《工程热力学计算题》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程热力学计算题（50页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1、1kg氧气置于图所示的气缸内，缸壁能充分导热，且活塞与缸壁无摩擦。初始时氧气压力为0.5Mpa、温度为27。如果气缸长度为2L，活塞质量为10kg，试计算拔除销钉后，活塞可能达到的最大速度。氧气的比热容，k=1.395，l2l销钉p0=0.1Mpat0=27p=0.5Mpat=27解：取气缸内的氧气为研究对象。根据热力学第一定律知道，加入系统的热量一部分用于增加系统的热力学能，一部分用于对外做功。根据题意：活塞如果要达到最大速度，那么氧气膨胀过程中吸入的热量全部用于对外做功，所以氧气的热力学能不发生变化。由于氧气可以看作理想气体，而理想气体的热力学能是温度的单值函数，所以氧气膨胀过程为可逆
2、定温膨胀过程。 设环境温度为T0，环境压力为P0，氧气的质量为m，活塞的质量为M，活塞最大速度为Vmax。氧气初始状态的压力为P1，温度为T1，容积为V1，氧气膨胀后的容积为V2，膨胀过程的膨胀功为W。 所以有： 代入数据：2、空气等熵流经一缩放喷管，进口截面上的压力和温度分别是0.58Mpa、440K，出口截面上的压力。已知喷管进口截面面积为2.610-3m2，空气的质量流量为1.5kg/s，试求喷管喉部面积及出口截面的面积和出口流速。空气的比热容，k=1.4，解： 根据题意知道，进口参数为，。出口截面上的压力。喷管进口截面A1面积2.610-3m2，空气的质量流量Q为1.5kg/s。 喷管
3、喉部面积 出口流速出口截面的面积3、 汽油机定容加热理想循环进气参数为, ，若循环压缩比，定容增压比。假设工质是空气，比热可取定值，Rg=287 ，(1)画出循环p-v图及T-s图；(2)求循环的最高温度和最高压力；(3)计算循环的放热量、循环净功及循环的热效率。 解：（1） p T 3 3 2 4 42 1 10 0 v s(2)T3 、p3为循环的最高温度和压力(3)4、两个质量为m的比热容为定值的相同物体，处于同一温度T，将两物体作为制冷机的冷、热源，使热从一物体传出并交给另一物体，其结果是一个物体温度升高，一个物体温度降低。证明当被冷却物体温度降到（）时所需最小功 证明： 要使得整个系
4、统完成这一过程所需功量最小，则必须有一可逆制冷机在此工作，保证所构成的孤立系统有 得到 式中Tt为另一物体在过程终了所具有的温度。 由于过程中冷源传出热量 热源吸收热量 所以有 5、 如图所示，已知气缸内空气p1=2105Pa，弹簧刚度k=40kN/m，活塞直径D=0.4m，活塞重可忽略不计，而且活塞与缸壁间无摩擦。大气压力p2=5105Pa。求该过程弹簧的位移及气体作的膨胀功。. 解：以弹簧为系统，其受力=kL，弹簧的初始长度为 =0.314m 弹簧位移=0.942m气体作的膨胀功原则上可利用可用功计算，但此时p与V的函数关系不便确定，显然，气体所作的膨胀功W应该等于压缩弹簧作的功W1加克服
5、大气阻力作的功W2，因此若能求出W1与W2，则W也就可以确定。W =W1+W2=29.58+11.84=41.42k6、 压气机空气由P1=100kPa，T1=400K，定温压缩到终态P2=1000kPa，过程中实际消耗功比可逆定温压缩消耗轴功多25%。求：压缩每kg气体的总熵变。 解：取压气机为控制体。按可逆定温压缩消耗轴功：实际消耗轴功： 由开口系统能量方程，忽略动能、位能变化：因为理想气体定温过程：h1=h2 故：孤立系统熵增：稳态稳流：7、由不变气体源来的压力，温度的空气，流经一喷管进入压力保持在的某装置中，若流过喷管的流量为，来流速度可忽略不计，试设计该喷管？ 解 ; 求滞止参数因，
6、所以初始状态即可认为是滞止状态，则, 选型 所以，为了使气体在喷管内实现完全膨胀，需选宿放喷管，则。 求临界截面及出口截面参数（状态参数及流速） 或 求临界截面和出口截面面积及渐扩段长度 取顶锥角 8、内燃机混合加热循环的及图如下图所示.已知,压缩比，循环最高压力，循环最高温度，工质视为空气。试计算：循环各状态点的压力，温度和容积。 解 各状态点的基本状态参数点1：，点2：点3： ，点4： ， 点59、将100kg、温度为20的水与200kg温度为80的水在绝热容器中混合，求混合前后水的熵变及做功能力损失。水的比热容 ，环境温度。 解 对于闭口系统，所以。设混合后水的温度为t,则有：，得到 ，
7、 绝热过程熵流等于零，由熵方程知，熵产等于熵变，所以火用损失为 10、压力，温度的空气，流经一喷管进入压力保持在的某装置中，若流过喷管的流量为，求：喷管的形状，出口截面积，最小截面及出口处的流速。 解 求滞止参数因，所以初始状态即可认为是滞止状态，则, 选型 所以，为了使气体在喷管内实现完全膨胀，需选缩放喷管，则。求临界截面及出口截面参数（状态参数及流速） 或 出口截面面积 11、某气体可作定比热容理想气体处理。其摩尔质量，摩尔定压热容为定值。气体从初态，在无摩擦的情况下，经过的多变过程，膨胀到。试求终态温度、每千克气体所作的技术功、所吸收的热量及熵的变化。 解：多变过程（） 1）终态温度 2
8、） 每千克气体所作的技术功为 3）所吸收的热量 4）熵的变化 12、某正循环可逆热机，在温度为30的环境和4000kg的0的冰间工作，最后0的冰变为30的水，试求可逆机能对外作的净功为多少？已知冰的溶解热为333kJ/kg（冰在溶解过程中温度不变），水的比热c=4.1868kJ/kg.K。 解：取冰和与之相关的边界作为孤立系统，系统可逆时，热机对外做的功最大。 高温热源为环境，环境放热为负 低温热源的吸热分成冰的溶解和水的加热，其中冰溶解时温度不变 13、空气进入压气机前的状态为，压缩过程按多变压缩处理，压缩终了的状态是求：（1）多变指数n；（2）压气机的耗功；（3）压缩终了的温度；（4）压缩
9、过程中传出的热量。设空气的比热容为定值，。 解：（1）多变指数n （2）压气机的耗功负号表示压气机消耗技术功（3）压缩终了的温度 （4）压缩过程中传出的热量 所以14、 某热机工作于和两个热源之间，吸热量，环境温度为285K， 若高温热源传热存在50K温差，热机绝热膨胀不可逆性引起熵增0.25kJ/kg.K，低温热源传热存在15K温差，试求这时循环作功量、孤立系熵增和作功能力损失。wq1800 K750 Kq1q2300 Kq2285 K解：建立如图的模型， 孤立系熵增由三部分组成：高温热源传热存在50K温差而产生的熵增，绝热膨胀不可逆性引起熵增0.25kJ/kg.K，低温热源传热存在15K温
10、差产生的熵增。 所以循环作功量孤立系熵增作功能力损失15、内燃机混合加热理想循环，已知， ，压缩比，定容增压比，定压预胀比，工质视为空气，比热为定值。，试计算：（1）画出循环T-s图；（2）循环各状态点的压力，温度和比体积；（3）计算循环的放热量、循环净功及循环的热效率。解：各状态点的参数 2点 3点 4点 5点 循环吸热量 循环放热量 循环净功 循环热效率 16、有二物体质量相同，均为m；比热容相同，均为cp（比热容为定值，不随温度变化）。A物体初温为TA，B物体初温为TB（TA TB）。用它们作为热源和冷源，使可逆热机工作于其间，直至二物体温度相等为止。试证明： 二物体最后达到的平衡温度为证明可由计算熵增办法证明。将热源、冷源和热机考虑为一个孤立系，因整个过程是可逆的，因此 即 所以 17、某热机在每个循环中从T1=600K的高温热源吸收Q1=419kJ的热量和可逆地向T2=300K的低温热源假设分别排出(1)Q2=209.5kJ；(2) Q2=314.25kJ；(3) Q2=104.75kJ热量，请分别利用卡诺定理、孤立系统熵增原理、克劳休斯积分不等式计算证明，在这三种情况中，哪个是不可逆的、哪个是可逆的和哪个是不
