压缩过程中对1kg空气做的功

压缩过程中对1kg空气做的功篇一：作业答案

工程热力学

作业

1：发动机喷管是一种特殊的管道，工质流经喷管后，压强降低，流速增加，试利用热力学第一定律给出出口速度的表达式。

答：工质流经喷管，位能可以忽略；由于在管内流动，不对外做功，ws=0；又因工质流速一般很高，可以按绝热处理，q=0；所以，稳定流量能量方程

22可以简化为122：空气在某压气机中被压缩，压缩前空气参数为p1=1.0×105Pa,v1=0.845m3/kg；p2=8×105Pa,v2=0.175m3/kg；假设在压缩过程中每千克空气的内能增加146.5kJ，同时向外界放出热量50kJ；压气机每分钟消费压缩空气10kg。试求：〔1〕压缩过程中对1kg空气所做的压缩功；〔2〕每消费1kg压缩空气所需的轴功；〔3〕带动此压缩机所需功率至少要多少千瓦。

答：压气机的工作过程包括进气、压缩、排气3个过程。在压缩过程中，进、排气阀均关闭，因此此时的热力系统是闭口系，与外界交换的功是容积功w。

要消费压缩气体，那么进、排气阀要周期性的翻开和关闭，气体进出气缸，因此气体与外界交换的功是轴功ws，又考虑气体的动能、势能变化不大，可忽略，那么此功也是技术功wt

。

〔1〕压缩过程所作的功

由上述分析可知，在压缩过程中，进、排气阀均关闭，因此取气缸内的气体为热力系，如图，由闭口系能量方程，得

w=q〔2〕消费压缩空气所需的功

选气体的进出口、气缸内壁及活塞左端面所围空间为热力系，如以下图，由开口系能量方程，得

〔3〕电动机的功率

P=10作业1：

答：如图，取容器和气缸中的整个空气为系统，根据闭口系的能量方程有

Q=因为空气可作为理想气体处理，过程中温度不变，那么作业2：

答：可以根据不同过程状态参数大小关系，来判断未知状态参数变化规律。根据曲线斜率，判断多变过程的n值范围。

作业3：试在T-s图上定性表示出n=1.2的理想气体的压缩过程，并在图上用面积表示所耗过程功w和技术功wt。

篇二：工程热力学课后作业答案chapter4

p73

4-11kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ，其容积增大为

v2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

nln(p2/p1)/8)ln(v1/v2)

ln(1ln(1/10)

＝0.9

因为

q内能变化为

c5v＝717.5J/(kgc7p2R75

cv＝1004.5J/(kgn＝3587.5J/(kg＝8×103J

膨胀功：w×103J

焓变：p

熵变：v2v1

p2p1

＝0.82×103J/(kg4－2有1kg空气、初始状态为p1〔1〕可逆绝热膨胀到p2〔2〕不可逆绝热膨胀到p2〔4〕可逆多变膨胀到p2；

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pwRT1k[1p2p1

k图上

)

k

]＝111.9×10

3

J

熵变为0〔2〕wT2T1

3

J

p2p1

＝116.8J/(kg〔3〕wRT1ln

p1p2

＝195.4×103J/(kgp1p2

＝0.462×103J/(kgp2p1

n〔4〕wp2p1

RT1nn[1n

]＝67.1×10

3

J

T2n

＝189.2K

p2p1

T2T1

＝－346.4J/(kg4-3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

wV2V1

V2V1

1017140kJ

19.14kJ/K

(2)自由膨胀作功为0

V2V1

19.14kJ/K

4－4质量为5kg的氧气，在30℃温度下定温压缩，容积由3m3变成0.6m3，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：q

V2V1

0.63－627.2kJ

放热627.2kJ

因为定温，内能变化为0，所以wV2V1

－2.1kJ/K

4－5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℃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。大气压力B＝101.3kPa，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

T2p2p1

100〔2〕内能变化：

72

52

*287*(568.3*287*(568.3p2p1

0.49kJ/(kg.K)

4-66kg空气由初态p1＝0.3MPa，t1=30℃，经过以下不同的过程膨胀到同一终压p2＝0.1MPa：〔1〕定温过程；〔2〕定熵过程；〔3〕指数为n＝1.2的多变过程。试比拟不同过程中空气对外所作的功，所进展的热量交换和终态温度。解：〔1〕定温过程

Wp1p2

0.30.1

573.2kJ

QT2=T1=30℃〔2〕定熵过程

WRkT1[1p2p1

k)

k

]2871.4*303*[10.10.3

1.4)

1.4

]Q＝0

篇三：清华大学工程热力学习题课

工程热力学课程习题

第一章

1-1试将1物理大气压表示为以下液体的液柱高(mm)，(1)水，(2)酒精，(3)液态钠。它们的密度分别为1000kg/m3，789kg/m3和860kg/m3。

1-4人们假定大气环境的空气压力和密度之间的关系是p=cρ1.4，c为常数。在海平面上空气的压力和密度分别为1.013×105Pa和1.177kg/m3，假设在某山顶上测得大气压为5×104Pa。试求山的高度为多少。重力加速度为常量，即g=9.81m/s2。

1-7如图1-15所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa，表B读数为170kPa，表示室Ⅰ压力高于室Ⅱ的压力。大气压力为760mmHg。试求(1)真空室以及Ⅰ室和Ⅱ室的绝对压力；(2)表C的读数；(3)圆筒顶面所受的作用力。

图1-15

1-8假设某温标的冰点为20°，沸点为75°，试导出这种温标与摄氏度温标的关系(一般为线性关系)。1-10假设用摄氏温度计和华氏温度计测量同一个物体的温度。有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值一样的情况，对吗？假设可能，读数一样的温度应是多少？1-14一系统发生状态变化，压力随容积的变化关系为pV1.3=常数。假设系统初态压力为600kPa，容积为0.3m3，试问系统容积膨胀至0.5m3时，对外作了多少膨胀功。

1-15气球直径为0.3m，球内充满压力为150kPa的空气。由于加热，气球直径可逆地增大到0.4m，并且空气压力正比于气球直径而变化。试求该过程空气对外作功量。

1-161kg气体经历如图1-16所示的循环，A到B为直线变化过程，B到C为定容过程，C到A为定压过程。试求循环的净功量。假设循环为A-C-B-A那么净功量有何变化？

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增加到1.1763m3/kg，汽化潜热为2250kJ/kg。试求工质在汽化期间(1)内能的变化；(2)焓的变化。

2-3定量工质，经历了一个由四个过程组成的循环，试填充下表中所缺的数据，并

2-51kg空气由p1=1.0MPa，t1=500℃膨胀到p1=0.1MPa，t1=500℃，得到的热量

506kJ，作膨胀功506kJ。又在同一初态及终态间作第二次膨胀仅参加热量39.1kJ。求：(1)第一次膨胀中空气内能增加多少？(2)第二次膨胀中空气作了多少功？(3)第二次膨胀中空气内能增加多少？2-6图2-10所示的气缸内充以空气。气缸截面积为100cm2，活塞距底面高度为10cm，活塞及其上负载的总质量为195kg，当地大气压为771mmHg，环境温度t0=27℃，气缸内气体恰与外界处于热力平衡。倘使把活塞上的负载取去100kg，活塞将突然上升，最后重新到达热力平衡。设活塞与气缸壁之间无摩擦，气体可通过气缸壁充分和外界换热，求活塞上升的间隔和气体的换热量。

图2-10

2-7上题中假设气缸壁和活塞都是绝热的，但两者之间不存在摩擦，此时活塞上升距

离如何？气体的最终状态又如何？⊿u=cv⊿T，空气的cv=0.71kJ/(kg·K)。2-121m3容器内的空气，压力为p0，温度为T0。高压管路(p,T)与之相通，使容器内压力到达p时关上阀门。设高压管路、阀门与容器均绝热，但有一冷却水管通过容器。假设欲在充气过程中始终维持容器中的空气保持T0，那么需向冷却水放出的热量为Q，求Q。空气的R，cp和cv。2-13一台锅炉给水泵，将冷水压力由p1=6kPa升高至p2=2.0MPa，假设冷凝水(水泵进口)流量为2×105kg/h，水密度ρH2O=1000kg/m3。假定水泵效率为0.88，问带动此水泵至少要多大功率的电机。2-14一燃气轮机装置如图2-11所示。空气由1进入压气机升压后至2，然后进入回热器，吸收从燃气轮机排出的废气中的一局部热量后，经3进入燃烧室。在燃烧室中与油泵送来的油混合并燃烧，产生的热量使燃气温度升高，经4进入燃气轮机(透平)作功。排出的废气由5送入回热器，最后由6排至大气。其中压气机、油泵、发电机均由燃气轮机带动。(1)试建立整个系统的能量平衡式；(2)假设空气质量流量m1=50t/h，进口焓h1=12kJ/kg，燃油流量m7=700kg/h，燃油进口焓h7=42kJ/kg，油发热量q=41800kJ/kg，排出废气焓h6=418kJ/kg，求发电机发出的功率。

图2-11

2-15某电厂一台国产50000kW汽轮机发电机组，锅炉蒸汽量为220t/h，汽轮机进口处压力表上的读数为10.0MPa，温度为540℃。汽轮机出口处真空表的读数为715.8mmHg。当时当地的大气压为760mmHg，汽轮机进、出口的蒸汽焓各为3483.4kJ/kg和2386.5kJ/kg。试求：(1)汽轮机发出的轴功率为多少千瓦？(2)假设考虑到汽轮机进口处蒸汽速度为70m/s，出口处速度为140m/s，那么对汽轮机功率的计算有多大影响？(3)如凝汽器出口的凝结水的焓为146.54kJ/kg，而1kg冷却水带走41.87kJ的热量，那么每小时需多少吨冷却水？是蒸汽量的几倍？

2-16空气在某压气机中被压缩，压缩前空气的参数为p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg；压缩后为p2=0.8MPa，v1=0.175m3/kg，假设在压缩过程中每千克空气的内能增加146.5kJ，同时向外界放出热量50kJ；压气机每分钟消费压缩空气10kg。试求：(1)压缩过程中对1kg空气所作的压缩功；(2)每产生1kg压缩空气所需的轴功；(3)带动此压气机所需功率至少要多少千瓦？

2-18某燃气轮机装置如图2-12所示。压气机进口处空气的焓h1=290kJ/kg，经

压缩后，空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在截面2处与燃料混合，以c2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，使工质吸入热量q=670kJ/kg。燃烧后燃