工程热力学课后作业答案chapter.docx

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工程热力学课后作业答案chapter

p73

4-11kg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。

解：

热力系是1kg空气

过程特征：

多变过程

＝0.9

因为

内能变化为

＝717.5

＝1004.5

＝3587.5

＝8×103J

膨胀功：

＝32×103J

轴功：

28.8×103J

焓变：

＝1.4×8＝11.2×103J

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

解：

热力系1kg空气

（1）膨胀功：

＝111.9×103J

熵变为0

（2）＝88.3×103J

＝116.8

（3）＝195.4×103

＝0.462×103

（4）＝67.1×103J

＝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。

解：

（1）定温膨胀功

7140kJ

19.14kJ/K

（2）自由膨胀作功为0

19.14kJ/K

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？

解：

－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

熵变：

－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？

解：

（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。

解：

（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。

解：

（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

解：

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。

解：

＝-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。

解：

（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。

解：

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。

解：

-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？

解：

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？

解：

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。

解：

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？

解：

（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）。

解：

n=1.4:

0.87

n=1.25：

=0.84

n=1：

=0.76