工程热力学课后作业答案第五版.docx

1、工程热力学课后作业答案第五版f7f2-2.已知 的M28，求（1） 的气体常数；（2）标准状态下 的比容和密度；（3） ， 时的摩尔容积 。解：（1） 的气体常数 296.9 （2）标准状态下 的比容和密度 0.8 1.25 （3） ， 时的摩尔容积 64.27 2-3把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力 kPa，终了表压力 Mpa，温度由t145增加到t270。试求被压入的CO2的质量。当地大气压B101.325 kPa。解：热力系：储气罐。应用理想气体状态方程。压送前储气罐中CO2的质量 压送后储气罐中CO2的质量 根据题意容积体积不变；R188.9 （1） （2） （3） （4

2、）压入的CO2的质量 （5）将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得m=12.02kg2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的空气，如外界的温度增高到27，大气压降低到99.3kPa，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？解：同上题 41.97kg2-6 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3 m3，充入容积8.5 m3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。解：热力系：储气罐。使用理想气体状态方程。第一种解法：首先

3、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 kg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、8.5 m3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、8.5 m3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3 m3 ，则要压缩59.5 m3的空气需要的时间 19.83min28 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

4、B101kPa，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？解：热力系：气缸和活塞构成的区间。使用理想气体状态方程。（1）空气终态温度 582K（2）空气的初容积p=30009.8/(r2)+101000=335.7kPa 0.527 m3空气的终态比容 0.5 m3/kg或者 0.5 m3/kg（3）初态密度 4 kg /m3 2 kg /m32-9 解：（1）氮气质量 7.69kg（2）熔化温度 361K214 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。解：折合分

5、子量 28.86气体常数 288 容积成分 20.9 120.979.1标准状态下的比容和密度 1.288 kg /m3 0.776 m3/kg2-15 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。解：（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）31 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

6、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。解：（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。 2.67105kJ（1）热力系：礼堂中的空气和人。闭口系统根据闭口系统能量方程 因为没有作功故W=0；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。35，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

7、（kJ） 膨胀功W（kJ）1-a-2 10 x12-b-1 -7 -41-c-2 x2 2解：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=7 kJ(2)对1-c-2和2-b-1也组成一个闭口循环x2（7）2+（4）x2=5 kJ(3)对过程2-b-1，根据 3 kJ3-6 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。过程 Q（kJ） W（kJ） E（kJ）12 1100 0 110023 0 100 -10034 -950 0 -95045 0 50 -50解：同上题3-7 解：热力系：1.5kg质量气体闭口

8、系统，状态方程： 90kJ由状态方程得1000a*0.2+b200=a*1.2+b解上两式得：a=-800b=1160则功量为 900kJ过程中传热量103f 990 kJ38 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。解：热力系：左边的空气系统：整个容器为闭口系统过程特征：绝热，自由膨胀根据闭口系统能量方程 绝热 自由膨胀W0因此U=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 100kPa3-9 一个储气罐从压缩空气总

9、管充气，总管内压缩空气参数恒定，为500 kPa，25。充气开始时，罐内空气参数为100 kPa，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。解：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=0dE=dU=(mu)cv2-(mu)cv1终态工质为流入的工质和原有工质和m0= mcv2-mcv1mcv2 ucv2- mcv1ucv1=m0h0 (1)h0=cpT0ucv2=cvT2ucv1=cvT1mcv1= mcv2 = 代入上式(1)整理得 =398.3K310 供暖用风机连同加热器

10、，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？解：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。311 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5M

11、Pa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？解：热力系：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 3.57MPa312 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

12、每种情况下容器内空气的最终温度？解:（1）同上题 662K=389（2） h=cpT0L=kp T= 552K=279同（2）只是W不同 T= 473K200313 解： 对理想气体 314 解：（1）理想气体状态方程 586K（2）吸热： 2500kJ3-15 解：烟气放热等于空气吸热1m3空气吸取1.09 m3的烟气的热 267kJ 205t2=10+205=2153-16 解： 代入得： 582K309317 解：等容过程 1.4 37.5kJ3-18 解：定压过程 T1= =216.2K T2=432.4K 内能变化： 156.3kJ 焓变化： 218.8 kJ 功量交换： 62.05

13、kJ 热量交换： =218.35 kJ7-1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，334.9 kJ/kg，335 kJ/kg，335.3 kJ/kg，335.7 kJ/kg。72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：h2777kJ/kg h=762.6 kJ/

14、kgv0.1943m3/kg v0.0011274 m3/kgu= hpv=2582.7 kJ/kg uhpv=761.47 kJ/kgs=6.5847 kJ/(kg.K) s2.1382 kJ/(kg.K)hxxh+(1-x)h=2575.6 kJ/kgvxxv+(1-x)v=0.1749 m3/kguxxu+(1-x)u=2400 kJ/kgsxxs+(1-x)s=6.14 kJ/(kg.K)7-3在V60L的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定其温度t210，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：t210的饱和汽和饱和水的比容分别为：v0.10422m3/kg

15、v0.0011726 m3/kgh2796.4kJ/kg h=897.8 kJ/kg湿饱和蒸汽的质量： 解之得：x=0.53比容：vxxv+(1-x)v=0.0558 m3/kg焓：hxxh+(1-x)h=1904kJ/kg74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h2791.4kJ/kg h=852.4 kJ/kgv0.12714m3/kg v0.0011565m3/kg饱和压力1.5551MPa。刚性容器中水的比容： 0.1 m3/kgv因此是湿蒸汽。压力是饱和压力1.55

16、51MPa。干度： 0.78焓：hxxh+(1-x)h=2364.8kJ/kg蒸汽的质量和体积：mv=103fxm=0.782=1.56kg V= mvv0.19834m37-5已知8 m3的湿蒸汽，在p0.9 MPa时，其湿度（1x）0.65，求此湿蒸汽的质量与焓。解：p0.9 MPa的饱和参数h2773kJ/kg h=742.6 kJ/kgv0.21484m3/kg v0.0011213m3/kg湿蒸汽的质量： 0.0759 m3/kg 105.4kg焓：h=mhxx(h+(1-x)h)=105.41453.24kJ =1.53103 kJ7-6有一台采暖锅炉，每小时能生产压力p1 MPa

17、（绝对）、x0.95的蒸汽1500kg。当蒸汽的流速c25m/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：p1 MPa、x0.95的比容查表饱和参数v0.1943m3/kg v0.0011274m3/kg 0.18464 m3/kg蒸汽体积流量： 0.077m3/s输汽管的半径最小为 0.0313m内径：0.0626m7-7某空调系统采用p0.3 MPa、x0.94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p0.3 MPa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

18、热量： 619000kJ/hp0.3 MPa的饱和参数：h2725.5kJ/kg h=561.4 kJ/kgp0.3 MPa、x0.94蒸汽的焓hxxh+(1-x)h=2595.7kJ/kg需要蒸汽 304.28 kg /h法二：湿蒸汽中起加热作用的仅为干饱和蒸汽 306.6 kg /h7-8气缸中盛有0.5kg、t120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：t120的干饱和蒸汽参数：v0.89202m3/kg h2706.6kJ/kg p1=0.19854MPa容积：V=mv=0.44601 m3t80的饱和蒸汽参数v0. 0010292m3/kg v3.410

19、4m3/kgh2643.8kJ/kg h=334.92 kJ/kg p2=0.047359MPa比容： 0.89202 m3/kg干度： 0.26焓：hxxh+(1-x)h=935.2kJ/kg放出的热量：q=m(h120-hx-vx(p2-p1)=817 kJ79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pA0.5 MPa的干饱和蒸汽，B中盛有2kg pB1 MPa，x0.80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p30.7 MPa。求（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pA0.5 MPa的干饱和蒸

20、汽参数v0.37481m3/kg h2748.5kJ/kg uA2561.1kJ/kgA占容积：VA=mAv=0.37481 m3pB1 MPa的饱和蒸汽参数v0.1943m3/kg v0.0011274m3/kgh2777kJ/kg h762.6kJ/kg vB=xv+(1-x)v=0.155 m3/kghBxh+(1-x)h=2374kJ/kguB2219kJ/kgB占容积：VA=mBv=0.31 m3总容积:V=VA+VB=0.685 m30.7MPa的饱和蒸汽参数v0.27274m3/kg v0.0011082m3/kgh2762.9kJ/kg h697.1kJ/kg蒸汽比容： 0.2

21、28 m3/kg蒸汽干度： 0.84（2）由蒸汽传给环境的热量终了时的焓：hxxh+(1-x)h=2502kJ/kgux2342.4kJ/kg -193.7 kJ710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=200h1=2850kJ/kg v1=0.352 m3/kg （u1=2639 kJ/kg）查表p2=0.6MPa，t2=300h2=3061kJ/kg v2=0.4344 m3/kg s2=7.37

22、2 kJ/(kg.K) （u2=2801 kJ/kg）查表p3=0.1MPa，s=7.372h3=2680kJ/kg v3=1.706 m3/kg （u3=2509 kJ/kg）定压过程加入的热量和内能变化量q=h2-h1=211kJ/kg =162 kJ/kg绝热膨胀过程所作的功量 292 kJ/kg7-11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=

23、450的参数h1=3344kJ/kg s1=7.083 kJ/(kg.K)则绝热膨胀到p2=5kPa，s2=7.083 kJ/(kg.K)时蒸汽的终参数t2=32.88 h2=2160kJ/kg v2=23.52 m3/kg 汽轮机所作的功 1184 kJ/kg（2）不可逆绝热膨胀后的熵为s3=7.083 +0.257.333kJ/(kg.K)p3=5kPa蒸汽的终参数：h3=2236kJ/kg 汽轮机所作的功 1108 kJ/kg7-12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x0.96；湿蒸汽在过热蒸汽中

24、再加热至300；煤的发热值为29400kJ/kg。试求（1）若锅炉的耗煤量B1430kg/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/hp1=1.4MPa，t1=300的过热蒸汽的参数：h1=3040kJ/kg v10.1823m3/kg取水为定值比热，其的焓值：h0254.1868104 kJ/kg单位蒸汽吸热量：q=h1-h0=2936 kJ/kg总吸热量： 29.36 MkJ/h锅炉效率： 69.84（2）湿蒸汽的参数v20.136 m3/kgh22708kJ/kg定压过程吸收的热量q=m(h1-hx)= 3.32MkJ内

25、能的变化: =2.65MkJ7-13有一废热锅炉，进入该锅炉的烟气温度为ty1=6103f00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=83.7 kJ/kg水的吸热量：q1=200*(2676.3-83.7)=518520kJ/h烟气的放热量：q= 864200 kJ/h烟气量： 2139kg/h =1.93m3/kgV=

26、4128 m3/h7-14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=0.978-1 温度 20，压力 0.1MPa，相对湿度 70的湿空气2.5m3。求该湿空气的含湿量、水蒸气分压力、露点、水蒸气密度、干空气质量、湿空气气体常数。如该湿空气在压力不变的情况下，被冷却为10的饱和空气，求析出的水量。解：（1）水蒸气分压力：根据 20，查水蒸气表得对应的饱和压力为 MPa 0.00163576 MPa含湿量： 10.34 露点：查水蒸气表，当 0.00163576 MPa时，饱和温

27、度即露点 14.35 水蒸气密度： 干空气质量： 2.92求湿空气质量 2.95湿空气气体常数： 288.8 查在 10，查水蒸气表得对应的饱和压力为 1.228 kPa 含湿量： 7.73 析出水量： 7.62g8-2 温度 25，压力 0.1MPa，相对湿度 50的湿空气10000kg 。求该湿空气的露点、绝对湿度、含湿量、湿空气密度、干空气密度、湿空气容积。解：水蒸气分压力：根据 25，查水蒸气表得对应的饱和压力为 3.169kPa 0.53.169=1.58kPa露点：查水蒸气表，当 1.58kPa时，饱和温度即露点 13.8 25, 43.36 绝对湿度： 0.0115 含湿量： 9

28、.985 湿空气密度： 0.867 1.16 干空气密度： 1.15 湿空气容积： 8600 m38-3查表题84 压力B为101325Pa的湿空气，在温度 15，相对湿度 160的状态下进入加热器，在 220离开加热器。进入加热器的湿空气容积为 10000 m3。求加热量及离开加热器时湿空气的相对湿度。解：查饱和空气状态参数 15， 872Pa 220， 2.337kPa分别计算状态参数： 15， 160时 87260523.2 Pa 3.2g/kg(a) 13.08kJ/kg(a)在加热器中是等湿过程： 3.2g/kg(a) 28.32 kJ/kg(a)查图得湿空气相对湿度： 223干空气的质量： 12634kg加热量： 1.9105kJ85 有两股湿空气进行绝热混合，已知第一股气流的 115m3/min， 120， 130；第二股气流的 220m3/min， 235， 280。如两股气流的压力均为1013102Pa，试分别用图解法及计算法求混合后的焓、含湿量、温度、相对湿度。解：图解法略。计算法：查饱和空气状态参数 120， 2.337kPa，h1= 31.14kJ/kg(a) 235， 5.622kPa，h2=109.4 kJ/kg(a)