工程熱力學(xué)第四版習(xí)題提示及答案07章習(xí)題提示與答案

1、習(xí)題提示與答案第七章氣體的流動(dòng)7-1設(shè)輸氣管內(nèi)甲烷氣流的壓力為4.5MPa、溫度為15 C、流速為30 m/s,管道的內(nèi)徑為0.5 m，試求每小時(shí)輸送的甲烷為多少 m3。提示：管內(nèi)的甲烷可看做理想氣體。答案：V0=893 220 m3/h。7-2 一股空氣流的流速為380 m/s、溫度為20 C,另一股空氣流的流速為550 m/s、溫度為750 C。已知750 C時(shí) =1.335 , 20 C時(shí) =1.400 ,試求這兩股氣流各屬于亞聲速還是超聲速，其馬赫數(shù)各為多少？提示：音速cRgT，馬赫數(shù)Ma Cf、c答案：Ma 1=1.107, Ma2=0.878。7-3 在壓縮空氣輸氣管上接有一漸縮形

2、噴管，噴管前空氣的壓力可通過(guò)閥門(mén)調(diào)節(jié)，而空氣的溫度為提示：視噴管入口處速度近似為零，臨界壓力2PerP11-1;漸27 C，噴管出口的背壓為 0.1 MPa。試求噴管進(jìn)口的壓力為 0.15 MPa及0.25 MPa時(shí)，噴管出口截面的流速 和壓力?？s形噴管，PXPB時(shí)，出口截面壓力P2等于背壓PB,出口流速小于當(dāng)?shù)芈曀伲籔crpB時(shí)，出口截面壓力P2等于臨界壓力pcr，出口截面流速等于當(dāng)?shù)芈曀?。答案?1) p2=0.1 MPa , Cf2錯(cuò)誤！未找到引用源。=256.8 m/s; (2) p2=0.132MPa , Cf2=317 m/s。7-4 按上題條件，求兩種情況下出口截面氣流的馬赫數(shù)。

3、 提示：等熵流動(dòng)過(guò)程，音速c / R T，馬赫數(shù)Ma Cfx gc答案：(1) Ma =0.783 6; (2) Ma=1。7-5設(shè)進(jìn)入噴管的氦氣的壓力為0.4 MPa、溫度為227 C，而出口背壓為0.15 MPa，試選用噴管形狀并計(jì)算出口截面氣體的壓力、速度及馬赫數(shù)。提示：視噴管入口處速度近似為零，臨界壓力PcrP1-1-1，若pcrpB，則選用縮放形噴管。答案：選用縮放形噴管，p2 =0.15 MPa , cf2=1 298 m/s, Ma 2=1.2o第七章氣體的流動(dòng)-40 7-6 按習(xí)題7-3所述條件，設(shè)噴管的出口截面面積為10 cm2,試求兩種情況下氣體的流量。提示：噴管內(nèi)工質(zhì)為理

4、想氣體，qm=A2 Cf2。答案：（1）qm=0.334 7 kg/s（ 2）qm =0.583 3 kg/s。7-7 按習(xí)題7-3所述條件，若進(jìn)口壓力為0.25 MPa，并采用縮放形噴管，試求出口截面的流速及噴管最小截面面積為10 cm2時(shí)的流量。提示：噴管內(nèi)工質(zhì)為理想氣體，噴管內(nèi)氣體的流動(dòng)可視為等熵穩(wěn)定流動(dòng)；縮放形噴管喉部處為音速，2p喉部處流量qm A 2（2 ）2（ 1 P1。11V1答案：Cf2=372.65 m/s， qm =0.583 3 kg/s。7-8 假設(shè)壓縮空氣的儲(chǔ)氣筒放置在露天，其溫度隨大氣溫度而變化，冬天時(shí)溫度平均為7C,夏天時(shí)平均為32 C。儲(chǔ)氣筒內(nèi)壓力始終保持為

5、p。若由此氣源連接噴管產(chǎn)生高速氣流，試問(wèn)：夏天與冬天噴管出 口流速的比值及噴管流量的比值為多少？并分析背壓不同而采用不同噴管形式時(shí)比值有何不同。提示：視噴管入口處速度近似為零,臨界壓力pcrP1-1-1；（1）減縮形噴管，pBpcr時(shí)，p2=pB ,cf2c2 , qmVqm,max ; pBW pcr 時(shí)，p2= pcr, cf2=c2 , qm = qm,max ; 縮放形噴管，p2pB w pcr ,流量等于最大 流量。答案：cfqm=1.043 7,=0.958。Cfqm0.2 MPa，進(jìn)入噴管時(shí)氣7-9利用內(nèi)燃機(jī)排氣管排出的廢氣通過(guò)噴管而獲得高速氣流，廢氣的壓力為試求當(dāng)背壓為0.1

6、MPa時(shí)漸縮形噴管的出體流速為100 m/s,溫度為500 C。假設(shè)廢氣的性質(zhì)可按空氣計(jì)算,口流速，并分析當(dāng)近似地取p=0.2 MPa、t=500 C計(jì)算流速及流量時(shí)引起的誤差。提示：（1）考慮流體在噴管入口處的初始速度，噴管入口處的狀態(tài)參數(shù)均需折算為滯止參數(shù)；臨界壓力PcrP02-1-1，臨界壓力PcrP1-1-1；漸縮形噴管，pcrVpB時(shí)，出口截面壓力P2等于背壓PB，出口流速小于當(dāng)?shù)芈曀?。?）忽略流體在噴管入口處的初始速度，臨界壓力PcrP1-1-1；漸縮形噴管，PcrVpB時(shí)，出口截面壓力P2等于背壓PB，出口流速小于當(dāng)?shù)芈曀?。答案：Cf2=510.5m/s,Cf%=-0.3% ,

7、qm%=+0.3%。7-10 試設(shè)計(jì)一噴管。已知壓縮空氣的溫度為327 C，壓力為0.6 MPa，噴管出口背壓為 0.1 MPa，而空氣流量為1 kg/s。試確定噴管的出口流速，噴管的最小截面面積、出口截面面積、最小截面和出口截面的直徑，漸放部分的錐角為 10 時(shí)的管長(zhǎng)。提示：噴管內(nèi)工質(zhì)為理想氣體， 噴管內(nèi)氣體的流動(dòng)可視為等熵穩(wěn)定流動(dòng)；視噴管入口處速度近似為零,臨界壓力pcrPi-1若PcrPB，則選用縮放形噴管。答案：噴管形式為縮放形噴管；Cf2=695 m/s ； Amin=10.1 cm2、-1dmin =35.9 mm ； A2=14.86 cm2、d2=43.5 mm ； 1=4.3

8、6 cm。7-11一漸縮形噴管，工質(zhì)為空氣，進(jìn)口氣流的溫度為300 C,出口流速為350 m/s，試確定該流速下噴管的流量與該噴管最大流量的比值。提示：漸縮形噴管的最大流量為氣體等熵流動(dòng)，出口流速達(dá)到當(dāng)?shù)芈曀贂r(shí)的流量；噴管流量qm=Cf2A2/V2。7-14設(shè)有一氣流由氫氣流與氮?dú)饬鲄R合而成。已知?dú)錃獾牧髁繛? kg/h，氮?dú)獾牧髁繛? kg/h。設(shè)氫答案：q =0.951 7。qm,max7-12欲使流速為300 m/s的空氣流降速增壓，已知空氣的壓力為0.1 MPa、溫度為27 C,試確定擴(kuò)壓管的形狀并計(jì)算空氣可達(dá)到的最高壓力。提示:擴(kuò)壓管dp0, dcf0,管道內(nèi)氣體定熵流動(dòng)時(shí)，管道截面

9、積變化率與流速變化率的關(guān)系為：dAMaA2 1 dcf。出口流速Cf2-0時(shí)，擴(kuò)壓管出口壓力達(dá)到最大值。Cf答案:擴(kuò)壓管形狀為漸擴(kuò)管，P2,max=0.162 9 MPa。7-13管道中空氣的流速為150 m/s，現(xiàn)用溫度計(jì)測(cè)量氣流溫度，所得讀數(shù)為52 C,試求空氣的溫度。提示:溫度計(jì)測(cè)得的溫度為滯止溫度。答案:t=40.8 C。氣的溫度為熱交換，合流前后氣體流動(dòng)動(dòng)能和位能的變化可忽略不計(jì),試求合流的溫度及合流過(guò)程中氣體熵的變化（提示：合流后混合物中各組成氣體分別為各自的分壓力）。313 K，氮?dú)獾臏囟葹?23 K，匯合前后各流道內(nèi)氣體的壓力相同，合流過(guò)程中氣體和外界沒(méi)有T,pw1cp0,1w2cp0,2提示：兩流體1、2合流后的溫度：T10,11一也50,2兩流體合流后的熵變：ZS=AS1 + AS2；單一組成氣體合流前后的熵變:s Cpoln 匚Rgln P。T1P1答案：T=360.2 K , s=3.29 kJ/(kg K)。7-15 按習(xí)題7-3所述條件，若噴管效率為 0.95，試求噴管出口截面的流速及壓力。提示：工質(zhì)在漸縮形噴管進(jìn)行不可逆流動(dòng)時(shí)，如pcrpB，噴管出口壓力p2=pB，如pcrpB的條件下，無(wú)論流動(dòng)