工程热力学课后作业问题详解chapter9.docx
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工程热力学课后作业问题详解chapter9
9-1压力为0.1MPa，温度为20℃的空气，分别以100、300、500与1000m/s的速度流动，当被可逆绝热滞止后，问滞止温度与滞止压力各多少？
解：
h1=×293=296kJ/kg
h0=h1+
当c=100m/s时：
h0=301kJ/kg，T0＝＝298K，＝0.106MPa
当c=300m/s时：
h0=341kJ/kg，T0＝337.6K，p0
当c=500m/s时：
h0=421kJ/kg，T0＝416.8K，p0
当c=1000m/s时：
h0=796kJ/kg，T0＝788.1K，p0
9-2质量流量kg/s的空气在喷管作定熵流动，在截面1-1处测得参数值p1=0.3MPa，t1＝200℃，c1=20m/s。
在截面2-2处测得参数值p2＝0.2MPa。
求2-2截面处的喷管截面积。
解：
0.1584>0.2MPa
采用渐缩喷管。
c1=20m/s较小忽略。
因此2-2截面处是临界点
421K
3/kg
323m/s
3
9-3渐缩喷管进口空气的压力p1=2.53MPa，t1＝80℃，c1=50m/s。
喷管背压pb=1.5MPa。
求喷管出口的气流速度c2，状态参数v2、t2。
如喷管出口截面积f2=1cm2，求质量流量。
解:
2.53=1.33<1.5MPa
没有到临界。
滞止温度：
滞止压力：
＝2.56MPa
317.5m/s
＝304K
0.m3/kg
0.55m3/s
9-4如上题喷管背压pb=0.1MPa。
求喷管出口的气流速度与质量流量？
解：
2.53=1.33MPa>pb
所以渐缩喷管进口截面压力p2＝pc＝1.33MPa
由定熵过程方程可得：
〔按c1＝0处理〕
＝294K
c2＝a＝＝344m/s
0.0634m3/kg
0.543m3/s
9-5空气流经喷管作定熵流动，进口截面上空气参数p1=0.7MPa，t1＝947℃，c1=0m/s。
喷管出口处的压力p2分别为0.5MPa与0.12MPa，质量流量均为kg/s。
试选择喷管类型，计算喷管出口截面处的流速与出口截面积。
0.7=0.37MPa未到临界，选用渐缩喷管。
＝1108K
474m/s
0.636m3/kg
2
0.7=0.37MPa>pb
选缩放喷管。
＝737K
985m/s
1.76m3/kg
2
2的等截面通道，在截面1-1处测得c1=100m/s，p1=0.15MPa，t1＝100℃；在截面2-2处，测得c2=171.4m/s，p2＝0.14MPa。
假如流动无摩擦损失，求〔1〕质量流量；〔2〕截面2-2处的空气温度；〔3〕截面1-1与截面2-2之间的传热量。
解：
〔1〕质量流量
0.71m3/kg
14.08kg/s
〔2〕＝1.22m3/kg
595K
〔3〕3141kJ/s
9-7有p1=0.18MPa，t1＝300℃的氧气通过渐缩喷管，背压pb=0.1MPa。
喷管出口直径d2=10mm。
如不考虑进口流速的影响，求氧气通过喷管的出口流速与质量流量。
解：
p2＝0.1MPa
0.18=0.1MPa=pb
出口为临界流速
416.7m/s
质量流量
＝484K
1.26m3/kg
0.026kg/s
9－8空气通过一喷管，进口压力p1=0.5MPa，t1＝600K，质量流量为1.5kg/s。
如该喷管的出口处压力为p2=0.1MPa，问应采用什么型式的喷管？
如不考虑进口流速影响，求定熵膨胀过程中喷管出口气流流速与出口截面积。
如为不可逆绝热流动，喷管效率η＝0.95，如此喷管气体出口速度与出口截面积各为多少？
解：
0.5=0.264MPa>p2
所以应采用缩放喷管。
（1）出口流速：
1.09m3/kg
667m/s
2
（2）650m/s
390K
1.12m3/kg
2
9-9某燃气p1=1MPa，t1＝1000K，流经渐缩渐扩喷管。
喷管出口截面上的压力p2=0.1MPa，进口流速c1＝200m/s，喷管效率η＝0.95，燃气的质量流量50kg/s，燃气的比热k＝1.36，定压质量比热cp＝1kJ/（kg.K）。
求喷管的喉部截面积和出口截面积。
解：
进口流速c1＝200m/s
20kJ/kg远小于燃气的进口焓＝1000kJ/kg
忽略。
出口流速：
955m/s
931m/s
566K
＝264.7kJ/（kg.K）
1.5m3/kg
出口截面积
＝805cm2
（2）喉部流速：
0.535MPa
552m/s
0.4193m3/kg
喉部截面积
＝380cm2
9-10水蒸气压力p1=0.1MPa，t1＝120℃以500m/s的速度流动，求其滞止焓、滞止温度和滞止压力。
解：
p1=0.1MPa，t1＝120℃时水蒸气焓
h1=2716.8kJ/kg，s1=7.4681kJ/（kg.K）
滞止焓
h0=h1+c2/2=2841.8kJ/kg
查表得
p0=0.19MPa
t0℃
9-11水蒸气的初参数p1=2MPa，t1＝300℃，经过缩放喷管流入背压pb=0.1MPa的环境中，喷管喉部截面积20cm2。
求临界流速、出口速度、质量流量与出口截面积。
解：
h1=3023kJ/kg，s1=6.765kJ/（kg.K）
pc×2=1.092MPa
hc=2881kJ/kg，vc=2.0m3/kg
h2=2454kJ/kg，v2=1.53m3/kg
cc=532.9m/s
c2=1066.7m/s
质量流量
0.533kg/s
2
9-12解：
h1=3231kJ/kg，
节流后s=7.203kJ/（kg.K）
h2=3148kJ/kg，v2=0.2335m3/kg
pb
渐缩喷管
c2=407.4m/s
0.35kg/s
9-13解：
查表得
h2=2736kJ/kg
由p1=2MPa等焓过程查表得
℃
9-14解:
查表得：
h1=3222kJ/kg
h2=3066kJ/kg
c2=558.6m/s
＝519m/s
动能损失：
21kJ/kg
9-15解：
0.kJ/（kg.K）
〔理想气体的绝热节流过程温度相等〕
用损
＝59.7kJ/kg
9-16解：
由得
355K
＝337m/s
9-17
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