热工基础复习题2013计算题答案.doc

热工基础复习题2013计算题答案.doc

《热工基础复习题2013计算题答案.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《热工基础复习题2013计算题答案.doc（13页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

四、计算题

1、某容器被一刚性壁分成两部分，在容器的不同部位安装有压力表，如图1所示。

压力表B上的读数为75kPa,压力表C上的读数为0.11MPa。

如果大气压力为97kPa，试确定压力表A上的读数及容器两部分内空气的绝对压力。

解：

A、B、C的读数均为表压，分别记为、PgA、 PgB、PgC 容器1和2的绝对压力记为P1和P2，大气压力Pa 依题意：

PgB=75k Pa    PgC =0.11M Pa=110 k Pa         Pa=97 k Pa 

根据压力表的位置可知：

 P1= PgC+Pa P1= PgB+P2 P2= PgA+Pa 

将PgB 、PgC和 Pa的数值代入上式得：

 P1=207 k Pa    P2=132 kPa    PgA =35k Pa

图1

2、如图2所示。

气缸内充以空气，活塞及负载重100kg，气缸壁充分导热，取走60kg负载，其系统完全平衡后，试求：

（1）活塞上升的高度ΔL；

（2）热力学内的变化ΔU；

（3）气体在过程中所做的功。

（已知{u}kJ/kg=0.72{T}K）

图2

1）由力平衡：

p1=pb+F1/A=771*133.32+100*98100/100=2.009×105Pa

V1=A*L=100*10*10-6=10-3m3

p2=pb+F2/A=771*133.32+40*98100/100=1.420×105Pa

T2=T1

V2=A*（L+ΔL）=100*（10+ΔL）*10-6=（10+ΔL）*10-4m3

过程中质量不变：

m1=p1V1/（RgT1）=m2=p2V2/（RgT2）

V2=p1V1/p2=2.009×105*10-3/1.420×105=1.4145*10-3m3=（10+ΔL）*10-4m3

ΔL=4.145cm

2）ΔU=m2u2-m1u1

因为m1=m2，已知{u}kJ/kg=0.72{T}K，而T2=T1；所以ΔU=0

3）此过程为不可逆过程：

W=p2*A*ΔL=1.420×105*100×10-4*4.145×10-2=58.859J

3、一绝热刚体气缸，被一导热的无摩擦活塞分成两部分，如图3所示。

最初活塞被固定在某一位置上，气缸的一侧储有压力为0.2MPa、温度为300K的0.01m3的空气，另一侧储有同容积、同温度的空气，其压力为0.1MPa。

去除销钉，放松活塞任其自由移动，最后两侧达到平衡。

设空气的比热容为定值。

试求：

（1）平衡时的温度为多少？

（2）平衡时的压力为多少？

（3）两侧空气的熵变值及整个气体的熵变值是多少？

图3

解：

（本题13分）1）取整个气缸为闭口系，因为气缸绝热，所以Q=0；又因为活塞导热而无摩擦，W=0，且平衡时A、B两侧温度相等，即TA2=TB2=T2。

有闭口系能量方程得：

因为，TA1=TB1=T1=300K，于是终态平衡时，两侧的温度均为：

T1=T2=300K

2）取整个气缸为闭口系，当终态平衡时，两侧压力相等，设为p2，则：

3）

整个气缸绝热系的熵变：

4、某蒸汽动力厂按一级再热理想循环工作，新蒸汽参数为P1=15MPa，t1=600℃，再热压力PA=1.4MPa，再热温度tR=t1=600℃，背压P2=0.005MPa，功率为15000KW。

试求：

（1）定性画出循环的T-S图；

（2）求循环热效率；

（3）每小时所需蒸汽量。

解：

1）再热循环在T-S图上的表示如图所示。

2）循环吸热量

2）根据：

5、如图4为一烟气余热回收方案。

设烟气比热容Cp=1.4kJ/（kg.K），Cv=1.14kJ/（kg.K）。

试求：

（1）烟气流经换热器时传给热机工质的热；

（2）热机放给大气的最小热量；

（3）热机输出的最大功W。

图4

解：

1）烟气放热为：

2）若使Q2最小，热机为可逆机，由卡诺定理得：

即：

3）输出的最大功为：

6、压力为0.1MPa，温度为20℃的空气进入压缩机，绝热压缩至0.6MPa后排入贮气筒。

试求：

（1）问压缩机空气出口温度能否是180℃？

（2）若将空气绝热压缩至0.6MPa，250℃，试问绝热效率是多少？

可用能（作功能力）损失为多少？

并用T-S图表示之（环境温度t0=20℃）；

（3）压缩机在吸气状态下的吸气量为100m3/h，试求在2）情况下的压缩机功率是多少？

解：

1）若压缩机出口温度为180℃，则绝热压缩过程的熵产：

可见，压缩机空气出口温度不可能是180℃。

2）

3）

7、空气从T1=300K、p1=0.1MPa压缩到p2=0.6MPa。

试计算过程的膨胀功（压缩功）、技术功和热量，设过程是

（1）定温的、

（2）定熵的、（3）多变的（n=1.25），按定比热容理想气体计算，不考虑摩擦。

按附表1取空气的定值比热容为：

kJ/（kg·K），kJ/（kg·K）

气体常数kJ/（kg·K）

（1）定温过程

对等温过程：

，则：

（2）定熵过程

对定熵过程：

q＝0，w＝Δu；wt＝Δh

由等熵过程的过程方程知

kJ/kg

kJ/kg

（3）多变过程

kJ/kg

kJ/kg

kJ/kg

8、已知活塞式内燃机定容加热循环的进气参数为p1=0.1MPa、t1=50℃，压缩比，加入的热量q1=750kJ/kg。

试求循环的最高温度、最高压力、压升比、循环的净功和理论热效率。

认为工质是空气并按定比热容理想气体计算。

解：

活塞式内燃机定容加热循环的图示见a）、b）图示

（a）

（b）

，理论热效率由（6-5）式得：

循环净功

最高温度须先求出，因过程是等熵过程，由（3-89）式得

因为

所以

最高压力须先求出和过程是定容过程，因此

即

所以

而

则

9、空气在气缸中由初状态T1=300K、p1=0.15MPa进行，则先定温膨胀，然后再在定容下使压力增到0.15MPa，温度升高到480K。

试求：

（1）将这过程画在压容图和温熵图中；

（2）利用空气的热力性质表计算这过程中的膨胀功、热量，以及热力学能和熵的变化。

解：

（2）对1→1′→2即先定温膨胀，然后再定容压缩过程有

对1→1′定温膨胀过程：

所以

对1′→2定容压缩过程：

Wv=0

图a图b

10、某燃气轮机装置，已知其流量、增压比、升温比，大气温度为295K。

试求理论上输出的净功率及循环的理论热效率（注：

认为工质是空气并按定比热容理想气体计算）。

[解]：

，

燃气轮机膨胀作功

压气机压缩耗功

理论循环净功率

理论循环热效率

11、某氨蒸气压缩制冷装置（图5），已知冷凝器中氨的压力为1MPa，节流后压力降为0.2MPa，制冷量为，压气机绝热效率为80%，已知冷却水经过氨冷凝器后温度升高8K，水的比定压热容为4.187kJ/（kg×k）。

试求：

（1）氨的流量；

（2）压气机出口温度及所耗功率；

（3）制冷系数；

（4）冷却水流量。

图5

[解]：

参考图8-10、8-11及8-12，

由，查图得

由沿等熵线向上与线交于点查得

因为：

则

（查lgP-h图）

（1）氨的流量：

（2）压气机出口温度及耗功率：

：

由等焓线与等压线交点，查lgP-h图可得：

（3）制冷系数

理论：

实际：

（4）冷却水流量

冷却水带走的热量应等于氨气放出的热量，即由热平衡方程得：

可见所需冷却水量是相当大的。

13、由三层材料组成的加热炉炉墙。

第一层为耐火砖。

第二层为硅藻土绝热层，第三层为红砖，各层的厚度及导热系数分别为d1＝230mm，l1＝1.10W/（m×K），d2＝50mm,l2=0.10W/（m×K），d3＝240mm,l3=0.58W/（m×K）。

炉墙内侧耐火砖的表面温度为500℃。

炉墙外侧红砖的表面温度为50℃。

试求通过炉墙的导热热流密度。

14、初温为100℃的热水，流经内径为16mm、壁厚为1mm的管子，出口温度为80℃；与管外冷水的总换热量为350kW，试计算管内平均换热系数。

准则方程：