工程热力学课后题答案

习题与部分解答

第一篇工程热力学

第一章基本概念

I.指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量：

答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。

2.指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位

能，热能，热量，功量，密度。

3.用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产

生，在水银柱上加一段水。若水柱高200〃7加，水银柱高800〃〃〃，如

图2-26所示。已知大气压力为735〃〃%Hg,试求容器中气体的肯定

压力为多少步解：依据压力单位换算

3

PH、。=200x9.80665=1.961x10=1.96.^

5

PH&=800X133.32=1.006x\0Pa=106.6kPa

p=pb+(PH、O+PH&)=98.0+(1.961+106.6)=20&6kPa

4.锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若

已知斜管倾角。=30。，压力计中运用。=0.8g/c加的煤油，斜管液

体长度L=2(X)mm,当地大气压力力=0.1Ma,求烟气的肯定压力

(用MPa表示)解：

p=Lpgsina

=200x0.8x9.81x0.5

=784.8P。=784.8x1(T6MPa

〃=4-p”0.1-784.8xl€)Y=0.0992MPa

5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28

所示，其中。为压力表，读数为UOAFa,B为真空表，读数为45AFa。

若当地大气压凡=97攵4,求压力表A的读数(用APo表示)

PRA=^55kPa

6.试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是

什么。

(1).取水为系统；

(2).取电阻丝、容器和水为系统；

(3).取图中虚线内空间为系统。

答案略。

7,某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为13.4M4；冷

凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为7()6〃〃〃放。若大气压力

为0.098M4,试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的肯定压力(用

MPa表示)/7,=0.0247MPa;[%=0.0039MPa

8.测得容器的真空度p"550〃"7?〃g,大气压力外=0.098Ma,求容器

内的肯定压力。若大气压变为p；=0.102MP4,求此时真空表上的读

数为多少mmMPa?p=0.0247MPa,〃；=579.8MPu

9.假如气压计压力为83Z4,试完成以下计算：

(1).肯定压力为0.1M41时的表压力；

(2).真空计上的读数为70〃'时气体的肯定压力；

(3).肯定压力为50左4时的相应真空度(kPa);

(4).表压力为0.25M出时的肯定压力(kPa),

(1).P&=\1kPa;

(2).p=\3kPa;

(3).pv=33kPa；

(4).p=333kPao

10.摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为0℃和

100℃,而华氏温标则相应地取为32°F和212°F。试导出华氏温度和

摄氏温度之间的换算关系，并求出肯定零度所对应的华氏温度,

fF=4+8

将水在标准大气压下的冰点值32/和0°C,以与沸点值

292°尸和100℃代入,得

32=0+8

212=1004+5

解该二元一次方程组，得：4=1.8,8=32。

从而有［「=1.8/+32

当,=-273.15℃时,有

，尸=1.8x(-273.15_)+32=-459.7(/)

11.气体进行可逆过程，满意"=C(C为常数)，试导出该气体从状

态I改变到状态2时膨胀功的表达式，并在〃-V图上定性画出过程线、

示出膨胀功。

答案：略

12.某气体的状态方程为〃V=RJ,试导出：

(1).定稳下气体之间的关系；

(2).定压下气体匕7之间的关系；

(3).定容下气体p,T之间的关系。

答案：(1).=(2).A=ZL.(3).2L=ZLO

PI眩WT\PiT\

其次章热力学第肯定律

1.一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量为9=180x1()3依/〃，输出功率为

P=55000X:W,全厂耗煤八=19.5〃/2,煤的发热量为%=30x1021/依。

蒸汽在锅炉中吸热量^=2680//依。试求:

(1).该动力厂的热效率外

(2).锅炉的效率力(蒸汽总吸热量煤的总发热量)。

解：(1).锅炉中蒸汽吸热量

①〃=%,•夕=180x1()3x268()

=4.82x1。8(g/用=1.34x105(AW)

P55000…/

热效率n=——=-------------=41%

'r①"I.34X10r5

(2).锅炉效承

二蒸汽总放热量一①，

%一煤的总放热量一不;

19.5X103X30X103

48=%/%=1.625X105^W0

3600

①“1.34xl05…球

n=—^-=----------=82.5%

s

①B1.625x10

2.系统经一热力过程，放热的•对外做功26。。为使其返回原状态,

对系统加热6心，问需对系统作功多少?

解：由Q=AU+W得

At/=G-W=-8-26=-34(V)

对于返回初态的过程

\U=-\U=?Akj

卬'=0-4。=6—34=-28好

故需对系统做功28灯。

3.气体在某一过程只能感汲取了54七的热量，同时热力学能增加了

94Vo此过程是膨胀过程还是压缩过程？系统与外界交换的功是多

少？

答案：此过程为压缩过程；此过程中系统与外界交换的功是

-40^o

4.ikg空气由四=5Mp4/=0.5MPa膨胀到p?=0.5MP^,r2=500℃,得到热

量506口，对外做膨胀功506口。接着又从终态被压缩到初态，热出热

量390ZJ,试求：

(1).［膨胀过程空气热力学能的增量；

(2).压缩过空气热力学能的增量；

(3).压缩过程外界消耗的功。

答案：(1).△〃=()；(2).△"=()；(3).W=-390X7o

5.闭口系统中实施以下过程，试填补表中的空缺数据。

过程序

Q/JW/JUJJU2/J△U/J

号

125-12-9

2-858-16

317-13(8)21

418-117

表中括号内的数为答案。

过

程

QUW/JUJJUJJ△U/J

序

号

125-12(-46)-9(37)

2-8(8)(74)58-16

6.如图所3(38)17-13(8)21示，某封

闭系统沿418-11(-22)7(29)a-c-b

途径由状态"改变到加吸入热量90kj,对外做功4（）外,试问：

(1).系统从〃经d至。，若对外做功1（刈，则汲取热量是

多少？

（2）.系统由。经曲线所示过程返回4,若外界对系统左贡

236，汲取热量为多少？

（3）•设Ua（ib=5kj,Ud=45kj,，那么过程a—d和〃一〃中系统

汲取的热量各为多少？

答案（1）-2,而=&）灯；（2）.Q—73kj；

（2）.=50灯；（4）.。他=10灯。

7.容积为1川的绝热封闭的气缸中装有完全不行压缩的流体，如图

2-31所示。试问：

（1）.活塞是否对流体做功？

(2).通过对活塞加压，把流体压力从〃1=0.2M也提高到

p、=3MPa，热力学能改变多少？焰改变多少？

答案(1).W=0;(2).AU=0,A"=2.8x1036。

8.一质量为45。。心的汽车沿坡度为15。的山坡下行，车速为300初九

在距山脚100"处起先刹车，且在山脚处刚好刹住。若不计其它力，求

因刹车而产生的热量。

0=2.04x10为。

9.某蒸汽动力装置，蒸汽流量为4。〃〃，汽轮机进出口处压力表读数

为9MPa,进口比为34404/7必，汽轮机出口比烙为2240K/7必，真空表

读数为95.06Z4,当时当地大气压力为98.66Z4,汽轮机对环境放热为

o试求：

(1).汽轮机进出口蒸汽的绝压各为多少？

(2).单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少？

(3),汽轮机的功率为多少？

答案⑴.

Pi=9.099MPa

p2=3.6MPci

(2).%=1200行/必

(3).P=1.332X104A:W

(4).考虑进出口动能差后%的相对偏差

cosh=0.67%

10.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为〃二°O05MP。，比烯4=2500灯/版，出

口为同压下的水，比焰为色=137.77灯/口，若蒸汽流量为22〃〃，进入冷

凝器的冷却水温为1=17。。，冷却水出口温度为4=30。。，试求冷却水

流量为多少？水的比热容为4/8灯/（小K）。

答案Qm.w-956.4x103（Ag/〃）

11.某活塞式氮气压气机，压缩的氮气的参数分别为：P『°lMPa,

匕=0.88〃//s；〃2=10Ma,八。46加/必。设在压缩过程中每行氮气

热力学能增加18。机同时向外放出热量6的。压气机每min生产压缩

氮气侬g,试求:

（1）.压缩过程对每总氮气所做的功；

（2）.生产每侬压缩氮气所需的功；

（3）.带动比压气机至少要多大的电动机。

答案（1）.&}=—240kj/kg；

（2）.①#=-312kjlkg；

（3）.P=93.6ZW。

12.流速为6（）（）〃〃s的高速空气突然受阻停止流淌，即。2=0,称为滞止。

如滞止过程进行快速，以致气流受阻过程中与外界的热交换可以忽

视，问滞止过程空气的焰改变了多少？

答案Ah=iS0kj/kg

第三章志向气体与其混合物

1.把C°2压送到体积为0・5加的贮气罐内。压送前贮气罐上的压力表

读数为弘P。，温度为20°。，压送终了时压力表读数为3（欣所,温度为

5。（。试求压送到罐内的C°2的质量。大气压力为“二°」M&。

解

Pl=Pb+Pgl=().1X1()3+3=1()索加

3

p2=ph+pg2=0.1x10+30=130(kPa)

R8.314

=0.18明/(4”)]

~~M~44

由pV=mRJ

PV二V(P2PI]

\m=-

Rj?"一％，5Tj

0.5(130x1()3103x1()3、

-----，x-----=0.143(依)

0.189xl03(50+273-20+273,

2.体积为OS/的某钢性容器内盛有了700行-20七的氮气。瓶上装有

一排气阀，压力达到875Z儿时发门开启，压力降到840Za时关闭。若

由于外界加热的缘由造成阀门开启，问：

(1)阀门开启时瓶内气体温度为多少？

(2)因加热造成阀门开闭一次期间瓶内氮气失去多少？设瓶内空气

温度在排气过程中保持不变。

答案(1)/2=93.3℃；(2)A//z=0.0097^

3,氧气瓶的容积V=0.30加瓶中氧气的表压力为=14"尸2"30J

问瓶中盛有多少氧气？若气焊时用去一半氧气，温度降为％"20'。，

试问此时氧气的表压力为多少(当地大气压力%)

答案m=7.86kg•，外2=0.625MPa

4.某锅炉每小时燃煤须要的空气量折合表准状况时为66000加"。鼓

风机实际送入的热空气温度为250P,表压力为20.0k&,当地大气压

为Pb=0、MPa,求实际送风量(nr/h)。

解〃==0.1+20x1(尸=().12(MPa)

由pqv=q*J

pqvo_-()分()

得TT\

_〃0如0岂-0.101325x66000、(250+273)1.068xl05(/〃7〃)

2纭•<2730.12

5.某志向气体比热比k=Cp/Cy=1.4,定压比热容Cp=1.042ZJ/kg.K),求

该气体的摩尔质量。

解由上二攵与金一&=R=5

cvM

得M=-4——r=-----_=27.93(g/mol)

1.042x(1-1/1.4)7

6.在容积为。的封闭容器内装有氧气，其压力为3(XMP〃，温度为

⑸。，问应加入多少热量可使氧气温度上升到800。。?

(D按定值比热容计算；

(2)按平均比热容计算。

解Rq=)=兰；=0.26卜〃(奴儿)]

M32

吁K=300x103x0.3=]2心)

RJ0.26x1()3x(15+273)"

(1)Q=mcvAr=/7?!R,(r2-r.)=1.2x-x0.26x(800-15)=612.3(Q)

22

(2)查得cj『=0.6563(3/0

.：°°=O.756AJ7Gg.K)

Q=/n(cvk/2-cv|^./1)=1.2x(0.756x800一0.656x!5)=714.0(U)

7.摩尔质量为30依的某志向气体，在定容下由275。。，加热到845(,

若热力学能改变为400。/依，问焰改变了多少？

答案凶二557.9依

8.将1总氮气由。=30。。定压加热到400c,分别用定值比热容,平均

比热容（表）计算其热力学能和焰的改变。

用定值比热容计算

AU=274.7。,AH=384.6（V）

用平均比热容计算

△U=281.7。,AH=391.6打

9.2必的C。?，由P1=800R&山=900C膨胀至ljp2=UOkPaj2=600℃,

试利用定值比热容求其热力学能、焰和端的改变。

解

R8.314

189g")]

~~M~44二().心/

Cp=90.189=0.850旧/(必式)]

0=gx0.189=0.66〃(2”)]

\U=mcv\t=2x0.661x(600-900)=-396.6(AJ)

AH=mcp\t=2x0.850x(600-900)=-510(V)

7n\(873120

△S=mc〃ln二-RJn隹=2x().85In-0.189111=0.215(U/X)

IT\P\)VF173800

10.在体积为V=1.5疗的钢性容器内装有氮气。初态表压力为

P』=2-0MPa,温度为230P,问应加入多少热量才可使氮气的温度上

升到750。。？其烙值改变是多少？大气压力为O.IMPa。

（1）按定值比热容计算；

⑵按真实比热容的多项式计算；

⑶按平均比热容表计算；

⑷按平均比热容的直线关系式计算。

解

Rg=1=T=0・297kJ/(Zg.K)]

“歌舞滕导2呼)

(1)

Cp=g4=gX0.297=1.04卜〃(依.K)]

R=|/?k,=|x0.297=0.742切/心”)]

3

Q=nicvAr=21.09x0.742x(750-230)=8.137xl0(kj)

4

AH=mcpM=21.09x1.04(750-230)=1.141x1O(V)

(2)查得

2

Cp.m=a^aJ+a2T

8

劭=27.3146,q=5.2335x10-3%=-0.42x1O-

n=—=0&=0.7532(打〃o/)

m28

Q=f仁必=4(Cpjn-R)dT=〃J：nCpmdT―呵：dT=aj+aT^lT-nR\T

=〃(〃/+与"+?/)憎—成(4—T)

=0.7532x[27.3146x(1023-503)+1x5.2335xIO-3x

(10232-5032)+-x(-0.42)x10-8x(10232-5032)-0.7532x8.314x(1023-5O3)J=9.005x103(H)

3

AH=/nCpmdT=Q+PIRAT

=9.005xl03+0.7532x8.314x(1023-503)=1.226x104(V)

(3)查得

cj产=1.0450/kg.K),c/F=1.092%J/(Zg.K)

cv\^=0J4SkJ/(kg.K],cv\^=0.796kJ/(kg.K)

Q=〃&|”2-CphJ=21.09X(0.796x750-0.748x230)=8.962x103(V)

4

AH=m(cp|^.r2-cp|^.^)=21.09x(1.092x750-1.045x230)=1.22x10(kJ)

(4)查得

c/；：=1.032+0.000089551=1.032+0.00008955x(230+750)=1.120pU/(Zg.K)]

cv\~=cj；；-R,,=1.12-0.297=0.823同(必K)]

Q=g,心.加=21.09x0.823x(750-230)=9.026

4

AH=mcp\^.A/=21.09x1.12x(750-230)=1.228xlO(V)

11.某氢冷却发电机的氢气入口参数为〃贝=0.2MRV1=40C,出口参

数为〃g2=().19MP“4=66P。若每分钟入口处体积流量为1.5/,试求

氢气经过发电机后的热力学能增量、焰增量和燧增量。设大气压力为

ph=OAMPao

(1)按定值比热容计算；

⑵按平均比热容直线关系式计算。

解

R

凡=---------=4.157卜//(匕太)]

艮M=8.314L〃

Pi=ph+=().1+0.2=().3(MP〃)

p2=ph+42=0.1+0.19=0.29(MP〃)

PMvi().3xl()6xl.5八/.\

q,n==--------r-7-------；=().345%依/min)

RJ]4,157X103X(40+273)

(I)按定值比热

c产；R&=|X4.157=14.55M^）］

R=Cp_R”=14.55-4.157=10.39［H/feA：）］

△U=qmcv^t=0.3459x10.39x（66-40）=93.44（^J/min）

AH=q/pN=0.3459x14.55x（66-40）=130.9（V/min）

60+273

△S=q”Cpln*R”R=0.3459x|14.55In-4.1571n—=0.4504（H/（K.min）］

\Pi）40+273（）.3

（2）按平均比热容的直线关系式

°篡=143.3+0.0005945x（66+40）=14.39同/（版.幻］

%上』V=10.12+0.0005945x（66+40）=10.18k.〃（&g.K）］

△U=qnicvAr=0.3459Xl（）.18x（66-40）=91.55（七〃Zg）

△

AS”,卜启哼一勺

Pj

=0.3459x14.39In-----------4.157In匚=0.445米〃（K.min）］

i3130.3/

12.利用内燃机排气加热水的余热加热器中，进入加热器的排气（按

空气处理）温度为3001,出口温度为80（。不计流经加热器的排气

压力改变，试求排气经过加热器的比热力学能改变，比焙改变和比烯i

的改变。

（1）按定值比热容计算；

⑵按平均比热容（表）计算。

答案

（1）

Au=-151.9kJ/kg

A/?=-221.0V/^

M=-0.48660/（依.K）

（2）

=一162.1kJ/kg

\h=-225.3kJ/kg

M=—0.49660/(依.K)

13.进入气轮机的空气状态为颂女.，600。"绝热膨胀到10°%&，300。。,

略去动能、位能改变，并设大气温度为4=300K,试求：

(1)每千克空气通过气轮机输出的轴功；

(2)过程的烯产与有效能损失，并表示在7-s图上；

⑶过程可逆膨胀到100ZR/输出的轴功。

解

ws=-\h=h,-h2=(/(-/2)=1.004x(600-300)=301.4U/kg

(2)

=A.v=c„In幺-R,In匹=1.004In早一0.287In—

〃7\«Pi873600

(AJ=300x0.0913=27.393/0g)

燧产As.与有效能损失，•如图3-36中阴影面积所示。

图3-36

Jt-10.4

1.4x0.287x873100^

----------------x1-=351.4(A〃依)

1k-\1.4-11600；

14.由氧气、氮气和二氧化碳组成的混合气体，各组元的摩尔数为

=0.08/加/,〃M=0.65fiu)l,nCOy=0.3/m/

试求混合气体的体枳分数、质量分数和在p=400Z&"=27。。时的比体

积。

解

n=£%=(0.08+0.65+0.3)=1.03(/w7/)

〃Q*0078

X,o,—一

"n1.03

nN0.65

2----=U.631

n1.03

x=\-xO2-xNy=1-0.078-0.631=0.291

co2

=Z七M=0.078X32+0.63x28+0.291x44=32.94(g/mol)

“、M°、富的76

M,，q

XN、MN,0631X28-0.536

Meq32.94

=1-%=1-0.076-0.536=0.388

R瑞=0.252[H/M.K)]

Rg』qF二

D0.252xl03x30()

v==0.0189(机3/必)

P400x1()3

15.试证明:对于志向气体的绝热过程，若比热容为定值，则无论过

R

](—2)

程是否可逆，恒有人

式中：（和心分别为过程初终态的温度。

证明对于志向气体的绝热过程，有

卬=-Au--cvAT-cv(Ti-T2)

Cp-Cv=R、

Cp/"k

R

)

第四章志向气体的热力过程

1.某志向气体初温汇=470(,质量为2.5口，经可逆定容过程，其热

力学能改变为AU=295.4ZJ,求过程功、过程热量以与端的改变。设

气体%=04左〃(依.K)«=1.35,并假定比热容为定值。

W=JpdV=0

Q=\U=295.4V

卜―此

[CP/CV=k

Cv=p4=-^-7=l-143[j

△U=niCyAT=mcv(7^-7^)

7>7；

得生++470=573.3(/C)

2.5x1.143

AS=/ncvIn^-=2.5x1.143In=0.56泯〃K)

2.一氧化碳的初态为PL4.5M4,7>493K。定压冷却到/=293K,试

计算Mm。/的一氧化碳在冷却过程中的热力学能和焰的改变量，以与

对外放出的热量。比热容取定值。

答案A6/=4.154X104V,AH=5.82X104A:7

3.氧气由q=3(TC，z=0.1M网被定温压缩至/J2=0.3M4。

(1)试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功；

(2)若按绝热过程压缩，初态与终态与上述相同，试计算压缩单

位质量氧气所消耗的技术功；

⑶将它们表示在同一副p—u图和，T图上，试在图上比较两者的

耗功。

解(=A==0.26k〃(3K)]

M32

(1)叱,=R,71n△=0.26x303In—=-86.55

“一〃20.3

(2)

L4x026x303x1

=—101.7（。/依）

1.4-1

(3)两过程在p-u图和7-51图上的表示分别如图3~37(a＞和

3-37(b)所示。图中过程线1-27为定温过程，1-2,为绝热过程线。

从〃…图中可以看到，绝热过程耗功比定温过程耗功多出曲边三角形

面积

1—27一2,

4.使

将满

意以

下要求的志向气体多变过程在〃一口和一S图上表示出来(先画出4个

基本热力过程):

(1)气体受压缩、升温柔放热；

(2)气体的多变指数〃=。8,膨胀;

(3)气体受压缩、降温又降压；

⑷气体的多变指数〃=1.2,受压缩;

(5)气体膨胀、将压且放热。

答案如图3-38(a)和图3-38(b)所不的〃一口图和T-s图上,

1-1,1-2,1-3,1-4和1-5分别为满意(1),(2),(3),(4)和(5)

要求的多变过程线。

5.柴油机汽缸吸入温度乙=6CTC的空气2.5x10-3经可逆绝热压缩。

空气的温度等于燃料的着火温度。若燃料的着火温度为720。。，问空

气应被压缩到多大的体积？

答案匕=1.63X10-4W3

6.有Mg空气，初态为P|=0.6MR"=27C,分别经下列三种可逆过程

膨胀到P2=0.1Ma,试将各过程画在〃-u图和r-s图上，并求各过程

始态温度、做工量和增的改变量：

(1)定温过程;

(2)〃=1.25的多变过程;

(3)绝热过程。

答案

(1)

t2=ZTC;w=1543kJ〕kg

w,=154.30.514k，/(kg.K)

(2)

t2=-63.35°C,卬=103.7kJ/kg

wf=129.6kJIkg,=0.154kJ]kg

(3)

t2=-93.2℃卬=86.2AJ/Zg

wr=120.7kJ/kg,Av=0

〃一u图和T一s图如图3—39所不。

7.一容积为0.2疗的贮气罐，内装氮气，其初压力P|=0.5MP〃，温度

乙=37(。若对氮气加热，其压力、温度都上升。贮气罐上装有压力

限制阀，当压力超过O.8M4时，阀门便自动打开，防走部分氮气，即

罐中维持最大压力为O.8MP〃，问当贮气罐中氮气温度为287(时，对

罐内氮气共加入多少热量？设氮气比热容为定值。

解A=驾=0297k〃（MK）］

MZo

由pV=niRJ

0.5X1Q-X0.2Q86（

RJ、0.297xlO3x（37+273）

起先过程是定容过程，则

（\Q

T==—x310=496（Ar）

20・5

Qv=〃（AT=1.086x|x0.297x（496-300）=150（O）

八f3「pVpVc3dTPycT.

Q=m-,caT=---2--cdT=---2-----p-f——=-------p-In—

pnJ22PnhRTPnR,J2TRT.

fiK4」

6

0.8xl0x0.2x-x0.297会

=--------------------2——In出包=67.96（H）

0.297x103496

Q=Qv+=150+67.96=218.0（。）

8.容积为V=0.6/的空气瓶内装有压力8=10Ma,温度为7；=300K的

压缩空气，打开压缩空气瓶上的阀门用以启动柴油机。假定留在瓶中

的空气进行的是绝热膨胀。设空气的比热容为定值，

R,=0.2876/(Zg.K)。

(1).问过一段时间后，瓶中空气从室内空气吸热，温度有渐

渐上升，最终重新达到与室温相等，即又复原到300K,问这时空气

瓶中压缩空气的压力P3为多大？

答案(1)《二271.1K,△机二一15.6必

(2)p-:=1.75MPa

9.是导出志向气体定值比热容的多变过程的初、终态嫡变为

n-kPl

R„5In

n（k-1）Pl

解：主要步骤与公式

s,_=cIn---RIn—

,q./入

n-l

尹偿广

10.压力为1606Yi的1版空气，450K定容冷却到3OOK,空气放出的热

量全部被温度为17℃的大气环境所汲取。求空气所放出热量的饿有效

能和传热过程、的有效能损失，并将有效能损失表示在7-S图上。

=mcvdT1

=mcv（7^-7^）-7J）ln^-

=lx0.717x（300-450）-290In=-23.2（H）

由于放出的热量全部被环境汲取，使热量有效能全部变成了无效能,

故有效能损失

I=23.2。

有效能损失如图3-10的7-s图上阴影面积所示。

11.空气进行

可逆压缩的

图3-40

多变过程，多变指数〃=1.3,耗功量为67.95修7必，求热量和热力学能改

变。

答案Q=-16.95。,=50.85A

第六章水蒸气

1.湿饱和蒸汽，p=0.9MP^x=0.85,试由水蒸气表求，，九u,s,和“。

答案tx=175.389℃,/?=2468.99kJ/kg

v=0.18284利,/kg,s=5.9431kJ(kg.K)

u=2304.43

2.过热蒸汽，〃=3.0MPc〃=425℃,依据水蒸气表求匕〃和过热度。，

再用〃一图求上述参数。

答案查表：v=0.103638m3/kg,h=3286.7kJ；kg

s=700255kJ/(kg.K),n=2958kJ为

D=t-ts=19L107℃

查图：v=0.105m3]kg,h=3290kJjkg

s=7.00kJ/(kg.K),u=2958。/.

£>=190C;

3.开水房用开水的蒸汽与r=20℃同压下的水混合，试问欲得5/的开

水，须要多少蒸汽和水？

解设需蒸汽为mvkg，则水为tnw=m-mvo

由〃=0.IMP.,查得=417.52U/kgJrn=2675.14kJ/kg

l=2()℃时,/?2=83.96kJkIg

/?,=A:/?*+(1-x)〃'=0.86x2675.14+0.14x417.52=2359.07(kJ/kg)

依据热力学第学肯定律

AH=O

mh'-[fnvh2+(m-mv)A1]=0

5()0()x(417.52-83.96)

"儿==733(依)

h1—h22359.07-83.96

mw=m-mv=5000-733=4267(依)

4.已知水蒸气〃=0.2MP«力=1300灯/必，试求其匕，/。

s

答案v=0.3158m/kg9t=120.30℃,5=3.5452k〃(kg.K)

5.Mg蒸汽,p、=2.0MPa，x=0.95,定温膨胀至p2=0.1MPa,求终态

与过程中对外所做的功。

解卬=683.0(。/必)

6.进汽轮机的蒸汽参数为乃=3.()M&3=435℃。若经可逆膨胀绝热至

p2=MPa,蒸汽流量为4.0〃g/s,求汽轮机的志向功率为多少千克：

答案P=4.66X103AIV

7.一刚性容器的容积为0.3M&,其中%为饱和水，其余为饱和蒸汽,

容器中初压为0.1MR,。欲使饱和水全部汽化，问须要加入多少热量？

终态压力为多少？若热源温度为500°C,试求不行逆温差传热的有效

能损失。设环境温度为27℃。

/=2.005xl04(。)

8.容积为0.36—的刚性容器中贮有"350℃的水蒸气，其压力表度数

为lOOkPa。现容器对环境散热使压力下降到压力表度数为50〃尸々。试

求：

(1).确定初始状态是什么状态？

(2).求水蒸气终态温度；

(3),求过程放出的热量和放热过程的有效能损失。

设环境温度为20℃,大气压力为O.IMPa。

答案（1）过热蒸汽；

（2）.2=145.8。。（此结果为利用教材《热工基础与应用》后附录

A-7所得。利用较具体水蒸气热表或图答案应为⑼。C）

（3）。=—82.6/7,/=35.84J（同上，Q=-59.IU,/=27.2kJ）

9.气轮机的乏汽在真空度为96步a干度为x=0.88的湿空气状态下进入

冷凝器，被定压冷却凝聚为饱和水。试计算乏汽体积是饱和水体积的

多少倍，以与1总乏汽2在冷凝器中放出的热量。设大气压力为O.1Ma。

答案=3.05x10“国=2140kJ/kg

匕

10.一刚性绝热容器内刚性各班将容器分为容积相同的48两部分。

设A的容积为（）.16〃儿内盛有压力为0.1MP八温度为300℃的水蒸气;

B为真空。抽掉隔板后蒸汽蒸汽自由膨胀达到新的平衡态。试求终态

水蒸气的压力、温度和自由膨胀引起的不行逆有效能损失。设环境温

度为2（）℃,并假设该蒸汽的自由膨胀满意=常数。

解（1）由p2v2=PM=常数

得Pi=/?1—=1.0x—=0.5（MP〃）

匕2

（2）由历=1.0例尸〃,4=3（xrc,查得

匕=02579W/kg》=，12l6kJKkg.K）

V.0.16

m=—=------=0.62依

v,0.2579

3

V2=2vl=0.32m

”『照=8⑹（田依）

由〃2=0-5"",叱=0.5161〃//必,查得

t2=293.63°C,1=7.4347kJ/(kg.K)

△S’=m(s2-5,)=0.62x(7.4347—7.1216)=0.1941(AJ/K)

/="A.=293x0.1941=56.88⑼

11.利用空气冷却蒸汽轮机乏汽的装置称为干式冷却器。瑞哦流经干

式冷却器的空气入口温度为环境温度乙=20℃,出口温度为r2=35℃o

进入冷凝器的压力为7.0ZPa,干度为0.8,出口为相同压力的饱和水。

设乏汽流量为220〃人空气进出口压力不变，比热容为定值。试求：

(1).流经干式冷却器的焰增量和爆增;

(2).空气流经干式冷却器的熠变以与不行逆传热引起的熠产。

解（1）由〃=7.（乂&“=0.8查算得

九二2089.91攵J/Zg,4=6.7307AJ/（Ag.K）

h?=h'=163.3⑷/版,力=s'=0.5589Z〃kg.K）

对空气凡=0.287k邛k&K、,Cp=1.004k,（kg.K）

依据热力学第肯定律有

。小，（4-色）=%.£,“2—J

…/寸=笔鬻需祟岬小7W”

cp&-t｝）1.004x（35-20）

35

（2）AH”qniacp（r2-r,）=7.818x10x1.004x（35-20）=1.177x10（Z:IV）

ASa=39.18（左叱/K）

（）\SV=-377.17（AW/K）

"AS.=14.63（左叼K）

39.PL9OM&/=500℃的水蒸汽进入气轮机中作绝热膨胀，终压为

p2=50kPao汽轮机相对内效率

=与二h=0.86

…2s

式中色一一为定端膨胀到P2时的焰。试求

(1).每依蒸汽所做的功；

(2).由于不行逆引起增产，并表示在图上。

答案由Pl==500(查得/?,=3385kJ/kg,s}=6.656kJ*g.K)

由.=心=6.656kJ/(kg.K),p2=5.0kPa查得h2s=2030kJ/kg

得h2=222()(Z〃Zg)=1165(kJ/kg)

(3)由〃2=5kPa,h2=2220kJ[kg查得

s?=7.32AJ/Qg.K)

$=0.66小〃(必.K)]

8=55%,试用分析法求湿空气的露点温度、含湿量与比焰，并查/Ld

图校核之。

答案解析法td=14.8℃,J=0.011kg/kg(a),h=53.15kJ/kg(a)

查图：

td=\5℃,d=0.0108kg/kg(a\h=53kJ/kg(a)

2.空气的参数为％=0.1MPa/=2(TC,？=30%,在加热器中加热到85°C

后送入烘箱取烘干物体/从烘箱出来时空气温度为J=35℃,试求从烘

干物体中汲取1口水分所消耗的赶空气质量和热量。

解由「20(阳=30%,查〃々图得

3

h}=31kJ/kg(a),di=4.3x10-kg/kg(a)

由/=4，G=85'。得

h2=96.86收〃攵g(〃))

/?3=/?2,/3=35℃

/?3=1.005/3+J3(2501+1.86r3)

d3=0.024%/依(〃)]

m0=50.7(版)

Q=3.34x1()3(0)

3•设大气压力为O.LWPa,温度为30℃,相对湿度为0.8。假如利用空

气调整设备使温度降低到1()℃去湿，然后再加热到2()℃,试求所的空

气的相对湿度。

答案0=53%

4.一房间内空气为O.IMPa,温度为5℃,相对湿度为80%。由于暖气

加热使房间温度升至18℃。试求放暖气后房内空气的相对湿度。

答案8=32%

5.在容积为100〃尸的封闭室内，空气的压力为0.1Ma,温度为25℃,

露点温度为18C,试求室内空气的含湿量，和相对湿度。若此时室内

放置若干盛水的敞口容器，容器的加热装置使水能保持25℃定温蒸发

至空气达到室温下饱和空气状态。试求达到饱和空气状态的空气含湿

量和水的蒸发量。

解(1)由/=25(查得

p、=0.0031687MPa

由t(l=18℃查得pv=0.002064MPa

所以°=65%

4=0.0131[(口/必(。))]

(2)外=100%

d2=0.0204[心/依(〃)]

=114.5(必)

A%=0.8359(阳)

6.一股空气流压力为O.lMRz,温度为20°C,相对湿度为30%,流量为

每分钟15加。另一股空气流压力也为O.IMPa,温度为35℃,相对湿度

为80%,流量为每分钟20〃『。混合后压力仍为0.1M&,试求混合后空

气的温度、相对湿度和含湿量。

解：水蒸气的Rg,、,=0.462k〃(2g.K)]

由々=20(必=30%查得

%=285kj/kg(a)p\,[=1.02x\0-4MPa

由%=35(,02=80%查得

h2=110k〃kg(a),pV2=0.0045MPa