工程热力学课后作业答案第五版(全)文档格式.doc
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2-6空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1MPa的空气3m3,充入容积8.5m3的储气罐内。
设开始时罐内的温度和压力与外界相同,问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到0.7MPa?
设充气过程中气罐内温度不变。
使用理想气体状态方程。
第一种解法:
首先求终态时需要充入的空气质量
kg
压缩机每分钟充入空气量
所需时间
19.83min
第二种解法
将空气充入储气罐中,实际上就是等温情况下把初压为0.1MPa一定量的空气压缩为0.7MPa的空气;
或者说0.7MPa、8.5m3的空气在0.1MPa下占体积为多少的问题。
根据等温状态方程
0.7MPa、8.5m3的空气在0.1MPa下占体积为
m3
压缩机每分钟可以压缩0.1MPa的空气3m3,则要压缩59.5m3的空气需要的时间
2-8在一直径为400mm的活塞上置有质量为3000kg的物体,气缸中空气的温度为18℃,质量为2.12kg。
加热后其容积增大为原来的两倍。
大气压力B=101kPa,问:
(1)气缸中空气的终温是多少?
(2)终态的比容是多少?
(3)初态和终态的密度各是多少?
气缸和活塞构成的区间。
(1)空气终态温度
582K
(2)空气的初容积
p=3000×
9.8/(πr2)+101000=335.7kPa
0.527m3
空气的终态比容
=0.5m3/kg
或者
0.5m3/kg
(3)初态密度
=4kg/m3
2kg/m3
2-9
(1)氮气质量
=7.69kg
(2)熔化温度
=361K
2-14如果忽略空气中的稀有气体,则可以认为其质量成分为,。
试求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比容和密度。
折合分子量
=28.86
气体常数
=288
容积成分
=20.9%
1-20.9%=79.1%
标准状态下的比容和密度
=1.288kg/m3
=0.776m3/kg
2-15已知天然气的容积成分,,,,,。
试求:
(1)天然气在标准状态下的密度;
(2)各组成气体在标准状态下的分压力。
(1)密度
=16.48
(2)各组成气体在标准状态下分压力
因为:
98.285kPa
同理其他成分分压力分别为:
(略)
3-1安静状态下的人对环境的散热量大约为400KJ/h,假设能容纳2000人的大礼堂的通风系统坏了:
(1)在通风系统出现故障后的最初20min内礼堂中的空气内能增加多少?
(2)把礼堂空气和所有的人考虑为一个系统,假设对外界没有传热,系统内能变化多少?
如何解释空气温度的升高。
(1)热力系:
礼堂中的空气。
闭口系统
根据闭口系统能量方程
因为没有作功故W=0;
热量来源于人体散热;
内能的增加等于人体散热。
=2.67×
105kJ
礼堂中的空气和人。
对整个礼堂的空气和人来说没有外来热量,
所以内能的增加为0。
空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收,导致的空气内能增加。
3-5,有一闭口系统,从状态1经a变化到状态2,如图,又从状态2经b回到状态1;
再从状态1经过c变化到状态2。
在这个过程中,热量和功的某些值已知,如表,试确定未知量。
过程
热量Q(kJ)
膨胀功W(kJ)
1-a-2
10
x1
2-b-1
-7
-4
1-c-2
x2
2
闭口系统。
使用闭口系统能量方程
(1)对1-a-2和2-b-1组成一个闭口循环,有
即10+(-7)=x1+(-4)
x1=7kJ
(2)对1-c-2和2-b-1也组成一个闭口循环
x2+(-7)=2+(-4)
x2=5kJ
(3)对过程2-b-1,根据
-3kJ
3-6一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环,试填充表中所缺数据。
Q(kJ)
W(kJ)
ΔE(kJ)
1~2
1100
2~3
100
-100
3~4
-950
4~5
50
-50
3-7 解:
1.5kg质量气体
闭口系统,状态方程:
=90kJ
由状态方程得
1000=a*0.2+b
200=a*1.2+b
解上两式得:
a=-800
b=1160
则功量为
=900kJ
过程中传热量
=990kJ
3-8容积由隔板分成两部分,左边盛有压力为600kPa,温度为27℃的空气,右边为真空,容积为左边5倍。
将隔板抽出后,空气迅速膨胀充满整个容器。
试求容器内最终压力和温度。
设膨胀是在绝热下进行的。
左边的空气
系统:
整个容器为闭口系统
过程特征:
绝热,自由膨胀
绝热
自由膨胀W=0
因此ΔU=0
对空气可以看作理想气体,其内能是温度的单值函数,得
根据理想气体状态方程
=100kPa
3-9 一个储气罐从压缩空气总管充气,总管内压缩空气参数恒定,为500kPa,25℃。
充气开始时,罐内空气参数为100kPa,25℃。
求充气终了时罐内空气的温度。
设充气过程是在绝热条件下进行的。
开口系统
特征:
绝热充气过程
工质:
空气(理想气体)
根据开口系统能量方程,忽略动能和未能,同时没有轴功,没有热量传递。
没有流出工质m2=0
dE=dU=(mu)cv2-(mu)cv1
终态工质为流入的工质和原有工质和m0=mcv2-mcv1
mcv2ucv2-mcv1ucv1=m0h0
(1)
h0=cpT0
ucv2=cvT2
ucv1=cvT1
mcv1=
mcv2=
代入上式
(1)整理得
=398.3K
3-10 供暖用风机连同加热器,把温度为℃的冷空气加热到温度为℃,然后送入建筑物的风道内,送风量为0.56kg/s,风机轴上的输入功率为1kW,设整个装置与外界绝热。
试计算:
(1)风机出口处空气温度;
(2)空气在加热器中的吸热量;
(3)若加热器中有阻力,空气通过它时产生不可逆的摩擦扰动并带来压力降,以上计算结果是否正确?
开口稳态稳流系统
(1)风机入口为0℃则出口为1.78℃
℃
空气在加热器中的吸热量
=138.84kW
(3)若加热有阻力,结果1仍正确;
但在加热器中的吸热量减少。
加热器中,p2减小故吸热减小。
3-11 一只0.06m3的罐,与温度为27℃、压力为7MPa的压缩空气干管相连接,当阀门打开,空气流进罐内,压力达到5MPa时,把阀门关闭。
这一过程进行很迅速,可认为绝热。
储罐的阀门关闭后放置较长时间,最后罐内温度回复到室温。
问储罐内最后压力是多少?
充入罐内的气体
由于对真空罐充气时,是焓变内能的过程
罐内温度回复到室温过程是定容过程
=3.57MPa
3-12 压力为1MPa和温度为200℃的空气在一主管道中稳定流动。
现以一绝热容器用带阀门的管道与它相连,慢慢开启阀门使空气从主管道流入容器。
设
(1)容器开始时是真空的;
(2)容器装有一个用弹簧控制的活塞,活塞的位移与施加在活塞上的压力成正比,而活塞上面的空间是真空,假定弹簧的最初长度是自由长度;
(3)容器装在一个活塞,其上有重物,需要1MPa的压力举起它。
求每种情况下容器内空气的最终温度?
解:
(1)同上题
662K=389℃
(2)
h=cpT0
L=kp
T=552K=279℃
同
(2)只是W不同
T=473K=200℃
3-13 解:
对理想气体
3-14 解:
(1)理想气体状态方程
=586K
(2)吸热:
=2500kJ
3-15 解:
烟气放热等于空气吸热
1m3空气吸取1.09m3的烟气的热
=267kJ
=205℃
t2=10+205=215℃
3-16 解:
代入得:
=582K
=309℃
3-17 解:
等容过程
1.4
=37.5kJ
3-18 解:
定压过程
T1==216.2K
T2=432.4K
内能变化:
=156.3kJ
焓变化:
218.8kJ
功量交换:
=62.05kJ
热量交换:
=218.35kJ
p73
4-1 1kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ,其容积增大为,压力降低为,设比热为定值,求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓和熵的变化。
热力系是1kg空气
多变过程
=0.9
因为
内能变化为
=717.5
=1004.5
=3587.5
=8×
103J
膨胀功:
=32×
轴功:
28.8×
焓变:
=1.4×
8=11.2×
熵变:
=0.82×
103
4-2 有1kg空气、初始状态为,℃,进行下列过程:
(1)可逆绝热膨胀到;
(2)不可逆绝热膨胀到,;
(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