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文檔簡介
壓縮過程中對1kg空氣做的功篇一:作業(yè)答案
工程熱力學
作業(yè)
1:發(fā)動機噴管是一種特殊的管道,工質流經噴管后,壓強降低,流速增加,試利用熱力學第一定律給出出口速度的表達式。
答:工質流經噴管,位能可以忽略;由于在管內流動,不對外做功,ws=0;又因工質流速一般很高,可以按絕熱處理,q=0;所以,穩(wěn)定流量能量方程
22可以簡化為122:空氣在某壓氣機中被壓縮,壓縮前空氣參數為p1=1.0×105Pa,v1=0.845m3/kg;p2=8×105Pa,v2=0.175m3/kg;假設在壓縮過程中每千克空氣的內能增加146.5kJ,同時向外界放出熱量50kJ;壓氣機每分鐘消費壓縮空氣10kg。試求:〔1〕壓縮過程中對1kg空氣所做的壓縮功;〔2〕每消費1kg壓縮空氣所需的軸功;〔3〕帶動此壓縮機所需功率至少要多少千瓦。
答:壓氣機的工作過程包括進氣、壓縮、排氣3個過程。在壓縮過程中,進、排氣閥均關閉,因此此時的熱力系統是閉口系,與外界交換的功是容積功w。
要消費壓縮氣體,那么進、排氣閥要周期性的翻開和關閉,氣體進出氣缸,因此氣體與外界交換的功是軸功ws,又考慮氣體的動能、勢能變化不大,可忽略,那么此功也是技術功wt
。
〔1〕壓縮過程所作的功
由上述分析可知,在壓縮過程中,進、排氣閥均關閉,因此取氣缸內的氣體為熱力系,如圖,由閉口系能量方程,得
w=q〔2〕消費壓縮空氣所需的功
選氣體的進出口、氣缸內壁及活塞左端面所圍空間為熱力系,如以下圖,由開口系能量方程,得
〔3〕電動機的功率
P=10作業(yè)1:
答:如圖,取容器和氣缸中的整個空氣為系統,根據閉口系的能量方程有
Q=因為空氣可作為理想氣體處理,過程中溫度不變,那么作業(yè)2:
答:可以根據不同過程狀態(tài)參數大小關系,來判斷未知狀態(tài)參數變化規(guī)律。根據曲線斜率,判斷多變過程的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程,并在圖上用面積表示所耗過程功w和技術功wt。
篇二:工程熱力學課后作業(yè)答案chapter4
p73
4-11kg空氣在可逆多變過程中吸熱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空氣過程特征:多變過程
nln(p2/p1)/8)ln(v1/v2)
ln(1ln(1/10)
=0.9
因為
q內能變化為
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;
試求上述各過程中的膨脹功及熵的變化,并將各過程的相對位置畫在同一張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,其初始容積為1m3,終態(tài)容積為10m3,當初態(tài)和終態(tài)溫度均100℃時,試計算該閉口系統對外所作的功及熵的變化。該過程為:〔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質量為5kg的氧氣,在30℃溫度下定溫壓縮,容積由3m3變成0.6m3,問該過程中工質吸收或放出多少熱量?輸入或輸出多少功量?內能、焓、熵變化各為多少?解:q
V2V1
0.63-627.2kJ
放熱627.2kJ
因為定溫,內能變化為0,所以wV2V1
-2.1kJ/K
4-5為了試驗容器的強度,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℃的空氣充入受試驗的容器內,然后關閉進氣閥并把空氣加熱。大氣壓力B=101.3kPa,試問應將空氣的溫度加熱到多少度?空氣的內能、焓和熵的變化為多少?解:〔1〕定容過程
T2p2p1
100〔2〕內能變化:
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℃,經過以下不同的過程膨脹到同一終壓p2=0.1MPa:〔1〕定溫過程;〔2〕定熵過程;〔3〕指數為n=1.2的多變過程。試比擬不同過程中空氣對外所作的功,所進展的熱量交換和終態(tài)溫度。解:〔1〕定溫過程
Wp1p2
0.30.1
573.2kJ
QT2=T1=30℃〔2〕定熵過程
WRkT1[1p2p1
k)
k
]2871.4*303*[10.10.3
1.4)
1.4
]Q=0
篇三:清華大學工程熱力學習題課
工程熱力學課程習題
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系是p=cρ1.4,c為常數。在海平面上空氣的壓力和密度分別為1.013×105Pa和1.177kg/m3,假設在某山頂上測得大氣壓為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的讀數為360kPa,表B讀數為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室的絕對壓力;(2)表C的讀數;(3)圓筒頂面所受的作用力。
圖1-15
1-8假設某溫標的冰點為20°,沸點為75°,試導出這種溫標與攝氏度溫標的關系(一般為線性關系)。1-10假設用攝氏溫度計和華氏溫度計測量同一個物體的溫度。有人認為這兩種溫度計的讀數不可能出現數值一樣的情況,對嗎?假設可能,讀數一樣的溫度應是多少?1-14一系統發(fā)生狀態(tài)變化,壓力隨容積的變化關系為pV1.3=常數。假設系統初態(tài)壓力為600kPa,容積為0.3m3,試問系統容積膨脹至0.5m3時,對外作了多少膨脹功。
1-15氣球直徑為0.3m,球內充滿壓力為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。試求該過程空氣對外作功量。
1-161kg氣體經歷如圖1-16所示的循環(huán),A到B為直線變化過程,B到C為定容過程,C到A為定壓過程。試求循環(huán)的凈功量。假設循環(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。試求工質在汽化期間(1)內能的變化;(2)焓的變化。
2-3定量工質,經歷了一個由四個過程組成的循環(huán),試填充下表中所缺的數據,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能增加多少?2-6圖2-10所示的氣缸內充以空氣。氣缸截面積為100cm2,活塞距底面高度為10cm,活塞及其上負載的總質量為195kg,當地大氣壓為771mmHg,環(huán)境溫度t0=27℃,氣缸內氣體恰與外界處于熱力平衡。倘使把活塞上的負載取去100kg,活塞將突然上升,最后重新到達熱力平衡。設活塞與氣缸壁之間無摩擦,氣體可通過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上題中假設氣缸壁和活塞都是絕熱的,但兩者之間不存在摩擦,此時活塞上升距
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容器內的空氣,壓力為p0,溫度為T0。高壓管路(p,T)與之相通,使容器內壓力到達p時關上閥門。設高壓管路、閥門與容器均絕熱,但有一冷卻水管通過容器。假設欲在充氣過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??諝獾腞,cp和cv。2-13一臺鍋爐給水泵,將冷水壓力由p1=6kPa升高至p2=2.0MPa,假設冷凝水(水泵進口)流量為2×105kg/h,水密度ρH2O=1000kg/m3。假定水泵效率為0.88,問帶動此水泵至少要多大功率的電機。2-14一燃氣輪機裝置如圖2-11所示。空氣由1進入壓氣機升壓后至2,然后進入回熱器,吸收從燃氣輪機排出的廢氣中的一局部熱量后,經3進入燃燒室。在燃燒室中與油泵送來的油混合并燃燒,產生的熱量使燃氣溫度升高,經4進入燃氣輪機(透平)作功。排出的廢氣由5送入回熱器,最后由6排至大氣。其中壓氣機、油泵、發(fā)電機均由燃氣輪機帶動。(1)試建立整個系統的能量平衡式;(2)假設空氣質量流量m1=50t/h,進口焓h1=12kJ/kg,燃油流量m7=700kg/h,燃油進口焓h7=42kJ/kg,油發(fā)熱量q=41800kJ/kg,排出廢氣焓h6=418kJ/kg,求發(fā)電機發(fā)出的功率。
圖2-11
2-15某電廠一臺國產50000kW汽輪機發(fā)電機組,鍋爐蒸汽量為220t/h,汽輪機進口處壓力表上的讀數為10.0MPa,溫度為540℃。汽輪機出口處真空表的讀數為715.8mmHg。當時當地的大氣壓為760mmHg,汽輪機進、出口的蒸汽焓各為3483.4kJ/kg和2386.5kJ/kg。試求:(1)汽輪機發(fā)出的軸功率為多少千瓦?(2)假設考慮到汽輪機進口處蒸汽速度為70m/s,出口處速度為140m/s,那么對汽輪機功率的計算有多大影響?(3)如凝汽器出口的凝結水的焓為146.54kJ/kg,而1kg冷卻水帶走41.87kJ的熱量,那么每小時需多少噸冷卻水?是蒸汽量的幾倍?
2-16空氣在某壓氣機中被壓縮,壓縮前空氣的參數為p1=0.1MPa,v1=0.845m3/kg;壓縮后為p2=0.8MPa,v1=0.175m3/kg,假設在壓縮過程中每千克空氣的內能增加146.5kJ,同時向外界放出熱量50kJ;壓氣機每分鐘消費壓縮空氣10kg。試求:(1)壓縮過程中對1kg空氣所作的壓縮功;(2)每產生1kg壓縮空氣所需的軸功;(3)帶動此壓氣機所需功率至少要多少千瓦?
2-18某燃氣輪機裝置如圖2-12所示。壓氣機進口處空氣的焓h1=290kJ/kg,經
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的速度進入燃燒室,在定壓下燃燒,使工質吸入熱量q=670kJ/kg。燃燒后燃
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