西南科技大學(xué)熱工基礎(chǔ)試題庫(kù)復(fù)習(xí)題答案.pdf

西南科技大學(xué)熱工基礎(chǔ)試題庫(kù)答案 1、某容器被一剛性壁分成兩部分，在容器的不同部位安裝有壓力表， 如圖1所示。壓力表B上的讀數(shù)為75kPa, 壓力表C上的讀數(shù)為0.11MPa。 如果大氣壓力為97kPa，試確定壓力表A上的讀數(shù)及容器兩部分內(nèi)空氣 的絕對(duì)壓力。 解：A、B、C的讀數(shù)均為表壓，分別記為、PgA、 PgB、PgC 容器1和2 的絕對(duì)壓力記為P1和P2，大氣壓力Pa 依題意： PgB=75k Pa PgC =0.11M Pa=110 k Pa Pa=97 k Pa 根據(jù)壓力表的位置可知： P1= PgC+Pa P1= PgB+P2 P2= PgA+Pa 將PgB 、PgC和 Pa的數(shù)值代入上式 得： P1=207 k Pa P2=132 kPa PgA =35k Pa 圖1 2、如圖2所示。氣缸內(nèi)充以空氣，活塞及負(fù)載重100kg，氣缸壁充分導(dǎo) 熱，取走60kg負(fù)載，其系統(tǒng)完全平衡后，試求： （1）活塞上升的高度L； （2）熱力學(xué)內(nèi)的變化U； （3）氣體在過(guò)程中所做的功。（已知ukJ/kg=0.72TK） 圖2 1)由力平衡：p1=pb+F1/A=771*133.32+100*98100/100=2.009105Pa V1=A*L=100*10*10-6=10-3m3 p2=pb+F2/A=771*133.32+40*98100/100=1.420105Pa T2=T1 V2=A*(L+L)=100*(10+L )*10-6=(10+L )*10-4m3 過(guò)程中質(zhì)量不變： m1= p1 V1/(RgT1)= m2= p2 V2/(RgT2) V2= p1 V1/ p2=2.009105*10-3/1.420105=1.4145 *10-3m3=(10+L )*10- 4m3 L=4.145cm 2) U= m2u2- m1 u1 因?yàn)閙1= m2，已知ukJ/kg=0.72TK，而T2=T1；所以U=0 3）此過(guò)程為不可逆過(guò)程：W= p2*A*L=1.420105*10010- 4*4.14510-2=58.859 J 3、一絕熱剛體氣缸，被一導(dǎo)熱的無(wú)摩擦活塞分成兩部分，如圖3所示。 最初活塞被固定在某一位置上，氣缸的一側(cè)儲(chǔ)有壓力為0.2MPa、溫度為 300K的0.01m3的空氣，另一側(cè)儲(chǔ)有同容積、同溫度的空氣，其壓力為 0.1MPa。去除銷(xiāo)釘，放松活塞任其自由移動(dòng)，最后兩側(cè)達(dá)到平衡。設(shè)空 氣的比熱容為定值。試求： （1）平衡時(shí)的溫度為多少？ （2）平衡時(shí)的壓力為多少？ （3）兩側(cè)空氣的熵變值及整個(gè)氣體的熵變值是多少？ 圖3 解：（本題13分）1）取整個(gè)氣缸為閉口系，因?yàn)闅飧捉^熱，所以 Q=0；又因?yàn)榛钊麑?dǎo)熱而無(wú)摩擦，W=0，且平衡時(shí)A、B兩側(cè)溫度相等， 即TA2=TB2=T2。有閉口系能量方程得： 因?yàn)?，TA1=TB1=T1=300K，于是終態(tài)平衡時(shí)，兩側(cè)的溫度均為： T1=T2=300K 2) 取整個(gè)氣缸為閉口系，當(dāng)終態(tài)平衡時(shí)，兩側(cè)壓力相等，設(shè)為p2，則： 3） 整個(gè)氣缸絕熱系的熵變： 4、某蒸汽動(dòng)力廠按一級(jí)再熱理想循環(huán)工作，新蒸汽參數(shù)為P1=15MPa， t1=600，再熱壓力PA=1.4MPa，再熱溫度tR= t1=600，背壓 P2=0.005MPa，功率為15000KW。試求： （1）定性畫(huà)出循環(huán)的T-S圖； （2）求循環(huán)熱效率； （3）每小時(shí)所需蒸汽量。 解：1）再熱循環(huán)在T-S圖上的表示如圖所示。 2）循環(huán)吸熱量 2）根據(jù)： 5、如圖4為一煙氣余熱回收方案。設(shè)煙氣比熱容Cp=1.4kJ/(kg.K)， Cv=1.14kJ/(kg.K)。試求： （1）煙氣流經(jīng)換熱器時(shí)傳給熱機(jī)工質(zhì)的熱； （2）熱機(jī)放給大氣的最小熱量； （3）熱機(jī)輸出的最大功W。 圖4 解： 1）煙氣放熱為： 2）若使Q2最小，熱機(jī)為可逆機(jī)，由卡諾定理得： 即： 3）輸出的最大功為： 6、壓力為0.1MPa，溫度為20的空氣進(jìn)入壓縮機(jī)，絕熱壓縮至0.6MPa 后排入貯氣筒。試求： （1）問(wèn)壓縮機(jī)空氣出口溫度能否是180？ （2）若將空氣絕熱壓縮至0.6MPa，250，試問(wèn)絕熱效率是多少？可用 能（作功能力）損失為多少？并用T-S圖表示之（環(huán)境溫度t0=20）； （3）壓縮機(jī)在吸氣狀態(tài)下的吸氣量為100m3/h，試求在2）情況下的壓 縮機(jī)功率是多少？ 解：1）若壓縮機(jī)出口溫度為180，則絕熱壓縮過(guò)程的熵產(chǎn)： 可見(jiàn)，壓縮機(jī)空氣出口溫度不可能是180。 2） 3） 7、 空氣從T1 = 300 K、p1 = 0.1 MPa壓縮到p2 = 0.6 MPa。試計(jì)算過(guò)程的 膨脹功（壓縮功）、技術(shù)功和熱量，設(shè)過(guò)程是(1) 定溫的、(2) 定熵的、 (3) 多變的（n=1.25），按定比熱容理想氣體計(jì)算，不考慮摩擦。 按附表1取空氣的定值比熱容為： kJ/(kgK)， kJ/(kgK) 氣體常數(shù) kJ/(kgK) （1）定溫過(guò)程 對(duì)等溫過(guò)程： ，則： （2）定熵過(guò)程 對(duì)定熵過(guò)程：q0，wu；wt h 由等熵過(guò)程的過(guò)程方程知 kJ/kg kJ/kg （3）多變過(guò)程 kJ/kg kJ/kg kJ/kg 8、 已知活塞式內(nèi)燃機(jī)定容加熱循環(huán)的進(jìn)氣參數(shù)為 p1=0.1 MPa、t1=50 ，壓縮比，加入的熱量q1=750 kJ/kg。試求循環(huán)的最高溫度、最高壓 力、壓升比、循環(huán)的凈功和理論熱效率。認(rèn)為工質(zhì)是空氣并按定比熱容 理想氣體計(jì)算。 解：活塞式內(nèi)燃機(jī)定容加熱循環(huán)的圖示見(jiàn)a)、b)圖示 (a) (b) ，理論熱效率由(6-5)式得： 循環(huán)凈功 最高溫度須先求出，因過(guò)程是等熵過(guò)程，由(3-89)式得 因?yàn)?所以 最高壓力須先求出和過(guò)程是定容過(guò)程，因此 即 所以 而 則 9、空氣在氣缸中由初狀態(tài)T1=300 K、p1=0.15 MPa進(jìn)行，則先定溫膨 脹，然后再在定容下使壓力增到 0.15 MPa，溫度升高到 480 K。試求： （1）將這過(guò)程畫(huà)在壓容圖和溫熵圖中； （2）利用空氣的熱力性質(zhì)表計(jì)算這過(guò)程中的膨脹功、熱量，以及熱力 學(xué)能和熵的變化。 解：(2) 對(duì)11 2即先定溫膨脹，然后再定容壓縮過(guò)程有 對(duì) 11 定溫膨脹過(guò)程： 所以 對(duì) 12定容壓縮過(guò)程： Wv = 0 圖 a 圖 b 10、某燃?xì)廨啓C(jī)裝置，已知其流量、增壓比、升溫比，大氣溫度為 295 K。試求理論上輸出的凈功率及循環(huán)的理論熱效率（注：認(rèn)為工質(zhì)是空 氣并按定比熱容理想氣體計(jì)算）。 解：， 燃?xì)廨啓C(jī)膨脹作功 壓氣機(jī)壓縮耗功 理論循環(huán)凈功率 理論循環(huán)熱效率 11、某氨蒸氣壓縮制冷裝置（圖5），已知冷凝器中氨的壓力為 1 MPa，節(jié)流后壓力降為 0.2 MPa，制冷量為 ，壓氣機(jī)絕熱效率為 80%， 已知冷卻水經(jīng)過(guò)氨冷凝器后溫度升高 8 K，水的比定壓熱容為 4.187 kJ/(kgk)。試求： （1）氨的流量； （2）壓氣機(jī)出口溫度及所耗功率； （3）制冷系數(shù)； （4）冷卻水流量。 圖5 解：參考圖8-10、8-11及8-12， 由 ，查圖 得 由 沿等熵線向上與線交于點(diǎn) 查得 因?yàn)椋?則 （查lgP-h圖） (1)氨的流量： (2)壓氣機(jī)出口溫度及耗功率： ：由等焓線與等壓線交點(diǎn)，查lgP-h圖可得： (3)制冷系數(shù) 理論： 實(shí)際： (4)冷卻水流量 冷卻水帶走的熱量應(yīng)等于氨氣放出的熱量，即由熱平衡方 程得： 可見(jiàn)所需冷卻水量是相當(dāng)大的。 13、 由三層材料組成的加熱爐爐墻。第一層為耐火磚。第二層為硅藻 土絕熱層，第三層為紅磚，各層的厚度及導(dǎo)熱系數(shù)分別為1230mm ， 11.10 W/(mK)， 250