清华大学工程热力学习题课教学文案Word格式文档下载.docx

1、图 1-15 1-8 若某温标的冰点为20，沸点为75，试导出这种温标与摄氏度温标的关系（一般为线性关系）。 1-10 若用摄氏温度计和华氏温度计测量同一个物体的温度。有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值相同的情况，对吗？若可能，读数相同的温度应是多少？ 1-14 一系统发生状态变化，压力随容积的变化关系为pV1.3=常数。若系统初态压力为600kPa，容积为0.3m3，试问系统容积膨胀至0.5m3时，对外作了多少膨胀功。 1-15 气球直径为0.3m，球内充满压力为150kPa的空气。由于加热，气球直径可逆地增大到0.4m，并且空气压力正比于气球直径而变化。试求该过程空气对外作功量。1-

2、16 1kg气体经历如图1-16所示的循环，A到B为直线变化过程，B到C为定容过程，C到A为定压过程。试求循环的净功量。如果循环为A-C-B-A则净功量有何变化？图 1-16第二章2-2 水在760mmHg下定压汽化，温度为100，比容从0.001m3/kg增加到1.1763m3/kg，汽化潜热为2250kJ/kg。试求工质在汽化期间 （1） 内能的变化；（2） 焓的变化。2-3 定量工质，经历了一个由四个过程组成的循环，试填充下表中所缺的数据，并写出根据。过程Q/ kJW/ kJU/ kJ1213902339534100041 2-5 1kg空气由p1=1.0MPa，t1=500膨胀到p1=

3、0.1MPa，t1=500，得到的热量506kJ，作膨胀功506kJ。又在同一初态及终态间作第二次膨胀仅加入热量39.1kJ。求：（1） 第一次膨胀中空气内能增加多少？（2） 第二次膨胀中空气作了多少功？（3） 第二次膨胀中空气内能增加多少？ 2-6 图2-10所示的气缸内充以空气。气缸截面积为100cm2，活塞距底面高度为10cm，活塞及其上负载的总质量为195kg，当地大气压为771mmHg，环境温度t0=27，气缸内气体恰与外界处于热力平衡。倘使把活塞上的负载取去100kg，活塞将突然上升，最后重新达到热力平衡。设活塞与气缸壁之间无摩擦，气体可通过气缸壁充分和外界换热，求活塞上升的距离和

4、气体的换热量。图2-102-7 上题中若气缸壁和活塞都是绝热的，但两者之间不存在摩擦，此时活塞上升距离如何？气体的最终状态又如何？已知u=cvT，空气的cv=0.71kJ/（kgK）。 2-12 1m3容器内的空气，压力为p0，温度为T0。高压管路（ p, T ）与之相通，使容器内压力达到p时关上阀门。设高压管路、阀门与容器均绝热，但有一冷却水管通过容器。若欲在充气过程中始终维持容器中的空气保持T0，则需向冷却水放出的热量为Q，求Q。已知空气的R，cp和cv。 2-13 一台锅炉给水泵，将冷水压力由p1=6kPa升高至p2=2.0MPa，若冷凝水（水泵进口）流量为2105kg/h，水密度H2O

5、=1000kg/m3。假定水泵效率为0.88，问带动此水泵至少要多大功率的电机。 2-14 一燃气轮机装置如图2-11所示。空气由1进入压气机升压后至2，然后进入回热器，吸收从燃气轮机排出的废气中的一部分热量后，经3进入燃烧室。在燃烧室中与油泵送来的油混合并燃烧，产生的热量使燃气温度升高，经4进入燃气轮机（透平）作功。排出的废气由5送入回热器，最后由6排至大气。其中压气机、油泵、发电机均由燃气轮机带动。（1） 试建立整个系统的能量平衡式；（2）若空气质量流量=50t/h，进口焓h1=12kJ/kg，燃油流量=700kg/h，燃油进口焓h7=42kJ/kg，油发热量q=41800kJ/kg，排出

6、废气焓h6=418kJ/kg，求发电机发出的功率。图 2-11 2-15 某电厂一台国产50000kW汽轮机发电机组，锅炉蒸汽量为220t/h，汽轮机进口处压力表上的读数为10.0MPa，温度为540。汽轮机出口处真空表的读数为715.8mmHg。当时当地的大气压为760mmHg，汽轮机进、出口的蒸汽焓各为3483.4kJ/kg和2386.5kJ/kg。试求：（1） 汽轮机发出的轴功率为多少千瓦？（2） 若考虑到汽轮机进口处蒸汽速度为70m/s，出口处速度为140m/s，则对汽轮机功率的计算有多大影响？（3） 如已知凝汽器出口的凝结水的焓为146.54kJ/kg，而1kg冷却水带走41.87k

7、J的热量，则每小时需多少吨冷却水？是蒸汽量的几倍？ 2-16 空气在某压气机中被压缩，压缩前空气的参数为p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg；压缩后为p2=0.8MPa，v1=0.175m3/kg，若在压缩过程中每千克空气的内能增加146.5kJ，同时向外界放出热量50kJ；压气机每分钟生产压缩空气10kg。（1） 压缩过程中对1kg空气所作的压缩功；（2） 每产生1kg压缩空气所需的轴功；（3） 带动此压气机所需功率至少要多少千瓦？ 2-18 某燃气轮机装置如图2-12所示。已知压气机进口处空气的焓h1=290kJ/kg，经压缩后，空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在截面2

8、处与燃料混合，以c2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，使工质吸入热量q=670kJ/kg。燃烧后燃气经喷管绝热膨胀到状态，=800kJ/kg，流速增至，燃气再进入动叶片，推动转轮回转作功。若燃气在动叶中热力状态不变，最后离开燃气轮机速度为c4=100m/s。 （1） 若空气流量为100kg/s，压气机消耗的功率为多少？ （2） 若燃料发热量q=43960kJ/kg，燃料耗量为多少？ （3） 燃气在喷管出口处的流速是多少？ （4） 燃气透平（过程）的功率为多少？ （5） 燃气轮机装置的总功率为多少？图 2-12第三章 3-1 容量为0.027m3的刚性储气筒，装有7105Pa，20的空

9、气，筒上装有一排气阀，压力达到8.75105Pa时就开启，压力降为8.4105Pa时才关闭。若由于外界加热的原因造成阀门的开启，问：（1） 当阀门开启时，筒内温度为多少？（2） 因加热而失掉多少空气？设筒内空气温度在排气过程中保持不变。3-2 压气机在大气压力为1105Pa，温度为20时，每分钟吸入空气为3m3。如经此压气机压缩后的空气送入容积为8m3的储气筒，问需若干时间才能使筒内压力升高到7.8456105Pa，设筒内空气的初温、初压与压气机的吸气状态相同。筒内空气温度在空气压入前后并无变化。 3-9 3kg空气，p1=1.0MPa，T1=900K，绝热膨胀到p2=0.1MPa，试按气体热

10、力性质表计算：（1） 终态参数v2和T2；（2） 膨胀功和技术功；（3） 内能和焓的变化。 3-10 某理想气体（其M已知）由已知的p1，T1定熵压缩到p2，又由定温压缩到同一个p2，这两个终态的熵差s也已知，求p2。 3-11 图3-11所示的两室，由活塞隔开。开始时两室的体积均为0.1m3，分别储有空气和H2，压力各为0.9807105Pa，温度各为15，若对空气侧壁加热，直到两室内气体压力升高到1.9614105Pa为止，求空气终温及外界加入的Q，已知cv,a=715.94J/（kgK），kH2=1.41，活塞不导热，且与气缸间无摩擦。图3-11 3-12 6kg空气由初态p1=0.3M

11、Pa、t1=30，经下列不同过程膨胀到同一终态p2=0.1MPa：（1）定温；（2）定熵；（3）n=1.2。试比较不同过程中空气对外作功，交换的热量和终温。 3-13 一氧气瓶容量为0.04m3，内盛p1=147.1105Pa的氧气，其温度与室温相同，即t1=t0=20，求：（1） 如开启阀门，使压力迅速下降到p2=73.55105Pa，求此时氧的温度T2和所放出的氧的质量m；（2） 阀门关闭后，瓶内氧的温度与压力将怎样变化；（3） 如放气极为缓慢，以致瓶内气体与外界随时处于热平衡。当压力也自147.1105Pa降到73.55105Pa时，所放出的氧较（1）为多还是少？ 3-14 2kg某种理

12、想气体按可逆多变过程膨胀到原有体积的三倍，温度从300降到60，膨胀期间作膨胀功418.68kJ，吸热83.736kJ，求cp和cv。 3-16 试证理想气体在T-s图上任意两条定压线（或定容线）之间的水平距离相等。 3-17 空气为p1=1105Pa，t1=50，V1=0.032m3，进入压气机按多变过程压缩至p2=32105Pa，V2=0.0021m3，试求：（1）多变指数；（2）所需压缩功（轴功）；（3）压缩终了空气温度；（4）压缩过程中传出的热量。 3-19 压气机中气体压缩后的温度不宜过高，取极限值为150，吸入空气的压力和温度为p1=0.1MPa，t1=20，求在单级压气机中压缩2

13、50m3/h空气可能达到的最高压力。若压气机缸套中流过465kg/h的冷却水，在气缸套中水温升高14，再求压气机必需的功率。 3-20 实验室需要压力为6.0MPa的压缩空气，应采用一级压缩还是两级压缩？若采用两级压缩，最佳中间压力应等于多少？设大气压力为0.1MPa，大气温度为20，n=1.25，采用间冷器将压缩空气冷却到初温，试计算压缩终了空气的温度。3-21 三台压气机的余隙比均为0.06，进气状态均为0.1MPa，27，出口压力均为0.5MPa，但压缩过程的指数分别为n1=1.4，n=1.25，n=1，试求各压气机的容积热效率（设膨胀过程与压缩过程的多边指数相同）。第四章 4-1 试用

14、热力学第二定律证明，在p-v图上，两条可逆绝热线不可能相交。 4-2 （1） 可逆机从热源T1吸热Q1，在热源T1与环境（温度为T0）之间工作，能作出多少功？ （2） 根据卡诺定理降低冷源温度可以提高热效率，有人设想用一可逆制冷机造成一个冷源T2（T2T0），另可逆热机在T1与T2间工作，你认为此法是否有效？为什么？ 4-3 温度为T1，T2的两个热源间有两个卡诺机A与B串联工作（即中间热源接受A机的放热同时向B机供给等量热）。试证这种串联工作的卡诺热机总效率与工作于同一T1，T2热源间的单个卡诺机效率相同。 4-4 如图4-26所示的循环，试判断下列情况哪些是可逆的？哪些是不可逆的？哪些是不可能的? 图 4-26a. QL=1000kJ，W=250kJb. QL=2000kJ，QH=2400kJc. QH=3000kJ，W=250kJ4-5 试判断如图4-27所示的可逆循环中Q3的大小与方向、Q2的方向及循环净功W的大小与方向。 4-6 若封闭系统经历一过程，熵增为25kJ/K，从300K的恒温热