg 空氣的u1、u 2、 u 和 h1、h 2、 h,試求: 按平均質量熱容表計算; 按空氣的熱力性質表計算;若定壓升溫 1?s/.5kg/J10328Q41BGLDmq1.10 據統計資料,某蒸汽動力廠平均每生產 1kWh 電耗標煤 0.385kg。若使用的煤的發熱量為3×104kJ/kg,試求蒸汽動力廠平均熱效率 t。解: %.2/J85.k641nettW1.11 某房間冬季通過墻壁和窗戶向外散熱 36000kJ/h,房內有 4 只 60W 的電燈照明,其他家電耗電約100W。為維持房2) J1046.).80.41(02.31)(31W3326221 mVpdVp3) J.5)8.(. 0)5.( 66323116 )(mP1=(0.2+0.5×0.6) ×106Pa=0.5×106Pa J0.)64.(.)( 623132 PaVpdW=W1+W2=-0.11×106-0.1×106=-0.21×1061.第一章 熱力學基本概念1.1 華氏溫標規定,在 1atm 下純水的冰點時 32°F。汽點是 212°F(°F 是華氏溫標單位的符號) 。若用攝氏溫度計與華氏溫度計量同一物體,有人認為這兩種溫度計的讀數不可能出現數值相同的情況,你認為對嗎?為什么?解:華氏溫度與攝氏溫度的換算關系 01t32tCF 32t59t18t CCF所以,此觀點是錯誤的。從上式可知當攝氏溫度為-40

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                    她握着他的巨大坐了下去