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1、【精品文档】如有侵权,请联系网站删除,仅供学习与交流工程热力学课后作业答案chapter4.精品文档.p734-11kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ,其容积增大为,压力降低为,设比热为定值,求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓和熵的变化。解:热力系是1kg空气过程特征:多变过程0.9因为内能变化为717.51004.53587.58103J膨胀功:32 103J轴功:28.8 103J焓变:1.4811.2 103J熵变:0.8210342 有1kg空气、初始状态为,进行下列过程:(1)可逆绝热膨胀到;(2)不可逆绝热膨胀到,;(3)可逆等温膨胀到;(4)可逆多变膨胀到,多变指数;试求上
2、述各过程中的膨胀功及熵的变化,并将各过程的相对位置画在同一张图和图上解:热力系1kg空气(1) 膨胀功:111.9103J熵变为0(2)88.3103J116.8(3)195.41030.462103(4)67.1103J189.2K346.44-3具有1kmol空气的闭口系统,其初始容积为1m3,终态容积为10 m3,当初态和终态温度均100时,试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。该过程为:(1)可逆定温膨胀;(2)向真空自由膨胀。解:(1)定温膨胀功7140kJ19.14kJ/K(2)自由膨胀作功为019.14kJ/K44质量为5kg的氧气,在30温度下定温压缩,容积由3m3变成0.6
3、m3,问该过程中工质吸收或放出多少热量?输入或输出多少功量?内能、焓、熵变化各为多少?解:627.2kJ放热627.2kJ因为定温,内能变化为0,所以内能、焓变化均为0熵变:2.1 kJ/K45为了试验容器的强度,必须使容器壁受到比大气压力高0.1MPa的压力。为此把压力等于大气压力。温度为13的空气充入受试验的容器内,然后关闭进气阀并把空气加热。已知大气压力B101.3kPa,试问应将空气的温度加热到多少度?空气的内能、焓和熵的变化为多少?解:(1)定容过程568.3K(2) 内能变化:202.6kJ/kg283.6 kJ/kg0.49 kJ/(kg.K)4-66kg空气由初态p10.3MP
4、a,t1=30,经过下列不同的过程膨胀到同一终压p20.1MPa:(1)定温过程;(2)定熵过程;(3)指数为n1.2的多变过程。试比较不同过程中空气对外所作的功,所进行的热量交换和终态温度。解:(1)定温过程573.2 kJT2=T1=30(2)定熵过程351.4 kJQ0221.4K(3)多变过程252.3K436.5 kJ218.3 kJ47已知空气的初态为p10.6MPa,v1=0.236m3/kg。经过一个多变过程后终态变化为p20.12MPa,v2=0.815m3/kg。试求该过程的多变指数,以及每千克气体所作的功、所吸收的热量以及内能、焓和熵的变化。解:(1)求多变指数1.301
5、千克气体所作的功146kJ/kg吸收的热量=36.5 kJ/kg内能:146-36.5109.5 kJ/kg焓: 153.3 kJ/kg熵:90J/(kg.k)4-81kg理想气体由初态按可逆多变过程从400降到100,压力降为,已知该过程的膨胀功为200kJ,吸热量为40 kJ,设比热为定值,求该气体的和解:kJ533J/(kg.k)=200 kJ解得:n1.49R=327 J/(kg.k)代入解得:533+327=860 J/(kg.k)4-9将空气从初态1,t1=20,定熵压缩到它开始时容积的1/3,然后定温膨胀,经过两个过程,空气的容积和开始时的容积相等。求1kg空气所作的功。解:-1
6、16 kJ/kg454.7K143.4 kJ/kgw=w1+w2=27.4 kJ/kg4-101kg氮气从初态1定压膨胀到终态2,然后定熵膨胀到终态3。设已知以下各参数:t1=500,v2=0.25m3/kg ,p30.1MPa,v3=1.73m3/kg。求(1)1、2、3三点的温度、比容和压力的值。(2)在定压膨胀和定熵膨胀过程中内能的变化和所作的功。解:(1)1.5 MPa1263Kp1=p2=1.5 MPav1=0.15 m3/kg=583 K(2) 定压膨胀364 kJ/kg145.4 kJ/kg定熵膨胀505 kJ/kg-505 kJ/kg或者:其q=0,= -505 kJ/kg4-
7、111标准m3的空气从初态1 p10.6MPa,t1=300定熵膨胀到状态2,且v2=3v1。空气由状态2继续被定温压缩,直到比容的值和开始时相等,v3=v1,求1、2、3点的参数(P,T,V)和气体所作的总功。解:0.274 m3/kg 0.129 MPa369KV2=3V1=0.822 m3T3=T2=369KV3=V1=0.274 m30.387 MPa412 压气机抽吸大气中的空气,并将其定温压缩至p25MPa。如压缩150标准m3空气,试求用水冷却压气机气缸所必须带走的热量。设大气处于标准状态。解:-59260kJ4-13活塞式压气机吸入温度t1=20和压力p10.1MPa的空气,压
8、缩到p20.8MPa,压气机每小时吸气量为600标准m3。如压缩按定温过程进行,问压气机所需的理论功率为多少千瓦?若压缩按定熵过程进行,则所需的理论功率又为多少千瓦?解:定温:0.215kg/s37.8KW定熵51.3 KW414某工厂生产上需要每小时供应压力为0.6MPa的压缩空气600kg;设空气所初始温度为20,压力为0.1MPa。求压气机需要的最小理论功率和最大理论功率。若按n1.22的多变过程压缩,需要的理论功率为多少?解:最小功率是定温过程m=600/3600=1/6 kg/s25.1 KW最大功率是定熵过程32.8 KW多变过程的功率29.6 KW415实验室需要压力为6MPa的
9、压缩空气,应采用一级压缩还是二级压缩?若采用二级压缩,最佳中间压力应等于多少?设大气压力为0.1,大气温度为20,压缩过程多变指数n=1.25,采用中间冷却器能将压缩气体冷却到初温。试计算压缩终了空气的温度。解:压缩比为60,故应采用二级压缩。 中间压力: 0.775MPa =441K 4-16有一离心式压气机,每分钟吸入p10.1MPa,t1=16的空气400 m3,排出时p20.5MPa,t2=75。设过程可逆,试求: (1)此压气机所需功率为多少千瓦? (2)该压气机每分钟放出的热量为多少千焦? 解:(1) =8.04kg/s =1.13 1183KW (2) =-712.3kJ/s 417三台空气压缩机的余隙容积均为6,进气状态均为0.1MPa、27,出口压力均为0.5MPa,但压缩过程的指数不同,分别为:n1=1.4,n2=1.25,n3=1。试求各压气机的容积效率(假设膨胀过程的指数和压缩过程的指数相同)。 解: n=1.4:0.87n=1.25:=0.84n=1:=0.76