热工基础复习题2023计算题答案

四、计算题1、某容器被一刚性壁分成两局部，在容器的不同部位安装有压力表，如图1所示。压力表B上的读数为75kPa,压力表C上的读数为0.11MPa。如果大气压力为97kPa，试确定压力表A上的读数及容器两局部内空气的绝对压力。解：A、B、C的读数均为表压，分别记为、PgA、PgB、PgC容器1和2的绝对压力记为P1和P2，大气压力Pa依题意：PgB=75kPaPgC=0.11MPa=110kPaPa=97kPa根据压力表的位置可知：P1=PgC+PaP1=PgB+P2P2=PgA+Pa将PgB、PgC和Pa的数值代入上式得：P1=207kPaP2=132kPaPgA=35kPa图12、如图2所示。气缸内充以空气，活塞及负载重100kg，气缸壁充分导热，取走60kg负载，其系统完全平衡后，试求：〔1〕活塞上升的高度ΔL； 〔2〕热力学内的变化ΔU；〔3〕气体在过程中所做的功。〔{u}kJ/kg=0.72{T}K〕图21)由力平衡：p1=pb+F1/A=771*133.32+100*98100/100=2.009×105PaV1=A*L=100*10*10-6=10-3m3p2=pb+F2/A=771*133.32+40*98100/100=1.420×105PaT2=T1V2=A*(L+ΔL)=100*(10+ΔL)*10-6=(10+ΔL)*10-4m3过程中质量不变：m1=p1V1/(RgT1)=m2=p2V2/(RgT2)V2=p1V1/p2=2.009×105*10-3/1.420×105=1.4145*10-3m3=(10+ΔL)*10-4m3ΔL=4.145cm2)ΔU=m2u2-m1u1因为m1=m2，{u}kJ/kg=0.72{T}K，而T2=T1；所以ΔU=03〕此过程为不可逆过程：W=p2*A*ΔL=1.420×105*100×10-4*4.145×10-2=58.859J3、一绝热刚体气缸，被一导热的无摩擦活塞分成两局部，如图3所示。最初活塞被固定在某一位置上，气缸的一侧储有压力为0.2MPa、温度为300K的0.01m3的空气，另一侧储有同容积、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，最后两侧到达平衡。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：〔此题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TA2=TB2=T2。有闭口系能量方程得：因为，TA1=TB1=T1=300K，于是终态平衡时，两侧的温度均为：T1=T2=300K2)取整个气缸为闭口系，当终态平衡时，两侧压力相等，设为p2，那么：3〕整个气缸绝热系的熵变：4、某蒸汽动力厂按一级再热理想循环工作，新蒸汽参数为P1=15MPa，t1=600℃，再热压力PA=1.4MPa，再热温度tR=t1=600℃，背压P2=0.005MPa，功率为15000KW。试求：〔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图上的表示如下图。2〕循环吸热量2〕根据：5、如图4为一烟气余热回收方案。设烟气比热容Cp=1.4kJ/(kg.K)，Cv=1.14kJ/(kg.K)。试求：〔1〕烟气流经换热器时传给热机工质的热；〔2〕热机放给大气的最小热量；〔3〕热机输出的最大功W。图4解：1〕烟气放热为：2〕假设使Q2最小，热机为可逆机，由卡诺定理得：即：3〕输出的最大功为：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〕假设将空气绝热压缩至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t0=20℃〕；〔3〕压缩机在吸气状态下的吸气量为100m3/h，试求在2〕情况下的压缩机功率是多少？解：1〕假设压缩机出口温度为180℃，那么绝热压缩过程的熵产：可见，压缩机空气出口温度不可能是180℃。2〕3〕空气从T1=300K、p1=0.1MPa压缩到p2=0.6MPa。试计算过程的膨胀功〔压缩功〕、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。按附表1取空气的定值比热容为：kJ/(kg·K)，kJ/(kg·K)气体常数kJ/(kg·K)〔1〕定温过程对等温过程：，那么：〔2〕定熵过程对定熵过程：q＝0，w＝Δu；wt＝Δh由等熵过程的过程方程知kJ/kgkJ/kg〔3〕多变过程kJ/kgkJ/kgkJ/kg活塞式内燃机定容加热循环的进气参数为p1=0.1MPa、t1=50℃，压缩比，参加的热量q1=750kJ/kg。试求循环的最高温度、最高压力、压升比、循环的净功和理论热效率。认为工质是空气并按定比热容理想气体计算。解：活塞式内燃机定容加热循环的图示见a)、b)图示(a)(b)(a)(b)，理论热效率由(6-5)式得：循环净功最高温度须先求出，因过程是等熵过程，由(3-89)式得因为所以最高压力须先求出和过程是定容过程，因此即所以而那么9、空气在气缸中由初状态T1=300K、p1=0.15MPa进行，那么先定温膨胀，然后再在定容下使压力增到0.15MPa，温度升高到480K。试求：〔1〕将这过程画在压容图和温熵图中；〔2〕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。解：(2)对1→1′→2即先定温膨胀，然后再定容压缩过程有对1→1′定温膨胀过程：所以对1′→2定容压缩过程：Wv=0图a图b10、某燃气轮机装置，其流量、增压比、升温比，大气温度为295K。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理想气体计算〕。[解]：，燃气轮机膨胀作功压气机压缩耗功理论循环净功率理论循环热效率11、某氨蒸气压缩制冷装置〔图5〕，冷凝器中氨的压力为1MPa，节流后压力降为0.2MPa，制冷量为，压气机绝热效率为80%，冷却水经过氨冷凝器后温度升高8K，水的比定压热容为4.187kJ/(kgk)。试求：〔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。图5[解]：参考图8-10、8-11及8-12，由，查图得由沿等熵线向上与线交于点查得因为：那么〔查lgP-h图〕(1)氨的流量：(2)压气机出口温度及耗功率：：由等焓线与等压线交点，查lgP-h图可得：(3)制冷系数理论：实际：(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：可见所需冷却水量是相当大的。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为1＝230mm，1＝1.10W/(mK)，2＝50mm,2=0.1