清华大学工程热力学习题课

工程热学程习题南宫帮珍创作创作时间：二零二一年六月三十第一章1-1试将1物理年夜气压暗示为列液体的液柱高mm),(1)水,(2)酒精(3)液态钠.它们的密度分别为1000kg/m3789kg/m和860kg/m.1-4人们假定年夜气环境的空气压力密度之间的关系是p=c,c为常数.在海平面上空气的压力和密度分别为1.013×10,如在山顶上测得年夜气压为5×10Pa.试山的高度为几多重力加速度常量即21-7如图1-15所示一圆筒器,表A的读数为360kPa,表B读为170kPa,暗示Ⅰ压力高于室Ⅱ的压力.年气压力为760mmHg.试1)真室及Ⅰ室和Ⅱ室的绝对压力；(2)表C的读数；圆顶所受的作用力.图1-151-8若某温标的冰点为20°,沸为试导出这种温标与摄氏度温标的关系一为性关系.1-10若用摄氏温度计和华氏温度计丈同一个物体的温度.有认为这两种温度计的读数成能呈现数值相同的情况,对？可能读相的度是几多？1-14一系统发生状态变动,压力随容积的变动关系为pV33时对外作了几多膨胀.1-15气球直径为0.3m,球内布压力为150kPa的气由加热,气球直径可逆地增夜到0.4m,而且空气压力正比于气球直径而变动试求该过程气对外作功量1-161kg气经如1-16所的循环A到B为直线动过程B到C为容程C到A为定过程试循的净功.如果循环为则功量有何变动？图1-16第二章2-2水在760mmHg下定压汽化,温度为100℃,比容从0.001m3/kg增加1.1763m3/kg,汽化热为试求质在汽化期间(1)内的变动；焓的变动.2-3定量质经了个四个过程组成的循环,试充表中所缺的数据并出根据.过程

Q/kJ/

ΔU/

000121000121712

创作时间：二零二一年六月三十日0

139023

0

39534

0

－41

02-51kg空气p=1.0MPa,t=500膨胀到p=0.1MPa,t=500℃,1111获得的热量506kJ,作胀506kJ.又同一初态及终态间作第二次膨胀仅加入热量39.1kJ.求(1)第一次膨胀中空气内能增加几多？(2)第次胀空气作了几多功？(3)第二次膨胀中空气内能增加几多？2-6图2-10所的气缸内充空气气截积为100cm,活距底面高度为10cm,活及其上负载的总质量为195kg,本年夜气压为771mmHg,环温度t=27气内气体恰与外界处于0热力平衡.倘使把活塞的负载取去100kg,活将然上升,最后重新到达热力平衡.设活塞与气缸壁之间无摩擦,气可通过气缸壁充沛和外界换热求塞上升的距离和气体的换热量图2-102-7上题若缸和塞是绝热的,但者之间不存在摩擦,此时活塞上升距离如？气体的最终状态又如何？已知⊿⊿,空的=0.71kJ/(kg·K).vv2-121m容内的空气,压力,温为T高管(,T)与之相通使器压到达p时关阀.设压路、阀门与容器均绝热,但一却管通过容器.若在充气过程中始终维持容器中的空气坚持,则需冷却水放出的热量为Q,求.知空气的,c和.pv2-13一台锅炉给水泵,将冷水压力由=6kPa升至p=2.0MPa,若冷凝水水进)流为2×10kg/h,水度ρ=1000kg/m3.H2O假定水泵效率为0.88,问带动此水泵至少要多年夜功率的机电.2-14一燃气轮机装置如图2-11所.空由1进入气机升压后至2,然后进入回热器吸从燃气轮机排出的废气中的一部份热量后经3进燃烧室在燃烧室中与油泵送来的油混合并燃烧,发生的热量使燃气温度升,经4进燃气轮机透平)作功排的废气由5送回器最由6排年夜气.其中压气机、油泵、发机电均由燃气轮机动.(1)试立整个系统的能量平衡式；(2)若空气质量流量=50t/h,进焓h=12kJ/kg,燃流量=700kg/h,燃进焓h=42kJ/kg,油热=41800kJ/kg,排出废气焓h=418kJ/kg,求机发出的功率6图2-112-15某电厂一台国产50000kW汽机机电组,锅蒸汽量为创作时间：二零二一年六月三十日

1c创作时间：二零二一年六1c220t/h,汽机进口处压表上的读数为10.0MPa,温为540汽轮机出口处真空表的读为715.8mmHg.那时地年夜气压为760mmHg,汽轮机进、口的蒸汽焓为3483.4kJ/kg和2386.5kJ/kg.试求：(1)汽机发出的轴功率为几多千瓦？(2)若考虑到汽轮机进口处蒸速度为70m/s,出处度140m/s,则对汽轮机功率的计算有年夜影响？(3)如已知凝汽器出口的凝结水的焓为146.54kJ/kg,1kg冷却水带走41.87kJ的量则每小时需几多吨冷却水是蒸汽量的几倍？2-16空气在某压气机中被压缩,压前空气的参数为p=0.1MPa,v=0.845m3/kg；缩后为p=0.8MPa,v=0.175m3/kg,若压缩121过程中每千克空气的内能加146.5kJ,同向外界放出热量50kJ；气每钟产压缩空气10kg.试求：(1)压缩程对1kg空气所作的压缩；(2)每发生1kg压空气所需的轴功；(3)带动此压气机所功率至少要几多千瓦？2-18某燃气轮机装置如图2-12所.已压气机进口处空气的焓h=290kJ/kg,经缩后,空升使焓为h=580kJ/kg,在12截面2处燃料混合,以=20m/s的速度进入燃烧,在压2燃烧,使工质吸入热量q=670kJ/kg.燃后燃气经喷管绝热膨胀到状态

,=800kJ/kg,流增至,燃再进入动叶片,推33转轮回转作功.若气动叶中热力状态不变最离燃轮速度为c=100m/s.：4(1)若气量100kg/s,压机消耗的功率为几多？(2)若料热=43960kJ/kg,燃料耗量为多？(3)燃在管口的流速是多？3(4)燃透(

过程的率为几多？(5)燃轮装的功率为几多？图2-12第三章3-1

3的性储气筒,装7×10Pa,20的空气筒装有一排气阀,压力到达×1055Pa时才关闭.若于外界加热的原因造成阀门的开启,问(1)阀门开启时筒温为多(2)因加热而失失落几多空气设筒内空气温度在排气过程中坚持不创作时间：二零二一年六月三十日

1121121111021112112111102111变3-2压机在年夜气压力为1×10Pa,温为时,每钟吸入空气为3m3.如经此压气机压缩后的空气送入容积为8m3×10Pa,设内空气初温、初压与压气机的吸气状态相同.筒内空气温度在空气压入后并没有变动3-93kg空气p=1.0MPa,T=900K,绝热胀p=0.1MPa,试按气体热力性质表计算：(1)终参v和T；(2)膨功和技2术功；内和焓的动3-10某理想气体其M已)由知的p,定熵压缩到p,又定温压缩到同一个p,这两终态的熵差⊿s也已知p.223-11,分储有空气和H,压各0.9807×10Pa,温度为215℃,若对空气侧壁加热,直到两室内气体压力升高到1.9614×105Pa为止,求空气终温及外界加入的Q,已知c=715.94J/(kg·K),=1.41,活塞不导热,且气缸间无摩v,aH2擦图3-113-126kg空气初态p=0.3MPa、=30℃,经列分歧过程膨胀到同一终态p=0.1MPa：(1)定；(2)定熵；(3)=1.2.试力分2歧过程中空气对外作功,交的热量和终.3-13,内p5Pa的气其度与室温相同,即t==20求：(1)如开启阀门,使力迅速下降到p5Pa,求时的温度T和所放出的氧的量×105Pa×10Pa时,所放的氧较2(1)为多还是少？3-142kg某种理想气体按可逆变过程膨胀到原有体积的三倍,温度从℃降到60℃,膨期间作膨胀功418.68kJ,吸83.736kJ,求和c.pv3-16试证理想气体在T-s图上任意两条定压线或容)之的水平距离相等.3-17空气为p5Pa,t=50V3,进压机多过程压缩至p=32×10Pa,V3试：(1)多指；(2)所压缩功22(轴功)；(3)压缩终了气温度；压过程中传出的热量.3-19压气机中气体压缩后的温度不宜高,取极值150℃,吸入空气的压力和温度为Pa,=20求在单级压气机中压缩11250m3/h空可能到达的高压力.若气机缸套中流过465kg/h的冷却水在缸中温升高14℃,再压气机必需的功率3-20实室需要力为6.0MPa的缩空气,应纳一级压缩是两级压缩？若采纳两级缩,最中间压力应即是几多？设年夜气压力为0.1MPa,年气温度为20℃,=1.25,采间冷器将创作时间：二零二一年六月三十日

132创作时间：二零二一年六月132压缩空气冷却到初温试算压缩终了空气的温.3-21台压气机的余隙比均为0.06,进状态均为0.1MPa,27℃,出压均为0.5MPa,但压过程的指数分别为n1=1.4,n=1.25,n=1,试各气机的容积热效率(设膨胀过程与压缩过程的多边指数相).第四章4-1试用热力学第二定律证明在p-v图上条可逆绝热线不成能相交4-2(1)可机从热源T吸热Q,在热T与环境(温为T)1110间工作能出几多功？(2)根据卡诺定理降低冷温度可以提高热效率,有设想用一可逆制冷机造成一个冷源T(T<T),另逆机在T间作2012你认为此法是否有效？为么？4-3温度为,T的两热源间有两个卡诺机A与B串工(即中间热源接受机放同时向B机供给等量热.试这种串连工作的卡诺热机总效率与作于同一T,T热间单个卡诺机12效率相同4-4如图4-26所示的循环试断下列情况哪些是可逆的？哪些是不成逆的？哪些是不成图4-26a.Q=1000kJ,W=250kJLb.Q=2000kJ,Q=2400kJLHc.Q=3000kJ,W=250kJH4-5试断如图4-27中Q的夜小与方向、功W的年小与方向.

能的?所示的可逆循环的方向及循环净4-6若封系统经历一过程,熵为25kJ/K,从300K的温热源吸热8000kJ,此程可逆？不成逆？还是不成能？4-8空在轴流压气机中被绝热压缩增比为4.2,、终态温度分别为℃200℃,求气在压缩过程中熵的变动4-10将5kg0℃的冰投入盛有25kg温为50℃的绝热容器,求冰完全融化且与水的温均匀一致时系统的熵的变动.已冰融解热为333kJ/kg.4-11在活塞的气缸装置中,将1kmol理想气体在400K下从100kPa缓地定温压缩1000kPa,计下列三种情况下,此程的气体熵变、热源熵变总熵变：a.若程中无摩擦损耗而源的温度也为400K；b.过中无摩擦损,源温度为300K；创作时间：二零二一年六月三十日

1212创作时间：二零二一年六月1212c．程中有摩擦损耗,比逆压缩多消耗20%的功,热源温度为300K.4-13个绝热容器被一导热的活塞分成两部份始时活塞被销钉固定在容器的中部、右两部份容积均为V=V3,空温度均为300K,左压为p=2×10Pa,右压为=1×10Pa.12突然革除销钉,最到新的平衡,试左、右两部份容积及整个容器内空气的熵变4-15如图4-30所示,两股空在绝热流动中混合求准状态下的V(m3/min),t及最夜能到达的压力p(MPa).333图4-304-18用用电冰箱将1kg25℃的水制成0℃的冰,试需要的最少电费应是几多？已知水=75.57J/(mol·K)；0时的熔解热为6013.5J/mol；电费为0.16元/(kW·h)；室温为25℃.4-20压机空气进口温度为17℃,压为1×105Pa,经不成逆绝热压缩后其温度为207℃,压为4.0×10Pa,若室内温度为17℃,年气力1×10Pa,求(1)此气实际消耗的轴功；(2)进、出口空气的；(3)消耗的最小有用功；(4)损失；(5)压气机效.4-21在一个可逆热机循环中,工氦定压吸热温从300℃升高到850℃,其压热容c=5.193kJ/(kg·K),已环境温度p为298K.求环的最年夜效和最年夜热效率第五章5-1压缩为8.5奥图循环工可视为空气k=1.4,压冲程的初始状态为100kPa,27℃,吸量为920kJ/kg,活塞排量为4300cm.求1)各过程终了的压力和温度；(2)循环热效率；(3)平有压.5-5某塞尔循环,压冲程的初始态为90kPa,10压比为18,循最温是2100℃.试循环热效率以及绝热膨胀过程的初、终状.5-7混加热理想循环,吸热是1000kJ/kg,定容过程和定压过程的吸热量各占一半.压比是14,压过程的初始状态为100kPa,27℃.试算1)输净功(2)环热效.5-8混合加热循环,如图5-2所示,t=90℃,t=400t=590℃,t℃.工可视为空气比为定值.求循环热效率35及同温限卡诺循环热效率图5-25-11用氦气作工质的勃雷登实际循环,压气机入口状态是400kPa,℃,增比3,燃轮入口温度是710压气机创作时间：二零二一年六月三十日

效率,燃轮的率.当输出功率为59kW时效率,燃轮的率.当输出功率为59kW时212285%coi氦气的质量流率为几多kg/s?气k=1.667.5-12如题5-11,若想取得最年夜的循输出净功,试定最佳的循环增压比opt并算此时氦气的质量流.实勃雷登循环的最佳增压比

oi

5-14某燃气轮机装置动力循环,压机的绝热效率为80%,燃轮机的为85%,循的高温度是1300K,压机口状态是105kPa,℃.试计算1kg工质最年夜循环作功量及作出3000kW功率时的工质流.5-15如在题5-14中纳热度为92%的热设备,问提供给循环的热量可以节省几多5-19一个具有二级压缩中间冷、二级膨胀中间再热以及回热的燃气轮机装置循环如图5-24示循的口空气参数为100kPa,15℃,高级增比3,高压级是4,燃轮高级高级的增压比与压气机相同.中冷使空气温度下降为高压级压缩机温升的80%,回热器回热度是78%,二级燃气轮机的入口温度皆是1100压气机燃气轮机的绝热效率和相对内效率均是86%,试定出6000kW功时的工质的质量流率.图5-24第六章6-1值：(1)(2)(3)

利用水蒸气表判定下列各状态,并确定,s及x的p=20MPa,=250℃；p=9MPa,=0.017m3/kg；p=4.5MPa,=450；33创作时间：二零二一年六月三十日

4'创作时间：二零二一年六月三十日4'(4)p=1MPa,x=0.9；(5)p=0.004MPa,s=7.0909kJ/(kg·K).56-4在泵中,从力为4kPa的和水定熵压缩到压力为4MPa.(1)查计算水压缩1kg水耗的功(2)因是成压缩流体,比容变动不年夜,可用式

w

计算耗功量,将此结果与1)的计算果加以比.6-6汽轮机进口参数：p=MPa,t=450℃,出压力p=5kPa,112蒸汽干度x=0.9,计算汽轮机相对内效.26-7汽轮的汽真度0.094MPa,x=0.90的态下进入冷凝器,定压凝结饱和水试算乏汽凝结成水时体积缩小的倍数并1kg乏在冷凝器中所放出的热.已知年夜气压力为0.1MPa.6-10一台10m

的汽包盛2MPa的汽水混合,开始,水占总容积的一半如底阀门放走300kg,为使包内汽水混合物的温度坚持不变,需要加入几多热量？如果从顶部阀门放汽300kg,条件如前那要加入几多热量？第七章7-1蒸汽肯循环的初温t=500℃,背(乏压力)=0.004MPa,12试求现在压=4.9及14MPa时循净功、加热量、热效率、汽1耗率及汽轮机出口干度(略泵).27-3冬季冷却水温度较低,可以降低冷压力,即

'2

=0.004MPa,夏冷水温度高,冷压力升0.007MPa,试计算当轮机进汽压p=3.5MPa,进温度t=440℃时,上11创作时间：二零二一年六月三十日

创作时间：二零二一年六月三十日述两种情况的热效率及汽率(略泵功.7-5水蒸再循的压为16.5MPa,初为535℃,背压为5.5kPa,再前力为3.5MPa,再热温度与初温相同(1)求其热效率；(2)若阻损失,再后压力为3MPa,则效率又为几多？7-6某汽动力装置采纳一次抽汽回循环,已新汽参数p=2.4MPa,t=390℃,抽压力p=0.12MPa,乏压力p=5kPa.11a2试计算其热效率、汽耗率与朗肯循环比力.7-8某蒸动循由次热及一级抽汽混合式回热所组成蒸汽初参数p=16MPa,=535℃,乏压力p=0.005MPa,再热压12力p=3MPa,再后=回抽汽压力p=0.3MPa,试算抽汽be1a量α,加量q净功w及热率η.1t第章8-1一制冷剂工作在245K和300K之间,吸量为9kW,制冷系数是同温限卡诺逆循环制系数的75%.计算(1)放热,(2)耗功量(3)制冷量为几多“冷吨”8-5采纳勃雷登逆循环的制冷,运在300K和250K之间如果循环增压比分别为3和6,试计算它们的COP.假定工质可视为理想气体c=1.004kJ/(kg·K),=1.4.p8-6采纳具有理想回热的勃雷逆循环的制冷机工作在290K和220K之间,循增比为5,当输入功率为3kW时环的制冷量是几多“冷吨”？循环的能系数又是几多？工质可视为理想气创作时间：二零二一年六月三十日

,,,,,创作时间：二零二一年六月三十日,,,,,体c=1.04kJ/(kg·K),k=1.3.p8-8以利昂-为质的制冷机,蒸发器温度为－20℃,压机入口状态为干饱和蒸汽.冷凝器温度为30℃,其口质态为饱和液体.制量为1kW.若工改用替代物HFC134a其参不变试比力它们之间的环制冷系数、

效率、压缩机耗功量以及制冷剂流率.8-11一以CFC12为质理蒸气压缩制冷循环,运在900kPa和300kPa之,离冷凝器的工质有5℃过冷度试定循环的性能系.若工改用HFC134a,性系数又为几多？第九章9-2某锅炉烟气的容积成分为：

13%COO

6%

,

,

N

73.45%O

7%

,

试求各组元气体的质量成和各组元气体的分压力烟的总压力为0.75×10Pa.9-3烟气摩尔成分为：

x0.15x0.12CON

,x0.03O

,空气摩尔成分为：

x0.790.21N

×105Pa,求合后气体的(1)摩成；(2)量成分；(3)平均摩尔质量和折合气体常数；各元体的分压.9-4有股压力相等的气流在定压下热混合.第股是氧,t300℃O

,

mO

；第二股是一氧化碳,

t℃

,mkg/hCO

；第三股是空气,

t℃a

,混合后气流温度为275℃.试每小时的混熵产用比容计算,且空视作单一成分的气体处置,即考虑空气中的氧与第一股氧气之间发生创作时间：二零二一年六月三十日

''创作时间：二零二一''混合熵产的情况.9-5容积为V的刚性容器内有压力为p度为二元理想混合气体,其容积分为和2.若出xkg混气体,加入kg第种组元气体后混气体在维持来的压力和温度T下积成分从原的酿,

2

酿成2.设两组元气体是已知的试定x和y的表达式.9-6设刚性容器中原有压力为p,温为T的m第一理111想气体当二理想气充入后使混合气体的温度仍维持不变,但压力升高到p,试定第二种气体的充入量.9-8湿空气的温度为℃,压为0.9807×10Pa,相湿度为70%,试求(1)(2)(3)(4)底对比(5)

比湿度；水蒸气分压力；相对单元质量干空气的湿气焓值；由h-d图查比湿度、水蒸气分压力并和1)与2)的谜如果将其冷却到10℃,在个过程中会分出几多水分？放出几多热量？用h-d图.9-9t=20及=60%的空气作干燥.空气在加热器被加热1到t=50℃,然进入干燥器,由燥器出时,相湿度为2φ=80%,设气流为5000kg干气h,试：3(1)

使物料蒸发1kg水需几多干空气？创作时间：二零二一年六月三十日

(2)(3)的热量

创作时间：二零二一年六月三十日每小时蒸发水分几多千克加热器每小时向空气加入热量及蒸发1kg水所费9-10试用图分别确定下列参数：h

d/kg/

t/

φ

p

v

/

t

w

/℃

t

d

/℃kg空气

kg空气

28

1530

p

s35

2056－10

9-11为足某车间对空气温、湿度的求,需将t=101φ=30%的空气加热后再入车间.设热后空气的温度t=211处置空气过程的角系数ε=3500,试空气终态及处置过程的热、湿变动9-13某设备的容积V=60m,内饱和水蒸气及温度为50℃的干空气的混合物容内的真空为0.3×10Pa.一段时间后由外界漏入1kg质量的干空气此时容器中有0.1kg的水气被凝结设夜气压力为1×10Pa,试求终态时容器工质的压力和温度9-14t=32℃,=10Pa及=65%的湿气送入空调机后,首11先被冷却盘管冷却和冷凝湿温降为t=10℃；然后被电加热2创作时间：二零二一年六月三十日

；创作时间：二零二一年；器加热到t=20℃(看图9-14),试确定：(1)各程中湿空气3的初、终态参数；(2)相对单元质量干空气的湿空气在空调机中除去的水分m；(3)相单质量干空气的湿