《热工课后题答案》由会员分享,可在线阅读,更多相关《热工课后题答案(59页珍藏版)》请在金锄头文库上搜索。
1、习题及部分解答第一篇 工程热力学第一章 基本概念1. 指出下列各物理量中哪些是状态量,哪些是过程量: 答:压力,温度,位能,热能,热量,功量,密度。2. 指出下列物理量中哪些是强度量:答:体积,速度,比体积,位 能,热能,热量,功量,密度。3. 用水银差压计测量容器中气体的压力,为防止有毒的水银蒸汽产生,在水银柱上加一段水。若水柱高 200mm,水银柱高800mm,如 图2-26所示。已知大气压力为735mmHg,试求容器中气体的绝对 压力为多少kPa ?解:根据压力单位换算pH 2O 200 9.80665 1.961 103 1.96.kPa5pHg 800 133.32 1.006 10
2、5 Pa 106.6kPap pb ( pH2O pHg ) 98.0 (1.961 106.6) 206.6kPa4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量,如图 2-27所示。若 已知斜管倾角 30,压力计中使用0.8g/cm3的煤油,斜管液体长度L 200mm,当地大气压力Pb 0.lMPa,求烟气的绝对压力 (用 MPa 表示)解:p L g sin200 0.8 9.81 0.5784.8Pa 784.8 10 6 MPap pb pv 0.1 784.8 10 60.0992MPa5. 一容器被刚性壁分成两部分,并在各部装有测压表计,如图2-28 所示,其中C为压力表,读数为11
3、0kPa , B为真空表,读数为45kPa。 若 当 地 大气 压 pb 97kPa , 求 压 力 表 A 的 读 数 ( 用 kPa 表 示 ) pgA 155kPa6. 试述按下列三种方式去系统时, 系统与外界见换的能量形式是什 么。(1).取水为系统;(2).取电阻丝、容器和水为系统;(3).取图中虚线内空间为系统。答案略。7某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量,起读数为 13.4MPa ;冷 凝器内的蒸汽压力用真空表测量,其读数为 706mmHg 。若大气压力 为0.098MPa,试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力(用MPa 表示)p, 0.0247MPa; p2 0.003
4、9MPa8. 测得容器的真空度 pv 550mmHg ,大气压力 pb 0.098MPa ,求容器内的绝对压力。若大气压变为 pb 0.102MPa ,求此时真空表上的读 数为多少 mmMPa?p 0.0247MPa, pv 579.8MPa9. 如果气压计压力为83kPa,试完成以下计算:(1).绝对压力为 0.1MPa1 时的表压力;(2).真空计上的读数为70kPa时气体的绝对压力;(3).绝对压力为50kPa时的相应真空度(kPa);(4).表压力为0.25MPa时的绝对压力(kPa )。( 1) . pg 17kPa ;(3). pv 33kPa ;(4). p 333kPa 。10
5、. 摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为0 C和100 C,而华氏温标则相应地取为32 T和212下。试导出华氏温度和摄氏温 度之间的换算关系,并求出绝对零度所对应的华氏温度。t F At B将水在标准大气压下的冰点值32 F和0 C,以及沸点值292 F和100 C代入,得32 0 B212 100A B解该二元一次方程组,得: A 1.8,B 32。从而有tF 1.8t 32当t 273.15 C时,有tF 1.8 ( 273.15_) 32459.7( F)11气体进行可逆过程,满足pV C ( C为常数),试导出该气体从状态1变化到状态 2 时膨胀功的表达式, 并在 p V 图
6、上定性画出过程线、 示出膨胀功。答案:略12.某气体的状态方程为 pV RgT ,试导出:(1) .定稳下气体p,v之间的关系;(2) .定压下气体 v,T 之间的关系;(3) .定容下气体 p,T 之间的关系。答案:(1).丛也;(2).空T ; (3).匕卫。PlV2,Vi Tj Pi Ti第二章热力学第一定律1一蒸汽动力厂,锅炉的蒸汽产量为q 180 103kg/h,输出功率为P 55000kW,全厂耗煤 qm,c 19.5t/h,煤的发热量为30 103kJ/kg。蒸汽在锅炉中吸热量q 2680kJ/kg。试求:(1) .该动力厂的热效率t ;(2) .锅炉的效率b (蒸汽总吸热量煤的
7、总发热量)解:(1).锅炉中蒸汽吸热量h qm q 180 103 26804.82 108(kj/h) 1.34 105(kW)热效率550001.34 105(2).锅炉效率蒸汽总放热量煤的总放热量qb,c qc3319.5 1030 10360051.625 10 (kW)51.34 1051.625 10582.5%2.系统经一热力过程,放热8kj对外做功26kJ。为使其返回原状态,对系统加热6kJ,问需对系统作功多少?解:由Q U W得U Q W 82634( kj)对于返回初态的过程U U 34kjW Q U 6 34 28kj故需对系统做功28kj。3气体在某一过程只能感吸收了5
8、4kJ的热量,同时热力学能增加了94kJ。此过程是膨胀过程还是压缩过程?系统与外界交换的功是多少?答案:此过程为压缩过程;此过程中系统与外界交换的功是40kj。4.1kg 空气由 p, 5MPa,t! 0.5MPa 膨胀到 p2 0.5MPa,t2 500 C,得到热量506kJ,对外做膨胀功506kJ。接着又从终态被压缩到初态,热出热 量390kJ,试求:(1) .膨胀过程空气热力学能的增量;(2) .压缩过空气热力学能的增量;(3) .压缩过程外界消耗的功。答案:(1) . U 0; (2) . U 0; (3) .W 390kj。5闭口系统中实施以下过程,试填补表中的空缺数据。过程序号Q
9、/JW/JU1 /JU2/JU /J125-12-92-858-16317-13(8)21418-117表中括号内的数为答案。过 程 序 号Q/JW/JU1/JU2/JU /J125-12(-46)-9(37)2-8(8)(74)58-163(38)17-13(8)21418-11(-22)7(29)6如图所示,某封闭系统沿a c b途径由状态a变化到b,吸入热量90kj,对外做功40kj,试问:(1).系统从a经d至b,若对外做功10kj,则吸收热量是多少?(2) .系统由b经曲线所示过程返回a,若外界对系统左贡23kj,吸收热量为多少?(3).设Uadb 5kj,Ud 45kj,,那么过程
10、a d和d b中系统吸收的热量各为多少?答案(1).Qadb 60kj ; ( 2).Qba 73kj ;(2) .Qad 50kj ;(4).Qdb 10kj。7容积为1m3的绝热封闭的气缸中装有完全不可压缩的流体,如图2-31所示。试问:(1 ) .活塞是否对流体做功?(2) .通过对活塞加压,把流体压力从p1 0.2MPa 提高到p3 3MPa ,热力学能变化多少?焓变化多少?答案 (1) .W 0 ;(2) . U 0, H 2.8 103kj 。8. 质量为45kg的汽车沿坡度为15的山坡下行,车速为300m/s。在 距山脚100m处开始刹车,且在山脚处刚好刹住。若不计其它力,求因
11、刹车而产生的热量。5Q 2.04 105kj 。9. 某蒸汽动力装置, 蒸汽流量为 40t/h ,汽轮机进出口处压力表读数为9MPa ,进口比为 3440kj /kg ,汽轮机出口比焓为 2240kj /kg ,真空表读 数为95.06kPa,当时当地大气压力为98.66kPa,汽轮机对环境放热为。试求:(1).汽轮机进出口蒸汽的绝压各为多少?(2).单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少?(3).汽轮机的功率为多少? 答案 (1 ) .p19.099MPap2 3.6MPa(2).sh1200kj /kg(3).P 1.332 104kW(4).考虑进出口动能差后sh的相对偏差10. 进入冷凝
12、器的泛汽的蒸汽为P 0.005MPa,比焓hi 2500kj/kg,出口 为同压下的水,比焓为h2 137.77kj/kg,若蒸汽流量为22t/h,进入冷凝 器的冷却水温为ti 17 C,冷却水出口温度为t2 30 C,试求冷却水流 量为多少?水的比热容为 4.18kj /(kg.K)。答案 qm,w 956.4 103(kg / h)11. 某活塞式氮气压气机,压缩的氮气的参数分别为:p1 0.1MPa ,33v1 0.88m3/kg ; p2 1.0MPa , v 0.16m3 /kg 。设在压缩过程中每 kg 氮气 热力学能增加 180kj ,同时向外放出热量 60kj 。压气机每 mi
13、n 生产压缩 氮气18kg,试求:( 1 ) .压缩过程对每 kg 氮气所做的功;(2).生产每 kg 压缩氮气所需的功;(3).带动比压气机至少要多大的电动机。答案 (1).240kj /kg ;(2). sh 312kj / kg;(3). P 93.6kW 。12. 流速为600m/s的高速空气突然受阻停止流动,即c2 0 ,称为滞止。 如滞止过程进行迅速,以致气流受阻过程中与外界的热交换可以忽 略,问滞止过程空气的焓变化了多少?答案 h 180kj /kg第三章 理想气体及其混合物1把C2压送到体积为0.5m3的贮气罐内。压送前贮气罐上的压力表读数为3kPa ,温度为20 C ,压送终
14、了时压力表读数为30kPa ,温度为50 C试求压送到罐内的C2的质量。大气压力为0.1MPa。3p1pbpg1 0.1 103 103 kPa3p2pb pg2 0.1 1030 130 kPaR 8.314Rg0.189 kJ kg.Kg M 44由pV mRgTP2Vp2V P2 P1m -RgT2 RgT1Rg T2T1330.143 kg0.5130 10103 100.189 10350 27320 2732. 体积为0.03m3的某钢性容器内盛有了 700kPa,20 C的氮气。瓶上装有 一排气阀,压力达到875kPa时发门开启,压力降到840kPa时关闭。若 由于外界加热的原因造成阀门开启,问:(1) 阀门开启时瓶内气体温度为多少?(2) 因加热造成阀门开闭一次期间瓶内氮气失去多少?设瓶内空气温度在排气过程中保持不变。答案 (1) t2 93.3 C; (2)m 0.0097kg3. 氧气瓶的容积V