工程熱力學(xué)課后習(xí)題--華永明版

1、第一章 3、現(xiàn)代發(fā)電機(jī)組中，用壓力測(cè)量?jī)x表在四個(gè)地方測(cè)量，讀數(shù)分別為：表壓25.6MPa、表壓0.65MPa、表壓3kPa、真空度98kPa，當(dāng)時(shí)大氣壓力為101.3kPa，求所測(cè)四個(gè)地方的絕對(duì)壓力。解答： 4、西方國(guó)家經(jīng)常使用華氏度作為溫度單位，例如測(cè)量到某人的體溫為100，請(qǐng)求出對(duì)應(yīng)的攝氏溫度，并判斷100的體溫可能嗎？。解答： 習(xí)題圖1-6 5、我國(guó)進(jìn)口發(fā)電機(jī)組中經(jīng)常會(huì)用到一些不是整數(shù)的參數(shù)，例如發(fā)電機(jī)組出口蒸汽溫度設(shè)計(jì)值為538，請(qǐng)求出對(duì)應(yīng)的華氏溫度，并分析為什么會(huì)出現(xiàn)非整數(shù)的溫度。解答： 6、用內(nèi)充水銀的U形管壓力計(jì)測(cè)量壓力，管內(nèi)出現(xiàn)以下兩種情況：一為水銀柱中出現(xiàn)20mm高的空氣泡，

2、二是水銀柱中混入了水，形成一個(gè)20mm高的水柱，請(qǐng)求出兩種情況下的的壓力p。解答：可見(jiàn)，氣體柱的壓力可以忽略。第二章 習(xí)題圖2-5 5、某封閉系統(tǒng)進(jìn)行如圖所示的循環(huán)，12過(guò)程中系統(tǒng)和外界無(wú)熱量交換，但熱力學(xué)能減少50kJ；23過(guò)程中壓力保持不變，p3=p2=100kPa，容積分別為V2=0.2m3，V3=0.02 m3；31過(guò)程中保持容積不變。求：各過(guò)程中工質(zhì)所作的容積功以及循環(huán)的凈功量；循環(huán)中工質(zhì)的熱力學(xué)能變化以及工質(zhì)和外界交換的熱量；解答： 6、水可視作不可壓縮?，F(xiàn)對(duì)一絕熱封閉容器內(nèi)的水加壓，加壓前水的容積為0.1m3，壓力為0.2MPa，加壓后壓力為1.2MPa。求：（1） 加壓過(guò)程中外

3、界對(duì)水所作容積功；（2） 水的熱力學(xué)能的變化；（3） 水的焓的變化。解答： 8、空氣在壓縮機(jī)中被壓縮，壓縮前的參數(shù)為p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg，壓縮后的參數(shù)為p2=0.8MPa，v2=0.175m3/kg，壓縮過(guò)程中每kg空氣的內(nèi)能增加了146 kJ/kg，同時(shí)向外放出熱量50kJ/kg，壓縮機(jī)壓縮空氣的量為10kg/min，忽略散熱及工質(zhì)的動(dòng)能位能差。求：（1）壓縮過(guò)程中每kg空氣的壓縮功（容積功）。（2）氣體消耗的技術(shù)功。（3）外界需要向壓縮機(jī)輸入的功率（由軸功決定）。解答：（1） （2）跟蹤流動(dòng)的工質(zhì)，為閉口系： （3）穩(wěn)定流動(dòng)能量方程： 9、鍋爐生產(chǎn)的2980 t/

4、h流量的過(guò)熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)高壓缸后，經(jīng)一熱力過(guò)程從焓3475.5 kJ/kg降至2990.0 kJ/kg，求：（1） 若忽略汽輪機(jī)的散熱、動(dòng)能和位能差，則高壓缸的電功率為多少；（2） 若散熱為1.1×107kJ/h，求散熱造成的功率損失；（3） 若汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽的流速為50m/s，出口蒸汽流速為150m/s，求動(dòng)能差造成的功率損失；（4） 若汽機(jī)出口比進(jìn)口低2.5m，求進(jìn)出口高差對(duì)汽輪機(jī)功率的影響。解答：（1） 忽略汽輪機(jī)的散熱、動(dòng)能和位能差 （2） 散熱 （3）動(dòng)能差 （4）位能差 第三章 3、兩臺(tái)可逆卡諾熱機(jī)串聯(lián)工作，A工作于700和t 的熱源間，B熱機(jī)工作于t 和20的熱源間，

5、吸收A熱機(jī)排出的廢熱對(duì)外作功。求：（1） 當(dāng)兩臺(tái)熱機(jī)的熱效率相同時(shí)，熱源t的溫度；（2） 當(dāng)兩臺(tái)熱機(jī)輸出的功相等時(shí)，熱源t的溫度。解答： 效率相等時(shí)： 輸出功相等時(shí)： 4、一可逆熱機(jī)工作在三個(gè)熱源之間，熱源溫度如圖，若熱機(jī)從熱源1吸熱1600kJ，并對(duì)外做功250kJ，試求另兩個(gè)熱源的傳熱量和傳熱方向，并用圖表示。解答： 熱量的正負(fù)號(hào)，以工質(zhì)吸熱為正：解以上2式，得Q2=-1500kJ，Q3=150kJ，說(shuō)明熱源2吸熱，而熱源3放熱。7、某動(dòng)力循環(huán)，工質(zhì)在溫度440下得到3150kJ/kg的熱量，向20的低溫?zé)嵩捶懦?950kJ/kg的熱量，如果工質(zhì)沒(méi)有其他熱量交換，問(wèn)此循環(huán)滿足Clausiu

6、s不等式嗎？解答：滿足Clausius不等式，其循環(huán)積分值為-2.237kJ/(kg.K)。8、內(nèi)可逆的卡諾熱機(jī)，工作于2000K和300K的熱源間，工質(zhì)的高溫為1900K，工質(zhì)的低溫為400K，設(shè)每一循環(huán)中工質(zhì)從高溫?zé)嵩次鼰?00kJ/kg。求：（1） 該熱機(jī)的效率和每一循環(huán)中的功量、廢熱；（2） 高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩吹撵刈?；?） 工質(zhì)在各過(guò)程中的熵變和循環(huán)的總熵變。解答：11、深層海水的溫度4，熱帶表層10m海水的平均溫度為37，假設(shè)深層海水的質(zhì)量無(wú)窮大，若在深層海水和表層海水間裝一熱機(jī)，該熱機(jī)利用表層10m海水降溫至27所放出的能量來(lái)作功，已知水的比熱為4.1868 kJ/(kg

7、3;K)。求：（1） 每kg表層海水降溫過(guò)程中放出的熱量和熵變；（2） 深層海水的熵變、熱機(jī)的廢熱量和作功量；（3） 求1km2海域能夠輸出的功量（kWh）。（4） 我國(guó)2012年底的發(fā)電量為4.94萬(wàn)億kWh，求提供這些電量需要的海域面積。解答：（1）（2）（3）（4）12、將3kg溫度為0的冰，投入盛有20kg溫度為50的水的容器中，容器保持絕熱，已知水的比熱為4.1868 kJ/(kg·K)，冰熔解熱為333.5kJ/kg，忽略冰熔解時(shí)體積的變化。求：（1） 系統(tǒng)平衡時(shí)的溫度；（2） 冰的熵變，冰熔解生成的水的熵變和容器中原有水的熵變；（3） 若環(huán)境溫度為20，求該過(guò)程中系統(tǒng)可

8、用能的損失。解答：（1）假設(shè)3kg的冰能全部融化，最后混合的溫度為tm , 3kg冰以下標(biāo)1表示，20kg水以下標(biāo)2表示，根據(jù)熱量守恒的關(guān)系：（2）熵的變化量由三部分構(gòu)成，即3kg冰融化時(shí)的熵增,融化后從0升到tm 的熵增和20kg水降溫到tm 的熵減。（3）系統(tǒng)可用能的損失習(xí)題圖3-315、如圖一煙氣余熱回收方案。設(shè)煙氣的比熱容c1100J/（kg.K），試求：（1） 煙氣流經(jīng)換熱器傳給熱機(jī)工質(zhì)的熱量；（2） 熱機(jī)排給大氣的最少熱量；（3） 熱機(jī)輸出的最大功。 解答：（1）高溫?zé)煔鈧鹘o工質(zhì)的熱量： （2）當(dāng)熱機(jī)可逆時(shí)，熱機(jī)作功最大，放給低溫?zé)嵩吹臒崃孔钌?，此時(shí)的熱機(jī)效率和放熱量分別為：（3）

9、熱機(jī)輸出的最大功 (等于向低溫?zé)嵩捶艧嶙钌贂r(shí)的輸出功量)第四章 3、海洋深處埋藏一種名為可燃冰的物質(zhì)，它能在某些情況下放出甲烷。若在海洋深處4000m處產(chǎn)生了一個(gè)體積為100m3的甲烷氣泡，求它上升至海洋表面時(shí)的體積為多大？設(shè)海水的密度均勻，為1.025×103kg/m3，4000m深處海水溫度為4，海洋表面溫度為27 ，當(dāng)時(shí)大氣壓為101kPa。解答：5、容積為2.5m3的空氣罐，原來(lái)的參數(shù)為0.05MPa（表壓）、18，現(xiàn)充氣至0.42MPa（表壓），充氣后溫度為40，當(dāng)時(shí)大氣壓為100kPa，求充進(jìn)空氣的質(zhì)量。（空氣參數(shù)查附錄1）解答：7、汽油燃燒產(chǎn)生的煙氣可視作理想氣體，現(xiàn)測(cè)

10、得煙氣中各成分的容積為：N2：60%，O2：4%，CO2：21%，H2O：15%。求：（1） 1mol混合氣體中各組分的mol數(shù)；（2） 各組分的質(zhì)量成分；（3） 混合氣體的分子量和氣體常數(shù)。解答： 10、一定量的封閉空氣由溫度300K、壓力0.15MPa的1點(diǎn)開(kāi)始，經(jīng)歷兩種過(guò)程到達(dá)相同終點(diǎn)：A過(guò)程為等壓過(guò)程，直接吸熱至480K；B過(guò)程先等溫吸熱膨脹、再以等容過(guò)程增壓。試完成以下計(jì)算分析：（1） 在同一p-v圖和T-s圖上表示兩個(gè)過(guò)程；（2） 過(guò)程中空氣的熱力學(xué)能變化、焓變化和熵變化；（3） 過(guò)程中空氣的吸熱量和作功量。解答： 圖如下（1）定壓過(guò)程12（2）定溫過(guò)程13和定容過(guò)程32組成的復(fù)合

11、過(guò)程11、空氣從溫度800K、壓力5.5MPa的狀態(tài)1經(jīng)一絕熱膨脹過(guò)程至狀態(tài)2，用A儀器測(cè)得狀態(tài)2參數(shù)為溫度485K、壓力1.0MPa，用B儀器測(cè)得狀態(tài)2參數(shù)為溫度495K、壓力0.7MPa，試判斷參數(shù)A和B中哪個(gè)可能正確，并說(shuō)明理由。解答： 12、空氣從溫度300K、壓力0.1MPa的1點(diǎn)開(kāi)始?jí)嚎s到壓力為0.6MPa的終點(diǎn)，試計(jì)算下列情況下的容積功、技術(shù)功和熱量。（1） 等溫過(guò)程；（2） 等熵過(guò)程；（3） n=1.25的多變過(guò)程。解答： 定溫過(guò)程：定熵過(guò)程：多變過(guò)程： 習(xí)題4-1414、一體積為0.002m3的絕熱活塞-氣缸如圖如示，活塞無(wú)摩擦，初始位置在正中間，兩邊有25，0.1MPa的空

12、氣?，F(xiàn)用電熱絲對(duì)左邊氣體加熱，使壓力上升到0.2MPa，求：（1） 右邊空氣被壓縮后的終溫；（2） 右邊空氣得到的壓縮功；（3） 左邊空氣的終溫；（4） 電熱絲加入系統(tǒng)的熱量；（5） 左邊空氣經(jīng)歷的多變過(guò)程的指數(shù)；（6） 在同一p-v圖和T-s圖表示左右氣體經(jīng)歷的過(guò)程。注意：研究對(duì)象不是1kg，故功、熱量應(yīng)求出總量。解答： (1) 右邊氣體的終溫(2) 右邊氣體的容積功(3) 左邊氣體的終溫(4) 左邊電熱絲加入的熱量等于左邊氣體內(nèi)能增量與膨脹功（右邊氣體得到的壓縮功）之和 (5) 左邊氣體經(jīng)歷的過(guò)程15、在一絕熱的封閉氣缸（0.2m3）中有一無(wú)摩擦的導(dǎo)熱活塞，開(kāi)始時(shí)該活塞被固定在氣缸中間，左

13、右容積相等。左半部分盛有300K，0.2MPa的空氣，右半部分盛有300K，0.1MPa的空氣，活塞釋放后系統(tǒng)達(dá)到新的平衡點(diǎn)，求該平衡點(diǎn)的溫度、壓力和熵的總變化量。解答： 終點(diǎn)溫度：終點(diǎn)壓力：熵變：16、壓力為1.2MPa、溫度為380K的壓縮空氣在管道內(nèi)流動(dòng)，由于管道的摩擦和散熱，空氣流至一節(jié)流閥前壓力降為1MPa，溫度降為300K，流經(jīng)節(jié)流閥后壓力繼續(xù)降至0.7MPa。求：（1） 空氣在節(jié)流閥前的管道內(nèi)散至環(huán)境的熱量；（2） 空氣在節(jié)流閥后的溫度。解答： 這是一個(gè)有散熱的流動(dòng)和節(jié)流的復(fù)合過(guò)程，由于節(jié)流過(guò)程比較快，一般以絕熱處理第六章 3、空氣在壓縮機(jī)中被絕熱壓縮，壓縮前空氣的參數(shù)為0.1M

14、Pa、25；壓縮后空氣的參數(shù)為0.6MPa、240。求：（1） 可逆時(shí)壓縮機(jī)壓縮1kg空氣所耗的功；（2） 該壓縮機(jī)壓縮1kg空氣所耗的功；（3） 該壓縮機(jī)的效率。解答： 4、單級(jí)活塞式壓縮機(jī)需要把空氣從0.1MPa、27壓縮至0.7MPa，試計(jì)算三種方式下壓縮機(jī)的各項(xiàng)，即：壓縮終溫、起點(diǎn)和終點(diǎn)比容、吸入功、升壓功、排出功、總功，結(jié)果請(qǐng)用表格表示。（1） 等溫壓縮；（2） n=1.2的多變壓縮；（3） 絕熱壓縮。解答： 終態(tài)溫度、比容計(jì)算：參見(jiàn)理想氣體過(guò)程方程計(jì)算； 吸入功、升壓功、排出功、總耗功：參見(jiàn)書(shū)中計(jì)算式6-9（總耗功 = 升壓功 + 排出功 - 吸入功） 等溫方式多變方式等熵方式初溫

15、300.00 300.00 300.00 初壓0.10 0.10 0.10 終壓0.70 0.70 0.70 指數(shù)1.00 1.20 1.40 終溫300.00 414.93 523.09 比容10.86 0.86 0.86 比容20.12 0.17 0.21 吸入功86.13 86.13 86.13 升壓功167.60 164.98 160.12 排出功86.13 119.13 150.18 總耗功167.60 197.97 224.17 第七章 3、汽油機(jī)以空氣為工質(zhì)，進(jìn)氣參數(shù)為0.1MPa、50，壓縮比為6，每一循環(huán)中加入的熱量為750kJ/kg，求循環(huán)的最高溫度、最高壓力、循環(huán)的凈功和理論熱效率。解答：（下標(biāo)1,2,3,4參見(jiàn)書(shū)中圖7-2）（1）最高溫度T3（2）最高壓力p3（3）循環(huán)凈功w0（4）理論熱效率第八章 4、解答： （1）0.l7MPa壓力下飽和溫度115（2）0.1 MPa飽和蒸汽的比容為1.694 m3/kg結(jié)果1）：如果2L水指大氣壓下的體積，則m=2kg，結(jié)果2）：如果2L水指0.l7MPa壓力下的體積，則m=1.894kg，5、解答： 由p2=0.1MPa，t2=120，查得h2=2716.48 kJ/kg 由p2=0.1MPa查得 6、解答： (1)蒸汽需要的熱量由煙氣等壓放熱提供：（2）產(chǎn)生1kg蒸汽時(shí)各部分熵變： （3）可用能損