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1、习题及部分解答第一篇工程热力学第一章基本概念1. 指岀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. 指岀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 735mm Hg，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 2。=200 9.80665 = 1.961 103 =1.96.kPa5卩也=800 133.32=1.006 10 P
2、a = 106.6kPap 二 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。若已知斜管倾角二30，压力计中3使用二0.8g/cm的煤油，斜管液体长度L = 200mm，当地大气压力pb二0.1MPa，求烟 气的绝对压力(用 MPa表示)解：p 二 L 也 sin := 200 0.8 9.81 0.5= 784.8 Pa =784.8 10“ MPap 二 pb - pv =0.1 -784.8 10 0.0992MPa5. 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
3、，其中C为压力表，读数为110kPa，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) 以=0.0 2 4M P ap2 -0.0 0 3IM P
4、a压变为p* =0.1 0M2 P a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O.IMPal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 ；（2）. p =13kPa；（3）. Pv =33kPa ；（4）.p =333kPa。10. 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
5、为 32下和212下。试导岀华氏温度和摄氏温度之间的换算关系，并求岀绝对零度所对应的华氏温度。tF = 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 + B02=1OOA + B解该二元一次方程组，得：A = 1.8, B =32。从而有 tF =1. &32当 t =273.15 c时，有tF =1.旷(-273.15_)+32 = Y59.7(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图上定性画岀过程线、示岀膨胀功。答案：略12.某气体的状态
6、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）.山二也；（2） .2 =T1 ；（ 3）.上=12。Pl vVi TiPl Ti第二章热力学第一定律31.一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量为q =180 10 kg/h，输出功率为 P =55000kW，全厂耗煤qm c = 19.5t / h，煤的发热量为qc = 30汇10 kJ / 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 （蒸汽总吸热量煤的总发热量）解：（1）.
7、锅炉中蒸汽吸热量：=二 qm q =180 103 268085-4.82 10 (kj/h) =1.34 10 (kW)热效率55000=41%5：H 1.34 10表中括号内的数为答案。表中括号内的数为答案。（2）.锅炉效率蒸汽总放热量门H煤的总放热量 B二 qb,c19.5 10330 103 “625 105(kW)36001.34 1051.625 105 一82.5%表中括号内的数为答案。表中括号内的数为答案。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二UU =Q W - -8 -26 - -34(kj)对于返
8、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 54kJ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 口 =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；(
9、3) .压缩过程外界消耗的功。答案：(1) . J：U =0 ； (2) . l 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/JW/JU1/JU2/JAU / J125-12-92-858-16317-13(8)21418-117表中括号内的数为答案。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，汽轮机过程序号Q/JW/JU1/JU2/JAU / J125-12（-46）-9（37）2-8（8）（74）58-163（38）17-13（8）21418-11（-22）7（29
10、）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a - d和d - b中系统吸收的热量各为多少？ 答案（1）.Qadb =60kj ；（ 2）.Qa = -73kj ；（2） .Qad = 50kj ； （4） . Qdb - 10kj 37. 容积为1m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
11、否对流体做功？（2） 通过对活塞加压，把流体压力从口 =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4500kg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，求因刹车而产生的热量。Q =2.04 105kj。对环境放热为。试求：(1) 汽轮机进岀口蒸汽的绝压各为多少？(2) 单位质量蒸汽经汽轮机对外输岀功为多少？(3) 汽轮机的功率为多少？答案(1).5 =9.099MPap2 = 3.6MPa(2) . T200kj /
12、 kg(3) .P =1.332 104kW(4) .考虑进岀口动能差后-.sh的相对偏差；：sh =0.67%10.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为p = 0.005MPa , 比焓h = 2500kj /kg，出口为同压下的水，比焓为 h2二137.77kj / kg，若蒸汽流量为22t/ h，进入冷凝器的冷却水温为b =17 c，冷却水出口温度为 t2 = 30C，试求冷却水流量为多少？水的比热容为4.18kj /(kg.K)。33W = 0.88m / kg ；p2 =1.0MPav = 0.16m3 / kg设在压缩过程中每kg氮气热力学能增加180kj，同时向外放出答案 qm,w =956
13、.410 (kg/h)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，汽轮机热量60kj。压气机每min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) .- -240 kj / kg ;(2). (h 一 -312kj/kg；(3).P =93.6kW12.流速为60Om/s的高速空气突然受阻停止流动，即 c2 =0，称为
14、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Pb = 0.1MPa3P)= pbpg1 = 0.1 10 3 = 103 kPa3P2 = Pb Pg2 = 0.1 1030 = 130 kPaRg8.31444= 0.189kj kg.KpV = m&TP2V0.50.189 103130X103(50+273103I03、20 + 273 丿0.143 kg2.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 =9
