工程熱力學(xué)(第五版)課后習(xí)題答案

工程熱力學(xué)（第五版）習(xí)題答案

工程熱力學(xué)（第五版）廉樂(lè)明譚羽非等編

第二章氣體的熱力性質(zhì)

“2的M=28,求（1）^2的氣體常數(shù)：（2）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的比容和密度；（3）〃=/=500七時(shí)的摩

爾容積

解：（1）N2的氣體常數(shù)

⑵標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的比容和密度

（3）〃=SI"。。，，=500，c時(shí)的摩爾容積Mv

Mv=Pm"kinoI

2-3.把CO2東送到容積3m3的儲(chǔ)氣罐里，起始表壓力外"_30kPa,終了表壓力Pg2-~023Mpa,溫度由tl=45℃

增加到［2=7（TC。試求被壓入的C02的質(zhì)量。當(dāng)?shù)卮髿鈮築=101.325kPa。

解：熱力系：儲(chǔ)氣罐。

應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程。

壓送前儲(chǔ)氣罐中CO2的質(zhì)量

壓送后儲(chǔ)氣罐中的質(zhì)量

根據(jù)題意

〃

=/+B⑴

1)2=p+B

g2⑵

H=H+273(3)

T2=t2+273（4）

壓入的CO2的質(zhì)量

加=，〃1一〃?2=上（以一旦）

RT2T\

招⑴、（2）、（3）、（4）代入（5）式得

2-5當(dāng)外界為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)，一鼓風(fēng)機(jī)每小時(shí)可送300m3的空氣，如外界的溫度增高到27℃,大氣壓降低到99.3kPa,而

鼓風(fēng)機(jī)每小時(shí)的送風(fēng)量仍為300m3,問(wèn)鼓風(fēng)機(jī)送風(fēng)量的質(zhì)量改變多少？

解：?jiǎn)柹项}

m=ml—m2==—（--WL三）x]000

RT2T\287300273

2-6空氣壓縮機(jī)每分鐘自外界吸入溫度為15℃3m3,充入容積8.5m3的信氣罐內(nèi)。設(shè)開始時(shí)罐內(nèi)的溫度和壓力與外界相

同,問(wèn)在多長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)空氣壓縮機(jī)才能將氣罐的表壓力提高到0.7MPa?設(shè)充氣過(guò)程中氣罐內(nèi)溫度不變。

解:熱力系：儲(chǔ)氣罐。

使用理想氣體狀態(tài)方程。

第一種解法：

首先求終態(tài)時(shí)需要充入的空氣質(zhì)量

cp2v27XIO5X8.5

m2=-------=----------------

RT2287x288kg

壓縮機(jī)每分鐘充入空氣量

RT287x288kg

所需時(shí)間

第二種解法

符空氣充入儲(chǔ)氣罐中，實(shí)際上就是等溫情況下把初壓為O.IMPa一定量的空氣壓縮為0.7MPa的空氣；或者說(shuō)0.7MPa、8.5

m3的空氣在O.IMPa下占體積為多少的問(wèn)題。

根據(jù)等溫狀態(tài)方程

0.7MPa.8.5m3

p2V20.7x8.5

V1=-------=----------=jy.j

Pl0.1m3

壓縮機(jī)每分鐘可以壓縮O.IMPa的空氣3m3,那么要壓縮59.5m3的空氣需要的時(shí)間

2-8在一直徑為400mm的活塞上置有偵量為3000kg的物體，氣缸中空氣的溫度為18C,質(zhì)量為。加熱后其容枳增大

為原來(lái)的兩倍。大氣壓力B=101kPa,問(wèn)：(1)氣缸中空氣的終溫是多少？(2)終態(tài)的比容是多少？(3)初態(tài)和終態(tài)

的密度各是多少？

解：熱力系：氣缸和活塞構(gòu)成的區(qū)間,

使用理想氣體狀態(tài)方程。

(1)空氣終態(tài)溫度

V2

T2=—T\=

VI582K

(2)空氣的初容積

p=3OOOX9.8/（nr2

口二也2:

P0.527m3

空氣的終態(tài)比容

cV22V1

vz=——=----

mm=0.5m3/kg

或者

rRT2

vz=-----=

P0.5m3/kg

（3）初態(tài)密度

1in2.12

p\=—=-------

VI0.527=4kg/m3

c1

p2=—=

u22kgZm3

2-9

解：（1）氮?dú)赓|(zhì)量

pv13.7xl06x0.05

m=----=---------------------

RT296.8x300

（2）熔化溫度

丁pv16.5x106xO.O5

niR7.69x296.8=36IK

2-14=76.8%^

如果忽略空氣中的稀有氣體，那么可以認(rèn)為其質(zhì)量成分為8色=23.2%,gN2試求空氣的折合

分子量、氣體常數(shù)、容積成分及在標(biāo)卷狀態(tài)下的比容和密度。

解：折合分子量

氣體常數(shù)

K=&二8314

-M~28.86=288〃（必?《）

容積成分

）

r/,=&。2M1Mo2=209%

一1一20.9%=79.1%

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的比容和密度

M28.86

p=-----=--------

22.422.4=].288kg/m3

1

v=——

p=0.776m3/kg

2/5天然氣的容枳成分-7%,46=0.6%/M=0J8%,戴。川8%,-2=。.2%,

rV2=1.83%o試求：

天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度：

各組成氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的分壓力。

解：（1）密度

3-7解：熱力系：質(zhì)量氣體

閉口系統(tǒng)，狀態(tài)方程：P=m+b

△U=1.5[(1.5p2v2-85)-(1.5plvl-85)]_力

V0UnKJ

在狀態(tài)方程得

l(K)0=a*0.2+b

200=a*1.2+b

解上兩式得：

a=-800

b=H60

那么功量為

W=1可pdu=1.5[-(-8OO)v2-1160vJ^

?2=900kJ

過(guò)程中傳熱量

2=AU+W=9901D

3-8容枳由隔板分成兩局部，左邊破有壓力為600kPa,溫度為27P的空氣，右邊為真空，容枳為左邊5倍。將隔板抽

出后，空氣迅速膨張充滿整個(gè)容器。試求容器內(nèi)最終壓力和溫度。設(shè)膨脹是在絕熱下進(jìn)行的。

解：熱力系：左邊的空氣

系統(tǒng)：整個(gè)容器為閉口系統(tǒng)

過(guò)程特征：絕熱，白山膨脹

根據(jù)閉口系統(tǒng)能量方程

絕熱Q=°

自由膨脹w=o

因此AU=O

對(duì)空氣可以看作理想氣體，其內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，得

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程

V2V267/kPa

3-9一個(gè)儲(chǔ)氣罐從壓縮空氣總管充氣，總管內(nèi)壓縮空氣參數(shù)恒定，為500kPa,25C。充氣開始時(shí)，罐內(nèi)空氣參數(shù)為100

kPa,25C。求充氣終了時(shí)罐內(nèi)空氣的溫度。設(shè)充氣過(guò)程是在絕熱條件下進(jìn)行的。

解：開口系統(tǒng)

特征：絕熱充氣過(guò)程

工質(zhì)：空氣(理想氣體J

根據(jù)開口系統(tǒng)能量方程，忽略動(dòng)能和未能，同時(shí)沒(méi)有軸功，沒(méi)有熱量傳遞。

沒(méi)有流出工質(zhì)m2=0

dE=dU=(mu)cv2-(mu)cv1

終態(tài)工質(zhì)為流入的工質(zhì)和原有工質(zhì)和m0=mcv2-mcvl

mcv2ucv2-mcv1ucvl=mOhO(1)

hO=cpTO

ucv2=cvT2

ucvl=cvTI

pW

mcvl=Rn

p2V

mcv2=RT2

代入上式（1）整理得

3-io供暖用風(fēng)機(jī)連同加熱器，把溫度為八二°℃的冷空氣加熱到溫度為，2=25°C,然后送入建筑物的風(fēng)道內(nèi)，

逆風(fēng)量為/S,風(fēng)機(jī)軸上的輸入功率為IkW,設(shè)整個(gè)裝置與外界絕熱。試計(jì)算；（1）風(fēng)機(jī)出口處空氣溫度；（2）空氣在加

熱曙中的吸熱量；（3）假設(shè)加熱器中有阻力，空氣通過(guò)它時(shí)產(chǎn)生不可逆的摩擦擾動(dòng)并帶來(lái)壓力降，以上計(jì)算結(jié)果是否正

確？

解：開口穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流系統(tǒng)

⑴風(fēng)機(jī)入口為o℃那么出口為"，Cp0.56x1.006xlO3℃

r2=rl+A/=1.78c

空氣在加熱器中的吸熱量

⑶假設(shè)加熱有阻力，結(jié)果?仍正確；但在加熱器中的吸熱量減少。加熱器中

Q=h2-h}=u2+P2y2-（Wl+Plvl）p2減小故吸熱減小。

3-11一只3的罐，與溫度為279、壓力為7MPa的壓縮空氣干管相連接，當(dāng)閥門翻開，空氣流進(jìn)罐內(nèi)，壓力到達(dá)

5MP”時(shí)，把閥門關(guān)閉。這一過(guò)程進(jìn)行很迅速，可認(rèn)為絕熱。儲(chǔ)罐的閥門關(guān)閉后放置較長(zhǎng)時(shí)間，最后猱內(nèi)溫度回復(fù)到室溫。

府儲(chǔ)罐內(nèi)最后壓力是多少？

解：熱力系：充入罐內(nèi)的氣體

由于對(duì)真空罐充氣時(shí)，是焰變內(nèi)能的過(guò)程

罐內(nèi)溫度回復(fù)到室溫過(guò)程是定容過(guò)程

3-12壓力為IMPa和溫度為200C的空氣在一主管道中穩(wěn)定流動(dòng)?，F(xiàn)以一絕熱容器用帶閥門的管道與它相連，慢慢

開啟閥門使空氣從主管道流入容器。設(shè)（1）容器開始時(shí)是真空的；（2）容器裝有一個(gè)用彈簧控制的活塞，活塞的位移與

施加在活塞上的壓力成正比，而活塞上面的空間是真空，假定彈簧的最初長(zhǎng)度是自由長(zhǎng)度：（3）容器裝在一個(gè)活塞，其

上有重物，需要IMPa的壓力舉起它。求每種情況下容器內(nèi)空氣的最終溫度？

解：（1）同上題

T=k"=1.4X473=662K=389C

（2）h=ll+vv

h=cpTO

L=kp

—%—T0=

T=G'+552K=279℃

同（2）只是W不同

-^—TO=TO=

c十A

T=v473K=200，C

3-13解：W=-M

對(duì)理想氣體

3-14解：（1）理想氣體狀態(tài)方程

72=^1^=2*293

"1=586K

（2）吸熱：

Q=mcv\T=

3-15解：煙氣放熱等于空氣吸熱

lm3空氣吸取1.09m3的煙氣的熱

2=1.09x245=267kJ

Qf\T—___-26-7----------------

pvc1.293x1x1.01

廠—2J5C

t2=10+205=215"C

316解.㈤川+m2h2=(m\+m2)h3

代入得：

丁m\cT\+m2cT2120*773+210x473

(加+m2)c330

=309C

3-17解：等容過(guò)程

3-18解：定壓過(guò)程

pl—2068.4x103x0.03

TT二，〃R1x287

內(nèi)能變化：

焙變化：

A//=kAU=1.4x156.3=218.8kJ

功量交換：V2=2Vl=0.06/n3

熱量交換：Q=AU+W=156.3+62.05w35kJ

第四章理想氣體的熱力過(guò)程及氣體壓縮

4-11kg空氣在可逆多變過(guò)程中吸熱40kJ,其容積增大為u2=l°W,壓力降低為〃2=〃1/8,設(shè)比熱為定值，求過(guò)

程中內(nèi)能的變化、膨脹功、軸功以及培和烯的變化。

解：熱力系是1kg空氣

ln(/?2/pl)ln(1/8)

〃----------------=-------------

過(guò)程特征：多變過(guò)程ln(l/10)

區(qū)為

內(nèi)能變化為

AW=CVAT=^./CM=8X1O3J

膨脹功：."與一八"=32X103J

W=HW=

軸功：,28,8X103J

△h-c\T=kAu

雄變:pX8=ll.2XI03J

Pvl卜plXI03—?K)

端變:

4-2有ikg空氣、初始狀態(tài)為〃=15°c,進(jìn)行以下過(guò)程:

(1)可逆絕熱膨脹到〃2=SI"""：

(2)不可逆絕熱膨脹到〃2二0?IMP",T2=300K.

(3)可逆等溫膨脹到〃2=0?IMP"：

(4)可逆多變膨脹到〃2=°-IMP%多變指數(shù)〃=2：

試求上述各過(guò)程中的膨脹功及燃的變化，并將各過(guò)程的相對(duì)位置畫在同一張〃一“圖和7圖上

解：熱力系1kg空氣

膨脹功：

RT\

w=------

X103J

婚變?yōu)?

⑵卬=-△〃=,01-72)x3

卬=Anin包

(3)P?xi03J，(kg?K)

A5=Rln且

I）2*io3J，（kg?K）

RTip2—.

叫一;口rt一（z上7）x〃J

⑷〃-1x103J

4-3具有Ikmol空氣的閉口系統(tǒng)，其初始容積為lm3,終態(tài)容枳為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)外所作的功及燃的變化。該過(guò)程為：（1）可逆定溫膨脹：（2）向真空自由膨脹。

卬=mRT\n—=1.293*22.4*287*373xln—=

解：（1）定溫膨脹功VI17140kJ

⑵自由膨脹作功為0

4-4質(zhì)量為5kg的氧氣，在30c溫度下定溫壓縮，容積由3m3變成，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、培、烯變化各為多少？

q=mRTln—=5*259.8*300*ln—=

M：VI3

K為定溫，內(nèi)能變化為o,所以

內(nèi)能、玷變化均為o

熠變:

V2

Av=mR\n——=

VI-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O.IMPa的壓力。為此把壓力等于大氣壓力?；於葹?3C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=10L3kPa,試問(wèn)應(yīng)將空氣的溫度加熱到多少度？

空氣的內(nèi)能、焰和熄的變化為多少？

解：（1）定容過(guò)程

△〃=Cv（r2-Tl）=-*287*（568.3-286）=

內(nèi)能變化：2

7

A/?=（72-71）=—*287*（568.3-286）=

2283.6kJ/kg

A1p2

A.v=cvIn——=

Pl0.49kJ/（kg.K）

4-66kg空氣由初態(tài)pl=0.3MPa,tl=30*C,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）

定燧過(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)行的熱量交換和終態(tài)溫度。

解：（1）定溫過(guò)程

W=mRTh］旦=6*287*3O3*ln—=

p201573.2kJ

T2=TI=3OrC

(2)定燧過(guò)程

W=/n—n[l-(-^)v]=6*^^-*303*[l-(—)Tr]=

IPl14-103351.4kJ

Q=0

(3)多變過(guò)程

W=m-in-T2]=6**[303-252.3]=

〃一11.2—1436.5kJ

Q=g(T2-71)=6*q*(252.3-303)=

〃T218.3kJ

4一7空氣的初態(tài)為pl=0.6MPa,vi=/kg0經(jīng)過(guò)一個(gè)多變過(guò)程后終態(tài)變化為p2=0.12MPa,v2=/kg。試求該過(guò)程的多變指

數(shù)，以及每千克氣體所作的功、所吸收的熱量以及內(nèi)能、熔和燃的變化。

_ln(〃2/〃l)_ln(0.12/0.6)

解：⑴求多變指數(shù)"儂3/%=30.236/0.815)

1千克氣體所作的功

1

w—[p\v\-P2v2]-——*(0.6*0.236-0.12*0.815)-

n-11?3-1146kJ/kg

吸收的熱量

13-141

-——：---------(0.12*0.825-0.6*0.236)=

1.3-114-136.5kJ/kg

內(nèi)能:

1八八c1tn

A"—q1—w—\.46-36.5—_—109.5kJ/kg

△h=cp(T2-T\)=—(p2v2-plvl)=

嬉：&-1-153.3kJ/kg

△s=c?In—4-c,In=1004.5*In。⑻'+7174*|n0」?

咕

W：vlrpl0.2360.6—90J/(kg.k)

p2=7pl

4-81kg理想氣體由初態(tài)按可逆多變過(guò)程從400c降到10(TC,壓力降為6,該過(guò)程的膨脹功為200kJ,吸熱

量為40kJ,設(shè)比熱為定值，求該氣體的,〃和八

解：

=c(T2-T\)=q-vr=-160

vKJ

?=533J/(kg.k)

=含。5喑1骨葭,

R=327.l/(kg.k)

代入解得：’2=533+327=860J/(kg.k)

4-9將空氣從初態(tài)1,ll=2(TC,定璃壓縮到它開始時(shí)容積的1/3,然后定溫膨脹，經(jīng)過(guò)兩個(gè)過(guò)程，空氣的容積和開始時(shí)的容

程相等。求1kg空氣所作的功。

卬1=3”(瑪早］=也”當(dāng)口=也坐"-3個(gè)

解：k-\p\攵一1v21.4-1

=-116kJ/kg

p3

w2=/?72ln—=287*454.7*ln(l/3)

u2=143.4kJ/kg

w=wl+w2=27.4kJ/kg

4-101kg氮?dú)鈴某鯌B(tài)1定壓膨脹到終態(tài)2,然后定焙膨脹到終態(tài)3。設(shè)以下各參數(shù)："=500C,v2=/kg,p3=O.lMPa,v3=/kg.

求(1)I、2、3三點(diǎn)的溫度、比容和壓力的值。(2)在定位膨脹和定熠膨脹過(guò)程中內(nèi)能的變化和所作的功。

p2=p3(—)k=0.1*(—),4

解：⑴遮0.25=1.5MPa

P2v21.5*0.25*10''

T2=

R296.8=I263K

pl=p2=1.5MPa

旦2

vl=T2=0.15m3/kg

—P3v30.1*1.73*10

15=--------=--------------------

R296.8_583K

(2)定壓膨脹

”(T2-71)ikg

I。-")—

定焰膨脹

吟。5小

w=-[T2-T3]=

k-1-505kJ/kg

或者：其q=0,W=-&J-5O5kJ/kg

4-111標(biāo)準(zhǔn)m3的空氣從初態(tài)1pl=0.6MPa,(l=300'C定端膨脹到狀態(tài)2,且v2=3vl0空氣由狀態(tài)2繼續(xù)被后溫壓縮，直

到比容的值和開始時(shí)相等，v3=vl,求1、2、3點(diǎn)的參數(shù)(P.T.V)和氣體所作的總功。

,RT\287*573

vl=------=------------=

解：Pl6x10-0.274m3/kg

〃2=p碌…65

0.129MPa

72=71(—)^'=573*(-)04=

u23369K

V2=3V1=0.822m3

T3=T2=369K

V3=VI=0.274m3

p3=p2(—)=0.129*——=

□3V10.387MPa

4-12壓氣機(jī)抽吸大氣中的空氣，并將其定溫壓縮至p2=5MPa。如壓縮150標(biāo)準(zhǔn)m3空氣，試求用水冷卻壓氣機(jī)氣缸所

必須帶走的熱量。設(shè)大氣處丁?標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。

Q=W=pWlIn包=0.101325*106*150*In°，10L25=

解：P2§-59260kJ

4-13活塞式壓氣機(jī)吸入溫度tl=20C和壓力pl=0.1MPa的空氣，壓縮到p2=0.8MPa,壓氣機(jī)每小時(shí)吸氣量為600標(biāo)準(zhǔn)

m3。如壓縮按定溫過(guò)程進(jìn)行，問(wèn)壓氣機(jī)所需的理論功率為多少千瓦？假設(shè)壓縮按定端過(guò)程進(jìn)行，那么所需的理論功率又

為多少千瓦？

解：定溫：

Hl=-pV=--10-00-0-0x-60-0=

RT287*273*3600/s

定燧

kRT\「八…-1.4*287*293-，().8、空】

TI71=m——[1-(-4)人]=0.215*———■—[1-(—)141

攵-1pl1.4-10.1=—51.3KW

600kg：設(shè)空氣所初始溫度為20℃,壓力為O.IMPa。求壓氣機(jī)需要的最小理論功率和最大理論功率。假設(shè)按n=1.22的

多變過(guò)程壓縮，需要的理論功率為多少？

解：最小功率是定溫過(guò)程

m=600/36(X)=l/6kg/s

W、=niRT\In=

p2=-25.lKW

最大功率是定輸過(guò)程

多變過(guò)程的功率

4-15實(shí)驗(yàn)室需要壓力為6MPa的壓縮空氣，應(yīng)采用一級(jí)壓縮還是二級(jí)壓縮？假設(shè)采用二級(jí)壓縮，最正確中間壓力應(yīng)等

于多少？設(shè)大氣壓力為0.1,大氣溫度為20,壓縮過(guò)程多變指數(shù)n=1.25,采用中間冷卻器能將壓縮氣體冷卻到初溫。試

計(jì)算壓縮終了空氣的溫度。

解：床縮比為60.故應(yīng)采用?，級(jí)壓縮.

中間壓力：p2=dP'p3=0.775MPa

Q〃-1

73=72（勺工

P2=441K

4-16有一離心式壓氣機(jī),每分鐘吸入pl=0.1MPa,ll=16'C的空氣400m3,排出時(shí)p2=0.5MPa,12=753設(shè)過(guò)程可逆,

試求：

⑴此壓氣機(jī)所需功率為多少T?瓦？

⑵該壓氣機(jī)每分鐘放出的熱量為多少千焦？

pW\

m=-----

解：⑴RT'=k

Ws=mnw=m----(T1—72)=

〃-11I83KW

Q=m^cv(T2-T\)

⑵〃一?=

4-17三臺(tái)空氣壓縮機(jī)的余隙容積均為6%,進(jìn)氣狀態(tài)均為O.IMPa、27'C,出口壓力均為0.5MPa,但壓縮過(guò)程的指數(shù)不

同，分別為：nl=1.4,n2=1.25,n3=l.試求各壓氣機(jī)的容枳效率（假設(shè)膨脹過(guò)程的指數(shù)和壓縮過(guò)程的指數(shù)相同）。

第五章熱力學(xué)第二定律

7；-7；873-313

11,c-7；--8T3-=64.14%

5-1(1)

⑵%=%?=0.6414xl00=64.l4kW

⑶02=(1,應(yīng)=(1-0.6414)x100=35.86kW

T}-T21000-400

7；~1000=60%

5-2

該循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)不能實(shí)現(xiàn)

%=?！▋|一乙）=1。1乂（1°0°-300）=707kj/kg

5-3

7]-7；_1000-300

=70%

7.C7；~1000

5-4

0,=^-Q=—x1（）0000=89765kJ/h

5-5⑴一1293

293

=9.77

293-263

P=100000kJ/h=1（）（）（X）0=27.78kW

⑶3600

293

4=14.65

"T「l\293-273

5-6（1）

pT_（「4）X1200

112---------------------

由Ef3600t2=20℃

得工=313K=40OQ

Q=n/（Q]=0.3x5xl0000=15000kJ/h

58Q2=Q（l_7z）=lOOOOx0_O.3）=7OOOkJ/h

5-9可逆絕熱壓縮終態(tài)溫度心

nK/03p.4

T?=E"=300x—=410.6

\PiJ〈S11K

可逆過(guò)程。=4°+卬=°,不可逆過(guò)程Q=AU'+W'=°

且W'=L1W,那么AU'=1.1AU

7；,=7；+1.1（7；-7；）=300+1.1x（410.6-300）=421.7K

色；T?_258一737

5-10理論制冷系數(shù)：293-258…

125700……

P=0-----------=4.74kW

制冷機(jī)埋論功率：￡?7.37x3600

2=Q?+p=125700+4.74x3600=142756kJ/h

散熱量:

^142756

w===4867.2kg/h

4.19x7

冷卻水量:

5-11(1)^；=e,-A(71=100-30=70kJ

那么第二個(gè)過(guò)程熱源吸熱：

工質(zhì)向熱源放熱：

5-12可逆定溫壓縮過(guò)程婚變：

可逆過(guò)程耗功：

實(shí)際耗功.加=L25w=1.25x(—264)=-330kJ/kg

因不可逆性引起的耗散損失：

^=\s+—=-0.66+—=-0.44kJ/kg?K

總?cè)甲儯骸?00

5/34=，億-1),%=”3-工)

q^RT.InA%一(7；-為+柱加區(qū)

5-14〃2,〃3

一＜znr=1940K7；'=660K

⑺叱)=Q閔=1000x66%=660kJ

py._400x0.1

m==0.445kg

y標(biāo)—().287x313

5-16

4=7；衛(wèi)=400x2.5=10()0K

5-17(1)-Pi

⑵w=0-%=433.8-264.3=169.5kJ/kg

R(T.-T]

W=niKw=mK----------r=20

5-18(1)1

1.4-1

=298x0.4^=229.4K

n-'1.3-1

7；=7；匡”=303x|—|13=515.5K

5J9IPJI?！?

=_^=5O：8=OJ75口/kg.K

環(huán)境燧變：々290

5fin或―Rin一

空氣煙I變：4Pi

孤立系統(tǒng)烯變：

"、「

1\=T'bK=800x/—02A=505.1K

5-20I1J

排開環(huán)境所作的功為作功能力損失(5l.2kJ/kg)

1.2-i

T『T'久”=800x(與"=611.8K

5-21I，"〈IJ

/y?=2^=200x10=H94

R7；0.287x500

5-22

KR(T}-T2)_1.4x0.287x(500-320)

叱==180.74kJ/kg

5-23K-\1.4-1

一宣二「2221^=67.3%

⑴；

5-24T1000-20

⑵”號(hào).蒜=7。%

C)22=(2(1-77)=1000x(1-0.673)=327kJ

=儂九

A=300x0.09=27kJ符合!

第六章習(xí)題解答

（濕蒸氣區(qū)T恒定）

6-6（乳=~償I

小二旦小

5q=cvdT+T

6-7v-b

du=cvdT+-pdv=cYdT+

⑴I〃

J"圖-

62P

=0

dT2

1與Y無(wú)關(guān)，僅與T有關(guān)

Tds=cdT-vdpTds=cdT+pdv

6-10pv

v-b20-0.03168

q=RT\n2=8.314x500xIn

V)-b3^0.03168

6/1=5782.7kJ/kmol

ln』d」_2833.47r1

0.46141273.16

P\RUT?)258.15；

6-12=-1.3072

p2=p￡"=611.2e“Q2=165.4pa

笫七章水蒸氣

7-1當(dāng)水的溫度t=80℃,壓力分別為0.01、0.05、0.1、0.5及IMPa時(shí)，各處于什么狀態(tài)并

求出該狀態(tài)下的熔值。

解：查表知道t=80℃時(shí)飽和壓力為0.047359MPa。

因此在0.01、0.05、0.1、0.5及IMPa時(shí)狀態(tài)分別為過(guò)熱、未飽和、未飽和，未飽和、未飽

和。焙值分別為2649.3kJ/kg,334.9kJ/kg,335kJ/kg,335.3kJ/kg,335.7kJ/kg。

7—2濕蒸汽的壓力p=lMPa干度x=0.9。試分別用水蒸氣表和h-s圖求出hx,vx,ux,sx。

解：查表得：h、、=2777kJ/kgh'=762.6kJ/kg

v'、=0.1943m3/kgvs=0.0011274m3/kg

iT=h'、一pv、'=2582.7kJ/kgu'=h、-pv'=761.47kJ/kg

s''=6.5847kJ/(kg.K)s'=2.1382kJ/(kg.K)

hx=xh'、+(l-x)h'=2575.6kJ/kg

vx=xv''+(1-x)v'=O.1749m3/kg

ux=xu'+(l-x)u=2400kJ/kg

sx=xs'v+(1-x)s'=6.14kJ/(kg.K)

7-3在V=60L的容器中裝有濕飽和蒸汽，經(jīng)測(cè)定其溫度1=210℃,干劑和蒸汽的含量

nw=0.57kg,試求此濕蒸汽的干度、比容及焰值。

解：t=210℃的飽和汽和飽和水的比容分別為：

v'、=0.10422m3/kgv、=0.0011726m3/kg

h''=2796.4kJ/kgh'=897.8kJ/kg

m=——“

濕飽和蒸汽的質(zhì)量：x

解之得：

比容：vx=xv''+(l-x)v'=0.0558m3/kg

焰：hx=xh''+(l-x)h'=1904kJ/kg

7-4將2kg水盛于容積為0.2m3的抽空了的密閉剛性容器中，然后加熱至200℃試求容器

+(1)壓力；(2)焰；(3)蒸汽的質(zhì)量和體積。

解：⑴查20()°C的飽和參數(shù)

h'、=2791.4kJ/kgh'=852.4kJ/kg

飽和壓力1.5551MPa。

剛性容器中水的比容：

0.2

v=——

2=0.1m3/kgvv'、

因此是濕蒸汽。

壓力是飽和壓力1.5551MPa0

v-v'

xr=-----

干度：「3

蒸汽的質(zhì)量和體積：

mv=xXX2=1.56kg

V=mvX

7-58m3的濕蒸汽，在p=0.9MPa時(shí)，其濕度(l—x)=0.65,求此濕蒸汽的質(zhì)量與焰。

解：p=0.9MPa的飽和參數(shù)

h''=2773kJ/kgh'=742.6kJ/kg

濕蒸汽的質(zhì)量：

V=城'+(1-x)u'=0.0759m3/kg

XX103kJ

7-6有一臺(tái)采暖鍋爐，每小時(shí)能生產(chǎn)壓力p=lMPa（絕對(duì)）、x=0.95的蒸汽1500kg。當(dāng)蒸

汽的流速c425m/s時(shí)，管道中的壓力損失可以不計(jì)，求輸汽管的內(nèi)徑最小應(yīng)多大？

v=皿'、+（1-x）u'=o.18464m3/kg

._tnv

蒸汽體積流量：3600

輸汽管的半徑最小為一匚

7-7某空調(diào)系統(tǒng)采用p=0.3MPa、x=0.94的濕蒸汽來(lái)加熱空氣。暖風(fēng)機(jī)空氣的流量為每小

時(shí)4000標(biāo)準(zhǔn)m3,空氣通過(guò)暖風(fēng)機(jī)（從0℃）被加熱到120C。設(shè)蒸汽流過(guò)暖風(fēng)機(jī)后全部變

為p=0.3MPa的凝結(jié)水。求每小時(shí)需要多少千克蒸汽（視空氣的比熱為定值）。

解：空氣吸收的熱量：

5

ApV&IxlOx4000,“、

q=me,At=——c?Ar=----------------x1.01x120

'RTP287x273=619000kJ/h

p=0.3MPa的飽和參數(shù)：

h''=2725.5kJ/kgh'=561.4kJ/kg

需要蒸汽

h-h、304.28kg/h

法二：

濕蒸汽中起加熱作用的僅為干飽和蒸汽

4000*1.293*1.005*120

in=-------------------------------

0.94*（2725.5-561.4）=3（）6.6kg/h

7-8氣缸中盛有0.5kg、t=120℃的干飽和蒸汽，在定容下冷卻至80℃。求此冷卻過(guò)程中蒸

汽放出的熱量。

解：t=120℃的干飽和蒸汽參數(shù)：

v'=0.89202m3/kgh'、

容積：V二mv、'=0.44601m3

t=80℃的飽和蒸汽參數(shù)

h'、

V0.44601

vt=-=----------

比容：m0.5=0.89202m3/kg

v-v

x=—7r；-7

干度：「3

放出的熱量:q=m（h''120-hx-vx（p2-p1））=817kJ

7-9有一剛性容器，用一薄板將它分隔為A、B兩局部。在A中盛有1kg、壓力pA=0.5MPa

的干飽和蒸汽，B中盛有2kgpB=lMPa,x=0.80的濕蒸汽。當(dāng)隔板抽去后，經(jīng)過(guò)一段時(shí)

間容器中的壓力穩(wěn)定在p3=0.7MPa。求(1)容器的總?cè)莘e及終了時(shí)蒸汽的干度；(2)由

蒸汽傳給環(huán)境的熱量。

解：(1)容器的總?cè)莘e

pA=0.5MPa的干飽和蒸汽參數(shù)

v'=0.3748lm3/kgh、、

A占容積：VA=mAv'v=0.37481m3

pB=lMPa的飽和蒸汽參數(shù)

h''=2777kJ/kgh、=762.6kJ/kg

vB=xv''+(l-x)v'=0.155m3/kg

hB=xh''+(1-x)h'=2374kJ/kg

uB=2219kJ/kg

B占容積:VA=mBv=0.31m3

息容積：V=VA+VB=0.685m3

h'=2762.9kJ/kgh'

_V_

蒸汽比容：0.228m3/kg

v-vx

X—r

蒸汽干度：廠一/

(2)由蒸汽傳給環(huán)境的熱量

終了時(shí)的焰：hx=xh''+(l-x)h'=2502kJ/kg

q=+MB-+m=_193.7kJ

7-10將1kgpl=0.6MPa,tl=200℃的蒸汽在定床條件下加熱到t2=300℃,求此定壓加熱過(guò)

程參加的熱量和內(nèi)能的變化量。假設(shè)將此蒸汽再送入某容器中絕熱膨脹至p3=0.IMPa,求

此膨脹過(guò)程所作的功量。

解：查表pl=0.6MPa,tl=200℃

hl=2850kJ/kgv1=0.352m3/kg(u1=2639kJ/kg)

查表p2=0.6MPa,t2=300℃

h2=3061kJ/kgv2=0.4344m3/kg

s2=7.372kJ/(kg.K)(u2=2801kJ/kg)

h3=2680kJ/kgv3=1.706m3/kg(u3=2509kJ/kg)

定壓過(guò)程參加的熱量和內(nèi)能變化量

q=h2-hl=21IkJ/kg

Aw=A/?-p\v=211_0.6x11x(0.4344-0.352)=162kJ/Ra

絕熱膨脹過(guò)程所作的功量

w=-\u=hl-h3-(p2v2-p3v3)=292kJ/kg

7-11汽輪機(jī)進(jìn)汽參數(shù)為：pl=3MPa,tl=450℃.蒸汽在汽輪機(jī)中絕熱膨脹到p2=5kPa后排

入冷凝器。求：(1)可逆絕熱膨脹時(shí)蒸汽的終參數(shù)及汽輪機(jī)所作的功；(2)假設(shè)蒸汽在汽

輪機(jī)中為不可逆絕熱膨脹，引起的嫡產(chǎn)為0.25kJ/(kg.K),那么汽輪機(jī)作的功將為多少？

解：查表pl=3MPa,t1=450℃的參數(shù)

hl=3344kJ/kgsi=7.083kJ/(kg.K)

那么絕熱膨脹到p2=5kPa,$2=7.083kJ/(kg.K)

時(shí)蒸汽的終參數(shù)

℃h2=2160kJ/kgv2=23.52m3/kg

汽輪機(jī)所作的功

^=A/z=1184kJ/kg

(2)不可逆絕熱膨脹后的焰為

s3=7.083+0.25=7.333kJ/(kg.K)

p3=5kPa蒸汽的終參數(shù)：h3=2236kJ/kg

汽輪機(jī)所作的功“=勵(lì)=1108kJ/kg

7-12有一臺(tái)工業(yè)鍋爐，每小時(shí)能生產(chǎn)壓力pl=L4MPa,tl=300℃的過(guò)熱蒸汽10t。給水的溫

度25C；從鍋筒引出的濕蒸汽的干度x=0.96；濕蒸汽在過(guò)熱蒸汽中再加熱至300℃；煤的

發(fā)熱值為2940()kJ/kg。試求(I)假設(shè)鍋爐的耗煤量B—1430kg/h,求鍋爐效率；(2)濕蒸

汽在過(guò)熱器中所吸收的熱量及內(nèi)能的變化量。

解：(1)煤的總發(fā)熱量0=1430x29400=

pl=L4MPa,tl=300℃的過(guò)熱蒸汽的參數(shù)：

hl=3040kJ/

取水為定值比熱,其的焰值：h()=25X4.1868=104kJ/kg

單位蒸汽吸熱量：q=h1-h0=2936kJ/kg

總吸熱量：-mq-2936MkJ/h

「空=

鍋爐效率：Q69.84%

(2)濕蒸汽的參數(shù)

v2=0.136m3/kg

h2=2708kJ/kg

定壓過(guò)程吸收的熱量

內(nèi)能的變化：

7-13有一廢熱鍋爐，進(jìn)入該鍋爐的煙氣溫度為tyl=600C排煙溫度為ty2=200C。此鍋爐每

小時(shí)可產(chǎn)生ts=10()℃的干飽和蒸汽20()kg,鍋爐進(jìn)水溫度為20℃,鍋爐效率為60%。(1)

求每小時(shí)通過(guò)的煙氣量；(2)試將鍋爐中煙氣的放熱過(guò)程與蒸汽的吸熱過(guò)程定性的表示在

同一t-s圖上。

解：ts=100℃的干飽和蒸汽的焰：h=2676.3kJ/kg

20℃水的熔：h()=20*4.186=83.7kJ/kg

水的吸熱量：qI=200*(2676.3-83.7)=518520kJ/h

煙氣的放熱量：

旦_=

q:0.6864200kJ/h

煙氣量：

q864200

m=—f―=--------

cZ1.01x400=2139kg/h

mv=

V=>4128m3/h

7-14濕蒸汽進(jìn)入干度計(jì)前的壓力pl=1.5MPa,經(jīng)節(jié)流后的壓力p2=0.2MPa,溫度t2=130℃。

試用焰燃圖確定濕蒸汽的干度。

解：節(jié)流前后焰不變

第八章濕空氣

8-1溫度，=20℃,壓力，=0.1MPa,相對(duì)濕度夕=70%的濕空氣。求該濕空氣的含濕量、

水蒸氣分壓力、露點(diǎn)、水蒸氣密度、干空氣質(zhì)量、濕空氣氣體常數(shù)。如該濕空氣在壓力不

變的情況下，被冷卻為10℃的飽和空氣，求析出的水量。

解：（1）水蒸氣分壓力：

根據(jù)1=20℃,查水蒸氣表得對(duì)應(yīng)的飽和壓力為MPa

07

化,=（PPs=x0,0023368=0>00x63576MPa

d=622—^―=622

含濕量：B~PvB_(pp、g/kg(a)

露點(diǎn)：查水蒸氣表,當(dāng)心=0.00163576MPa時(shí)，飽和溫度即露點(diǎn)

t=℃

p=—=0.01234..

水蒸氣密度:vkglm

_p』_(1()’一1635.76)x2.5

干空氣質(zhì)量："二而二—287x293—=2.92kg

求濕空氣質(zhì)量kg

287

KD=----------=

「0.378與公

濕空氣氣體常數(shù)：1。//（依?K）

查在，=10℃,查水蒸氣表得對(duì)應(yīng)的飽和壓力為〃$=1.228kPa

d2=622—^—

含濕量：B-p、.gikg（a）

析出水量：""a（"2一"）

8-2溫度，=25℃,壓力〃二,相對(duì)濕度勿=50%的濕空氣10000kg。求該濕空氣的露點(diǎn)、絕

對(duì)濕度、含濕量、濕空氣密度、干空氣密度、濕空氣容積。

解：水蒸氣分壓力：

根據(jù)，=25℃,查水蒸氣表得對(duì)應(yīng)的飽和壓力為PL

"XkPa

露點(diǎn)：查水蒸氣表，當(dāng)億=kPa時(shí)，飽和溫度即露點(diǎn)

/=℃

，=25。嘰而Ikg

絕對(duì)濕度：P'=例=①?kglW

d=622P'=622例

含濕量：B-PvB-(pp、g/kg(a)

RT9R7x298

V=^-(1+0.001606d)=—~~(1+0JD1606x9.985)

濕空氣密度：〃10

_J__￡

干空氣密度：以Vkg/

m

V=mav=-------------v=

濕空氣容積：I+0.00H8600m3

8-3查表題

8-4壓力B為l()1325Pa的濕空氣，在溫度"=5℃,相對(duì)濕度。1=60%的狀態(tài)下進(jìn)入加

熱器，在，2=20℃離開加熱器。進(jìn)入加熱器的濕空氣容積為VI=10000m3。求加熱量及離

開加熱器時(shí)濕空氣的相對(duì)濕度。

解：查飽和空氣狀態(tài)參數(shù)

n=5℃,PjJ=872Pa

/2=2(TC,Pc

分別計(jì)算狀態(tài)參數(shù)：

"=5℃,°1=60%時(shí)

樂(lè)=872X60%=523.2Pa

4=622P'"=

§-Pi”/kg(a)

h\=1.0kl+0.001^71(2501+1.85H)={308kJ/kg(a)

在加熱器中是等濕過(guò)程："2=dl=3.2g/kg(a)

h2=1.0k2+0.00142(2501+1.85/2)=2832kj/kg(a)

查圖得濕空氣相對(duì)濕度：

02=23%

干空氣的質(zhì)量:

p(lV(101325-523.2)X10000

“RT287x278

“1I92r6Q3/4lbkg

加熱量：

q=m(/?2-Al)=12634x(28.32-13.08)=.

(l八1UDKJ

8-5有兩股濕空氣進(jìn)行絕熱混合，第一股氣流的廿l=15m3/min,"=20℃,。1=30%；

第二股氣流的廿2=20m3/min,，2=35℃,。2=80%。如兩股氣流的壓力均為1013X102Pa,

試分別用圖解法及計(jì)算法求混合后的熔、含濕量、溫度、相對(duì)濕度。

解：圖解法略。

計(jì)算法：

查飽和空氣狀態(tài)參數(shù)

“=20℃,PsA=2.337kPa,hl=31.14kJ/kg(a)

，2=35C,Pc=5622kPa,h2=109.4kJ/kg(a)