工程热力学第五版习题答案

..第四章4-11kg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＝0.9因为内能变化为＝717.5＝1004.5＝3587.5＝8×103J膨胀功：＝32×103J轴功：28.8×103J焓变：＝1.4×8＝11.2×103J熵变：＝0.82×1034－2 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空气膨胀功：＝111.9×103J熵变为0〔2＝88.3×103J＝116.8〔3＝195.4×103＝0.462×103〔4＝67.1×103J＝189.2K＝－346.44-3 具有1kmol空气的闭口系统,其初始容积为1m3,终态容积为10m3,当初态和终态温度均解：〔1定温膨胀功7140kJ19.14kJ/K<2>自由膨胀作功为019.14kJ/K4－4 质量为5kg的氧气,在30℃温度下定温压缩,容积由3m3变成解：－627.2kJ放热627.2kJ因为定温,内能变化为0,所以内能、焓变化均为0熵变：－2.1kJ/K4－5 为了试验容器的强度,必须使容器壁受到比大气压力高0.1MPa的压力。为此把压力等于大气压力。温度为13℃解：〔1定容过程568.3K内能变化：202.6kJ/kg283.6kJ/kg0.49kJ/<kg.K>4-6 6kg空气由初态p1＝0.3MPa,t1=30℃解：〔1定温过程573.2kJT2=T1=30〔2定熵过程351.4kJQ＝0221.4K〔3多变过程＝252.3K436.5kJ218.3kJ4－7 已知空气的初态为p1＝0.6MPa,v1=0.236m3/kg。经过一个多变过程后终态变化为p2＝0.12MPa,v2=0.815m解：〔1求多变指数＝1.301千克气体所作的功146kJ/kg吸收的热量=36.5kJ/kg内能：146-36.5＝－109.5kJ/kg焓：－153.3kJ/kg熵：＝90J/<kg.k>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40kJ,设比热为定值,求该气体的和解：kJ＝533J/<kg.k>=200kJ解得：n＝1.49R=327J/<kg.k>代入解得：＝533+327=860J/<kg.k>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,空气的容积和开始时的容积相等。求1kg解： ＝-116kJ/kg＝454.7K＝143.4kJ/kgw=w1+w2=27.4kJ/kg4-101kg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=0.25m3/kg,p3＝0.1MPa,v3=解：<1>＝1.5MPa＝1263Kp1=p2=1.5MPav1==0.15m3/kg=583K<2>定压膨胀364kJ/kg145.4kJ/kg定熵膨胀505kJ/kg-505kJ/kg或者：其q=0,=-505kJ/kg4-111标准m3的空气从初态1p1＝0.6MPa,t1=300℃解：0.274m3/kg0.129MPa369KV2=3V1=0.822mT3=T2=369KV3=V1=0.274m0.387MPa4－12压气机抽吸大气中的空气,并将其定温压缩至p2＝5MPa。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＝0.1MPa的空气,压缩到p2＝0.8MPa,压气机每小时吸气量为600标准m3解：定温：0.215kg/s－37.8KW定熵＝－51.3KW4－14某工厂生产上需要每小时供应压力为0.6MPa的压缩空气600kg；设空气所初始温度为20℃解：最小功率是定温过程m=600/3600=1/6kg/s＝－25.1KW最大功率是定熵过程－32.8KW多变过程的功率－29.6KW4－15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0.1,大气温度为20,压缩过程多变指数n=1.25,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。中间压力：0.775MPa=441K4-16有一离心式压气机,每分钟吸入p1＝0.1MPa,t1=16℃的空气400m3,排出时p2＝0.5MPa,t2=75<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

=8.04kg/s=1.131183KW〔2

=-712.3kJ/s4－17三台空气压缩机的余隙容积均为6％,进气状态均为0.1MPa、27℃解：n=1.4: 0.87n=1.25：=0.84n=1： =0.76十一章11-1空气压缩致冷装置致冷系数为2.5,致冷量为84600kJ/h,压缩机吸入空气的压力为0.1MPa,温度为-10℃,空气进入膨胀机的温度为20解：压缩机出口压力故：＝0.325MPaT3=20+273=293K＝209K致冷量：＝1.01×〔263-209＝54.5kJ/kg致冷剂的质量流量0.43kg/s＝368K压缩功：w1=cp<T2-T1>=106kJ/kg压缩功率：P1=mw1=45.6kW膨胀功：w2=cp<T3-T4>=84.8kJ/kg膨胀功率:P2=mw2=36.5kW循环的净功率:P=P1-P2=9.1KW11-2空气压缩致冷装置,吸入的空气p1=0.1MPa,t1=27℃,绝热压缩到p2=0.4MPa,经冷却后温度降为32解：已知T3=32+273=305K＝446K＝205K致冷量：＝1.01×〔300-205＝96kJ/kg致冷机消耗的净功:W=cp<T2-T1>－cp<T3-T4>=46.5kJ/kg致冷系数：2.0611－4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解：在lgp-h图上查各状态点参数。,p1=0.133MPa h1=386kJ/kg s1=1.739kJ/<kg•K>,p2=1.016MPa h2=430kJ/kg,h3=419kJ/kgh5=h4=256kJ/kg致冷量：q2=h1-h5=386-256=130kJ/kg每小时的制冷量:Q2=m×q2=12900kJ/h压缩功：w=h2-h1=430-386=44kJ/kg致冷系数:2.95理论功率P=mw=100×44/3600=1.22kW11-5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℃,欲在每小时内将解：致冷机每小时的制冷量：Q=1000×340=340000kJ在lgp-h图上查各状态点参数。p1=335.7kPa h1=1452kJ/kg s1=5.6856kJ/<kg•K>p2=1.1686MPa h2=1620kJ/kgh5=h4=343kJ/kg致冷量：q2=h1-h5=1114kJ/kg氨每小时的流量；＝305.2kg致冷机的功率：P=mw=m<h2-h1>=14kW冷凝器热负荷：Q1=m<h2-h4>=390000kJ/h冷却水每小时的消耗量：=1.16×104kg/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；〔解：查表得压力和焓分别为：h1=1400kJ/kg, p1=0.35MPa, s1=5.75kJ/<kg•K> h2=1650kJ/kg, p2=1.2MPa, s2=5.75kJ/<kg•K>, h3=320kJ/kg制冷量：q2=h1-h3=1080kJ/kg压缩功：w=h2-h1=250kJ/kg〔1致冷系数:4.32〔2致冷剂的质量流量：＝370kg/h〔3消耗的功率25.7kW11-8一台用氟利昂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解：〔1热泵的供热负荷：标准状况下30m3/min的空气的质量为：=38.7kg/min=0.645kg/s16.3kJ/s冷凝器温度为30+20＝50℃,蒸发温度为-4℃查表得压力和焓分别为：h1=395kJ/kg, s1=1.725kJ/<kg•K> h2=430kJ/kg, h3=272kJ/kg制热量：q1=h1-h3+h2-h1=158kJ/kg压缩功：w=h2-h1=35kJ/kg〔2致冷剂的质量流量：＝0.103kg/s〔3消耗的功率3.6kW11-9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,井水的温度降低解：查表得压力和焓分别为：h1=400kJ/kg, h2=420kJ/kg, h3=250kJ/kg制热量：q1=h2-h3=170kJ/kg吸热量：q2=h1-h3＝150kJ/kg压缩功：w=h2-h1=20kJ/kg加热空气额热量：80000×1.256×10=1×106kJ/h致冷剂流量：＝5.88×103kg/h必需的井水量：mw=m