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1、工程热力学与传热学工程热力学与传热学 工程热力学工程热力学 第三章第三章 理想气体的性质和热力过程理想气体的性质和热力过程 习习 题题 课课 习题课习题课 理想气体状态方程的应用理想气体状态方程的应用 1. 启动柴油机用的空气瓶启动柴油机用的空气瓶, 体积体积V=0.3m3, 装有装有p1=8MPa，Tl=303K 的压缩空气的压缩空气。 启动后启动后, 瓶中空气压力降低为瓶中空气压力降低为p2=4.6MPa, 这时这时T2=303K。 求用去空气的量求用去空气的量 (mol) 及相当的质量及相当的质量 (kg)。 2. 某活塞式压气机向容某活塞式压气机向容积为积为9.5m3的的储储气箱中气箱
2、中 充入充入空气。压气机每分钟从压力为空气。压气机每分钟从压力为p0=750mmHg, 温度为温度为t0=15的大气中吸入的大气中吸入0.2m3的空气的空气。 若充气前储气箱压力表读若充气前储气箱压力表读数为数为0.5 bar, 温度为温度为t1=17。 问经过多少分钟后压气机才能使问经过多少分钟后压气机才能使储气箱内储气箱内气体的气体的 压力提高到压力提高到p2=7bar，温度升为温度升为t2=50。 习题课习题课 理想气体状态方程的应用理想气体状态方程的应用 3. 某电厂有三台锅炉合用一个烟囱某电厂有三台锅炉合用一个烟囱，每台锅炉每台锅炉 每秒产生烟气每秒产生烟气73m3（已已折算成标折算
3、成标准状态下的准状态下的 体积体积），），烟囱出口处的烟气温度为烟囱出口处的烟气温度为100， 压力近似为压力近似为101.33 kPa，烟气烟气流速为流速为30m/s。 求烟囱的出口直径。求烟囱的出口直径。 习题课习题课 理想气体状态方程的应用理想气体状态方程的应用 习题课习题课 理想气体的性质和计算理想气体的性质和计算 4. 为了提高进人空气预热器的冷空气温度为了提高进人空气预热器的冷空气温度,采用再循环管采用再循环管, 如图所示。己知冷空气的初始温度为如图所示。己知冷空气的初始温度为t1=20, 空气容积空气容积 流量为流量为V01=90000m3/h（标准状态下）。从再循环管引（标准状
4、态下）。从再循环管引 来的热空气温度来的热空气温度t3=350。 （1）若将冷空气温度提升至）若将冷空气温度提升至t2=40，求引出的热空气量求引出的热空气量。 设过程进行时的压力不变。设过程进行时的压力不变。 （2）又若热空气再循环管内空气）又若热空气再循环管内空气 表压力为表压力为150 mmH20， 流速为流速为20m/s， 当地的大气压为当地的大气压为Pb=750mmHg, 求再循环管的直径。求再循环管的直径。 空气预热器空气预热器 烟气烟气 再循环管再循环管 40 热空气热空气350 冷空气冷空气20 习题课习题课 理想气体的性质和计算理想气体的性质和计算 5. 某绝热的刚性容器，若
5、用一隔板将其分为某绝热的刚性容器，若用一隔板将其分为A和和 B两个不相等的部分，其内各装有不同数量的两个不相等的部分，其内各装有不同数量的 同一种理想气体，如图所示。气体状态参数初同一种理想气体，如图所示。气体状态参数初 始值是已知的。始值是已知的。试推导隔板抽出后气体的平衡试推导隔板抽出后气体的平衡 温度和平衡压力表达式温度和平衡压力表达式。 B PBT TB B V VB B A PAT TA AV VA A 绝热绝热 A+B P T V 绝热绝热 习题课习题课 理想气体的热力过程理想气体的热力过程 6. 在一个承受一定重量的活塞下有在一个承受一定重量的活塞下有27的空气的空气 0.4kg
6、，占据容积占据容积0.25m3。试问。试问 （1）当加入）当加入25kJ热量后热量后,其温度上升到多少其温度上升到多少? 并作了多少功并作了多少功? （2）若活塞到达最后位置后予以固定若活塞到达最后位置后予以固定，此后此后 再继续加入再继续加入25kJ热量热量, 则其压力上至多少则其压力上至多少? 习题课习题课 理想气体的热力过程理想气体的热力过程 7. 空气以空气以qm=0.012kg/s的流量流过散热良好的压缩的流量流过散热良好的压缩 机，入口参数机，入口参数P1=0.102MPa，T1=305K，可逆压，可逆压 缩到出口压力缩到出口压力P2=0.51MPa，然后进入储气罐。，然后进入储气
7、罐。 求求1kg空气的焓变量空气的焓变量h和熵变量和熵变量s，以及压缩机，以及压缩机 消耗的功率消耗的功率P和每小时的散热量和每小时的散热量Q。 （1）设空气按定温压缩；）设空气按定温压缩； （2）设空气按可逆绝热压缩；）设空气按可逆绝热压缩； （3）设空气按）设空气按n=1.28的多变过程压缩。的多变过程压缩。 比热容取定值。比热容取定值。 习题课习题课 理想气体的热力过程理想气体的热力过程 8. 1kg 空气在多变过程中吸取空气在多变过程中吸取 41.87kJ的热量时的热量时, 将使其容积增大将使其容积增大10倍倍, 压力降低压力降低 8 倍。倍。求求： （1）过程中空气的过程中空气的热力
8、学能热力学能变化量变化量； （2）空气对外所作的膨胀功及技术功。空气对外所作的膨胀功及技术功。 设设空空气气 cv=0.716kJ/(kg K)，k=1.4 。 习题课习题课 理想气体的热力过程理想气体的热力过程 9. 在一具有可移动活塞的封闭气缸中在一具有可移动活塞的封闭气缸中, 储有温度储有温度 t1=45, 表压力表压力为为pgl=10KPa 的氧气的氧气0.3m3。 在定压下对氧气加热在定压下对氧气加热, 加热量为加热量为40kJ；再经过再经过 多变过程膨胀到初温多变过程膨胀到初温45, 压力为压力为18KPa。 设环境大气压力为设环境大气压力为0.1MPa, 氧气比热容为定值氧气比热
9、容为定值。 求求：（：（1）两过程的两过程的焓焓变变量量及所作的功及所作的功； （2）多变膨胀过程中气体与外界交换的热量。多变膨胀过程中气体与外界交换的热量。 习题课习题课 理想气体的热力过程理想气体的热力过程 10. 有一汽缸和活塞组成的系统，汽缸壁和活塞均由绝热有一汽缸和活塞组成的系统，汽缸壁和活塞均由绝热 材料制成，活塞可在汽缸中无材料制成，活塞可在汽缸中无摩擦摩擦地自由地自由移动移动。初始时。初始时 活塞位于汽缸中间，活塞位于汽缸中间，A,B两侧各有两侧各有1kg空气空气, 压力均为压力均为 0.45MPa，温度同为，温度同为900K。现对。现对A侧冷却水管通水冷侧冷却水管通水冷 却，
10、却，A侧压力逐渐降低。侧压力逐渐降低。求：求： （1）压力降低到）压力降低到0.3MPa时，时， A，B两侧的体积是多少？两侧的体积是多少？ （2）冷却水从系统带走的热量是多少？）冷却水从系统带走的热量是多少？ （3）整个气体组成的系统熵变是多少？）整个气体组成的系统熵变是多少？ （4）在）在p-v 图、图、T-s 图图上大致表示两侧气体进行的过程。上大致表示两侧气体进行的过程。 设定值比热容设定值比热容计算。且计算。且k=1.4, cv=0.717 k/(kg K) 。 ABQABQ11. A cylinder with a capacity of 2.0m3 contained oxyge
11、n gas at a pressure of 500KPa and 25 initially. Then a leak developed and was not discovered until the pressure dropped to 300KPa while the temperature stayed the same. Assuming ideal-gas behavior. Determine how much oxygen had leaked out of the cylinder by the time the leak was discovered. 习题课习题课 理
12、想气体状态方程的应用理想气体状态方程的应用 习题课习题课 理想气体的性质理想气体的性质 12. An ideal gas has a molecular weight of 20. if its specific heat ratio at a given temperature is observed to be 1.25, determine cp and cV for the gas at the same temperature. 习题课习题课 理想气体的性质理想气体的性质 13. Five grams of argon gas undergoes a change of state
13、at constant internal energy. Initial pressure and temperature are 6.0 atm and 300K, respectively. The final volume occupied by the gas is three times that occupied initially. Assuming ideal-gas behavior, determine (a) the final temperature of the gas. (b) the final pressure of the gas. (c) the entro
14、py change of the gas due to the change of state. 习题课习题课 理想气体的性质理想气体的性质 14. The electric heating system used in many houses consist of a simple duct with resistance wires. Air is heated as it flows over resistance wires. Consider a 15KW electric system. Air enters the heating section at 100KPa and 17
15、 C with a volume flow rate of 150m3/min. If heat is lost from the air in the duct to the surroundings at a rate of 200W. determine the exit temperature of air. cP=1.005 kJ/(kg K)。 Q=200W We,in=15kW min/150171003 111mVCTkPap?2T习题课习题课 理想气体的性质理想气体的性质 15. A piston-cylinder device initially contains 0.5
16、m3 of nitrogen gas at 400 kPa and 27.An electric heater within the device is turned on and is allowed to pass a current of 2 A for 5 min from a 120-V source. Nitrogen expands at constant pressure, and a heat loss of 2800 J occurs during the process. Determine the final temperature of nitrogen. 习题课习题课 理想气
