工程热力学课后习题--华永明版

1、3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：pi= pb+ pgi = 0.1013+ 25.6= 25.7013mpap2= pb+ pg2 = 0.1013+ 0.65= 0.7513mpap3= pb+ pg3 = 101.3+3= 104.4kpap4 = pb- pv4= 1013 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 f,请求出对应的摄氏温度，并判断100下的体温可能吗？。

2、解答：55t = -(f -32) = (100-32) = 37.78 c995、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 538 c ,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：99f t 32538 32 =1000.4 f556、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p= awsh_q = wsh_q 一 wsh =wsh c = q -_2 ,=&wsh_q；：c2-m2_ 32980 103360

3、0221502 -502210=8277.8kwwh_qwsh8277.8401886.1=2.06%(4)位能差,：c2h - g zwshwsh = t h i -wsh_z = q - g 丝-w awsh_q =_mgaz =wsh_q =wsh_q -wsh = -gaz2980 1033600一一 一 一&9.8 (-2.5) 10=20.3kwwh qwsh20.3401886.1=0.0051%第三章3、两台可逆卡诺热机串联工作，a工作于700c和t c的热源问，b热机工作于t c和20c 的热源问，吸收a热机排出的废热对外作功。求：(1)当两台热机的热效率相同时，热源t的温度

4、；(2)当两台热机输出的功相等时，热源t的温度。解答:7效率相等时:ttt2 1=2=.1：1_2=.t=t1t2= 9 7 32 9&5 3.9ktit输出功相等时:wi =qiw2 =q2q2 =q1w1= w2t jt2一 2-633k4、一可逆热机工作在三个热源之间， 热源温度如图，若热机从热源1吸热1600kj,并对外做 功250kj,试求另两个热源的传热量和传热方向，并用图表示。解答：热量的正负号，以工质吸热为正：能量平衡：q1 q2 q3 =1600 q2 q3 = w =250kj/kg因为可逆 q1 q2 q3 j600 0 & = 0t1 t2 t3800 600 300解

5、以上2式，得q2=-1500kj, q3=150kj,说明热源2吸热，而热源3放热。7、某动力循环，工质在温度440c下得至ij 3150kj/kg的热量，向20c的低温热源放出1950kj/kg 的热量，如果工质没有其他热量交换，问此循环满足clausius不等式吗？q 解答：丁 二3150440 273.15195020 273.15=-2.237 二 0满足clausius不等式，其循环积分值为-2.237kj/(kg.k)。8、内可逆的卡诺热机，工作于 2000k和300k的热源问，工质的高温为1900k,工质的低温 为400k,设每一循环中工质从高温热源吸热100kj/kg。求：(1

6、)该热机的效率和每一循环中的功量、废热；(2)高温热源和低温热源的嫡变；(3)工质在各过程中的嫡变和循环的总嫡变。解答：e400(1): h1 = 1- 2 = 1-= 0.7895工1900w0 = q? h1 100? 0.7895 78.95kj / kgq2= q- w0 = 100- 78.95= 21.05kj / kg(2)： dsqi =-c1- 100rc2dsc2 =-t q1tq121.053002000=-0.05kj/(kg?k)=0.0702kj/(kg?k)(3)： d、2 二q 100=0.05263kj/(kgk)工 1900ds23= 0- q2ds34 =

7、t2-21.05=-0.05263j/(kg?k)400ds41 = 0工质经过一个循环的总端变？ 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/(kg k) 0求:(1)每kg表层海水降温过程中放出的热量和嫡变；(2)深层海水的嫡变、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：(dq= c&- l)=

8、 4.1868(27- 37)= - 41.868kj / kgq1 = - q = 41.868kj / kg2cdt _1 t 一=4.1868lncln tt127+ 27337+ 273=-0.1373kj/ kds2= - d s = 0.1373kj/kq2 = t2ds2 = (273+ 4)? 0.1373 38.032kj / kgw0 = q1 - q2 = 41.868- 38.032= 3.836kj/kg(3)w=mw0=1060 103? 3.836/3600 =1.066? 107kwh(4) a二=北9410： = 4,606?105km, w 1.066 10

9、712、将3kg温度为0c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:(d系统平衡时的温度;冰的嫡变，冰熔解生成的水的嫡变和容器中原有水的嫡变;(3)若环境温度为20 c,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:mc (tm -t1) m1 q m2c (tm -t2)=0t _ m1c t1 m2c t2 -m1 qm(mhlm2)c3 4,187 0

10、 20 4.187 50 -3 333.5(3 20) 4,1873186.596.301= 33.09 c(2)嫡的变化量由三部分构成，即3kg冰融化时的嫡增，融化后从0c升到tm的嫡增和20kg水降温到tm的嫡减。s11m j =3=3,665kj / k612ttm mcdtt1t273=m1c intm m1 cdtt2 t=m 2 c intm t1 tm t233,09 273=3 4.187ln =1.437kj/ k0 27333,09 273=20 4,187ln = -4.503kj / k50 273s2 = 3.665 1.437 - 4.503 = 0.599kj /

11、 k(3)系统可用能的损失deq= to(di+ de2+ ds2) = 293? 0.599 175.51kj 15、如图一烟气余热回收方案。设烟气的比热容= 1100j/ (kg.k),试求：(1)烟气流经换热器传给热机工质的热量；(2)热机排给大气的最少热量；(3)热机输出的最大功。解答：(1)高温烟气传给工质的热量：一 一 一一一_5q1 =cp t =1100 (727 -38) =7.579 10 j / kgq1 =mq1 =6 7.579 1 05 = 4.54 74 1 06 j / s(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

12、,c =1q2 =q1 1 - t,c =斗 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:、q2=q1 一0 = q2 =q2 =-t.t12 cp dt = -cpt ln1t38 2735-1100 (27 273) ln =3.8543 105 j / kg727 273q2,min =mq2 =6 x3.8543 父105 =2.3126 父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 =q1 -q2min =4.5474 父106 -2.3126 父106 =2.2348 x106 j /s第四章3、海洋深处埋藏一种名为可燃冰的物质，它

13、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？设海水的密度均匀，为1.025x 103kg/m3, 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：21r = r gh+ pb= 1.025仓必000 9.8+ 101= 40281kpap2v2mrg =1p1v1tt240281c273+ 27 ?100101273+ 443194m35、容积为2.5m3的空气罐，原来的参数为0.05mpa (表压)、18c,现充气至0.42mpa (表压)， 充气后温度为40c,当时大气压为1

14、00kpa,求充进空气的质量。(空气参数查附录1) 解答：根据pv =mrt m = m2 - m1_ (0.42 0.1) 106 2.5 (0.05 0.1) 106 2.5一 287.1 (40 273)-287.1 (18 273)= 14.4666 -4.4885= 9.978 kg7、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%,。2： 4%, co2： 21%, h2。： 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：n2：0.6molm = 28? 0.6 16.8g o

15、2: 0.04mol, m2 = 32? 0.04 1.28g co2: 0.21mol,m2 = 44? 0.21 9.24g h2o:0.15mol,m2= 18? 0.15 2.7g m= 16.8+ 1.28+ 9.24+ 2.7= 30.02 w1 = m1/m= 16.8/30.02= 0.5596 w2= m2/m= 1.28/30.02= 0.0426 w3= m/m= 9.24/30.02= 0.3078 w4= m4/m= 2.7/30.02= 0.0899 m = m= 30.02r 8.31451r = 0.2770kj/(kg?k) m 30.0210、一定量的封闭空

16、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、始变化和嫡变化;(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= 0pdv=pv2 - pv1 = rgt2 - rgt1= 287.1? (480 300) =51678 j / kg = 51.678 kj / kgq= dh = cp(t2 - t1) = 1.005? (480300) = 180.9 kj /

17、kgdu= d h /g = 180.9 /1.4 = 129.2 kj / kgds= cp ln t2 = 1.005ln 480 = 0.4726 kj / (kg ?k) pt1300(2)定温过程13和定容过程32组成的复合过程内能和嫡是状态参数，故这一复合过程的内能和嫡变化同定压过程v3vt2w -w13w32二w13rrgtiln _ 二rgt1ln _ 二rgtiln .:mm=0.2871300 in 誓=40.48 kj / kg300q = q13 q32=w13c(t2-t3)=w13cv(t2-t1)=w13u13 = 40.48129.2 = 169.68 kj /

18、 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 mcp =1005j /(kg k) rg =287.1j/(kg k)从1至a的端变s1a = cp ln ta -rg lnpapi4851.0=10051n -287.1ln 8005.5-502.97 -(-489.43)=-13.54j / (kg k)从1至b的端变tb_ pb495. b =cpln b -rg ln 坨=100

19、51n -287.1lnp t10 pl8000.75.5= -482.45 -(-591.83)-109.38j / (kg k)对绝热而言，煽是只增不减的，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)等嫡过程；(3) n=1.25的多变过程。解答：定温过程：p10.1w=rtln 1=0.2871 300 in = -154.32kj/kggp20.6wt = w = -154.32kj/kgq = w = -154.32kj/kg定嫡过程：j1.4t2 =

20、t1(庄) =300 (06)寸 =500.55kp10.1w=wt/ - -201.55/1.4 - -143.97kj/kg wt - -. ：h - -1.005 (500.55 -300) - -201.55kj/kg q =0多变过程:jn =300(0.60.11 .25)1.25 = 429 .3 krgu (t1-t 2)二；岁1(300 - 429 .3) - -148 .48 kj / kgwt = nw = 1.25(-148 .48) = -185 .60 kj / kgn 一 ( rg1 25 1 40 2871q=ng (t 2 - t1) =0.28/1(429

21、.3 - 300 ) = -55 .68 kj / kgn -1-11.25 -11.4 -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；习题4-14(4)电热丝加入系统的热量；(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,吁0 2 1.4 4t2r 二t(p2)

22、* =298 42)77 =363.3kp10.1(2)右边气体的容积功1t 1363 3wr =mw =pm(1_k)= 0.1 106 0.001 (1 )-1t11.4 -1298= -54.78j(3)左边气体的终温11v2r =vi(正/=0.001 (02) 丁4 = 0.00061m3pi0.1v2l =2m -v2r =0.002 0.00061 =0.00139m3p2v2l2tp1v1=t=p2v2lp1v0.2 0.00139t1 二0.1 0.001298 =828.44k(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p1v111t2

23、lul=m.ul rg (t2l -t1)rv1(-1)rg l1- i- i 1116828.44= 0.1 106 0.001 (1)1.4 -1298= 445.00jq = . u l ( -wr) =445.00 54.78 =499.78j(5)左边气体经历的过程n _ln(p2l/_p1)1ng/。1):一 2.106ln(v2l/v1)ln(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

24、统达到新的平衡点，求该平衡点的温度、压力和嫡的总变化量。解答：margt1 =pammbrgt1 = pbm终点温度:mapa 1，二=2= ma =2 mbmb pb 1=t1 =300 kmacvta1mbcvtb1macvmbcv终点压力:(mamb) rgt2v 2(mamb) rgt12v1_ pa1pb1一 2= 0.15mpa嫡变,t2r , p2 r ,p2.6a = cp lnrg ln 二-rg in 一pggilpalpalt2p2p2.,-：sb = cp ln - - rg ln 二-rg in 一rg inp2paitipbipbipalvlp2ls = masa

25、- mblsbrg in 一rgtlpai0.2 106 0.001 , 0.15 0.1 106 0.001 , 0.15二-in - in 3000.23000.1= 0.1918 0.1352 = 0.05663kj/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汪流动过程中：-c2q 二 hg：z

26、 ws=q12 = 儿=cp t =1.005 (300-380) = -80.4kj / kg(2)节流过程前后温度不变：t3 =t2 =300ks23 =cpint3-rin 色-287.1 in 07 =102.4j/(kg k) t2p21.0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、240c 0 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:(1评想情况下_10 6 1.4终温t2s =t1(p2) # 三(25 273) (0 )十=497.22kpi

27、0.1y耗功 wc,s=.：hs =rg(t2,s-ti)一 i1.4x1.4-1287.1 (497.22 - 298) = 200182j / kg(2)实际耗功(始h是状态量)_ _ _1.4wcf ； h=r(t2-1)287.1 (240-25) =216042j/kg-11.4-1ms 200182 ccc”(3)=0.9266wc216042c4、单级活塞式压缩机需要把空气从 0.1mpa、27c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

28、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)等温方式多艾方式等嫡方式初温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

29、数为 0.1mpa、50c,压缩比为6,每一循环中加入的热量为 750kj/kg,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！2=(9)1片=屋=61.4=2.048 得:t1v1t2 =2.048 323 =661.5k由。:6二t2)得：_ q1 _750t3 =q1t2661.5 =1706.1k3 cv 0.718(2)最高压力p3v1rgti287.1* (50 273)pi0.1* 106= 0.92733 m3/kgv3vi0.927333一-二0.15456 m /kgp3rgt3v3287.1*1706

30、.1 =3.169 mpa0.15456(3)循环净功w0由互=(与一二,1t4v4v11706.1t4 = =833.1k4 2.048q2 =g(t4 -t1) =0.718 (833.1 -323) =366.3kj/kgwo =qi f= 750 -366.3 =383.7 kj/kg(4)理论热效率理论热效率tv ,vw0q,366.30 =12 =1 =0.5116q1q1750或t,v1323=1 l=1 =0.5117t2661.5第八章4、解答:(d0.l7mpa压力下饱和温度=115 c(2)0.1 mpa饱和蒸汽的比容为1.694 m3/kg结果1):如果2l水指大气压下

31、的体积，则 m=2kg,v = mv = 2 1.694 = 3.888 m3结果2):如果2l水指0.l7mpa压力下的体积，则 m=1.894kg,3v =mv =1.894*1.694 =3.208 m35、解答：由 p2=0.1mpa, t2=120c,查得 h2=2716.48 kj/kg由 p2=0.1mpa查得 h=720.94 kj/kg h =2767.46 kj/kg%=h2h x(h-h)= h2h2 - hx 二h -h2716 .48 - 720 .940.97512767 .46 - 720 .946、解答：(1)蒸汽需要的热量由烟气等压放热提供:mi1cp(t- t2)= 1? (h2hi)m1 =(h2-，)3399.12- 1232.252=1.313kg / kgcp(t1- t2)1.1? (1900 400)烟气:1kg蒸汽时各部分嫡变：d = m1cplnt2= 1.313仓0.1 in 400+ 273 = - 1.6928 kj/kp t11900+ 273h2o查表：ds2= ds2= 6.4095- 3.0348= 3.3