工程热力学第五版课后习题答案全.pdf

工程热力学工程热力学(第五版第五版)习题答案习题答案工程热力学（第五版）廉乐明工程热力学（第五版）廉乐明谭羽非等编谭羽非等编第二章第二章气体的热力性质气体的热力性质2-2.已知已知2N的的M28，求（，求（1）2N的气体常数；（的气体常数；（2）标准状态下）标准状态下2N的比容和密度；（的比容和密度；（3）MPap1.0，500t时的摩尔容积时的摩尔容积Mv。解：（解：（1）2N的气体常数的气体常数2883140MRR296.9)(KkgJ（2）标准状态下）标准状态下2N的比容和密度的比容和密度1013252739.296pRTv0.8kgm3v11.253mkg（3）MPap1.0，500t时的摩尔容积时的摩尔容积MvMvpTR064.27kmolm32-3把把CO2压送到容积压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力的储气罐里，起始表压力301gpkPa，终了表压力，终了表压力3.02gpMpa，温，温度由度由t145增加到增加到t270。试求被压入的。试求被压入的CO2的质量。当地大气压的质量。当地大气压B101.325kPa。解：热力系：储解：热力系：储气罐。气罐。应用理想气体状态方程。应用理想气体状态方程。压送前储气罐中压送前储气罐中CO2的质量的质量1111RTvpm压送后储气罐中压送后储气罐中CO2的质量的质量2222RTvpm根据题意根据题意容积体积不变；容积体积不变；R188.9Bppg11（1）Bppg22（2）27311tT（3）27322tT（4）压入的压入的CO2的质量的质量)1122(21TpTpRvmmm（5）将（将（1）、）、(2)、(3)、(4)代入（代入（5）式得）式得m=12.02kg2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300m3的空气，如外界的温度增高到的空气，如外界的温度增高到27，大气压降低到，大气压降低到99.3kPa，而鼓风机每小时的送风量仍为，而鼓风机每小时的送风量仍为300m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？，问鼓风机送风量的质量改变多少？解：同上题解：同上题1000)273325.1013003.99(287300)1122(21TpTpRvmmm41.97kg2-6空气压缩机每分钟自外界吸入温度为空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15、压力为、压力为0.1MPa的空气的空气3m3，充入容积，充入容积8.5m3的储气罐的储气罐内。设开始时罐内的温度和压力与外界相同，问在内。设开始时罐内的温度和压力与外界相同，问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到0.7MPa？设充气过程中气罐内温度不变。？设充气过程中气罐内温度不变。解：热力系：储气罐。解：热力系：储气罐。使用理想气体状态方程。使用理想气体状态方程。第一种解法：第一种解法：首先求终态时需要充入的空气质量首先求终态时需要充入的空气质量2882875.810722225RTvpmkg压缩机每分钟充入空气量压缩机每分钟充入空气量28828731015RTpvmkg所需时间所需时间mmt219.83min第二种解法第二种解法将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为0.1MPa一定量的空气压缩为一定量的空气压缩为0.7MPa的空气；或的空气；或者说者说0.7MPa、8.5m3的空气在的空气在0.1MPa下占体积为多少的问题。下占体积为多少的问题。根据等温状态方程根据等温状态方程constpv0.7MPa、8.5m3的空气在的空气在0.1MPa下占体积为下占体积为5.591.05.87.01221PVpVm3压缩机每分钟可以压缩压缩机每分钟可以压缩0.1MPa的空气的空气3m3，则要压缩，则要压缩59.5m3的空气需要的时间的空气需要的时间35.5919.83min28在一直径为在一直径为400mm的活塞上置有质量为的活塞上置有质量为3000kg的物体，气缸中空气的的物体，气缸中空气的温度为温度为18，质量为，质量为2.12kg。加热后其容积增大为原来的两倍。大气压力加热后其容积增大为原来的两倍。大气压力B101kPa，问：（，问：（1）气缸中空气的终温是多少？（）气缸中空气的终温是多少？（2）终态）终态的比容是多少？（的比容是多少？（3）初态和终态的密度各是多少？）初态和终态的密度各是多少？解：热力系：气缸和活塞构成的区间。解：热力系：气缸和活塞构成的区间。使用理想气体状态方程。使用理想气体状态方程。（1）空气终态温度）空气终态温度1122TVVT582K（2）空气的初容积）空气的初容积p=30009.8(r2)+101000=335.7kPapmRTV110.527m3空气的终态比容空气的终态比容mVmVv12220.5m3kg或者或者pRTv220.5m3kg（3）初态密度）初态密度527.012.211Vm4kgm3212v2kgm32-9解：（解：（1）氮气质量）氮气质量3008.29605.0107.136RTpvm7.69kg（2）熔化温度）熔化温度8.29669.705.0105.166mRpvT361K214如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为其质量成分为如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为其质量成分为%2.232go，%8.762Ng。试求。试求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比容和密度。空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比容和密度。解：折合分子量解：折合分子量28768.032232.011iiMgM28.86气体常数气体常数86.2883140MRR288)(KkgJ容积成分容积成分222MoMgroo20.92Nr120.979.1标准状态下的比容和密度标准状态下的比容和密度4.2286.284.22M1.288kgm31v0.776m3kg2-15已知天然气的容积成分已知天然气的容积成分%974CHr，%6.062HCr，%18.083HCr，%18.0104HCr，%2.02COr，%83.12Nr。试求：。试求：天然气在标准状态下的密度；天然气在标准状态下的密度；各组成气体在标准状态下各组成气体在标准状态下的分压力。的分压力。解：（解：（1）密度）密度100)2883.1442.05818.04418.0306.01697(iiMrM16.4830736.04.2248.164.22mkgM（2）各组成气体在标准状态下分压力）各组成气体在标准状态下分压力因为：因为：prpii325.101%974CHp98.285kPa同理其他成分分压力分别为：（略）同理其他成分分压力分别为：（略）第三章第三章热力学第一定律热力学第一定律31安静状态下的人对环境的散热量大约为安静状态下的人对环境的散热量大约为400KJh，假设能容纳，假设能容纳2000人的大礼堂的通风系统坏了：（人的大礼堂的通风系统坏了：（1）在通风系统出现故障后的最初在通风系统出现故障后的最初20min内礼堂中的空气内礼堂中的空气内能增加多少？（内能增加多少？（2）把礼堂空气和所有的人考虑为）把礼堂空气和所有的人考虑为一个系统，假设对外界没有传热，系统内能变化多少？如何解释空气温度的升高。一个系统，假设对外界没有传热，系统内能变化多少？如何解释空气温度的升高。解：（解：（1）热力系：礼堂中的空气。）热力系：礼堂中的空气。闭口系统闭口系统根据闭口系统能量方程根据闭口系统能量方程WUQ因为没有作功故因为没有作功故W=0；热量来源于人体散热；内能的增加等于人体散热。；热量来源于人体散热；内能的增加等于人体散热。60204002000Q2.67105kJ（1）热力系：礼堂中的空气和人。）热力系：礼堂中的空气和人。闭口系统闭口系统根据闭口系统能量方程根据闭口系统能量方程WUQ因为没有作功故因为没有作功故W=0；对整；对整个礼堂的空气和人来说没有外来热量，个礼堂的空气和人来说没有外来热量，所以内能的增加为所以内能的增加为0。空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收，导致的空气内能增加。空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收，导致的空气内能增加。35，有一闭口系统，从状态，有一闭口系统，从状态1经经a变化到状态变化到状态2，如图，又从状态，如图，又从状态2经经b回到状态回到状态1；再从状态；再从状态1经过经过c变化到状态变化到状态2。在这个过程中，热量和功的某些值已知，如表，试确定未知量。在这个过程中，热量和功的某些值已知，如表，试确定未知量。过程过程热量热量Q（kJ）膨胀功膨胀功W（kJ）1-a-210 x12-b-1-7-41-c-2x22解：闭口系统。解：闭口系统。使用闭口系统能量方程使用闭口系统能量方程(1)对对1-a-2和和2-b-1组成一个闭口循环，有组成一个闭口循环，有WQ即即10（7）x1+（4）x1=7kJ(2)对对1-c-2和和2-b-1也组成一个闭口循环也组成一个闭口循环x2（7）2+（4）x2=5kJ(3)对过程对过程2-b-1，根据，根据WUQ)4(7WQU3kJ3-6一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环，试填充表中所缺数据。一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环，试填充表中所缺数据。过程过程Q（kJ）W（kJ）E（kJ）12110001100230100-10034-9500-95045050-50解：同上题解：同上题3-7解：热力系：解：热力系：1.5kg质量气体质量气体闭口系统，状态方程：闭口系统，状态方程：bavp)85115.1()85225.1(5.1vpvpU90kJ由状态方程得由状态方程得1000a0.2+b200=a1.2+b解上两式得：解上两式得：a=-800b=1160则功量为则功量为2.12.02211160)800(215.15.1vvpdvW900kJ过程中传热量过程中传热量WUQ990kJ38容积由隔板分成两部分，左边盛有压力为容积由隔板分成两部分，左边盛有压力为600kPa，温度为，温度为27的空气，右边为真空，容积为左边的空气，右边为真空，容积为左边5倍。将隔板抽出后，空气迅速膨胀充满整个容器。试求容器内最终压力和温度。设膨胀是在绝热下进行的。倍。将隔板抽出后，空气迅速膨胀充满整个容器。试求容器内最终压力和温度。设膨胀是在绝热下进行的。解：热力系：左边的空气解：热力系：左边的空气系统：整个容器为闭口系统系统：整个容器为闭口系统过程特征：绝热，自由膨胀过程特征：绝热，自由膨胀根据闭口系统能量方程根据闭口系统能量方程WUQ绝热绝热0Q自由膨胀自由膨胀W0因此因此U=0对空气可以看作理想气体，其内能是温度的单值函数，得对空气可以看作理想气体，其内能是温度的单值函数，得KTTTTmcv300120)12(根据理想气体状态方程根据理想气体状态方程161211222pVVpVRTp100kPa3-9一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，为一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，为500kPa，25。充气开始时，罐内。充气开始时，罐内空气参数为空气参数为100kPa，25。求充气终了时罐内空气的温度。设充气过程是在绝热条件下进行的。求充气终了时罐内空气的温度。设充气过程是在绝热条件下进行的。解：开口系统解：开口系统特征：绝热充气过程特征：绝热充气过程工质：空气（理想气体）工质：空气（理想气体）根据开口系统能量方程，忽略动能和未能，同时没有轴功，没有热量传递。根据开口系统能量方程，忽略动能和未能，同时没有轴功，没有热量传递。dEhmhm00220没有流出工质没有流出工质m2=0dE=dU=(mu)cv2-(mu)cv1终态工质为流入的工质和原有工质和终态工质为流入的工质和原有工质和m0=mcv2-mcv1mcv2ucv2-mcv1ucv1=m0h0(1)h0=cpT0ucv2=cvT2ucv1=cvT1mcv1=11RTVpmcv2=22RTVp代入上式代入上式(1)整理得整理得21)10(1212ppTkTTTkTT=398.3K310供暖用风机连同加热器，把温度为供暖用风机连同加热器，把温度为01t的冷空气加热到温度为的冷空气加热到温度为2502t，然后送入建，然后送入建筑物的风道内，送风量为筑物的风道内，送风量为0.56kgs，风机轴上的输入功率为，风机轴上的输入功率为1kW，设整个装置与外界绝热。试计算：（，设整个装置与外界绝热。试计算：（1）风机出口处空气温度；（风机出口处空气温度；（2）空气在加热器中的吸热量；（空气在加热器中的吸热量；（3）若加热器中有阻力，空气通过它时产生不可逆）若加热器中有阻力，空气通过它时产生不可逆的摩擦扰动并带来压力降，以上计算结果是否正确？的摩擦扰动并带来压力降，以上计算结果是否正确？解：开口稳态稳流系统解：开口稳态稳流系统（1）风机入口为）风机入口为0则出口为则出口为310006.156.01000CpmQTQTCpm1.7878.112ttt空气在加热器中的吸热量空气在加热器中的吸热量)78.1250(006.156.0TCpmQ138.84kW(3)若加热有阻力，结果若加热有阻力，结果1仍正确；但在加热器中的吸热量减少。加热器中仍正确；但在加热器中的吸热量减少。加热器中)111(22212vPuvPuhhQ，p2减小故吸热减小。减小故吸热减小。311一只一只0.06m3的罐，与温度为的罐，与温度为27、压力为、压力为7MPa的压缩空气干管相连接，当阀门打开，空气的压缩空气干管相连接，当阀门打开，空气流进罐内，压力达到流进罐内，压力达到5MPa时，把阀门关闭。这一过程进行很迅速，可认为绝热。储罐的阀门关闭后放置时，把阀门关闭。这一过程进行很迅速，可认为绝热。储罐的阀门关闭后放置较长时间，最后罐内温度回复到室温。问储罐内最后压力是多少？较长时间，最后罐内温度回复到室温。问储罐内最后压力是多少？解：热力系：充入罐内的气体解：热力系：充入罐内的气体由于对真空罐充气时，是由于对真空罐充气时，是焓变内能的过程焓变内能的过程mumhKkTTccTvp4203004.100罐内温度回复到室温过程是定容过程罐内温度回复到室温过程是定容过程5420300122PTTp3.57MPa312压力为压力为1MPa和温度为和温度为200的空气在一主管道中稳定流动。现以一绝热容器用带阀门的管道与的空气在一主管道中稳定流动。现以一绝热容器用带阀门的管道与它相连，慢慢开启阀门使空气从主管道流入容器。设（它相连，慢慢开启阀门使空气从主管道流入容器。设（1）容器开始时是真空的；（）容器开始时是真空的；（2）容器装有一个用弹）容器装有一个用弹簧控制的活塞，活塞的位移与施加在活塞上的压力成正比，而活塞上面的空间是真空，假定弹簧的最初长簧控制的活塞，活塞的位移与施加在活塞上的压力成正比，而活塞上面的空间是真空，假定弹簧的最初长度是自由长度；（度是自由长度；（3）容器装在一个活塞，其上有重物，需要）容器装在一个活塞，其上有重物，需要1MPa的压力举起它。求每种情况下容器内空的压力举起它。求每种情况下容器内空气的最终温度？气的最终温度？解解:（1）同上题）同上题4734.10kTT662K=389（2）wuhh=cpT0L=kpRTpVkpAppAkdppAdLw212121T=05.0TRccvp552K=279同（同（2）只是）只是W不同不同RTpVpdVwT=00TTRccvp473K200313解：解：hW对理想气体对理想气体TchpTcuv314解：（解：（1）理想气体状态方程）理想气体状态方程29321212ppTT586K（2）吸热：）吸热：TkRRTVpTmcQv1112500kJ3-15解：烟气放热等于空气吸热解：烟气放热等于空气吸热1m3空气吸取空气吸取1.09m3的烟气的热的烟气的热24509.1Q267kJ01.11293.1267vcQt205t2=10+205=2153-16解：解：3)21(2211hmmhmhmTchp代入得：代入得：330473210773120)21(2211cmmcTmcTmT582K309317解：等容过程解：等容过程Rcckpp1.4112112kvpvpkRTRTmTcmQv37.5kJ3-18解：定压过程解：定压过程T1=287103.0104.206813mRVp=216.2KT2=432.4K内能变化：内能变化：2.216)287.001.1(1tmcUv156.3kJ焓变化：焓变化：3.1564.1UkH218.8kJ功量交换：功量交换：306.0122mVV03.04.2068)12(VVppdVW62.05kJ热量交换：热量交换：05.623.156WUQ=218.35kJ第四章第四章理想气体的热力过程及气体压缩理想气体的热力过程及气体压缩4-11kg空气在可逆多变过程中吸热空气在可逆多变过程中吸热40kJ，其容积增大为，其容积增大为1102vv，压力降低为，压力降低为812pp，设比，设比热为定值，求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓和熵的变化。热为定值，求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓和熵的变化。解：热力系是解：热力系是1kg空气空气过程特征：多变过程过程特征：多变过程)101ln()81ln()21ln()12ln(vvppn0.9因为因为Tcqn内能变化为内能变化为Rcv25717.5)(KkgJvpcRc57271004.5)(KkgJncvvcnknc513587.5)(KkgJnvvcqcTcu8103J膨胀功：膨胀功：uqw32103J轴功：轴功：nwws28.8103J焓变：焓变：ukTchp1.4811.2103J熵变：熵变：12ln12lnppcvvcsvp0.82103)(KkgJ42有有1kg空气、初始状态为空气、初始状态为MPap5.01，1501t，进行下列过程：，进行下列过程：（1）可逆绝热膨胀到）可逆绝热膨胀到MPap1.02；（2）不可逆绝热膨胀到）不可逆绝热膨胀到MPap1.02，KT3002；（3）可逆等温膨胀到）可逆等温膨胀到MPap1.02；（4）可逆多变膨胀到）可逆多变膨胀到MPap1.02，多变指数，多变指数2n；试求上述各过程中的膨胀功及熵的变化，并将各过程的相对位置画在同一张试求上述各过程中的膨胀功及熵的变化，并将各过程的相对位置画在同一张vp图和图和sT图上图上解：热力系解：热力系1kg空气空气膨胀功：膨胀功：)12(1111kkppkRTw111.9103J熵变为熵变为0（2）)21(TTcuwv88.3103J12ln12lnppRTTcsp116.8)(KkgJ（3）21ln1ppRTw195.4103)(KkgJ21lnppRs0.462103)(KkgJ（4）)12(1111nnppnRTw67.1103JnnppTT1)12(12189.2K12ln12lnppRTTcsp346.4)(KkgJ4-3具有具有1kmol空气的闭口系统，其初始容积为空气的闭口系统，其初始容积为1m3，终态容积为，终态容积为10m3，当初态和终态温度均，当初态和终态温度均100时，时，试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。该过程为：（试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。该过程为：（1）可逆定温膨胀；（）可逆定温膨胀；（2）向真空自由膨胀。）向真空自由膨胀。解：（解：（1）定温膨胀功）定温膨胀功110ln3732874.22293.112lnVVmRTw7140kJ12lnVVmRs19.14kJK(2)自由膨胀作功为自由膨胀作功为012lnVVmRs19.14kJK44质量为质量为5kg的氧气，在的氧气，在30温度下定温压缩，容积由温度下定温压缩，容积由3m3变成变成0.6m3，问该过程中工质吸收或放出，问该过程中工质吸收或放出多少热量？输入或输多少热量？输入或输出多少功量？内能、焓、熵变化各为多少？出多少功量？内能、焓、熵变化各为多少？解：解：36.0ln3008.259512lnVVmRTq627.2kJ放热放热627.2kJ因为定温，内能变化为因为定温，内能变化为0，所以，所以qw内能、焓变化均为内能、焓变化均为0熵变：熵变：12lnVVmRs2.1kJK45为了试验容器的强度，必须使容器壁受到比大气压力高为了试验容器的强度，必须使容器壁受到比大气压力高0.1MPa的压力。为此把压力等于大气压力。的压力。为此把压力等于大气压力。温度为温度为13的空气充入受试验的容器内，然后关闭进气阀并把空气加热。已知大气压力的空气充入受试验的容器内，然后关闭进气阀并把空气加热。已知大气压力B101.3kPa，试，试问应将问应将空气的温度加热到多少度？空气的内能、焓和熵的变化为多少？空气的温度加热到多少度？空气的内能、焓和熵的变化为多少？解：（解：（1）定容过程）定容过程3.1013.1011002861212ppTT568.3K内能变化：内能变化：)2863.568(28725)12(TTcuv202.6kJkg)2863.568(28727)12(TTchp283.6kJkg12lnppcsv0.49kJ(kg.K)4-66kg空气由初态空气由初态p10.3MPa，t1=30，经过下列不同的过程膨胀到同一终压，经过下列不同的过程膨胀到同一终压p20.1MPa：（：（1）定温过程；（定温过程；（2）定熵过程；（）定熵过程；（3）指数为）指数为n1.2的多变过程。试比较不同过程中空气对外所作的功，所进行的多变过程。试比较不同过程中空气对外所作的功，所进行的热量交换和终态温度。的热量交换和终态温度。解：（解：（1）定温过程）定温过程1.03.0ln303287621lnppmRTW573.2kJWQT2=T1=30（2）定熵过程）定熵过程)3.01.0(130314.12876)12(1114.114.11kkppTkRmW351.4kJQ0kkppTT1)12(12221.4K（3）多变过程）多变过程nnppTT1)12(12252.3K3.25230312.12876211TTnRmW436.5kJ)3033.252(16)12(nkncTTmcQvn218.3kJ47已知空气的初态为已知空气的初态为p10.6MPa，v1=0.236m3kg。经过一个多变过程后终态变化为。经过一个多变过程后终态变化为p20.12MPa，v2=0.815m3kg。试求该过程的多变指数，以及每千克气体所作的功、所吸收的热量以及内能、焓和熵的变。试求该过程的多变指数，以及每千克气体所作的功、所吸收的热量以及内能、焓和熵的变化。化。解：（解：（1）求多变指数）求多变指数)815.0236.0ln()6.012.0ln()21ln()12ln(vvppn1.301千克气体所作的功千克气体所作的功)815.012.0236.06.0(13.11221111vpvpnw146kJkg吸收的热量吸收的热量)1122(111)12(11)12(vpvpknknTTkRnknTTcqn=)236.06.0825.012.0(14.1113.14.13.136.5kJkg内能：内能：wqu146-36.5109.5kJkg焓：焓：)1122(1)12(vpvpkkTTchp153.3kJkg熵：熵：6.012.0ln4.717236.0815.0ln5.100412ln12lnppcvvcsvp90J(kg.k)4-81kg理想气体由初态按可逆多变过程从理想气体由初态按可逆多变过程从400降到降到100，压力降为，压力降为1612pp，已知该过程的膨胀，已知该过程的膨胀功为功为200kJ，吸热量为，吸热量为40kJ，设比热为定值，求该气体的，设比热为定值，求该气体的pc和和vc解：解：160)12(wqTTcuvkJvc533J(kg.k)12(111)21(11nnppnRTTTnRw=200kJ解得：解得：n1.49R=327J(kg.k)代入解得：代入解得：pc533+327=860J(kg.k)4-9将空气从初态将空气从初态1，t1=20定熵压缩到它开始时容积的定熵压缩到它开始时容积的13，然后定温膨胀，经过两个过程，空气的容，然后定温膨胀，经过两个过程，空气的容积和开始时的容积相等。求积和开始时的容积相等。求1kg空气所作的功。空气所作的功。解：解：3114.1293287)21(111)12(111114.111kkkvvkRTppkRTw-116kJkg1)21(12kvvTT454.7K)31ln(7.45428723ln22vvRTw143.4kJkgw=w1+w2=27.4kJkg4-101kg氮气从初态氮气从初态1定压膨胀到终态定压膨胀到终态2，然后定熵膨胀到终态然后定熵膨胀到终态3。设已知以下各参数：。设已知以下各参数：t1=500，v2=0.25m3kg，p30.1MPa，v3=1.73m3kg。求（。求（1）1、2、3三点的温度、比容和压力的值。（三点的温度、比容和压力的值。（2）在定）在定压膨胀和定熵膨胀过程中内能的变化和所作的功。压膨胀和定熵膨胀过程中内能的变化和所作的功。解：解：(1)4.1)25.073.1(1.0)23(32kvvpp1.5MPa8.2961025.05.12226RvPT1263Kp1=p2=1.5MPav1=221vTT=0.15m3kg8.2961073.11.03336RvPT=583K(2)定压膨胀定压膨胀)12(TTcuv364kJkg)12(TTRw145.4kJkg定熵膨胀定熵膨胀)23(TTcuv505kJkg321TTkRw-505kJkg或者：其或者：其q=0uw=-505kJkg4-111标准标准m3的空气从初态的空气从初态1p10.6MPa，t1=300定熵膨胀到状态定熵膨胀到状态2，且，且v2=3v1。空气由状态。空气由状态2继续继续被定温压缩，直到比容的值和开始时相等，被定温压缩，直到比容的值和开始时相等，v3=v1，求，求1、2、3点的参数（点的参数（PTV）和气体所作的总功。）和气体所作的总功。解：解：5106573287111pRTv0.274m3kg4.1)31(6.0)21(12kvvpp0.129MPa4.01)31(573)21(12kvvTT369KV2=3V1=0.822m3T3=T2=369KV3=V1=0.274m3113129.0)32(23vvvvpp0.387MPa412压气机抽吸大气中的空气，并将其定温压缩至压气机抽吸大气中的空气，并将其定温压缩至p25MPa。如压缩。如压缩150标准标准m3空气，试求用水冷空气，试求用水冷却压气机气缸所必须带走的热量。设大气处于标准状态。却压气机气缸所必须带走的热量。设大气处于标准状态。解：解：5101325.0l021ln116ppVpWQ-59260kJ4-13活塞式压气机吸入温度活塞式压气机吸入温度t1=20和压力和压力p10.1MPa的空气，压缩到的空气，压缩到p20.8MPa，压气机每小时吸气，压气机每小时吸气量为量为600标准标准m3。如压缩按定温过程进行，问压气机所需的理论功率为多少千瓦？若压缩按定熵过程进。如压缩按定温过程进行，问压气机所需的理论功率为多少千瓦？若压缩按定熵过程进行，则所需的理论功率又为多少千瓦？行，则所需的理论功率又为多少千瓦？解：定温：解：定温：3600273287600100000RTpVm0.215kgs21ln1ppmRTWs37.8KW定熵定熵)1.08.0(114.12932874.1215.0)12(11114.114.11kksppkkRTmW51.3KW414某工厂生产上需要每小时供应压力为某工厂生产上需要每小时供应压力为0.6MPa的压缩空气的压缩空气600kg；设空气所初始温度为；设空气所初始温度为20，压力，压力为为0.1MPa。求压气机需要的最小理论功率和最大理论功率。若按。求压气机需要的最小理论功率和最大理论功率。若按n1.22的多变过程压缩，需要的理论功的多变过程压缩，需要的理论功率为多少？率为多少？解：最小功率是定温过程解：最小功率是定温过程m=6003600=16kgs21ln1ppmRTWs25.1KW最大功率是定熵过程最大功率是定熵过程)12(11111kksppkkRTmW32.8KW多变过程的功率多变过程的功率)12(11111nnsppnnRTmW29.6KW415实验室需要压力为实验室需要压力为6MPa的压缩空气，应采用一级压缩还是二级压缩？若采用二级压缩，最佳中间的压缩空气，应采用一级压缩还是二级压缩？若采用二级压缩，最佳中间压力应等于多少？设大气压力为压力应等于多少？设大气压力为0.1，大气温度为，大气温度为20，压缩过程多变指数，压缩过程多变指数n=1.25，采用中间冷却器能将压，采用中间冷却器能将压缩气体冷却到初温。试计算压缩终了空气的温度。缩气体冷却到初温。试计算压缩终了空气的温度。解：压缩比为解：压缩比为60，故应采用二级压缩。，故应采用二级压缩。中间压力：中间压力：312ppp0.775MPannppTT1)23(23=441K4-16有一离心式压气机，每分钟吸入有一离心式压气机，每分钟吸入p10.1MPa，t1=16的空气的空气400m3，排出时，排出时p20.5MPa，t2=75。设过程可逆，试求：设过程可逆，试求：(1)此压气机所需功率为多少千瓦？此压气机所需功率为多少千瓦？(2)该压气机每分钟放出的热量为多少千焦？该压气机每分钟放出的热量为多少千焦？解：（解：（1）111RTVpm=8.04kgs)21ln()12ln(vvppn=1.13)21(1TTnnRmmnwWs1183KW（2）)12(1TTcnknmQv=-712.3kJs417三台空气压缩机的余隙容积均为三台空气压缩机的余隙容积均为6，进气状态均为，进气状态均为0.1MPa、27，出口压力均为，出口压力均为0.5MPa，但压，但压缩过程的指数不同，分别为：缩过程的指数不同，分别为：n1=1.4，n2=1.25，n3=1。试求各压气机的容积效率（假设膨胀过程的指数和。试求各压气机的容积效率（假设膨胀过程的指数和压缩过程的指数相同）。压缩过程的指数相同）。解：解：1)12(11nvppcn=1.4:1)1.05.0(06.014.11v0.87n=1.25：v=0.84n=1：v=0.76第五章第五章热力学第二定律热力学第二定律5-112187331364.14%873tcTTT010.641410064.14kWtcWQ21110.641410035.86kWtcQQ5-2121100040060%1000tcTTT010.61000600kJp2所以应采用缩放喷管。所以应采用缩放喷管。(1)出口流速：出口流速：kkpp1)12(0.6314kkppTT1)12(12378.8K222PRTv1.09m3kg)12(111212kkppkkRTc667ms22cmvf24.5cm2(2)22cc650ms)21(12TTTT390K222PRTv1.12m3kg22cmvf25.8cm29-9某燃气某燃气p1=1MPa，t11000K，流经渐缩渐扩喷管。已知喷管出口截面上的，流经渐缩渐扩喷管。已知喷管出口截面上的压力压力p2=0.1MPa，进口流速，进口流速c1200ms，喷管效率，喷管效率0.95，燃气的质量流量，燃气的质量流量m50kgs，燃气的比热，燃气的比热k1.36，定压质量比热，定压质量比热cp1kJ(kg.K)。求喷管的喉部。求喷管的喉部截面积和出口截面积。截面积和出口截面积。解：进口流速解：进口流速c1200ms221c20kJkg远小于燃气的进口焓远小于燃气的进口焓1Tcp1000kJkg忽略。忽略。出口流速：出口流速：kkpp1)12(0.5436kkppTT1)12(12543.6K)21(72.442TTccp955ms22cc931ms)21(12TTTT566KpckkR1264.7kJ(kg.K)222PRTv1.5m3kg出口截面积出口截面积22cmvf805cm2(2)喉部流喉部流速：速：1ppc0.535MPakkcTT11847.4K)cckRTc552mscccPRTv0.4193m3kg喉部截面积喉部截面积cccmvf380cm29-10水蒸气压力水蒸气压力p1=0.1MPa，t1120以以500ms的速度流动，求其滞止焓、的速度流动，求其滞止焓、滞止温度和滞止压力。滞止温度和滞止压力。解：解：p1=0.1MPa，t1120时水蒸气焓时水蒸气焓h1=2716.8kJkg，s1=7.4681kJ(kg.K)滞止焓滞止焓h0=h1+c22=2841.8kJkg查表得查表得p0=0.19MPat0=185.79-11水蒸气的初参数水蒸气的初参数p1=2MPa，t1300，经过缩放喷管流入背压，经过缩放喷管流入背压pb=0.1MPa的环境中，喷管喉部截面积的环境中，喷管喉部截面积20cm2。求临界流速、出口速度、质量流量及出口。求临界流速、出口速度、质量流量及出口截面积。截面积。解：解：h1=3023kJkg，s1=6.765kJ(kg.K)pc=0.5462=1.092MPahc=2881kJkg，vc=2.0m3kgh2=2454kJkg，v2=1.53m3kgcc=chh172.44532.9msc2=2172.44hh1066.7ms质量流量质量流量ccvcfmmin0.533kgs222cmvf76.4cm29-12解：解：h1=3231kJkg，节流后节流后s=7.203kJ(kg.K)h2=3148kJkg，v2=0.2335m3kgpbp0.546渐缩喷管渐缩喷管c2=2172.44hh407.4ms22vfcm0.35kgs9-13解：查表得解：查表得h2=2736kJkg由由p1=2MPa等焓过程查表得等焓过程查表得x10.97t1=212.4610)21.0(4.2121301212ppttj43.4KMPa9-14解解:查表得：查表得：h1=3222kJkgh2=3066kJkgc2=2172.44hh558.6ms22cc519ms动能损失：动能损失：2)1(222c21kJkg9-15解：解：1ln12ln2vvRTTcsv0.199kJ(kg.K)（理想气体的绝热节流过程温度相等）（理想气体的绝热节流过程温度相等）用损用损sTssThhex0)21(02159.7kJkg9-16解：由解：由22212221cTccTcpp得得)1()12(12kkppTT355K2)12(2122cTTccp337ms第十章第十章动力循环动力循环10-1蒸汽朗肯循环的初参数为蒸汽朗肯循环的初参数为16.5MPa、550，试计算在不同背压，试计算在不同背压p2=4、6、8、10及及12kPa时的热效率。时的热效率。解：朗肯循环的热效率解：朗肯循环的热效率3121hhhhth1为主蒸汽参数由初参数为主蒸汽参数由初参数16.5MPa、550定定查表得：查表得：h1=3433kJkgs1=6.461kJ(kg.K)h2由背压和由背压和s1定定查查h-s图得：图得：p2=4、6、8、10、12kPa时分别为时分别为h2=1946、1989、2020、2045、2066kJkgh3是背压对应的饱和水的焓是背压对应的饱和水的焓查表得。查表得。p2=4、6、8、10、12kPa时饱和水分别为时饱和水分别为h3=121.41、151.5、173.87、191.84、205.29kJkg故热效率分别为：故热效率分别为：44.9、44、43.35、42.8%、42.3510-2某朗肯循环的蒸汽参数为：某朗肯循环的蒸汽参数为：t1500、p21kPa，试计算当，试计算当p1分别为分别为4、9、14MPa时；（时；（1）初态焓值及循环加热量；（）初态焓值及循环加热量；（2）凝结水泵消耗功量及进出口水的温差；（）凝结水泵消耗功量及进出口水的温差；（3）汽轮机）汽轮机作功量及循环净功；（作功量及循环净功；（4）汽轮机的排汽干度；（）汽轮机的排汽干度；（5）循环热效率。）循环热效率。解：（解：（1）当）当t1500，p1分别为分别为4、9、14MPa时初焓值时初焓值分别为：分别为：h1=3445、3386、3323kJkg熵为熵为s1=7.09、6.658、6.39kJ(kg.K)p21kPa(s2=s1)对应的排汽焓对应的排汽焓h2：1986、1865、1790kJkg3点的温度对应于点的温度对应于2点的饱和温度点的饱和温度t3=6.98、焓为、焓为29.33kJkgs3=0.106kJ(kg.K)3点压力等于点压力等于p1，s3=s3，t3=6.9986、7.047、7.072则焓则焓h3分别为：分别为：33.33、38.4、43.2kJkg循环加热量分别为：循环加热量分别为：q1=h1-h3=3411、3347、3279.8kJkg（2）凝结水泵消耗功量：）凝结水泵消耗功量：h3-h3进出口水的温差进出口水的温差t3-t3（3）汽轮机作功量）汽轮机作功量h1-h2循环净功循环净功0wh1-h2-(h3-h3)（4）汽轮机的排汽干度）汽轮机的排汽干度s2=s1=7.09、6.658、6.39kJ(kg.K)p21kPa对应的排汽干度对应的排汽干度0.79、0.74、0.71（5）循环热效率）循环热效率10qw初焓初焓值值h1排汽排汽焓焓h2焓焓h3焓焓h3循环加循环加热量热量q1=h1-h3凝结水泵凝结水泵消耗功量消耗功量h3-h3进出口进出口水的温水的温差差t3-t3汽轮机汽轮机作功量作功量h1-h2循环循环净净功功0w循环循环热效热效率率（）（）3445198633.3329.33341140.01861459145542.783386186538.429.3333479.070.0671521151245.173323179043.229.333279.813.870.0921533151946.7410-3一理想朗肯循环，以水作为工质，在循环最高压力为一理想朗肯循环，以水作为工质，在循环最高压力为14MPa、循环最高温度、循环最高温度540和和循环最低压力循环最低压力7kPa下运行。若忽略泵功，试求：（下运行。若忽略泵功，试求：（1）平均加热温度；）平均加热温度；（2）平均放热温度；）平均放热温度；（3）利用平均加热温度和平均放热温度计算循环热效率。）利用平均加热温度和平均放热温度计算循环热效率。解：解：1点焓和熵分别为：点焓和熵分别为：3433kJkg、6.529kJ(kg.K)2点焓和熵分别为：点焓和熵分别为：2027kJkg、6.529kJ(kg.K)3点焓和熵分别查饱和压力下的饱和水表为：点焓和熵分别查饱和压力下的饱和水表为：163.38kJkg、0.5591kJ(kg.K)（1）平均加热温度平均加热温度3131sshhth547.7K（2）平均放热温度平均放热温度3232sshhtc312.17K（3）循环热效率循环热效率hctt14310-4一理想再热循环，用水作为工质，在汽轮机入口处蒸汽的状态为一理想再热循环，用水作为工质，在汽轮机入口处蒸汽的状态为14MPa、540，再，再热状态为热状态为3MPa、540和排汽压力和排汽压力7kPa下运行。如忽略泵功，试求：（下运行。如忽略泵功，试求：（1）平均加热温度；）平均加热温度；（2）平均放热温度；（）平均放热温度；（3）利用平均加热温度和平均放热温度计算循环热效率。）利用平均加热温度和平均放热温度计算循环热效率。解：解：1点焓和熵分别为：点焓和熵分别为：3433kJkg、6.529kJ(kg.K)3点焓和