热工基础课后题答案Word文档格式.docx
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求烟气的真空度()及绝对压力。
压力计斜管中煤油产生的压力为
当地大气压为
则烟气的绝对压力为
若压力计斜管中煤油产生的压力用mmH2O表示,则烟气的真空度为
1-6气体初态为,若在等压条件下缓慢可逆地膨胀到,求气体膨胀所做的功。
有条件可得气体膨胀所做的功为
1-71m3空气,,在可逆定温膨胀后容积为原来的两倍。
求:
终压p2和气体所做的功(空气可逆定温膨胀时pv=常数)。
由题意可知,
因此有
在可逆定温膨胀过程中,设*一时刻的压力为p,则有
1-8若系统在*一状态变化过程中满足常数,试问该系统从初态膨胀到时,对外做膨胀功多少?
设*一时刻的压力为p,则有
1-10气体在*一过程中吸收热量60J,同时热力学能增加了34J,问此过程是否压缩过程?
气体对外做功多少?
根据热力学第一定律,故有
由题意可知,,,因此
由于约定工质膨胀做功为正,接受外界压缩功为负,可知此过程为膨胀过程。
1-11在冬季,工厂*车间每一小时经过墙壁等处损失热量3000000kJ,车间各工作机器消耗的动力为400kW,假定其最终全部变成热能散发在车间内。
另外,室内经常点着50盏100W的电灯。
问为使车间内温度保持不变,每小时需另外加入多少热量?
假设50盏电灯所耗能量最终全部变成热能散发在车间内,则每小时电灯产生的热能为
工作机器产生的热能:
将车间看做是闭口系,则有
1-12水在101235Pa,100℃下定压汽化,比体积由0.001m3/kg增加到1.763m3/kg,若汽化潜能为2250kJ/kg。
已知定压汽化过程汽化潜热即为焓差,试求1kg水在定压汽化过程中的热力学能变化量。
由于水在定压汽化过程中温度保持不变,由焓的定义式可知
所以热力学能的变化量为
1-13*定量工质经历了1-2-3-4-1循环,试填充下表所缺数据:
过程
1390
2-3
395
-395
3-4
-1000
4-1
5
1-14质量为1275kg的汽车在以60000m/h速度行驶时被刹车制动,速度降至20000m/h,假定刹车过程中0.5kg的刹车带和4kg钢刹车鼓均匀加热,但与外界没有传热,已知刹车带和钢刹车鼓的比热容分别是1.1kJ/(kg•K)和0.46kJ/(kg•K),求刹车带和刹车鼓的温升。
汽车动能的损耗为
由题意可知,汽车动能的损耗将全部转换为刹车带和刹车鼓的热力学能:
所以有
1-15以压缩空气为工作介质的小型高速汽轮机进气参数400kPa、50℃,经绝热膨胀排出汽轮机时的参数为150kPa、-30℃,问为产生100W的功率所需的质量流量。
已知空气的焓仅是温度的函数,h=cpT。
由题意可知,进出空气的焓差即为汽轮机的功率
1-16便携式吹风机以18m/s吹出空气,流量为0.2kg/s,若吹风机前后的空气压力和温度均无显著变化,求吹风机的最小功率。
由题意可知,吹风机前后的空气焓差、热力学能差为零,吹风机所做的功全部转换为空气的宏观动能,于是有每秒钟吹风机所做的功为
即吹风机的最小功率为
1-17空气在压气机中被压缩,压缩前空气的参数是:
。
压缩后的参数是。
设在压缩过程中1kg空气的热力学能增加146.5kJ,同时向外放出热量50kJ。
压气机每分钟产生压缩空气1kg。
求带动此压气机要用多大功率的电动机?
由题意可知,
压缩1kg空气电动机所做的技术功为
于是电动机的功率为
1-181kg空气由,膨胀到,过程中空气吸热506kJ,
(1)求空气的热力学能变化量及膨胀功;
(2)若在与上述相同的初态之间空气仅吸热39.1kJ,求空气在过程中的做功量。
假定空气可作为理想气体,其热力学能只是温度的函数。
(1)由于过程中,空气的温度不变,热力学能只是温度的函数,所以
,由热力学第一定律,所以膨胀功为
(2)由于初终两态的温度相同,所以,
1-19水在绝热容器中与水蒸气混合而被加热,水流入时压力为200kPa,温度为20℃,比焓为84kJ/kg,质量流量为100kg/min。
水蒸气流入时的压力为200kPa,温度为300℃,比焓为3072kJ/kg,混合物流出时的压力为200kPa,温度为100℃,比焓为419kJ/kg,问每分钟需要多少水蒸气?
设每分钟需要的水蒸气的质量为m2,由题意可得
所以每分钟需要的水蒸气的质量为
即
1-20*蒸汽动力厂中,锅炉以质量流量40000kg/h向汽轮机供蒸汽。
汽轮机进口处压力表的读数是8.9MPa,蒸汽的焓是3441kJ/kg。
汽轮机出口处真空表的度数是730.6mmHg,出口蒸汽的焓是2248kJ/kg,汽轮机向环境散热为6.81×
105kJ/h。
若当地大气压为760mmHg,求:
(1)进、出口处蒸汽的绝对压力;
(2)不计进、出口动能差和位能差时汽轮机的功率;
(3)若进、出口处蒸汽的速度分别为70m/s和140mm/s时对汽轮机的功率有多大影响?
(4)若汽轮机进、出口的高度差为1.6m时对汽轮机的功率又有多大的影响?
(1)进、出口处蒸汽的绝对压力
(2)不计进、出口动能差和位能差时汽轮机的功率
由题意可知,汽轮机的功率为
(3)考虑蒸汽的动能时,汽轮机的功率为
与不考虑动能差与位能差时汽轮机的功率变化率为
(4)位能差为
与不考虑位能差时汽轮机的功率的变化率为
即汽轮机进、出口存在1.6m高度差对汽轮机的功率几乎没有影响,可忽略不计。
1-21500kPa饱和液氨进入锅炉加热成干饱和氨蒸汽,然后进入过热器等压加热到275K,若氨的质量流量为0.005kg/s,离开过热器时焓为h=-25.1kJ/kg,氨进入和离开锅炉时的焓分别为、。
求锅炉和过热器的换热率。
氨进入和离开锅炉的比焓差为
锅炉的换热率为
氨蒸汽进入和流出过热器的焓差为
过热器的换热率为
1-22向大厦供水的主管线埋在地下5m处,管内压力600kPa,由水泵加压,把水送到大厦各层。
经水泵加压,在距地面150m高处的大厦顶层水压仍有200kPa,假定水温为10℃,流量为10kg/s,忽略水热力学能差和动能差,假设水的比体积为0.001m3/kg,求水泵消耗的功率。
根据稳定流动的能量方程式
由题意可知,,所以有
由题意可知,因此1kg水所做的功为
所以水泵消耗的功率为
1-23用水泵从河里向20m高的灌溉渠送水,河水的温度为10℃。
压力100kPa,假定输水管绝热,从管道流出的水保持10℃,水的热力学能近似不变,若水的流量为5kg/s,试求水泵耗功。
假定当地的大气压为1atm由题意可知,因此1kg水所做的功为
水泵耗功为
1-24一种切割工具利用从喷嘴射出的高速水流切割材料,供水压力为100kPa、温度20℃,喷嘴内径为0.002m时,射出水流温度为20℃、压力200kPa、流速1000m/s,已知在200kPa、20℃时,v=0.001002m3/kg,假定可近似认为水的比体积不变,求水泵功率。
因此,1kg水所做的功为
水的流量为:
水泵的功率为
第二章气体的性质
2-1氮气的摩尔质量M=28.1×
10-3kg/mol,求:
(1)N2的气体常数Rg;
(2)标准状态下N2的比体积v0和密度ρ0;
(3)1m3(标准状态)N2的质量m0;
(4)p=0.1MPa,t=500℃时N2的比体积和摩尔体积Vm。
(1)
(2)标准状态下任何气体的体积Vm=22.414×
10-3m3,因此,由比体积和密度的定义有
(3)
(4)由理想气体的状态方程式可得
2-2测得储气罐中丙烷C3H8的压力为4MPa,温度为120℃,若将其视为理想气体,问这时丙烷比体积多大?
若要存储1000kg这种状态的丙烷,问储气罐的容积需多大?
由理想气体的状态方程,有
储气罐的容积需要:
2-335℃、105kPa的空气在加热系统的100mm×
150mm的矩形风管内流动,其体积流量是0.015m3/s,求空气流速和质量流量。
空气的流速为
由气体的状态方程,可得
质量流量为
2-4在燃气公司向用户输送天然气(CH4)管网的用户管道中测得表压力和温度分别为200Pa、275K,若管道直径为D=50mm,天然气流速为5.5m/s,试确定质量流量和标准状态体积流量。
当地大气压pb=0.1MPa。
可将天然气看做是理想气体,则由理想气体的状态方程,可得
体积流量为
2-5密度为1.13kg/m3的空气,以4m/s的速度在进口截面积为0.2m2的管道内稳定流动,出口处密度为2.84kg/m3,试求:
(1)出口处气流的质量流量(以kg/s表示);
(2)出口速度为5m/s时,出口截面积为多少?
(1)质量流量为
(2)出口处的体积流量
出口的截面积为
2-6*锅炉燃煤需要的空气量折合标准状况时66000m3/h。
鼓风机实际送入的热空气温度为250℃,表压力为150mmHg,当地大气压pb=765mmHg,**际送风量(m3/h)。
需要的空气折合标准状况时的质量流量为
在把空气视为理想气体的情况下,由理想气体的状态方程,有
实际送风量为
2-7CO2压送到容积为3m3的贮气罐内,初始时表压力为0.03MPa,终态时表压力0.3MPa,温度由t1=45℃升高到t2=70℃。
试求压入的CO2量(千物质的量)。
已知当地气压为pb=760mmHg。
初始状态时,按理想气体的状态方程式,有
由于体积保持不变,因此有
于是,需要压入的CO2的量为
2-8空气压缩机每分钟从大气中吸取温度tb=17℃、压力pb=750mmHg的空气0.2m3,充入V=1m3的储气罐中。
储气罐中原有空气的温度为t1=17℃,表压力为0.05MPa,问经过几分钟才能使储气罐中气体压力和温度提高到p2=0.7MPa,t2=50℃?
大气压力为
储气罐中原有空气的压力为
按理想气体的状态方程,有
经过几分钟之后,储气罐中空气的物质的量为
初始状态时,储气罐中空气的物质的量为
储气罐中空气物质的量的增量为
该变化过程所经历的时间为
2-9*氢气冷却的发电机的电功率为60000kW,若发电机效率为93%,在发电机内氢气的温升为35℃,求氢气的质量流量。
设氢气比热容cp=14.32kJ/(kg•K)。
由题意可知,发电机的总功率为,则发电机工作过程中的能量损耗为
发电机的能量损耗全部转化为氢气的热力学能,1kg氢气升温30℃热力学能的变化量为
因此,氢气的质量流量为
2-10空气在容积为0.5m3的容器中,从27℃被加热到327℃,设加热前空气压力为0.6MPa,求加热量QV。
(1)按定值比热容计算;
(2)按平均比热容表