工程热力学课后作业答案chapter7.docx

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工程热力学课后作业答案chapter7

工程热力学课后作业答案chapter7

7-1当水的温度t=80℃,压力分别为0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa时,各处于什么状态并求出该状态下的焓值。

解:

查表知道t=80℃时饱和压力为0.047359MPa。

因此在0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa时状态分别为过热、未饱和、未饱和,未饱和、未饱和。

焓值分别为2649.3kJ/kg,334.9kJ/kg,335kJ/kg,335.3kJ/kg,335.7kJ/kg。

7-2已知湿蒸汽的压力p=1MPa干度x=0.9。

试分别用水蒸气表和h-s图求出hx,vx,ux,sx。

解:

查表得:

h``=2777kJ/kgh`=762.6kJ/kg

v``=0.1943m3/kgv`=0.0011274m3/kg

u``=h``-pv``=2582.7kJ/kgu`=h`-pv`=761.47kJ/kg

s``=6.5847kJ/(kg.K)s`=2.1382kJ/(kg.K)

hx=xh``+(1-x)h`=2575.6kJ/kg

vx=xv``+(1-x)v`=0.1749m3/kg

ux=xu``+(1-x)u`=2400kJ/kg

sx=xs``+(1-x)s`=6.14kJ/(kg.K)

7-3在V=60L的容器中装有湿饱和蒸汽,经测定其温度t=210℃,干饱和蒸汽的含量mv=0.57kg,试求此湿蒸汽的干度、比容及焓值。

解:

t=210℃的饱和汽和饱和水的比容分别为:

v``=0.10422m3/kgv`=0.0011726m3/kg

h``=2796.4kJ/kgh`=897.8kJ/kg

湿饱和蒸汽的质量:

解之得:

x=0.53

比容:

vx=xv``+(1-x)v`=0.0558m3/kg

焓:

hx=xh``+(1-x)h`=1904kJ/kg

7-4将2kg水盛于容积为0.2m3的抽空了的密闭刚性容器中,然后加热至200℃试求容器中

(1)压力;

(2)焓;(3)蒸汽的质量和体积。

解:

(1)查200℃的饱和参数

h``=2791.4kJ/kgh`=852.4kJ/kg

v``=0.12714m3/kgv`=0.0011565m3/kg

饱和压力1.5551MPa。

刚性容器中水的比容:

=0.1m3/kg

因此是湿蒸汽。

压力是饱和压力1.5551MPa。

干度:

=0.78

焓:

hx=xh``+(1-x)h`=2364.8kJ/kg

蒸汽的质量和体积:

mv=x×m=0.78×2=1.56kg

V=mv×v``=0.19834m3

7-5已知8m3的湿蒸汽,在p=0.9MPa时,其湿度(1-x)=0.65,求此湿蒸汽的质量与焓。

解:

p=0.9MPa的饱和参数

h``=2773kJ/kgh`=742.6kJ/kg

v``=0.21484m3/kgv`=0.0011213m3/kg

湿蒸汽的质量:

0.0759m3/kg

=105.4kg

焓:

h=mhx=x(h``+(1-x)h`)=105.4×1453.24kJ=1.53×103kJ

7-6有一台采暖锅炉,每小时能生产压力p=1MPa(绝对)、x=0.95的蒸汽1500kg。

当蒸汽的流速c≮25m/s时,管道中的压力损失可以不计,求输汽管的内径最小应多大?

解:

p=1MPa、x=0.95的比容

查表饱和参数v``=0.1943m3/kgv`=0.0011274m3/kg

0.18464m3/kg

蒸汽体积流量:

=0.077m3/s

输汽管的半径最小为

=0.0313m

内径:

0.0626m

7-7某空调系统采用p=0.3MPa、x=0.94的湿蒸汽来加热空气。

暖风机空气的流量为每小时4000标准m3,空气通过暖风机(从0℃)被加热到120℃。

设蒸汽流过暖风机后全部变为p=0.3MPa的凝结水。

求每小时需要多少千克蒸汽(视空气的比热为定值)。

解:

空气吸收的热量:

=619000kJ/h

p=0.3MPa的饱和参数:

h``=2725.5kJ/kgh`=561.4kJ/kg

p=0.3MPa、x=0.94蒸汽的焓

hx=xh``+(1-x)h`=2595.7kJ/kg

需要蒸汽

304.28kg/h

法二:

湿蒸汽中起加热作用的仅为干饱和蒸汽

=306.6kg/h

 

7-8气缸中盛有0.5kg、t=120℃的干饱和蒸汽,在定容下冷却至80℃。

求此冷却过程中蒸汽放出的热量。

解:

t=120℃的干饱和蒸汽参数:

v``=0.89202m3/kgh``=2706.6kJ/kgp1=0.19854MPa

容积:

V=mv``=0.44601m3

t=80℃的饱和蒸汽参数

v`=0.0010292m3/kgv``=3.4104m3/kg

h``=2643.8kJ/kgh`=334.92kJ/kgp2=0.047359MPa

比容:

=0.89202m3/kg

干度:

=0.26

焓:

hx=xh``+(1-x)h`=935.2kJ/kg

放出的热量:

q=m(h``120-hx-vx(p2-p1))=817kJ

7-9有一刚性容器,用一薄板将它分隔为A、B两部分。

在A中盛有1kg、压力pA=0.5MPa的干饱和蒸汽,B中盛有2kgpB=1MPa,x=0.80的湿蒸汽。

当隔板抽去后,经过一段时间容器中的压力稳定在p3=0.7MPa。

(1)容器的总容积及终了时蒸汽的干度;

(2)由蒸汽传给环境的热量。

解:

(1)容器的总容积

pA=0.5MPa的干饱和蒸汽参数

v``=0.37481m3/kgh``=2748.5kJ/kguA=2561.1kJ/kg

A占容积:

VA=mAv``=0.37481m3

pB=1MPa的饱和蒸汽参数

v``=0.1943m3/kgv`=0.0011274m3/kg

h``=2777kJ/kgh`=762.6kJ/kg

vB=xv``+(1-x)v`=0.155m3/kg

hB=xh``+(1-x)h`=2374kJ/kg

uB=2219kJ/kg

B占容积:

VA=mBv=0.31m3

总容积:

V=VA+VB=0.685m3

0.7MPa的饱和蒸汽参数

v``=0.27274m3/kgv`=0.0011082m3/kg

h``=2762.9kJ/kgh`=697.1kJ/kg

蒸汽比容:

0.228m3/kg

蒸汽干度:

=0.84

(2)由蒸汽传给环境的热量

终了时的焓:

hx=xh``+(1-x)h`=2502kJ/kg

ux=2342.4kJ/kg

=-193.7kJ

7-10将1kgp1=0.6MPa,t1=200℃的蒸汽在定压条件下加热到t2=300℃,求此定压加热过程加入的热量和内能的变化量。

若将此蒸汽再送入某容器中绝热膨胀至p3=0.1MPa,求此膨胀过程所作的功量。

解:

查表p1=0.6MPa,t1=200℃

h1=2850kJ/kgv1=0.352m3/kg(u1=2639kJ/kg)

查表p2=0.6MPa,t2=300℃

h2=3061kJ/kgv2=0.4344m3/kg

s2=7.372kJ/(kg.K)(u2=2801kJ/kg)

查表p3=0.1MPa,s=7.372

h3=2680kJ/kgv3=1.706m3/kg(u3=2509kJ/kg)

(1)定压过程加入的热量和内能变化量

q=h2-h1=211kJ/kg

=162kJ/kg

(2)绝热膨胀过程所作的功量

=292kJ/kg

7-11汽轮机进汽参数为:

p1=3MPa,t1=450℃,蒸汽在汽轮机中绝热膨胀到p2=5kPa后排入冷凝器。

求:

(1)可逆绝热膨胀时蒸汽的终参数及汽轮机所作的功;

(2)若蒸汽在汽轮机中为不可逆绝热膨胀,引起的熵产为0.25kJ/(kg.K),则汽轮机作的功将为多少?

解:

查表p1=3MPa,t1=450℃的参数

h1=3344kJ/kgs1=7.083kJ/(kg.K)

则绝热膨胀到p2=5kPa,s2=7.083kJ/(kg.K)

时蒸汽的终参数

t2=32.88℃h2=2160kJ/kgv2=23.52m3/kg

汽轮机所作的功

1184kJ/kg

(2)不可逆绝热膨胀后的熵为

s3=7.083+0.25=7.333kJ/(kg.K)

p3=5kPa蒸汽的终参数:

h3=2236kJ/kg

汽轮机所作的功

1108kJ/kg

7-12有一台工业锅炉,每小时能生产压力p1=1.4MPa,t1=300℃的过热蒸汽10t。

已知给水的温度25℃;从锅筒引出的湿蒸汽的干度x=0.96;湿蒸汽在过热蒸汽中再加热至300℃;煤的发热值为29400kJ/kg。

试求

(1)若锅炉的耗煤量B=1430kg/h,求锅炉效率;

(2)湿蒸汽在过热器中所吸收的热量及内能的变化量。

解:

(1)煤的总发热量

42.042MkJ/h

p1=1.4MPa,t1=300℃的过热蒸汽的参数:

h1=3040kJ/kgv1=0.1823m3/kg

取水为定值比热,其的焓值:

h0=25×4.1868=104kJ/kg

单位蒸汽吸热量:

q=h1-h0=2936kJ/kg

总吸热量:

29.36MkJ/h

锅炉效率:

69.84%

(2)湿蒸汽的参数

v2=0.136m3/kg

h2=2708kJ/kg

定压过程吸收的热量

q=m(h1-hx)=3.32MkJ

内能的变化:

=2.65MkJ

7-13有一废热锅炉,进入该锅炉的烟气温度为ty1=600℃排烟温度为ty2=200℃。

此锅炉每小时可产生ts=100℃的干饱和蒸汽200kg,锅炉进水温度为20℃,锅炉效率为60%。

(1)求每小时通过的烟气量;

(2)试将锅炉中烟气的放热过程与蒸汽的吸热过程定性的表示在同一t-s图上。

解:

ts=100℃的干饱和蒸汽的焓:

h=2676.3kJ/kg

20℃水的焓:

h0=20*4.186=83.7kJ/kg

水的吸热量:

q1=200*(2676.3-83.7)=518520kJ/h

烟气的放热量:

q=

864200kJ/h

烟气量:

=2139kg/h

=1.93m3/kg

V=

4128m3/h

7-14湿蒸汽进入干度计前的压力p1=1.5MPa,经节流后的压力p2=0.2MPa,温度t2=130℃。

试用焓熵图确定湿蒸汽的干度。

解:

节流前后焓不变

查h-s图得:

x=0.97

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