工程热力学第五版习题答案知识交流文档格式.docx

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（3）可逆等温膨胀到；

（4）可逆多变膨胀到，多变指数；

试求上述各过程中的膨胀功及熵的变化，并将各过程的相对位置画在同一张图和图上

热力系1kg空气

（1）膨胀功：

＝111.9×

熵变为0

（2）＝88.3×

＝116.8

（3）＝195.4×

＝0.462×

（4）＝67.1×

＝189.2K

＝－346.4

4-3具有1kmol空气的闭口系统，其初始容积为1m3，终态容积为10m3，当初态和终态温度均100℃时，试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。

该过程为：

（1）可逆定温膨胀；

（2）向真空自由膨胀。

（1）定温膨胀功7140kJ

19.14kJ/K

（2）自由膨胀作功为0

4－4质量为5kg的氧气，在30℃温度下定温压缩，容积由3m3变成0.6m3，问该过程中工质吸收或放出多少热量？

输入或输出多少功量？

内能、焓、熵变化各为多少？

－627.2kJ

放热627.2kJ

因为定温，内能变化为0，所以

内能、焓变化均为0

－2.1kJ/K

4－5为了试验容器的强度，必须使容器壁受到比大气压力高0.1MPa的压力。

为此把压力等于大气压力。

温度为13℃的空气充入受试验的容器内，然后关闭进气阀并把空气加热。

已知大气压力B＝101.3kPa，试问应将空气的温度加热到多少度？

空气的内能、焓和熵的变化为多少？

（1）定容过程

568.3K

（2）内能变化：

202.6kJ/kg

283.6kJ/kg

0.49kJ/（kg.K）

4-66kg空气由初态p1＝0.3MPa，t1=30℃，经过下列不同的过程膨胀到同一终压p2＝0.1MPa：

（1）定温过程；

（2）定熵过程；

（3）指数为n＝1.2的多变过程。

试比较不同过程中空气对外所作的功，所进行的热量交换和终态温度。

（1）定温过程

573.2kJ

T2=T1=30℃

（2）定熵过程

351.4kJ

Q＝0

221.4K

（3）多变过程

＝252.3K

436.5kJ

218.3kJ

4－7已知空气的初态为p1＝0.6MPa，v1=0.236m3/kg。

经过一个多变过程后终态变化为p2＝0.12MPa，v2=0.815m3/kg。

试求该过程的多变指数，以及每千克气体所作的功、所吸收的热量以及内能、焓和熵的变化。

（1）求多变指数＝1.30

1千克气体所作的功

146kJ/kg

吸收的热量

=36.5kJ/kg

内能：

146-36.5＝－109.5kJ/kg

焓：

－153.3kJ/kg

熵：

＝90J/（kg.k）

4-81kg理想气体由初态按可逆多变过程从400℃降到100℃，压力降为，已知该过程的膨胀功为200kJ，吸热量为40kJ，设比热为定值，求该气体的和

kJ

＝533J/（kg.k）

=200kJ

解得：

n＝1.49

R=327J/（kg.k）

代入解得：

＝533+327=860J/（kg.k）

4-9将空气从初态1，t1=20℃,定熵压缩到它开始时容积的1/3，然后定温膨胀，经过两个过程，空气的容积和开始时的容积相等。

求1kg空气所作的功。

＝-116kJ/kg

＝454.7K

＝143.4kJ/kg

w=w1+w2=27.4kJ/kg

4-101kg氮气从初态1定压膨胀到终态2，然后定熵膨胀到终态3。

设已知以下各参数：

t1=500℃，v2=0.25m3/kg，p3＝0.1MPa，v3=1.73m3/kg。

求

（1）1、2、3三点的温度、比容和压力的值。

（2）在定压膨胀和定熵膨胀过程中内能的变化和所作的功。

（1）＝1.5MPa

＝1263K

p1=p2=1.5MPa

v1==0.15m3/kg

=583K

（2）定压膨胀

364kJ/kg

145.4kJ/kg

定熵膨胀

505kJ/kg

-505kJ/kg

或者：

其q=0,=-505kJ/kg

4-111标准m3的空气从初态1p1＝0.6MPa，t1=300℃定熵膨胀到状态2，且v2=3v1。

空气由状态2继续被定温压缩，直到比容的值和开始时相等，v3=v1，求1、2、3点的参数（P,T,V）和气体所作的总功。

0.274m3/kg

0.129MPa

369K

V2=3V1=0.822m3

T3=T2=369K

V3=V1=0.274m3

0.387MPa

4－12压气机抽吸大气中的空气，并将其定温压缩至p2＝5MPa。

如压缩150标准m3空气，试求用水冷却压气机气缸所必须带走的热量。

设大气处于标准状态。

-59260kJ

4-13活塞式压气机吸入温度t1=20℃和压力p1＝0.1MPa的空气，压缩到p2＝0.8MPa，压气机每小时吸气量为600标准m3。

如压缩按定温过程进行，问压气机所需的理论功率为多少千瓦？

若压缩按定熵过程进行，则所需的理论功率又为多少千瓦？

定温：

0.215kg/s

－37.8KW

定熵

＝－51.3KW

4－14某工厂生产上需要每小时供应压力为0.6MPa的压缩空气600kg；

设空气所初始温度为20℃，压力为0.1MPa。

求压气机需要的最小理论功率和最大理论功率。

若按n＝1.22的多变过程压缩，需要的理论功率为多少？

最小功率是定温过程

m=600/3600=1/6kg/s

＝－25.1KW

最大功率是定熵过程

－32.8KW

多变过程的功率

－29.6KW

4－15实验室需要压力为6MPa的压缩空气，应采用一级压缩还是二级压缩？

若采用二级压缩，最佳中间压力应等于多少？

设大气压力为0.1，大气温度为20，压缩过程多变指数n=1.25，采用中间冷却器能将压缩气体冷却到初温。

试计算压缩终了空气的温度。

压缩比为60，故应采用二级压缩。

中间压力：

0.775MPa

=441K

4-16有一离心式压气机，每分钟吸入p1＝0.1MPa，t1=16℃的空气400m3，排出时p2＝0.5MPa，t2=75℃。

设过程可逆，试求：

（1）此压气机所需功率为多少千瓦？

（2）该压气机每分钟放出的热量为多少千焦？

（1）=8.04kg/s

=1.13

1183KW

（2）=-712.3kJ/s

4－17三台空气压缩机的余隙容积均为6％，进气状态均为0.1MPa、27℃，出口压力均为0.5MPa，但压缩过程的指数不同，分别为：

n1=1.4，n2=1.25，n3=1。

试求各压气机的容积效率（假设膨胀过程的指数和压缩过程的指数相同）。

n=1.4:

0.87

n=1.25：

=0.84

n=1：

=0.76

十一章

11-1空气压缩致冷装置致冷系数为2.5，致冷量为84600kJ/h，压缩机吸入空气的压力为0.1MPa，温度为-10℃，空气进入膨胀机的温度为20℃，试求：

压缩机出口压力；

致冷剂的质量流量；

压缩机的功率；

循环的净功率。

压缩机出口压力

故：

＝0.325MPa

T3=20+273=293K＝209K

致冷量：

＝1.01×

（263-209）＝54.5kJ/kg

致冷剂的质量流量0.43kg/s＝368K

压缩功：

w1=cp（T2-T1）=106kJ/kg

压缩功率：

P1=mw1=45.6kW

w2=cp（T3-T4）=84.8kJ/kg

膨胀功率:

P2=mw2=36.5kW

循环的净功率:

P=P1-P2=9.1KW

11-2空气压缩致冷装置，吸入的空气p1=0.1MPa，t1=27℃，绝热压缩到p2=0.4MPa，经冷却后温度降为32℃，试计算：

每千克空气的致冷量；

致冷机消耗的净功；

致冷系数。

已知T3=32+273=305K

＝446K

＝205K

（300-205）＝96kJ/kg

致冷机消耗的净功:

W=cp（T2-T1）－cp（T3-T4）=46.5kJ/kg

致冷系数：

2.06

11－4蒸气压缩致冷循环，采用氟利昂R134a作为工质，压缩机进口状态为干饱和蒸气，蒸发温度为-20℃，冷凝器出口为饱和液体，冷凝温度为40℃，致冷工质定熵压缩终了时焓值为430kJ/kg，致冷剂质量流量为100kg/h。

求：

致冷系数；

每小时的制冷量；

所需的理论功率。

在lgp-h图上查各状态点参数。

p1=0.133MPah1=386kJ/kgs1=1.739kJ/（kg•K）

p2=1.016MPah2=430kJ/kg

h3=419kJ/kg

h5=h4=256kJ/kg

q2=h1-h5=386-256=130kJ/kg

每小时的制冷量:

Q2=m×

q2=12900kJ/h

w=h2-h1=430-386=44kJ/kg

致冷系数:

2.95

理论功率P=mw=100×

44/3600=1.22kW

11-5用一台氨蒸气压缩致冷机制冰，氨的蒸发温度为-5℃，冷凝温度为30℃，冷凝器中冷却水的进口温度为12℃，出口水温为20℃，欲在每小时内将1000kg0℃的水制成冰，已知冰的融解热为340kJ/kg，试求：

该致冷机每小时的制冷量；

氨每小时的流量；

致冷机的功率；

冷却水每小时的消耗量。

致冷机每小时的制冷量：

Q=1000×

340=340000kJ

p1=335.7kPah1=1452kJ/kgs1=5.6856kJ/（kg•K）

p2=1.1686MPah2=1620kJ/kg

h5=h4=343kJ/kg

q2=h1-h5=1114kJ/kg

＝305.2kg

致冷机的功率：

P=mw=m（h2-h1）=14kW

冷凝器热负荷：

Q1=m（h2-h4）=390000kJ/h

冷却水每小时的消耗量：

=1.16×

104kg/h

11-6一台氨致冷装置，其致冷量kJ/h，蒸发温度－15℃，冷凝温度30℃，过冷温度25℃，从蒸发器出口的蒸气为干饱和状态。

求

（1）理论循环的致冷系数；

（2）致冷剂的质量流量；

（3）消耗的功率。

查表得压力和焓分别为：

h1=1400kJ/kg,p1=0.35MPa,

s1=5.75kJ/（kg•K）h2=1650kJ/kg,p2=1.2MPa,s2=5.75kJ/（kg•K）,h3=320kJ/kg

制冷量：

q2=h1-h3=1080kJ/kg

w=h2-h1=250kJ/kg

（1）致冷系数:

4.32

（2）致冷剂的质量流量：

＝370kg/h

（3）消耗的功率25.7kW

11-8一台用氟利昂R134a为致冷剂的蒸汽压缩致冷装置，被用作室内供热，它要求的最大加热量是将标准状况下30m3/min的空气从5℃加热到30℃，冷凝器的最低温度必须较空气的最高温