工程熱力學(xué)習(xí)習(xí)題答案第四章-

1、第四章4-1 1kg空氣在可逆多變過程中吸熱40kJ，其容積增大為，壓力降低為，設(shè)比熱為定值，求過程中內(nèi)能的變化、膨脹功、軸功以及焓和熵的變化。解：熱力系是1kg空氣過程特征：多變過程因?yàn)閮?nèi)能變化為8×103J膨脹功：32 ×103J軸功： ×103J焓變：×8 ×103J熵變：×10342 有1kg空氣、初始狀態(tài)為，進(jìn)行下列過程：（1）可逆絕熱膨脹到；（2）不可逆絕熱膨脹到，；（3）可逆等溫膨脹到；（4）可逆多變膨脹到，多變指數(shù)；試求上述各過程中的膨脹功及熵的變化，并將各過程的相對位置畫在同一張圖和圖上解：熱力系1kg空氣（1） 膨

2、脹功：×103J熵變?yōu)?（2）×103J（3）×103×103（4）×103J4-3具有1kmol空氣的閉口系統(tǒng)，其初始容積為1m3，終態(tài)容積為10 m3，當(dāng)初態(tài)和終態(tài)溫度均100時，試計算該閉口系統(tǒng)對外所作的功及熵的變化。該過程為：（1）可逆定溫膨脹；（2）向真空自由膨脹。解：（1）定溫膨脹功7140kJK(2)自由膨脹作功為0K44質(zhì)量為5kg的氧氣，在30溫度下定溫壓縮，容積由3m3變成，問該過程中工質(zhì)吸收或放出多少熱量輸入或輸出多少功量內(nèi)能、焓、熵變化各為多少解：放熱因?yàn)槎?，?nèi)能變化為0，所以內(nèi)能、焓變化均為0熵變： kJ/K45為了

3、試驗(yàn)容器的強(qiáng)度，必須使容器壁受到比大氣壓力高的壓力。為此把壓力等于大氣壓力。溫度為13的空氣充入受試驗(yàn)的容器內(nèi)，然后關(guān)閉進(jìn)氣閥并把空氣加熱。已知大氣壓力B，試問應(yīng)將空氣的溫度加熱到多少度空氣的內(nèi)能、焓和熵的變化為多少解：（1）定容過程（2） 內(nèi)能變化：kg kJ/kg kJ/4-66kg空氣由初態(tài)p1，t1=30，經(jīng)過下列不同的過程膨脹到同一終壓p2：（1）定溫過程；（2）定熵過程；（3）指數(shù)為n的多變過程。試比較不同過程中空氣對外所作的功，所進(jìn)行的熱量交換和終態(tài)溫度。解：（1）定溫過程 kJT2=T1=30（2）定熵過程 kJQ0（3）多變過程 kJ kJ47已知空氣的初態(tài)為p1，v1=kg

4、。經(jīng)過一個多變過程后終態(tài)變化為p2，v2=kg。試求該過程的多變指數(shù)，以及每千克氣體所作的功、所吸收的熱量以及內(nèi)能、焓和熵的變化。解：（1）求多變指數(shù)1千克氣體所作的功146kJ/kg吸收的熱量= kJ/kg內(nèi)能： kJ/kg焓： kJ/kg熵：90J/4-81kg理想氣體由初態(tài)按可逆多變過程從400降到100，壓力降為，已知該過程的膨脹功為200kJ，吸熱量為40 kJ，設(shè)比熱為定值，求該氣體的和解：kJ533J/=200 kJ解得：nR=327 J/代入解得：533+327=860 J/4-9將空氣從初態(tài)1，t1=20,定熵壓縮到它開始時容積的1/3，然后定溫膨脹，經(jīng)過兩個過程，空氣的容積

5、和開始時的容積相等。求1kg空氣所作的功。解：-116 kJ/kg kJ/kgw=w1+w2= kJ/kg4-10 1kg氮?dú)鈴某鯌B(tài)1定壓膨脹到終態(tài)2，然后定熵膨脹到終態(tài)3。設(shè)已知以下各參數(shù)：t1=500，v2=kg ，p3，v3=kg。求（1）1、2、3三點(diǎn)的溫度、比容和壓力的值。（2）在定壓膨脹和定熵膨脹過程中內(nèi)能的變化和所作的功。解：(1) MPa1263Kp1=p2= MPav1= m3/kg=583 K(2) 定壓膨脹364 kJ/kg kJ/kg定熵膨脹505 kJ/kg-505 kJ/kg或者：其q=0,= -505 kJ/kg4-11 1標(biāo)準(zhǔn)m3的空氣從初態(tài)1 p1，t1=30

6、0定熵膨脹到狀態(tài)2，且v2=3v1?？諝庥蔂顟B(tài)2繼續(xù)被定溫壓縮，直到比容的值和開始時相等，v3=v1，求1、2、3點(diǎn)的參數(shù)（P,T,V）和氣體所作的總功。解： m3/kg MPa369KV2=3V1= m3T3=T2=369KV3=V1= m3 MPa412 壓氣機(jī)抽吸大氣中的空氣，并將其定溫壓縮至p25MPa。如壓縮150標(biāo)準(zhǔn)m3空氣，試求用水冷卻壓氣機(jī)氣缸所必須帶走的熱量。設(shè)大氣處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。解：-59260kJ4-13 活塞式壓氣機(jī)吸入溫度t1=20和壓力p1的空氣，壓縮到p2，壓氣機(jī)每小時吸氣量為600標(biāo)準(zhǔn)m3。如壓縮按定溫過程進(jìn)行，問壓氣機(jī)所需的理論功率為多少千瓦若壓縮按定熵過程進(jìn)行

7、，則所需的理論功率又為多少千瓦解：定溫：s定熵 KW414 某工廠生產(chǎn)上需要每小時供應(yīng)壓力為的壓縮空氣600kg；設(shè)空氣所初始溫度為20，壓力為。求壓氣機(jī)需要的最小理論功率和最大理論功率。若按n的多變過程壓縮，需要的理論功率為多少解：最小功率是定溫過程m=600/3600=1/6 kg/s KW最大功率是定熵過程 KW多變過程的功率 KW415 實(shí)驗(yàn)室需要壓力為6MPa的壓縮空氣，應(yīng)采用一級壓縮還是二級壓縮若采用二級壓縮，最佳中間壓力應(yīng)等于多少設(shè)大氣壓力為，大氣溫度為20，壓縮過程多變指數(shù)n=，采用中間冷卻器能將壓縮氣體冷卻到初溫。試計算壓縮終了空氣的溫度。解：壓縮比為60，故應(yīng)采用二級壓縮。

8、 中間壓力： =441K 4-16 有一離心式壓氣機(jī)，每分鐘吸入p1，t1=16的空氣400 m3，排出時p2，t2=75。設(shè)過程可逆，試求： (1)此壓氣機(jī)所需功率為多少千瓦 (2)該壓氣機(jī)每分鐘放出的熱量為多少千焦 解：（1） =s = 1183KW （2） =s 417 三臺空氣壓縮機(jī)的余隙容積均為6，進(jìn)氣狀態(tài)均為、27，出口壓力均為，但壓縮過程的指數(shù)不同，分別為：n1=，n2=，n3=1。試求各壓氣機(jī)的容積效率（假設(shè)膨脹過程的指數(shù)和壓縮過程的指數(shù)相同）。 解： n=:n=：=n=1：=十一章11-1空氣壓縮致冷裝置致冷系數(shù)為，致冷量為84600kJ/h，壓縮機(jī)吸入空氣的壓力為，溫度為-

9、10，空氣進(jìn)入膨脹機(jī)的溫度為20，試求：壓縮機(jī)出口壓力；致冷劑的質(zhì)量流量；壓縮機(jī)的功率；循環(huán)的凈功率。解：壓縮機(jī)出口壓力 故： MPa T3=20+273=293K 209K致冷量：×（263-209）kg致冷劑的質(zhì)量流量s 368K壓縮功：w1=cp(T2-T1)=106 kJ/kg壓縮功率：P1=mw1=膨脹功：w2= cp(T3-T4)= kJ/kg膨脹功率:P2=mw2=循環(huán)的凈功率:P=P1-P2= KW11-2空氣壓縮致冷裝置，吸入的空氣p1=，t1=27，絕熱壓縮到p2=，經(jīng)冷卻后溫度降為32，試計算：每千克空氣的致冷量；致冷機(jī)消耗的凈功；致冷系數(shù)。解：已知T3=32+

10、273=305K446K205K致冷量：×（300-205）96kJ/kg致冷機(jī)消耗的凈功: W=cp(T2-T1)cp(T3-T4)=kg致冷系數(shù)：114蒸氣壓縮致冷循環(huán)，采用氟利昂R134a作為工質(zhì)，壓縮機(jī)進(jìn)口狀態(tài)為干飽和蒸氣，蒸發(fā)溫度為-20，冷凝器出口為飽和液體，冷凝溫度為40，致冷工質(zhì)定熵壓縮終了時焓值為430kJ/kg，致冷劑質(zhì)量流量為100kg/h。求：致冷系數(shù)；每小時的制冷量；所需的理論功率。解：在lgp-h圖上查各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)。,p1=h1=386kJ/kgs1= kJ/(kgK),p2= MPah2=430 kJ/kg,h3=419 kJ/kgh5=h4=256 k

11、J/kg致冷量：q2=h1-h5=386-256=130 kJ/kg每小時的制冷量:Q2=m×q2=12900kJ/h壓縮功：w=h2-h1=430-386=44 kJ/kg致冷系數(shù):理論功率P=mw=100×44/3600=11-5用一臺氨蒸氣壓縮致冷機(jī)制冰，氨的蒸發(fā)溫度為-5，冷凝溫度為30，冷凝器中冷卻水的進(jìn)口溫度為12，出口水溫為20，欲在每小時內(nèi)將1000kg0的水制成冰，已知冰的融解熱為340kJ/kg，試求：該致冷機(jī)每小時的制冷量；氨每小時的流量；致冷機(jī)的功率；冷卻水每小時的消耗量。解：致冷機(jī)每小時的制冷量：Q=1000×340=340000 kJ在

12、lgp-h圖上查各狀態(tài)點(diǎn)參數(shù)。p1=h1=1452kJ/kgs1= kJ/(kgK)p2= MPah2=1620 kJ/kgh5=h4=343 kJ/kg致冷量：q2=h1-h5=1114 kJ/kg氨每小時的流量；致冷機(jī)的功率：P=mw=m(h2-h1)=14kW冷凝器熱負(fù)荷：Q1=m(h2-h4)=390000 kJ/h冷卻水每小時的消耗量：=×104kg/h11-6一臺氨致冷裝置，其致冷量kJ/h，蒸發(fā)溫度15，冷凝溫度30，過冷溫度25，從蒸發(fā)器出口的蒸氣為干飽和狀態(tài)。求（1）理論循環(huán)的致冷系數(shù)；（2）致冷劑的質(zhì)量流量；（3）消耗的功率。解：查表得壓力和焓分別為：h1=140

13、0 kJ/kg,p1=,s1= kJ/(kgK)h2=1650 kJ/kg,p2=,s2= kJ/(kgK),h3=320 kJ/kg制冷量：q2=h1-h3=1080 kJ/kg壓縮功：w=h2-h1=250 kJ/kg（1）致冷系數(shù):（2）致冷劑的質(zhì)量流量：370kg/h（3）消耗的功率11-8一臺用氟利昂R134a為致冷劑的蒸汽壓縮致冷裝置，被用作室內(nèi)供熱，它要求的最大加熱量是將標(biāo)準(zhǔn)狀況下30m3/min的空氣從5加熱到30，冷凝器的最低溫度必須較空氣的最高溫度高20，蒸發(fā)溫度為-4。求：熱泵的供熱負(fù)荷；致冷劑流量；所需功率。解：（1）熱泵的供熱負(fù)荷：標(biāo)準(zhǔn)狀況下30m3/min的空氣的質(zhì)

14、量為：=min=ss冷凝器溫度為30+2050，蒸發(fā)溫度為-4查表得壓力和焓分別為：h1=395 kJ/kg,s1= kJ/(kgK)h2=430 kJ/kg,h3=272 kJ/kg制熱量：q1=h1-h3+h2-h1=158 kJ/kg壓縮功：w=h2-h1=35 kJ/kg（2）致冷劑的質(zhì)量流量：s（3）消耗的功率11-9熱泵利用井水作為熱源，將20的空氣8×104m3/h加熱到30，使用氟利昂R134a為致冷劑，已知蒸發(fā)溫度為5，冷凝溫度為35，空氣的定壓容積比熱為，井水的溫度降低7，試求理論上必需的井水量、壓縮機(jī)功率和壓縮機(jī)的壓氣量（m3/h）。解：查表得壓力和焓分別為：h1=400 kJ/kg,h2=420 kJ/kg,h3=250 kJ/kg制熱量：q1=h2-h3 =170 kJ/kg吸熱量：q2=h1-h3150 kJ/kg壓縮功：w=h2-h1=20 kJ/kg加熱空氣額熱量：80000××10=1×106kJ/h致冷劑流量：