工程热力学习习题答案第四章-

1、第四章4-1 1kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ，其容积增大为，压力降低为，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。解：热力系是1kg空气过程特征：多变过程因为内能变化为8×103J膨胀功：32 ×103J轴功： ×103J焓变：×8 ×103J熵变：×10342 有1kg空气、初始状态为，进行下列过程：（1）可逆绝热膨胀到；（2）不可逆绝热膨胀到，；（3）可逆等温膨胀到；（4）可逆多变膨胀到，多变指数；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图和图上解：热力系1kg空气（1） 膨

2、胀功：×103J熵变为0（2）×103J（3）×103×103（4）×103J4-3具有1kmol空气的闭口系统，其初始容积为1m3，终态容积为10 m3，当初态和终态温度均100时，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；（2）向真空自由膨胀。解：（1）定温膨胀功7140kJK(2)自由膨胀作功为0K44质量为5kg的氧气，在30温度下定温压缩，容积由3m3变成，问该过程中工质吸收或放出多少热量输入或输出多少功量内能、焓、熵变化各为多少解：放热因为定温，内能变化为0，所以内能、焓变化均为0熵变： kJ/K45为了

3、试验容器的强度，必须使容器壁受到比大气压力高的压力。为此把压力等于大气压力。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B，试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解：（1）定容过程（2） 内能变化：kg kJ/kg kJ/4-66kg空气由初态p1，t1=30，经过下列不同的过程膨胀到同一终压p2：（1）定温过程；（2）定熵过程；（3）指数为n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。解：（1）定温过程 kJT2=T1=30（2）定熵过程 kJQ0（3）多变过程 kJ kJ47已知空气的初态为p1，v1=kg

4、。经过一个多变过程后终态变化为p2，v2=kg。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。解：（1）求多变指数1千克气体所作的功146kJ/kg吸收的热量= kJ/kg内能： kJ/kg焓： kJ/kg熵：90J/4-81kg理想气体由初态按可逆多变过程从400降到100，压力降为，已知该过程的膨胀功为200kJ，吸热量为40 kJ，设比热为定值，求该气体的和解：kJ533J/=200 kJ解得：nR=327 J/代入解得：533+327=860 J/4-9将空气从初态1，t1=20,定熵压缩到它开始时容积的1/3，然后定温膨胀，经过两个过程，空气的容积

5、和开始时的容积相等。求1kg空气所作的功。解：-116 kJ/kg kJ/kgw=w1+w2= kJ/kg4-10 1kg氮气从初态1定压膨胀到终态2，然后定熵膨胀到终态3。设已知以下各参数：t1=500，v2=kg ，p3，v3=kg。求（1）1、2、3三点的温度、比容和压力的值。（2）在定压膨胀和定熵膨胀过程中内能的变化和所作的功。解：(1) MPa1263Kp1=p2= MPav1= m3/kg=583 K(2) 定压膨胀364 kJ/kg kJ/kg定熵膨胀505 kJ/kg-505 kJ/kg或者：其q=0,= -505 kJ/kg4-11 1标准m3的空气从初态1 p1，t1=30

6、0定熵膨胀到状态2，且v2=3v1。空气由状态2继续被定温压缩，直到比容的值和开始时相等，v3=v1，求1、2、3点的参数（P,T,V）和气体所作的总功。解： m3/kg MPa369KV2=3V1= m3T3=T2=369KV3=V1= m3 MPa412 压气机抽吸大气中的空气，并将其定温压缩至p25MPa。如压缩150标准m3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。解：-59260kJ4-13 活塞式压气机吸入温度t1=20和压力p1的空气，压缩到p2，压气机每小时吸气量为600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行

7、，则所需的理论功率又为多少千瓦解：定温：s定熵 KW414 某工厂生产上需要每小时供应压力为的压缩空气600kg；设空气所初始温度为20，压力为。求压气机需要的最小理论功率和最大理论功率。若按n的多变过程压缩，需要的理论功率为多少解：最小功率是定温过程m=600/3600=1/6 kg/s KW最大功率是定熵过程 KW多变过程的功率 KW415 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，最佳中间压力应等于多少设大气压力为，大气温度为20，压缩过程多变指数n=，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。解：压缩比为60，故应采用二级压缩。

8、 中间压力： =441K 4-16 有一离心式压气机，每分钟吸入p1，t1=16的空气400 m3，排出时p2，t2=75。设过程可逆，试求： (1)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 解：（1） =s = 1183KW （2） =s 417 三台空气压缩机的余隙容积均为6，进气状态均为、27，出口压力均为，但压缩过程的指数不同，分别为：n1=，n2=，n3=1。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）。 解： n=:n=：=n=1：=十一章11-1空气压缩致冷装置致冷系数为，致冷量为84600kJ/h，压缩机吸入空气的压力为，温度为-

9、10，空气进入膨胀机的温度为20，试求：压缩机出口压力；致冷剂的质量流量；压缩机的功率；循环的净功率。解：压缩机出口压力 故： MPa T3=20+273=293K 209K致冷量：×（263-209）kg致冷剂的质量流量s 368K压缩功：w1=cp(T2-T1)=106 kJ/kg压缩功率：P1=mw1=膨胀功：w2= cp(T3-T4)= kJ/kg膨胀功率:P2=mw2=循环的净功率:P=P1-P2= KW11-2空气压缩致冷装置，吸入的空气p1=，t1=27，绝热压缩到p2=，经冷却后温度降为32，试计算：每千克空气的致冷量；致冷机消耗的净功；致冷系数。解：已知T3=32+

10、273=305K446K205K致冷量：×（300-205）96kJ/kg致冷机消耗的净功: W=cp(T2-T1)cp(T3-T4)=kg致冷系数：114蒸气压缩致冷循环，采用氟利昂R134a作为工质，压缩机进口状态为干饱和蒸气，蒸发温度为-20，冷凝器出口为饱和液体，冷凝温度为40，致冷工质定熵压缩终了时焓值为430kJ/kg，致冷剂质量流量为100kg/h。求：致冷系数；每小时的制冷量；所需的理论功率。解：在lgp-h图上查各状态点参数。,p1=h1=386kJ/kgs1= kJ/(kgK),p2= MPah2=430 kJ/kg,h3=419 kJ/kgh5=h4=256 k

11、J/kg致冷量：q2=h1-h5=386-256=130 kJ/kg每小时的制冷量:Q2=m×q2=12900kJ/h压缩功：w=h2-h1=430-386=44 kJ/kg致冷系数:理论功率P=mw=100×44/3600=11-5用一台氨蒸气压缩致冷机制冰，氨的蒸发温度为-5，冷凝温度为30，冷凝器中冷却水的进口温度为12，出口水温为20，欲在每小时内将1000kg0的水制成冰，已知冰的融解热为340kJ/kg，试求：该致冷机每小时的制冷量；氨每小时的流量；致冷机的功率；冷却水每小时的消耗量。解：致冷机每小时的制冷量：Q=1000×340=340000 kJ在

12、lgp-h图上查各状态点参数。p1=h1=1452kJ/kgs1= kJ/(kgK)p2= MPah2=1620 kJ/kgh5=h4=343 kJ/kg致冷量：q2=h1-h5=1114 kJ/kg氨每小时的流量；致冷机的功率：P=mw=m(h2-h1)=14kW冷凝器热负荷：Q1=m(h2-h4)=390000 kJ/h冷却水每小时的消耗量：=×104kg/h11-6一台氨致冷装置，其致冷量kJ/h，蒸发温度15，冷凝温度30，过冷温度25，从蒸发器出口的蒸气为干饱和状态。求（1）理论循环的致冷系数；（2）致冷剂的质量流量；（3）消耗的功率。解：查表得压力和焓分别为：h1=140

13、0 kJ/kg,p1=,s1= kJ/(kgK)h2=1650 kJ/kg,p2=,s2= kJ/(kgK),h3=320 kJ/kg制冷量：q2=h1-h3=1080 kJ/kg压缩功：w=h2-h1=250 kJ/kg（1）致冷系数:（2）致冷剂的质量流量：370kg/h（3）消耗的功率11-8一台用氟利昂R134a为致冷剂的蒸汽压缩致冷装置，被用作室内供热，它要求的最大加热量是将标准状况下30m3/min的空气从5加热到30，冷凝器的最低温度必须较空气的最高温度高20，蒸发温度为-4。求：热泵的供热负荷；致冷剂流量；所需功率。解：（1）热泵的供热负荷：标准状况下30m3/min的空气的质

14、量为：=min=ss冷凝器温度为30+2050，蒸发温度为-4查表得压力和焓分别为：h1=395 kJ/kg,s1= kJ/(kgK)h2=430 kJ/kg,h3=272 kJ/kg制热量：q1=h1-h3+h2-h1=158 kJ/kg压缩功：w=h2-h1=35 kJ/kg（2）致冷剂的质量流量：s（3）消耗的功率11-9热泵利用井水作为热源，将20的空气8×104m3/h加热到30，使用氟利昂R134a为致冷剂，已知蒸发温度为5，冷凝温度为35，空气的定压容积比热为，井水的温度降低7，试求理论上必需的井水量、压缩机功率和压缩机的压气量（m3/h）。解：查表得压力和焓分别为：h1=400 kJ/kg,h2=420 kJ/kg,h3=250 kJ/kg制热量：q1=h2-h3 =170 kJ/kg吸热量：q2=h1-h3150 kJ/kg压缩功：w=h2-h1=20 kJ/kg加热空气额热量：80000××10=1×106kJ/h致冷剂流量：