工程熱力學(xué)(第五版-)課后習(xí)題答案

V:1.0精選工程方案

工程熱力學(xué)（第五版_）課后習(xí)題答案

工程熱力學(xué)（第五版一）課后習(xí)題答案

22已知的M=28,求（1）的氣體常數(shù)；（2）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下N2的比容和密度；（3）p^OAMPa,f=500，C時

的摩爾容積Mv。

解：（1）N2的氣體常數(shù)

R=&=^=

M28

（2）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下N?的比容和密度

RT2969x273

v=----=m3/kg

101325

p=L=kg/府

V

(3)p=0AMPa,r=500℃時的摩爾容積Mu

R1

Mv=—^―=m31kmol

P

2-3.把CO?壓送到容積3m3的儲氣罐里，起始表壓力=30kPa,終了表壓力"g2=。-3Mpa,溫度由tl=45℃增加

到t2=70℃。試求被壓入的CO?的質(zhì)量。當(dāng)?shù)卮髿鈮築=kPa。

解：熱力系：儲氣罐。

應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程。

壓送前儲氣罐中CO2的質(zhì)量

1plvl

ml=-----

RT1

壓送后儲氣罐中CO2的質(zhì)量

op2V2

m2=------

RT2

根據(jù)題意

容積體積不變；R=

(1)

pl=pgi+B

(2)

p2=pg2+B

T1=H+273(3)

T2=12+273(4)

壓入的CO：的質(zhì)量

工程熱力學(xué)(第五版一)課后習(xí)題答案

根二川一'"2弋噌一并(5)

將(1)、(2)、(3),(4)代入(5)式得

m=

2-5當(dāng)外界為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時，一鼓風(fēng)機每小時可送3(X)0?的空氣，如外界的溫度增高到27℃,大氣壓降低到，而鼓風(fēng)機每小時

的送風(fēng)量仍為300m,,問鼓風(fēng)機送風(fēng)量的質(zhì)量改變多少

解：同上題

300,99.3101.325

mm\-m2=—)x1000=

R287300273

2-6空氣壓縮機每分鐘自外界吸入溫度為15℃、壓力為的空氣3m)充入容積m，的儲氣罐內(nèi)。設(shè)開始時罐內(nèi)的溫度和壓力

與外界相同，問在多長時間內(nèi)空氣壓縮機才能將氣罐的表壓力提高到設(shè)充氣過程中氣罐內(nèi)溫度不變。

解：熱力系：儲氣罐。

使用理想氣體狀態(tài)方程。

第一種解法：

首先求終態(tài)時需要充入的空氣質(zhì)量

cp2v27X1()5X8.5

m2=------=---------------

RT2287x288

壓縮機每分鐘充入空氣量

pvIxlO5x3

m-----=-------------kg

RT287x288-

所需時間

m2

m

第二種解法

將空氣充入儲氣罐中，實際上就是等溫情況下把初壓為一定量的空氣壓縮為的空氣；或者說、n?的空氣在下占體積為多少

的問題。

根據(jù)等溫狀態(tài)方程

pv=const

、m3的空氣在下占體積為

VI包=空至=59.5m,

P\

壓縮機每分鐘可以壓縮的空氣3m3,則要壓縮n?的空氣需要的時間

59.5

T=-------

3

2-8在一直徑為400mm的活塞上置有質(zhì)量為3000kg的物體，氣缸中空氣的溫度為18℃,質(zhì)量為。加熱后其容積增大為原

來的兩倍。大氣壓力B=101kPa,問：(I)氣缸中空氣的終溫是多少(2)終態(tài)的比容是多少(3)初態(tài)和終態(tài)的密度各是多

工程熱力學(xué)(第五版一)課后習(xí)題答案

少

解：熱力系：氣缸和活塞構(gòu)成的區(qū)間。

使用理想氣體狀態(tài)方程。

(1)空氣終態(tài)溫度

V2

72=——T1=582K

VI

(2)空氣的初容積

p=3000X(it^)+101000=

vl=Jm^71=

P

空氣的終態(tài)比容

cV22V1

V2=---=----=m/kg

mm

或者

cRT2

v2=-----=m7kg

P

(3)初態(tài)密度

m2.12

川=4kg/m3

VI0.527

p2=--=2kg/m3

v2

2-9

解：(1)氮氣質(zhì)量

pv13.7X1O6X0.05

77-----------------------

RT2968x300

(2)熔化溫度

pv16.5xl06x0.05

T--=-----------------=361K

mR7.69x2968

2-14如果忽略空氣中的稀有氣體，則可以認(rèn)為其質(zhì)量成分為試求空氣的折合分子

go?=23.2%,gN2=76.8%.

量、氣體常數(shù)、容積成分及在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的比容和密度。

解：折合分子量

M“------1---=----------1--------=

、gj0.2320.768

乙畫32+28

工程熱力學(xué)（第五版一）課后習(xí)題答案

氣體常數(shù)

口Ro8314八

R=-=-----=288J1/i(nkg?K)

M28.86

容積成分

M

%=SO2/叫=%

|一%=%

標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的比容和密度

M28.86,

O=----------=kg/nr

22.422.4

V=-=m3/kg

P

2-15已知天然氣的容積成分⑵；4=97%,rCH(^=0.6%,rC}H^=0.18%,rC4H]Q=0.18%,rCO2=0.2%,

=1.83%。試求:

（1）天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度；

（2）各組成氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的分壓力。

解：（1）密度

〃==(97x16+0.6x30+0.18x44+0.18x58+0.2x44+1.83x28)/100

M16.48

Po=0.736依/fl?

-22422.4

（2）各組成氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下分壓力

因為：Pi=rtP

PcH4=97%*101.325=

同理其他成分分壓力分別為：（略）

3-1安靜狀態(tài)下的人對環(huán)境的散熱量大約為400KJ/h,假設(shè)能容納2000人的大禮堂的通風(fēng)系統(tǒng)壞了：（1）在通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)

故障后的最初20min內(nèi)禮堂中的空氣內(nèi)能增加多少（2）把禮堂空氣和所有的人考慮為一個系統(tǒng)，假設(shè)對外界沒有傳熱，系

統(tǒng)內(nèi)能變化多少如何解釋空氣溫度的升高。

解：（1）熱力系：禮堂中的空氣。

閉口系統(tǒng)

工程熱力學(xué)(第五版一)課后習(xí)題答案

根據(jù)閉口系統(tǒng)能量方程

Q=AU+W

因為沒有作功故w=o；熱量來源于人體散熱：內(nèi)能的增加等于人體散熱。

Q=2000x400x20/60=xio5kj

(1)熱力系：禮堂中的空氣和人。

閉口系統(tǒng)

根據(jù)閉口系統(tǒng)能量方程

Q=\U+W

因為沒有作功故w=o；對整個禮堂的空氣和人來說沒有外來熱量，

所以內(nèi)能的增加為0。

空氣溫度的升高是人體的散熱量由空氣吸收，導(dǎo)致的空氣內(nèi)能增加。

3-5,有一閉口系統(tǒng)，從狀態(tài)1經(jīng)a變化到狀態(tài)2,如圖，又從狀態(tài)2經(jīng)b回到狀態(tài)1；再從狀態(tài)1經(jīng)過c變化到狀態(tài)2。在

這個過程中，熱量和功的某些值已知，如表，試確定未知量。

y

X

過程熱量Q(kJ)膨脹功W(kJ)

l-a-210xl

2-b-l-7-4

l-c-2x22

解：閉口系統(tǒng)。

使用閉口系統(tǒng)能量方程

⑴對l-a-2和2-b-l組成一個閉口循環(huán)，有

即10+(-7)=xl+(-4)

xl=7kJ

⑵對l-c-2和2-b-l也組成一個閉口循環(huán)

工程熱力學(xué)(第五版)課后習(xí)題答案

x2+(-7)=2+(-4)

x2=5kJ

(3)對過程2-b-i,根據(jù)Q=AU+W

A(7=Q—W=—7—(—4)=—3kJ

3-6一閉口系統(tǒng)經(jīng)歷了一個由四個過程組成的循環(huán)，試填充表中所缺數(shù)據(jù)。

過程Q(kJ)W(kJ)AE(kJ)

1?2110001100

2?30100-100

3?4-9500-950

4?5050-50

解：同上題

3-7解：熱力系：質(zhì)量氣體

閉口系統(tǒng)，狀態(tài)方程：p=av+b

At/=1.5[(1.5p2v2-85)-(1.5plvl-85)]=90kJ

由狀態(tài)方程得

1000=a*+b

2(X)=a*+b

解上兩式得：

a=-800

b=1160

則功量為

2]

W=1.5jp^v=1.5[-(-800)v2-1160P]Q2=900kJ

過程中傳熱量

Q=At/+W=990kJ

3-8容積由隔板分成兩部分，左邊盛有壓力為600kPa,溫度為27匕的空氣，右邊為真空，容積為左邊5倍。將隔板抽出后,

空氣迅速膨脹充滿整個容器。試求容器內(nèi)最終壓力和溫度。設(shè)膨脹是在絕熱下進行的。

解：熱力系：左邊的空氣

系統(tǒng)：整個容器為閉口系統(tǒng)

過程特征：絕熱，自由膨脹

根據(jù)閉口系統(tǒng)能量方程

Q=/^U+W

工程熱力學(xué)（第五版一）課后習(xí)題答案

絕熱。=0

自由膨脹W=0

因此AU=0

對空氣可以看作理想氣體，其內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，得

mcv(T2—Tl)=0=T2=T1=300K

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程

cRT2plVI1,

pl-------=------=—pl=lOOkPa

V2V26

3-9一個儲氣罐從壓縮空氣總管充氣，總管內(nèi)壓縮空氣參數(shù)恒定，為500kPa,25ro充氣開始時，罐內(nèi)空氣參數(shù)為100kPa,

25℃o求充氣終了時罐內(nèi)空氣的溫度。設(shè)充氣過程是在絕熱條件下進行的。

解：開口系統(tǒng)

特征：絕熱充氣過程

工質(zhì)：空氣（理想氣體）

根據(jù)開口系統(tǒng)能量方程，忽略動能和未能，同時沒有軸功，沒有熱量傳遞。

0=m2h2-m0h0+dE

沒有流出工質(zhì)m2=0

dE=dU=（mu）cv2-（mu）c”

終態(tài)工質(zhì)為流入的工質(zhì)和原有工質(zhì)和m0=

rrijviucv2-mCV|UCV|=m0h0⑴

h0=cpT0

UCV2=C、.T2

UCV|=CVT1

pW

叫、”=----

RT\

p2V

n1s=------

c■RT2

代入上式(1)整理得

尸kTlT2

T2=---------------------r

T1+("O-T1)0

“2

3-10供暖用風(fēng)機連同加熱器，把溫度為〃=（）匕的冷空氣加熱到溫度為松=25（）℃,然后送入建筑物的風(fēng)道內(nèi)，送

風(fēng)量為s,風(fēng)機軸上的輸入功率為IkW,設(shè)整個裝置與外界絕熱。試計算：（1）風(fēng)機出口處空氣溫度；（2）空氣在加熱器中

的吸熱量；（3）若加熱器中有阻力，空氣通過它時產(chǎn)生不可逆的摩擦擾動并帶來壓力降，以上計算結(jié)果是否正確

解：開口穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流系統(tǒng)

Q1000

（1）風(fēng)機入口為00則出口為而=Q=KT=

mCp0.56x1.006xl03

工程熱力學(xué)（第五版一）課后習(xí)題答案

?2=〃+△/=1.78℃

空氣在加熱器中的吸熱量

Q=mCpKT=0.56xl.006x（250-1.78）=

⑶若加熱有阻力，結(jié)果1仍正確；但在加熱器中的吸熱量減少。加熱器中Q=〃2-〃1="2+P2u2—（“1+Plvl）,

p2減小故吸熱減小。

3-11一只的罐，與溫度為27匕、壓力為7MPa的壓縮空氣干管相連接，當(dāng)閥門打開，空氣流進罐內(nèi)，壓力達到5MPa

時，把閥門關(guān)閉。這一過程進行很迅速，可認(rèn)為絕熱。儲罐的閥門關(guān)閉后放置較長時間，最后罐內(nèi)溫度回復(fù)到室溫。問儲罐

內(nèi)最后壓力是多少

解：熱力系：充入罐內(nèi)的氣體

由于對真空罐充氣時，是熔變內(nèi)能的過程

mh=mu

T=七0=仃0=1.4x300=420K

C,

罐內(nèi)溫度回復(fù)到室溫過程是定容過程

cT2300U

p2=——P1=-----x5=

T420

3-12壓力為IMPa和溫度為20CTC的空氣在一主管道中穩(wěn)定流動。現(xiàn)以一絕熱容器用帶閥門的管道與它相連，慢慢開

啟閥門使空氣從主管道流入容器。設(shè)（1）容器開始時是真空的；（2）容器裝有一個用彈簧控制的活塞，活塞的位移與施加

在活塞上的壓力成正比，而活塞上面的空間是真空，假定彈簧的最初長度是自由長度；（3）容器裝在一個活塞，其上有重物，

需要IMPa的壓力舉起它。求每種情況下容器內(nèi)空氣的最終溫度

解：（1）同上題

T=ZT0=1.4X473=662K=389℃

（2）//=〃+W

h=cpT0

L=kp

w=jpAdL=jpAkdp=gkpAp=gpV=gRT

c

T=----------TO=552K=279℃

Cv+0.5/?

同（2）只是W不同

w=JpdV=pV=RT

T=——TO=TO=473K=200℃

%+R

工程熱力學(xué)（第五版一）課后習(xí)題答案

3-13解：W=-△/?

對理想氣體h=cp\r

u-cvAT

3-14解：（1）理想氣體狀態(tài)方程

T2=4fZ.=2*293=586K

Pl

（2）吸熱:

Q=me2=AT=2500kJ

1RT\k-\

3-15解：煙氣放熱等于空氣吸熱

In?空氣吸取n?的煙氣的熱

Q=L09x245=267kj

267

---------------=205℃

pvc1.293x1x1.01

t2=10+205=215℃

3-16解：ml/il+m2h2=(ml+m2)h3

h=cj

代入得：

丁m\cT\+mlcT2120*773+210x473

T=-------------------=-----------------------=582K

(ml+m2)c330

=309℃

3-17解：等容過程

左二—=

Cp-R

c=RT2—RT1plv-p\v

Q-mCLXI=m-------------=-------------=

Vk—1k—1

3-18解：定壓過程

工程熱力學(xué)(第五版一)課后習(xí)題答案

pW20684xl03x0.03

T1=--=------------------

mR1x287

T2=

內(nèi)能變化:

△U=mc、.Z=1x(1.01-0.287)x2162

焙變化:

A//=皿/=1.4x156.3=口

功量交為丫2=20=0.0而

W=JpdV=p(V2-VI)=2068.4x0.03=

熱量交換：Q=AU+W=1563+62.05=kJ

p73

4-11kg空氣在可逆多變過程中吸熱40kJ,其容積增大為u2=10ul,壓力降低為〃2=“1/8,設(shè)比熱為定值，求

過程中內(nèi)能的變化、膨脹功、軸功以及培和場的變化。

解：熱力系是1kg空氣

過程特征：多變過程

ln(p2/pl)ln(l/8)

n=-------------=-----------=

ln(vl/v2)lnQ/10)

因為

q=

內(nèi)能變化為

Cv=1R=JI(kg?K)

77

cp=-R=^cv=J/(kg.K)

C=C“=5c==JI(kg?K)

nn-1v

3

Aw=cvAT=qcv/%=8XIOJ

工程熱力學(xué)(第五版一)課后習(xí)題答案

膨脹功；w^q-AM=32xio3J

3

軸功：ws=nw=xioJ

3

蠟變：A/z=cpKT=AAM=x8=xioJ

3

燔變：As=c7)In+cvIn--=xioJ/(kg?K)

4-2有1kg空氣、初始狀態(tài)為pl=O.5MPa,〃=15O，C,進行下列過程:

(1)可逆絕熱膨脹到“2=QAMPa-.

(2)不可逆絕熱膨脹到pl=DAMPa,T2=300K；

(3)可逆等溫膨脹到pl=QAMPa-,

(4)可逆多變膨脹到〃2=0.1A/Pa,多變指數(shù)〃=2；

試求上述各過程中的膨脹功及燃的變化，并將各過程的相對位置畫在同一張p-v圖和T-s圖上

解：熱力系1kg空氣

(1)膨脹功：

焙變?yōu)?

3

(2)w=-Aw=cv(T1—T2)=xioJ

=c?\n--R\n^=J/(kg?K)

pTlpl

(3)w=HTlln旦=xio，(依?K)

P2

As=Rina=xio'J/(kg?K)

P2

RT15”2、j,

(4)W=——-[1-(-^)”]=X103J

工程熱力學(xué)(第五版一)課后習(xí)題答案

T2=T1(匕尸=

Av=In至一Kin或=-J/(kg?K)

PT1pl

4-3具有Ikmol空氣的閉口系統(tǒng)，其初始容積為In?,終態(tài)容積為10n?,當(dāng)初態(tài)和終態(tài)溫度均10(TC時，試計算該閉

口系統(tǒng)對外所作的功及端的變化。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

V210

w=mRTIn—=1.293*22.4*287*373*In'=7i40kj

VI1

V2

Av=mRIn——=K

VI

(2)自由膨脹作功為0

V2

As=mRIn——=K

VI

4-4質(zhì)量為5kg的氧氣，在3(TC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、焙、燃變化各為多少

解：?=In—=5*259.8*300*ln-=-

VI3

放熱

因為定溫，內(nèi)能變化為0,所以

w=q

內(nèi)能、焙變化均為0

焙變:

V2

As=mRIn--=—kJ/K

VI

4-5為了試驗容器的強度，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

入受試驗的容器內(nèi)，然后關(guān)閉進氣閥并把空氣加熱。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、

焰和燃的變化為多少

解：(1)定容過程

KT、p2._100+101.3

T2=/I--=28Q6*---------------=

p\101.3

(2)內(nèi)能變化：=cv(T2-Tl)=g*287*(568.3-286)=kg

7

\h=cp(T2-Tl)=-*287*(568.3-286)=kj/kg

工程熱力學(xué)（第五版一）課后習(xí)題答案

A5=cvln—=kJ/

4-66kg空氣由初態(tài)pl=,tl=3（TC,經(jīng)過下列不同的過程膨脹到同一終壓p2=：（1）定溫過程；（2）定熠過程;

（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，所進行的熱量交換和終態(tài)溫度。

解：（1）定溫過程

W=/〃H71n2=6*287*303*ln"=kJ

p20.1

Q=W

T2=T1=3O℃

(2)定燧過程

wRnri,P2?287*&八2*口0.1

W=m----Tl[l—(2―)J=6*-----*303*[1—(——)14J=kJ

k-\pl1.4-10.3

Q=o

（3）多變過程

T2=T1(匕尸=

R2X7

W=m——[T\-T2]=6*-----*「303-252.3]=kJ

n-\1.2-1

rj-k

Q=mc(T2-Tl)=6*c,,----*(252.3—303)=kJ

nn-1

4-7已知空氣的初態(tài)為pl=,vl=kg。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、焙和燧的變化。

解：(1)求多變指數(shù)

ln(/?2/pl)In(0.12/0.6)

n=---------=---------------=

ln(vl/v2)In(0.236/0.815)

1千克氣體所作的功

w=―--[/?lvl-p2v2]=―--*(0.6*0.236-0.12*0.815)=I46kj/kg

?-11.3-1

吸收的熱量

k

q=c,,(T2-T\}=^~/(T2-71)=--^--(P2v2-plvl)

n-\k-ln-\

工程熱力學(xué)(第五版一)課后習(xí)題答案

=；；百、(0.12*0.825-0.6*0.236)=kj/kg

內(nèi)能：

=q—W==—kJ/kg

k

焙：Ah=c(T2-TV)=----(/?2v2-plvl)=-kj/kg

k-\

燧：bs=cnIn—+cvln-^=10045*In+717.4*In211?=90J/

pvlpl0.2360.6

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〃2='pl,已知該過程的膨脹功為

6

200kJ,吸熱量為40kJ,設(shè)比熱為定值，求該氣體的Cp和g

解：

△〃=cv(T2—Tl)=q—w=—\60kJ

cv=533J/

卬=(Tl-T2)=&[1-(嗎n]=200kJ

n—\n—\pl

解得：n=

R=327J/

代入解得：Cp=533+327=860J/

4-9將空氣從初態(tài)1,tl=20℃,定燧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，空氣的容積和開始

時的容積相等。求1kg空氣所作的功。

解…1=四[1-(瑪%=四[1-(曲產(chǎn)人竺

k-\plk-\v21.4-1

=-116kJ/kg

T2=71(且產(chǎn)=

v2

v3

w2=RT21n—=287*454.7*ln(l/3)=kj/kg

v2

w=w1+w2=kJ/kg

4-101kg氮氣從初態(tài)1定壓膨脹到終態(tài)2,然后定嫡膨脹到終態(tài)3。設(shè)已知以下各參數(shù)：tl=500℃,v2=kg,p3=,

v3=kgo求(1)1、2、3三點的溫度、比容和壓力的值。(2)在定壓膨脹和定焙膨脹過程中內(nèi)能的變化和所作的功。

解：⑴。2=p3(￡)?=0.1*(鼻)巾=MPa

v20.25

工程熱力學(xué)(第五版一)課后習(xí)題答案

~P2U21.5*0.25*1()6

T2=-------=--------------------------=1263K

R2968

pl=p2=MPa

T1

vl=——v2=m3/kg

T2

73=也=O[*L73*1O6-K

R2968

(2)定壓膨脹

Au=Cv(T2-T1)=364kJ/kg

w=R(T2—Tl)=kj/kg

定端膨脹

AM—cv(73—T2)=505kJ/kg

R

W=-----[T2—T3]=-505kJ/kg

k一1

或者：其q=0,W——Aw=-505kJ/kg

4-111標(biāo)準(zhǔn)n?的空氣從初態(tài)1pl=,”=300℃定端膨脹到狀態(tài)2,且v2=3vl?？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=vl,求1、2、3點的參數(shù)(P.T,V)和氣體所作的總功。

,RT\287*573

解：vl=-------m3/kg

pl6xl05

p2=p*)*=0.6*g)"

MPa

T2=Tl(+)i=573*(1)0-4=369K

V2=3Vl=m3

T3=T2=369K

V3=Vl=m3

。Q1

p3=p2(—)=0.129*—=MPa

v3vl

4-12壓氣機抽吸大氣中的空氣，并將其定溫壓縮至p2=5MPa。如壓縮150標(biāo)準(zhǔn)n?空氣，試求用水冷卻壓氣機氣缸所必須

帶走的熱量。設(shè)大氣處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。

解：Q=W=plVlln旦=0.101325:1()6……0.101325

*150*In-----------=-59260kJ

P25

4-13活塞式壓氣機吸入溫度il=20℃和壓力pl=的空氣，壓縮到p2=,壓氣機每小時吸氣量為600標(biāo)準(zhǔn)n?。如壓

縮按定溫過程進行，問壓氣機所需的理論功率為多少千瓦若壓縮按定端過程進行，則所需的理論功率又為多少「瓦

解：定溫：

工程熱力學(xué)(第五版一)課后習(xí)題答案

pV100000X600

m=------=----------------------------=s

RT287*273*3600

W=mRTl\n-^-=-

P2

定燧

kRTi./P2、?]d<J.4*287*293門胃]

U/Ir14

W\^m-一-[1-(^-)h=0.215*————-——1-(—)=-KW

sk-\pl1.4-10.1

4-14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=l/6kg/s

W=mR，ln包==-KW

P2

最大功率是定燧過程

kRT\〃2"

Wl?=~-[1—(--)左]二一KW

多變過程的功率

,1Z1nRTlri/p2、〃一\

Wls=m---〃]=_KW

4-15實驗室需要壓力為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二,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。

中間壓力：“2==

Qn-i

T3=T2(邑)丁=44iK

p2

4-16有一離心式壓氣機，每分鐘吸入pl=,tl=l6℃的空氣400m3,排出時p2=,t2=75℃o設(shè)過程可逆，試求:

(I)此壓氣機所需功率為多少千瓦

(2)該壓氣機每分鐘放出的熱量為多少千焦

pW\

解：(I)m=----=s

RT\

ln(p2/pl)

ln(vl/v2)

工程熱力學(xué)(第五版一)課后習(xí)題答案

Ws=mnw=m-------(Tl—T2)=1183KW

n-\

-k

(2)Q=m--------c,.(T2—Tl)=s

n-1

4-17三臺空氣壓縮機的余隙容積均為6%,進氣狀態(tài)均為、27℃,出口壓力均為，但壓縮過程的指數(shù)不同，分別為:

nl=,n2=,n3=l。試求各壓氣機的容積效率(假設(shè)膨脹過程的指數(shù)和壓縮過程的指數(shù)相同)。

n=:%=1—0.06*[『尸4—1]=

v0.1

n=：4=

n=l：4，=

第七章水蒸氣

7-1當(dāng)水的溫度t=8(TC,壓力分別為、、、及IMPa時，各處于什么狀態(tài)并求出該狀態(tài)下的熔值。

解：查表知道t=8(rc時飽和壓力為。

因此在、、、及1MPa時狀態(tài)分別為過熱、未飽和、未飽和，未飽和、未飽和。熔值分別為kg,kJ/kg,335kj/kg,kj/kg,kJ/kg。

7—2已知濕蒸汽的壓力p=lMPa干度x=。試分別用水蒸氣表和h-s圖求出hx，vx,ux,sx?

解：查表得：h、=2777kJ/kgh'=kJ/kg

v''=kgv'=m3/kg

u''=h'v—pv's=kJ/kgu'=h'-pv'=kJ/kg

s''=kJ/s'=kJ/

hx=xh、、+(l?x)h、=kJ/kg

3

vx=xv''+(l-x)v'=m/kg

Ux=xu''+(l-x)u'=2400kJ/kg

sx=xs''+(l-x)s'=kJ/

7?3在V=60L的容器中裝有濕飽和蒸汽，經(jīng)測定其溫度t=210℃,干飽和蒸汽的含量m產(chǎn)，試求此濕蒸汽的干度、比容及

焙值。

解：t=210℃的飽和汽和飽和水的比容分別為：

v、'=kgv'=m3/kg

h''=kgh'=kJ/kg

濕飽和蒸汽的質(zhì)量：m=—

x

—=-x)vv

m

解之得：

工程熱力學(xué)(第五版一)課后習(xí)題答案

x=

KV3

比容：vx=xv+(l-x)v'=m/kg

熠：hx=xh''+(l-x)h'=1904kJ/kg

7—4將2kg水盛于容積為的抽空了的密閉剛性容器中，然后加熱至200℃試求容器中(1)壓力；(2)焰；(3)蒸汽的質(zhì)量

和體積。

解：(1)查200℃的飽和參數(shù)

h''=kgh'=kJ/kg

v、、=kgv=kg

飽和壓力。

剛性容器中水的比容：

0.2，

V=—^―=m7kg<v''

因此是濕蒸汽。

壓力是飽和壓力。

~匕—v'

干度：x-------=

V-V

熠：hs=xh''+(l-x)h'=kg

蒸汽的質(zhì)量和體積：

mv=xXm=X2=

V=mvXv''=

7?5已知8m3的濕蒸汽，在p=MPa時，其濕度(1-x)=,求此濕蒸汽的質(zhì)量與培。

解：p=MPa的飽和參數(shù)

h''=2773kJ/kgh'=kJ/kg

v''=kgv=kg

濕蒸汽的質(zhì)量：

U=xu、：(l-x)v、=m3/kg

V

m=—二

v

3

烙：h=mhx=x(h''+(l-x)h')=X=X10kJ

7-6有一臺采暖鍋爐，每小時能生產(chǎn)壓力p=lMPa(絕對)、x=的蒸汽1500kg。當(dāng)蒸汽的流速c?25m/s時，管道中的壓力

損失可以不計，求輸汽管的內(nèi)徑最小應(yīng)多大

解：p=lMPa、x=的比容

查表飽和參數(shù)v''=kgv'=kg

U=m3/kg

.mv

蒸汽體積流量：v=---------=s

3600

工程熱力學(xué)（第五版一）課后習(xí)題答案

內(nèi)徑：

7-7某空調(diào)系統(tǒng)采用p=MPa、x=的濕蒸汽來加熱空氣。曖風(fēng)機空氣的流量為每小時4000標(biāo)準(zhǔn)m\空氣通過暖風(fēng)機（從0匕）

被加熱到120℃。設(shè)蒸汽流過暖風(fēng)機后全部變?yōu)閜=MPa的凝結(jié)水。求每小時需要多少千克蒸汽（視空氣的比熱為定值）。

解：空氣吸收的熱量：

q=mc科二區(qū)與ktIxlO5X4000，八，…,、

1----------------xl.01xl20=619000kJ/h

PRTP287x273

p=MPa的飽和參數(shù)：

h''=kgh'=kJ/kg

p=MPa、*=蒸汽的蠟

hx=xh''+（l-x）h'=kg

需要蒸汽

q

--------=kg/h

''h-h'一

法二：

濕蒸汽中起加熱作用的僅為干飽和蒸汽

=mucpNt

4000*1.293*1.005*120

m=------------------------------=kg/h

0.94*(27255-561.4)

7-8氣缸中盛有、t=120℃的干飽和蒸汽，在定容下冷卻至80℃。求此冷卻過程中蒸汽放出的熱量。

解：t=12（TC的干飽和蒸汽參數(shù)：

v''=kgh''=kgpl=

容積：V=mv''=m3

t=80℃的飽和蒸汽參數(shù)

v'=0.0010292m3/kgv''=kg

h''=kgh'=kJ/kgp2=

V0.44601

比容:=rrr'/kg

m0.5

~匕一v

干度：x——

V-v

蠟：hx=xh''+（I-x）h'=kg

放出的熱量：q=m（hi2o-hx-vx（p2-p1））=817kJ

7—9有一剛性容器，用一薄板將它分隔為A、B兩部分?在A中盛有1kg、壓力PA=MPa的干飽和蒸汽，B中盛有2kgpB

=lMPa,x=的濕蒸汽。當(dāng)隔板抽去后，經(jīng)過一段時間容器中的壓力穩(wěn)定在P3=MPa。求（1）容器的總?cè)莘e及終了時蒸汽

的干度；（2）由蒸汽傳給環(huán)境的熱量。

解：（1）容器的總?cè)莘e

pA=MPa的干飽和蒸汽參數(shù)

v''=kgh''=kguA=kg

A占容積：VA=mAv''=m'

工程熱力學(xué)(第五版)課后習(xí)題答案

PB=1MPa的飽和蒸汽參數(shù)

v''=kgv'=kg

h''=2777kJ/kgh'=kg

3

vB=xv''+(l-x)v'=m/kg

hB=xh''+(l-x)h'=2374kJ/kg

uB=2219kJ/kg

3

B占容積:VA=mBv=m

總?cè)莘e:V=VA+VB=m?

的飽和蒸汽參數(shù)

v、'=kgv'=kg

h''=kgh'=kg

V

蒸汽比容：V=—=m3/kg

m

v—

蒸汽干度：X=、=

V-v

(2)由蒸汽傳給環(huán)境的熱量

終了時的焰：hx=xh、、+(1-x)h'=2502kJ/kg

%=kg

q=mAuA+mBuB-(mA+mB)ux=kJ

7—10將lkgpl=,ll=200℃的蒸汽在定壓條件下加熱到t2=300℃,求此定壓加熱過程加入的熱量和內(nèi)能的變化量。若將此蒸

汽再送入某容器中絕熱膨脹至p3=,求此膨脹過程所作的功量。

解：查表pl=,tl=200℃

hl=2850kJ/kgv1=m3/kg(u1=2639kJ/kg)

杳表p2=,t2=30()℃

h2=3061kJ/kgv2=m3/kg

s2=kJ/(u2=2801kJ/kg)

查表p3二,s=

h3=2680kJ/kgv3=m3/kg(u3=2509kJ/kg)

定壓過程加入的熱量和內(nèi)能變化量

q=h2-h1=211kJ/kg

△"=△/?一pAv=21l-0.6xl06x(0.4344-0.35④二162kJ/kg

絕熱膨脹過程所作的功量

w=-△〃=h2-h3一(p2u2-p3y3)=292kJ/kg

7?11汽輪機進汽參數(shù)為：pl=3MPa,ti=450℃,蒸汽在汽輪機中絕熱膨脹到p2=5kPa后排入冷凝器。求：(1)可逆絕熱膨脹

時蒸汽的終參數(shù)及汽輪機所作的功：(2)若蒸汽在汽輪機中為不可逆絕熱膨脹，引起的炳產(chǎn)為，則汽輪機作的功將為多少

解：查表pl=3MPa,tl=450℃的參數(shù)

hl=3344kJ/kgsl=kJ/

則絕熱膨脹至ljp2=5kPa,s2=kJ/

工程熱力學(xué)（第五版一）課后習(xí)題答案

時蒸汽的終參數(shù)

t2=℃h2=2160kJ/kgv2=m3/kg

汽輪機所作的功

Wf=A/z=1184kJ/kg

（2）不可逆絕熱膨脹后的蠟為

s3=+=

p3=5kPa蒸汽的終參數(shù)：h3=2236kJ/kg

汽輪機所作的功叱=△〃=1108kJ/kg

7-12有一臺工業(yè)鍋爐，每小時能生產(chǎn)壓力pl=,11=300℃的過熱蒸汽101。已知給水的溫度25C；從鍋簡引出的濕蒸汽的干

度x=；濕蒸汽在過熱蒸汽中再加熱至300C；煤的發(fā)熱值為29400kJ/kg0試求（1）若鍋爐的耗煤量B=1430kg/h,求鍋爐

效率；（2）濕蒸汽在過熱器中所吸收的熱量及內(nèi)能的變化量。

解：⑴煤的總發(fā)熱量Q=1430x29400=h

pl=,tl=300℃的過熱蒸汽的參數(shù)：

hl=3040kJ/kgvl=kg

取水為定值比熱，其的焙值：h0=25X=104kJ/kg

單位蒸汽吸熱量：q=h1-h0=2936kJ/kg

總吸熱量：Q2=mq=MkJ/h

鍋爐效率：r/=-%

Q

（2）濕蒸汽的參數(shù)

v2=nrVkg

h2=2708kJ/kg

定壓過程吸收的熱量

q=m（hl-hx）=

內(nèi)能的變化：

Aw=機（△〃-/?Av）=

7-13有一廢熱鍋爐，進入該鍋爐的煙氣溫度為0產(chǎn)600匕排煙溫度為ty2=2OOC。此鍋爐每小時可產(chǎn)生1100℃的干飽和蒸汽

200kg,鍋爐進水溫度為2（TC,鍋爐效率為60%。（1）求每小時通過的煙氣量；（2）試將鍋爐中煙氣的放熱過程與蒸汽的吸

熱過程定性的表示在同一t-s圖上。

解：1s=100℃的干飽和蒸汽的蠟：h=kg

20匕水的焰：h0=20*=kJ/kg

水的吸熱量：q1=200*煙氣的放熱量：

ql

=864200kJ/h

0.6

工程熱力學(xué)（第五版）課后習(xí)題答案

煙氣量:

q864200

m-]―=-----------------=2139kg/h

yc\t1.01x400

RT287*673

V=----=-----------------=kg

p100000

v=%Lh

7?14濕蒸汽進入干度計前的壓力pl=,經(jīng)節(jié)流后的壓力p2二，溫度t2=130℃。試用焰燃圖確定濕蒸汽的干度。

解：節(jié)流前后焙不變

查h?s圖得：x=

第八章濕空氣

8-1溫度方=20℃,壓力p=,相對濕度9=70%的濕空氣。求該濕空氣的含濕量、水蒸氣分壓力、露點、水蒸氣密度、

干空氣質(zhì)量、濕空氣氣體常數(shù)。如該濕空氣在壓力不變的情況下，被冷卻為10℃的飽和空氣，求析出的水量。

解：3）水蒸氣分壓力：

根據(jù)，=20℃,查水蒸氣表得對應(yīng)的飽和壓力為〃，=0.002336,MPa

Pv=5人=0.7x0.0023368=MPa

含濕量：d=622-^—=622?-卯」=g/kg(a)

B-PVB—(pp,

露點：查水蒸氣表，當(dāng)MPa時，飽和溫度即露點

v=81.03m3/kg

水蒸氣密度：p---0.01234kg/m

v

pV(105-163576)x2.5

干空氣質(zhì)量:a__—__________________

°RJ287x293

求濕空氣質(zhì)量加=mn(l+0.00k/)=kg

00-7

濕空氣氣體常數(shù):R=—————=J/(kg?K)

1-0.378^

IO5

查在f=10，C,查水蒸氣表得對應(yīng)的飽和壓力為Ps=kPa

工程熱力學(xué)（第五版一）課后習(xí)題答案

P、=Ps

含濕量：42=622°—=g/Z