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文檔簡(jiǎn)介
壓縮過(guò)程中對(duì)1kg空氣做的功篇一:作業(yè)答案
工程熱力學(xué)
作業(yè)
1:發(fā)動(dòng)機(jī)噴管是一種特殊的管道,工質(zhì)流經(jīng)噴管后,壓強(qiáng)降低,流速增加,試?yán)脽崃W(xué)第一定律給出出口速度的表達(dá)式。
答:工質(zhì)流經(jīng)噴管,位能可以忽略;由于在管內(nèi)流動(dòng),不對(duì)外做功,ws=0;又因工質(zhì)流速一般很高,可以按絕熱處理,q=0;所以,穩(wěn)定流量能量方程
22可以簡(jiǎn)化為122:空氣在某壓氣機(jī)中被壓縮,壓縮前空氣參數(shù)為p1=1.0×105Pa,v1=0.845m3/kg;p2=8×105Pa,v2=0.175m3/kg;假設(shè)在壓縮過(guò)程中每千克空氣的內(nèi)能增加146.5kJ,同時(shí)向外界放出熱量50kJ;壓氣機(jī)每分鐘消費(fèi)壓縮空氣10kg。試求:〔1〕壓縮過(guò)程中對(duì)1kg空氣所做的壓縮功;〔2〕每消費(fèi)1kg壓縮空氣所需的軸功;〔3〕帶動(dòng)此壓縮機(jī)所需功率至少要多少千瓦。
答:壓氣機(jī)的工作過(guò)程包括進(jìn)氣、壓縮、排氣3個(gè)過(guò)程。在壓縮過(guò)程中,進(jìn)、排氣閥均關(guān)閉,因此此時(shí)的熱力系統(tǒng)是閉口系,與外界交換的功是容積功w。
要消費(fèi)壓縮氣體,那么進(jìn)、排氣閥要周期性的翻開(kāi)和關(guān)閉,氣體進(jìn)出氣缸,因此氣體與外界交換的功是軸功ws,又考慮氣體的動(dòng)能、勢(shì)能變化不大,可忽略,那么此功也是技術(shù)功wt
。
〔1〕壓縮過(guò)程所作的功
由上述分析可知,在壓縮過(guò)程中,進(jìn)、排氣閥均關(guān)閉,因此取氣缸內(nèi)的氣體為熱力系,如圖,由閉口系能量方程,得
w=q〔2〕消費(fèi)壓縮空氣所需的功
選氣體的進(jìn)出口、氣缸內(nèi)壁及活塞左端面所圍空間為熱力系,如以下圖,由開(kāi)口系能量方程,得
〔3〕電動(dòng)機(jī)的功率
P=10作業(yè)1:
答:如圖,取容器和氣缸中的整個(gè)空氣為系統(tǒng),根據(jù)閉口系的能量方程有
Q=因?yàn)榭諝饪勺鳛槔硐霘怏w處理,過(guò)程中溫度不變,那么作業(yè)2:
答:可以根據(jù)不同過(guò)程狀態(tài)參數(shù)大小關(guān)系,來(lái)判斷未知狀態(tài)參數(shù)變化規(guī)律。根據(jù)曲線斜率,判斷多變過(guò)程的n值范圍。
作業(yè)3:試在T-s圖上定性表示出n=1.2的理想氣體的壓縮過(guò)程,并在圖上用面積表示所耗過(guò)程功w和技術(shù)功wt。
篇二:工程熱力學(xué)課后作業(yè)答案chapter4
p73
4-11kg空氣在可逆多變過(guò)程中吸熱40kJ,其容積增大為
v2的變化、膨脹功、軸功以及焓和熵的變化。解:熱力系是1kg空氣過(guò)程特征:多變過(guò)程
nln(p2/p1)/8)ln(v1/v2)
ln(1ln(1/10)
=0.9
因?yàn)?/p>
q內(nèi)能變化為
c5v=717.5J/(kgc7p2R75
cv=1004.5J/(kgn=3587.5J/(kg=8×103J
膨脹功:w×103J
焓變:p
熵變:v2v1
p2p1
=0.82×103J/(kg4-2有1kg空氣、初始狀態(tài)為p1〔1〕可逆絕熱膨脹到p2〔2〕不可逆絕熱膨脹到p2〔4〕可逆多變膨脹到p2;
試求上述各過(guò)程中的膨脹功及熵的變化,并將各過(guò)程的相對(duì)位置畫(huà)在同一張pwRT1k[1p2p1
k圖上
)
k
]=111.9×10
3
J
熵變?yōu)?〔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空氣的閉口系統(tǒng),其初始容積為1m3,終態(tài)容積為10m3,當(dāng)初態(tài)和終態(tài)溫度均100℃時(shí),試計(jì)算該閉口系統(tǒng)對(duì)外所作的功及熵的變化。該過(guò)程為:〔1〕可逆定溫膨脹;〔2〕向真空自由膨脹。解:〔1〕定溫膨脹功
wV2V1
V2V1
1017140kJ
19.14kJ/K
(2)自由膨脹作功為0
V2V1
19.14kJ/K
4-4質(zhì)量為5kg的氧氣,在30℃溫度下定溫壓縮,容積由3m3變成0.6m3,問(wèn)該過(guò)程中工質(zhì)吸收或放出多少熱量?輸入或輸出多少功量??jī)?nèi)能、焓、熵變化各為多少?解:q
V2V1
0.63-627.2kJ
放熱627.2kJ
因?yàn)槎?,?nèi)能變化為0,所以wV2V1
-2.1kJ/K
4-5為了試驗(yàn)容器的強(qiáng)度,必須使容器壁受到比大氣壓力高0.1MPa的壓力。為此把壓力等于大氣壓力。溫度為13℃的空氣充入受試驗(yàn)的容器內(nèi),然后關(guān)閉進(jìn)氣閥并把空氣加熱。大氣壓力B=101.3kPa,試問(wèn)應(yīng)將空氣的溫度加熱到多少度?空氣的內(nèi)能、焓和熵的變化為多少?解:〔1〕定容過(guò)程
T2p2p1
100〔2〕內(nèi)能變化:
72
52
*287*(568.3*287*(568.3p2p1
0.49kJ/(kg.K)
4-66kg空氣由初態(tài)p1=0.3MPa,t1=30℃,經(jīng)過(guò)以下不同的過(guò)程膨脹到同一終壓p2=0.1MPa:〔1〕定溫過(guò)程;〔2〕定熵過(guò)程;〔3〕指數(shù)為n=1.2的多變過(guò)程。試比擬不同過(guò)程中空氣對(duì)外所作的功,所進(jìn)展的熱量交換和終態(tài)溫度。解:〔1〕定溫過(guò)程
Wp1p2
0.30.1
573.2kJ
QT2=T1=30℃〔2〕定熵過(guò)程
WRkT1[1p2p1
k)
k
]2871.4*303*[10.10.3
1.4)
1.4
]Q=0
篇三:清華大學(xué)工程熱力學(xué)習(xí)題課
工程熱力學(xué)課程習(xí)題
第一章
1-1試將1物理大氣壓表示為以下液體的液柱高(mm),(1)水,(2)酒精,(3)液態(tài)鈉。它們的密度分別為1000kg/m3,789kg/m3和860kg/m3。
1-4人們假定大氣環(huán)境的空氣壓力和密度之間的關(guān)系是p=cρ1.4,c為常數(shù)。在海平面上空氣的壓力和密度分別為1.013×105Pa和1.177kg/m3,假設(shè)在某山頂上測(cè)得大氣壓為5×104Pa。試求山的高度為多少。重力加速度為常量,即g=9.81m/s2。
1-7如圖1-15所示的一圓筒容器,表A的讀數(shù)為360kPa,表B讀數(shù)為170kPa,表示室Ⅰ壓力高于室Ⅱ的壓力。大氣壓力為760mmHg。試求(1)真空室以及Ⅰ室和Ⅱ室的絕對(duì)壓力;(2)表C的讀數(shù);(3)圓筒頂面所受的作用力。
圖1-15
1-8假設(shè)某溫標(biāo)的冰點(diǎn)為20°,沸點(diǎn)為75°,試導(dǎo)出這種溫標(biāo)與攝氏度溫標(biāo)的關(guān)系(一般為線性關(guān)系)。1-10假設(shè)用攝氏溫度計(jì)和華氏溫度計(jì)測(cè)量同一個(gè)物體的溫度。有人認(rèn)為這兩種溫度計(jì)的讀數(shù)不可能出現(xiàn)數(shù)值一樣的情況,對(duì)嗎?假設(shè)可能,讀數(shù)一樣的溫度應(yīng)是多少?1-14一系統(tǒng)發(fā)生狀態(tài)變化,壓力隨容積的變化關(guān)系為pV1.3=常數(shù)。假設(shè)系統(tǒng)初態(tài)壓力為600kPa,容積為0.3m3,試問(wèn)系統(tǒng)容積膨脹至0.5m3時(shí),對(duì)外作了多少膨脹功。
1-15氣球直徑為0.3m,球內(nèi)充滿壓力為150kPa的空氣。由于加熱,氣球直徑可逆地增大到0.4m,并且空氣壓力正比于氣球直徑而變化。試求該過(guò)程空氣對(duì)外作功量。
1-161kg氣體經(jīng)歷如圖1-16所示的循環(huán),A到B為直線變化過(guò)程,B到C為定容過(guò)程,C到A為定壓過(guò)程。試求循環(huán)的凈功量。假設(shè)循環(huán)為A-C-B-A那么凈功量有何變化?
圖1-16
第二章
2-2水在760mmHg下定壓汽化,溫度為100℃,比容從0.001m3/kg增加到1.1763m3/kg,汽化潛熱為2250kJ/kg。試求工質(zhì)在汽化期間(1)內(nèi)能的變化;(2)焓的變化。
2-3定量工質(zhì),經(jīng)歷了一個(gè)由四個(gè)過(guò)程組成的循環(huán),試填充下表中所缺的數(shù)據(jù),并
2-51kg空氣由p1=1.0MPa,t1=500℃膨脹到p1=0.1MPa,t1=500℃,得到的熱量
506kJ,作膨脹功506kJ。又在同一初態(tài)及終態(tài)間作第二次膨脹僅參加熱量39.1kJ。求:(1)第一次膨脹中空氣內(nèi)能增加多少?(2)第二次膨脹中空氣作了多少功?(3)第二次膨脹中空氣內(nèi)能增加多少?2-6圖2-10所示的氣缸內(nèi)充以空氣。氣缸截面積為100cm2,活塞距底面高度為10cm,活塞及其上負(fù)載的總質(zhì)量為195kg,當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?71mmHg,環(huán)境溫度t0=27℃,氣缸內(nèi)氣體恰與外界處于熱力平衡。倘使把活塞上的負(fù)載取去100kg,活塞將突然上升,最后重新到達(dá)熱力平衡。設(shè)活塞與氣缸壁之間無(wú)摩擦,氣體可通過(guò)氣缸壁充分和外界換熱,求活塞上升的間隔和氣體的換熱量。
圖2-10
2-7上題中假設(shè)氣缸壁和活塞都是絕熱的,但兩者之間不存在摩擦,此時(shí)活塞上升距
離如何?氣體的最終狀態(tài)又如何?⊿u=cv⊿T,空氣的cv=0.71kJ/(kg·K)。2-121m3容器內(nèi)的空氣,壓力為p0,溫度為T(mén)0。高壓管路(p,T)與之相通,使容器內(nèi)壓力到達(dá)p時(shí)關(guān)上閥門(mén)。設(shè)高壓管路、閥門(mén)與容器均絕熱,但有一冷卻水管通過(guò)容器。假設(shè)欲在充氣過(guò)程中始終維持容器中的空氣保持T0,那么需向冷卻水放出的熱量為Q,求Q。空氣的R,cp和cv。2-13一臺(tái)鍋爐給水泵,將冷水壓力由p1=6kPa升高至p2=2.0MPa,假設(shè)冷凝水(水泵進(jìn)口)流量為2×105kg/h,水密度ρH2O=1000kg/m3。假定水泵效率為0.88,問(wèn)帶動(dòng)此水泵至少要多大功率的電機(jī)。2-14一燃?xì)廨啓C(jī)裝置如圖2-11所示??諝庥?進(jìn)入壓氣機(jī)升壓后至2,然后進(jìn)入回?zé)崞?,吸收從燃?xì)廨啓C(jī)排出的廢氣中的一局部熱量后,經(jīng)3進(jìn)入燃燒室。在燃燒室中與油泵送來(lái)的油混合并燃燒,產(chǎn)生的熱量使燃?xì)鉁囟壬?,?jīng)4進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)(透平)作功。排出的廢氣由5送入回?zé)崞?,最后?排至大氣。其中壓氣機(jī)、油泵、發(fā)電機(jī)均由燃?xì)廨啓C(jī)帶動(dòng)。(1)試建立整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡式;(2)假設(shè)空氣質(zhì)量流量m1=50t/h,進(jìn)口焓h1=12kJ/kg,燃油流量m7=700kg/h,燃油進(jìn)口焓h7=42kJ/kg,油發(fā)熱量q=41800kJ/kg,排出廢氣焓h6=418kJ/kg,求發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率。
圖2-11
2-15某電廠一臺(tái)國(guó)產(chǎn)50000kW汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組,鍋爐蒸汽量為220t/h,汽輪機(jī)進(jìn)口處壓力表上的讀數(shù)為10.0MPa,溫度為540℃。汽輪機(jī)出口處真空表的讀數(shù)為715.8mmHg。當(dāng)時(shí)當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簽?60mmHg,汽輪機(jī)進(jìn)、出口的蒸汽焓各為3483.4kJ/kg和2386.5kJ/kg。試求:(1)汽輪機(jī)發(fā)出的軸功率為多少千瓦?(2)假設(shè)考慮到汽輪機(jī)進(jìn)口處蒸汽速度為70m/s,出口處速度為140m/s,那么對(duì)汽輪機(jī)功率的計(jì)算有多大影響?(3)如凝汽器出口的凝結(jié)水的焓為146.54kJ/kg,而1kg冷卻水帶走41.87kJ的熱量,那么每小時(shí)需多少噸冷卻水?是蒸汽量的幾倍?
2-16空氣在某壓氣機(jī)中被壓縮,壓縮前空氣的參數(shù)為p1=0.1MPa,v1=0.845m3/kg;壓縮后為p2=0.8MPa,v1=0.175m3/kg,假設(shè)在壓縮過(guò)程中每千克空氣的內(nèi)能增加146.5kJ,同時(shí)向外界放出熱量50kJ;壓氣機(jī)每分鐘消費(fèi)壓縮空氣10kg。試求:(1)壓縮過(guò)程中對(duì)1kg空氣所作的壓縮功;(2)每產(chǎn)生1kg壓縮空氣所需的軸功;(3)帶動(dòng)此壓氣機(jī)所需功率至少要多少千瓦?
2-18某燃?xì)廨啓C(jī)裝置如圖2-12所示。壓氣機(jī)進(jìn)口處空氣的焓h1=290kJ/kg,經(jīng)
壓縮后,空氣升溫使比焓增為h2=580kJ/kg,在截面2處與燃料混合,以c2=20m/s的速度進(jìn)入燃燒室,在定壓下燃燒,使工質(zhì)吸入熱量q=670kJ/kg。燃燒后燃
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