工程热力学课后习题-华永明版

第一章3、现代发电机组中，用压力测量仪表在四个地方测量，读数分别为：表压25.6MPa、表压0.65MPa、表压3kPa、真空度98kPa，当时大气压力为101.3kPa，求所测四个地方的绝对压力。解答：4、西方国家经常使用华氏度作为温度单位，例如测量到某人的体温为100℉，请求出对应的摄氏温度，并判断100解答：习题图1-6习题图1-6解答：6、用内充水银的U形管压力计测量压力，管内出现以下两种情况：一为水银柱中出现20mm高的空气泡，二是水银柱中混入了水，形成一个20mm高的水柱，请求出两种情况下的的压力p解答：可见，气体柱的压力可以忽略。第二章习题图2-55、某封闭系统进行如下图的循环，12过程中系统和外界无热量交换，但热力学能减少50kJ；23过程中压力保持不变，p3=p2=100kPa，容积分别为V2=0.2m3，V习题图2-5各过程中工质所作的容积功以及循环的净功量；循环中工质的热力学能变化以及工质和外界交换的热量；解答：6、水可视作不可压缩。现对一绝热封闭容器内的水加压，加压前水的容积为0.1m3，压力为0.2MPa，加压后压力为1.2MPa加压过程中外界对水所作容积功；水的热力学能的变化；水的焓的变化。解答：8、空气在压缩机中被压缩，压缩前的参数为p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg，压缩后的参数为p2=0.8MPa，v2=0.175m3/kg，压缩过程中每kg空气的内能增加了146kJ/kg，同时向外放出热量50kJ/kg，压缩机压缩空气的量为10kg/min，忽略散热及工质的动能位能差。求：〔1〕压缩过程中每kg空气的压缩功〔容积功〕。〔2〕气体消耗的技术功。〔3〕外界需要向压缩机输入的功率〔由轴功决定〕。解答：〔1〕〔2〕跟踪流动的工质，为闭口系：〔3〕稳定流动能量方程：9、锅炉生产的2980t/h流量的过热蒸汽进入汽轮机高压缸后，经一热力过程从焓3475.5kJ/kg降至2990.0kJ/kg，求：假设忽略汽轮机的散热、动能和位能差，那么高压缸的电功率为多少；假设散热为1.1×107kJ/h，，求散热造成的功率损失；假设汽轮机进口蒸汽的流速为50m/s，出口蒸汽流速为150m/s，求动能差造成的功率损失；假设汽机出口比进口低2.5m，求进出口高差对汽轮机功率的影响。解答：〔1〕忽略汽轮机的散热、动能和位能差〔2〕散热〔3〕动能差〔4〕位能差第三章3、两台可逆卡诺热机串联工作，A工作于700℃和t℃的热源间，B热机工作于t℃和20℃的热源间，吸收当两台热机的热效率相同时，热源t的温度；当两台热机输出的功相等时，热源t的温度。解答：效率相等时：输出功相等时：4、一可逆热机工作在三个热源之间，热源温度如图，假设热机从热源1吸热1600kJ，并对外做功250kJ，试求另两个热源的传热量和传热方向，并用图表示。解答：热量的正负号，以工质吸热为正：解以上2式，得Q2=-1500kJ，Q3=150kJ，说明热源2吸热，而热源3放热。7、某动力循环，工质在温度440℃下得到3150kJ/kg的热量，向20℃的低温热源放出1950kJ/kg的热量，如果工质没有其他热量交换，问此循环满足解答：满足Clausius不等式，其循环积分值为-2.237kJ/(kg.K)。8、内可逆的卡诺热机，工作于2000K和300K的热源间，工质的高温为1900K，工质的低温为400K，设每一循环中工质从高温热源吸热100kJ/kg。求：该热机的效率和每一循环中的功量、废热；高温热源和低温热源的熵变；工质在各过程中的熵变和循环的总熵变。解答：11、深层海水的温度4℃，热带表层10m海水的平均温度为37℃，假设深层海水的质量无穷大，假设在深层海水和表层海水间装一热机，该热机利用表层10m海水降温至27℃所放出的能量来作功，水的比热为每kg表层海水降温过程中放出的热量和熵变；深层海水的熵变、热机的废热量和作功量；求1km2海域能够输出的功量〔kWh〕。我国2023年底的发电量为4.94万亿kWh，求提供这些电量需要的海域面积。解答：〔1〕〔2〕〔3〕〔4〕12、将3kg温度为0℃的冰，投入盛有20kg温度为50℃的水的容器中，容器保持绝热，水的比热为4.1868kJ/(kg系统平衡时的温度；冰的熵变，冰熔解生成的水的熵变和容器中原有水的熵变；假设环境温度为20℃解答：〔1〕假设3kg的冰能全部融化，最后混合的温度为tm,3kg冰以下标1表示，20kg水以下标2表示，根据热量守恒的关系：〔2〕熵的变化量由三局部构成，即3kg冰融化时的熵增,融化后从0℃升到tm的熵增和20kg水降温到tm〔3〕系统可用能的损失习题图3-315、如图一烟气余热回收方案。设烟气的比热容c＝1习题图3-3烟气流经换热器传给热机工质的热量；热机排给大气的最少热量；热机输出的最大功。解答：〔1〕高温烟气传给工质的热量：〔2〕当热机可逆时，热机作功最大，放给低温热源的热量最少，此时的热机效率和放热量分别为：〔3〕热机输出的最大功(等于向低温热源放热最少时的输出功量)第四章3、海洋深处埋藏一种名为可燃冰的物质，它能在某些情况下放出甲烷。假设在海洋深处4000m处产生了一个体积为100m3的甲烷气泡，求它上升至海洋外表时的体积为多大？设海水的密度均匀，为1.025×103kg/m3，4000m深处海水温度为4解答：5、容积为2.5m3的空气罐，原来的参数为0.05MPa〔表压〕、18℃解答：7、汽油燃烧产生的烟气可视作理想气体，现测得烟气中各成分的容积为：N2：60%，O2：4%，CO2：21%，H2O：15%。求：1mol混合气体中各组分的mol数；各组分的质量成分；混合气体的分子量和气体常数。解答：10、一定量的封闭空气由温度300K、压力0.15MPa的1点开始，经历两种过程到达相同终点：A过程为等压过程，直接吸热至480K；B过程先等温吸热膨胀、再以等容过程增压。试完成以下计算分析：在同一p-v图和T-s图上表示两个过程；过程中空气的热力学能变化、焓变化和熵变化；过程中空气的吸热量和作功量。解答：图如下〔1〕定压过程12〔2〕定温过程13和定容过程32组成的复合过程11、空气从温度800K、压力5.5MPa的状态1经一绝热膨胀过程至状态2，用A仪器测得状态2参数为温度485K、压力1.0MPa，用B仪器测得状态2参数为温度495K、压力0.7MPa，试判断参数A和B中哪个可能正确，并说明理由。解答：12、空气从温度300K、压力0.1MPa的1点开始压缩到压力为0.6MPa的终点，试计算以下情况下的容积功、技术功和热量。等温过程；等熵过程；n=1.25的多变过程。解答：定温过程：定熵过程：多变过程：习题4-1414、一体积为0.002m3习题4-14右边空气被压缩后的终温；右边空气得到的压缩功；左边空气的终温；电热丝参加系统的热量；左边空气经历的多变过程的指数；在同一p-v图和T-s图表示左右气体经历的过程。注意：研究对象不是1kg，故功、热量应求出总量。解答：(1)右边气体的终温(2)右边气体的容积功(3)左边气体的终温(4)左边电热丝参加的热量等于左边气体内能增量与膨胀功〔右边气体得到的压缩功〕之和(5)左边气体经历的过程15、在一绝热的封闭气缸〔0.2m3〕解答：终点温度：终点压力：熵变：16、压力为1.2MPa、温度为380K的压缩空气在管道内流动，由于管道的摩擦和散热，空气流至一节流阀前压力降为1MPa，温度降为300K，流经节流阀后压力继续降至0.7MPa。求：空气在节流阀前的管道内散至环境的热量；空气在节流阀后的温度。解答：这是一个有散热的流动和节流的复合过程，由于节流过程比拟快，一般以绝热处理第六章3、空气在压缩机中被绝热压缩，压缩前空气的参数为0.1MPa、25℃；压缩后空气的参数为0.6MPa、240可逆时压缩机压缩1kg空气所耗的功；该压缩机压缩1kg空气所耗的功；该压缩机的效率。解答：4、单级活塞式压缩机需要把空气从0.1MPa、27等温压缩；n=1.2的多变压缩；绝热压缩。解答：终态温度、比容计算：参见理想气体过程方程计算；吸入功、升压功、排出功、总耗功：参见书中计算式6-9〔总耗功=升压功+排出功-吸入功〕等温方式多变方式等熵方式初温300.00300.00300.00初压0.100.100.10终压0.700.700.70指数1.001.201.40终温300.00414.93523.09比容10.860.860.86比容20.120.170.21吸入功86.1386.1386.13升压功167.60164.98160.12排出功86.13119.13150.18总耗功167.60197.97224.17第七章3、汽油机以空气为工质，进气参数为0.1MPa、50℃，压缩比为6，每一循环中参加的热量为750kJ/kg解答：〔下标1,2,3,4参见书中图7-2〕〔1〕最高温度T3〔2〕最高压力p3〔3〕循环净功w0〔4〕理论热效率第八章4、解答：〔1〕0.l7MPa压力下饱和温度＝115℃〔2〕0.1MPa饱和蒸汽的比容为1.694结果1〕：如果2L水指大气压下的体积，那么m=2kg，结果2〕：如果2L水指0.l7MPa压力下的体积，那么m=1.894kg，5、解答：由p2=0.1MPa，t2=120℃，查得h2=2716.48kJ/kg由p2=0.1MPa查得6、解答：(1)蒸汽需要的热量由烟气等压放热提供：〔2〕产生1kg蒸汽时各局部熵变：〔3〕可用能损失：8、解答：由p1=10MPa,t1=540℃，查表得：h1=3