热工基础复习题计算题答案

1、四、计算题 11所示。压力表、某容器被一刚性壁分成两部分，在容器的不同部位安装有压力表，如图B75kPa, C0.11MPa97kPaA，试确定压力表上的读数为上的读数为压力表。如果大气压力为 上的读数及容器两部分内空气的绝对压力。 2A BC1 P112ABCPgA PgBPgC 的绝对压力记为和的读数均为表压，分别记为、解：容器、PgB=75k Pa PgC =0.11M Pa=110 k Pa Pa=97 k Pa Pa P2依题意：和，大气压力 P1= PgC+Pa P1= PgB+P2 P2= PgA+Pa 根据压力表的位置可知： P1=207 k Pa P2=132 kPa PgA

2、 =35k Pa PaPgB PgC的数值代入上式得：、将和 1 图负载，气缸内充以空气，活塞及负载重100kg，气缸壁充分导热，取走60kg22、如图所示。 其系统完全平衡后，试求： ； （1）活塞上升的高度L ；2）热力学内的变化U（ （已知ukJ/kg=0.72TK）（3）气体在过程中所做的功。 2 图 5Pa 1)由力平衡：p=p10/A=771*133.32+100*98100/100=2.009+F11b3-3-6 V=A*L=100*10*10=10m15Pa /A=771*133.32+40*98100/100=1.42010+Fp=p2b2 T=T123-6-4=(10+L

3、)*10=A*(L+L)=100*(10+L )*10 mV2 过程中质量不变：) )= mT/(R V= pm/(R VT= p2g2221g1115-35-33-43 10=1.4145 *10(10+L )*1010V= p V/ p=2.009m*10m/1.4202121L=4.145cm 2) U= mu- m u1 212因为m= m，已知u=0.72T，而T=T；所以U=0 11kJ/kg22K5-4-2=58.859 J 10*4.14510*100103）此过程为不可逆过程：W= p*A*L=1.4202 3、一绝热刚体气缸，被一导热的无摩擦活塞分成两部分，如图3所示。最初

4、活塞被固定在3的空气，另一侧储有0.01m300K的某一位置上，气缸的一侧储有压力为0.2MPa、温度为同容积、同温度的空气，其压力为0.1MPa。去除销钉，放松活塞任其自由移动，最后两侧达到平衡。设空气的比热容为定值。试求： （1）平衡时的温度为多少？ （2）平衡时的压力为多少？ （3）两侧空气的熵变值及整个气体的熵变值是多少？ 图3 解：（本题13分）1）取整个气缸为闭口系，因为气缸绝热，所以Q=0；又因为活塞导热而无摩擦，W=0，且平衡时A、B两侧温度相等，即T=T=T。有闭口系能量方程得： 2A2B2?U?U0U?BA 0)?(T?T(T?T)?mc即：mc12BBA1A2VV因为，T

5、=T=T=300K，于是终态平衡时，两侧的温度均为： T=T=300K 21A11B12) 取整个气缸为闭口系，当终态平衡时，两侧压力相等，设为p，则： 2(m?m)RTRTpVpV2A2gBgB1BA11A1?(?p?) 2RTRVTV?VBg11g121A T2MPa.15?0V?(pV?p) 111B1ABA)VVT(?11BA1ppVpA1A21A1?1.lnRmln918?J/K?S? ）3 gAApTp2A1A1ppVpB1B21B1?R?S?mln1.352?J/Kln gBBpTp21B1B?S?0.566?S?SJ/K 整个气缸绝热系的熵变：BA 4、某蒸汽动力厂按一级再热理

6、想循环工作，新蒸汽参数为P=15MPa，t=600，再热压力11P=1.4MPa，再热温度t= t=600，背压P=0.005MPa，功率为15000KW。试求： 2RA1（1）定性画出循环的T-S图； （2）求循环热效率； （3）每小时所需蒸汽量。 解：1）再热循环在T-S图上的表示如图所示。 2）循环吸热量 q?(h?h)?(h?h)A41R1?(3582.3?153.9)?(3694.8?2892.8)?4231.37kJ/kgq?h?h?2401.11?137.9?2263.22kJ/kg 322q2263.222?1?46.5?1% tq4231.371?Pqq）根据：2 tm1P1

7、50000?76.24kg/?s?274t/hq m?4231.37?0.q465t1 5、如图4为一烟气余热回收方案。设烟气比热容C=1.4kJ/(kg.K)，C=1.14kJ/(kg.K)。试求： vpQ； 1）烟气流经换热器时传给热机工质的热（1Q； （2）热机放给大气的最小热量2 。W）热机输出的最大功3（ 图4 Q?mC(t?t)?4116KJ ）烟气放热为：解： 111p2?QT22?1?1 ）若使2Q最小，热机为可逆机，由卡诺定理得：2 t?QT11mCdT?Qp1?T?QT? 002 即：TTTdTT2?2?2389.mC?Q?TlnTmC2kJ p00p2TTT11 W?Q?

8、Q?1726.8 ）输出的最大功为：321 6、压力为0.1MPa，温度为20的空气进入压缩机，绝热压缩至0.6MPa后排入贮气筒。试求： （1）问压缩机空气出口温度能否是180？ （2）若将空气绝热压缩至0.6MPa，250，试问绝热效率是多少？可用能（作功能力）损失为多少？并用T-S图表示之（环境温度t=20）； 03/h，试求在2）情况下的压缩机功率是多少？ 100m3（）压缩机在吸气状态下的吸气量为 ，则绝热压缩过程的熵产：180）若压缩机出口温度为1解： pT6.2730180?kJ22?0077?0.lns?Cln?1.004?0.287?Rlnln)Kkg( ggp1.2730T

9、p20?11 。可见，压缩机空气出口温度不可能是1801k?p 2K.9T?T(?)488k 2） 1s2p1C(T?T).9?273?(2048812ps? C)?(T20250?TC1p2Tp250?2730.6kJ22?0678.?0?0.287ln?Rln?sClnln?1.004 (kg.K) ggpTp20?2730.111?s?293?0.0678?T19.866kJ/kgi g03） 3qp?10100.1?011vP?qC(T?T)?C(T?T)?(250?20)?7.6KW 112mpp2RT0.287?2931g 7、空气从T = 300 K、p = 0.1 MPa压缩到

10、p = 0.6 MPa。试计算过程的膨胀功（压缩功）、211技术功和热量，设过程是(1) 定温的、(2) 定熵的、(3) 多变的（n=1.25），按定比热容理想气体计算，不考虑摩擦。 kJ/(kgK)， kJ/(kgK) 按附表1取空气的定值比热容为： kJ/(kgK)气体常数 1（）定温过程 ，则：对等温过程： （2）定熵过程 qwuwh ；对定熵过程：0，t 由等熵过程的过程方程知 kJ/kg kJ/kg （3）多变过程 kJ/kg kJ/kg kJ/kg 8、已知活塞式内燃机定容加热循环的进气参数为 p=0.1 MPa、t=50 ，压缩比，加?6?11入的热量q=750 kJ/kg。试求

11、循环的最高温度、最高压力、压升比、循环的净功和理论热效1率。认为工质是空气并按定比热容理想气体计算。 a)b) 图示、解：活塞式内燃机定容加热循环的图示见 (a) (b) (6-5)式得：，理论热效率由?1.4?011 ?51.16%1?1?vt, ?111.4?60 循环净功?kg/387.7kJW?q?750?0.5116?tv01 (3-89)式得，因过程是等熵过程，由最高温度须先求出21?TT23?1?0?V1.4? 1K6?T?T?50)?661.71?(273.15?12 V?2 因为)T?q?C(T?q201v3v1q750 所以1K?661.71T?T?1706.28T? 2m

12、ax30.718C0v 过程是定容过程，因此最高压力和须先求出?PP2332?TP 33? TP221706.28 即?2.5786? 661.71 所以?P?P?P23max?0?V1.4 而1barPP?1?612.2860?12 V?2 则bar2.5786?12.2860?31.6807?P3 进行，则先定温膨胀，然后再在定容下MPap=300 9、空气在气缸中由初状态TK、=0.15 11 480 K 。试求：，温度升高到 使压力增到0.15 MPa 1（）将这过程画在压容图和温熵图中； ）利用空气的热力性质表计算这过程中的膨胀功、热量，以及热力学能和熵的变化。2（(2) 11 2

13、即先定温膨胀，然后再定容压缩过程有解：对 11 定温膨胀过程：对VV 21lnln?RTW?q?RTTT VV11RT287.?14803 2/kg2918m7?V?0.2 P0.1?51062RT287.?19003 1/kgm2V?0.574?1 P0.1?510610.91872 所以kgkJ/?ln?40.48W?0.2871?300 T0.5742 0u?TPPVV002111slnR?lns?R?s?Rln?RlnTT 1PTVPV1 11110.91872)K?0.2871?ln()?0.13494kJ/(kg? 0.5742 12定容压缩过程：对W = 0 v kgkJ/?34

14、4.70914.07?130.63q?u?u?u?1v2 b a 图图 ?skg/q?812? 、增压比10、某燃气轮机装置，已知其流量、升温比，大气温度为?4?m。试求理论上输出的净功率及循环的理论热效率（注：认为工质是空气并按定比热容295 K 。理想气体计算） ，解：?K?T?1.4T?2951180?430 燃气轮机膨胀作功?1.4?0?11.41 ?1?11.4?00?1?0.2871?1180W?RT1? 3TS?12?11.4?1?0?602.73kJ/kg 压气机压缩耗功?0?1.4?295?1.4?0.2871 ?1?0?1?WRT1?120 11.4? 1CS?11.4?1

15、?0?kW?2370.11 理论循环净功率? 2370.11 kW?602.73?mww?306.47?8?p?cssTs 理论循环热效率11 ?50.83%1?1?tp ?11.4?10 ?1.412?0 115 1 MPa 0.2 ，节流后压力降为）、某氨蒸气压缩制冷装置（图，已知冷凝器中氨的压力为MPa 80%，已知冷却水经过氨冷凝器后温，压气机绝热效率为，制冷量为6kJ/h?10120. 8 K 4.187 kJ/(kgk) 。试求：度升高，水的比定压热容为? 1 ）氨的流量；（ 2 ）压气机出口温度及所耗功率；（3 ）制冷系数；（4 ）冷却水流量。（ 5 图 ，8-12及8-11、8

16、-10：参考图解 得由 ，查图 kgP?0.2MPa1560hkJ/h?Plog1 沿等熵线向上与线交于点 查得 由 MPaP?0.2MPa1?Pkgh?1800kJ/221s2hh?W 因为： 理12s?CS h?Wh12 则hh?15601800? 1s2kg?1570?h?h?/1860kJ? 12 ?0.80cs lgP-h图）（查 kgkJ/?h?h44043 (1)氨的流量：6QQ3600/?100.12 22s0.02980kg?/?m? 440?qh1560h 412 (2)压气机出口温度及耗功率：等压：由等焓线与 MPaP1?TkgkJ/h?1860222 lgP-h图可得：

17、线交点，查KT386?2?/(mh?hP?mw/)?cs1cs2scsC 0.80?(1800?1560)/?0.2980kW8.94? 制冷系数(3)hqh?4401560? 理论： 412?4.6617? 1560h1800?Wh?1css2 实际： ?3.7336?4.6617?0.80cs (4)冷却水流量 冷却水带走的热量应等于氨气放出的热量，即由热平衡方程得： tC?mq?m(hh)?m?Qp1213 )h?hm(44.0)(1860?0.02980? 32s1.2633?kg/?m 4.187?84.187?8 可见所需冷却水量是相当大的。 1.2633m 42.4? 0.02980m 13、 14、由三层材料组成的加热炉炉墙。第一层为耐火砖。第二层为硅藻土绝热层，第三层为红砖，各层的厚度及导热系数分别