工程热力学课后作业答案chapter.docx

1、工程热力学课后作业答案chapterp734-1 1kg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 3587.58103J膨胀功：32 103J轴功：28.8 103J焓变：1.4811.2 103J熵变：0.8210342 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

2、图和图上解：热力系1kg空气（1） 膨胀功：111.9103J熵变为0（2）88.3103J116.8（3）195.41030.462103（4）67.1103J189.2K346.44-3 具有1kmol空气的闭口系统，其初始容积为1m3，终态容积为10 m3，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7140kJ19.14kJ/K(2)自由膨胀作功为019.14kJ/K44 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

3、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：2.1 kJ/K45 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B101.3kPa，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/kg283.6 kJ/kg0.49 kJ/(kg.K)4-6 6kg空气由初态p10.3MPa，t1=30，经过下列不同的过程膨胀到同一终压p

4、20.1MPa：（1）定温过程；（2）定熵过程；（3）指数为n1.2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573.2 kJ T2=T1=30（2）定熵过程351.4 kJQ0221.4K（3）多变过程252.3K436.5 kJ218.3 kJ47 已知空气的初态为p10.6MPa，v1=0.236m3/kg。经过一个多变过程后终态变化为p20.12MPa，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1.301千克气体所作的功146kJ/kg吸收的热量 =

5、36.5 kJ/kg内能：146-36.5109.5 kJ/kg焓： 153.3 kJ/kg熵：90J/(kg.k)4-8 1kg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40 kJ，设比热为定值，求该气体的和解：kJ533J/(kg.k)=200 kJ解得：n1.49R=327 J/(kg.k)代入解得：533+327=860 J/(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： -116 kJ/kg454.7K143.4

6、 kJ/kgw=w1+w2=27.4 kJ/kg4-10 1kg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 ，p30.1MPa，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)1.5 MPa1263Kp1=p2=1.5 MPav1=0.15 m3/kg=583 K(2) 定压膨胀364 kJ/kg145.4 kJ/kg定熵膨胀505 kJ/kg-505 kJ/kg或者：其q=0,= -505 kJ/kg4-11 1标准m3的空气从初态1 p1

7、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：0.274 m3/kg 0.129 MPa369KV2=3V1=0.822 m3T3=T2=369KV3=V1=0.274 m30.387 MPa412 压气机抽吸大气中的空气，并将其定温压缩至p25MPa。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：-59260kJ4-13 活塞式压气机吸入温度t1=20和压力p10.1MPa的空气，压缩到p20.8MPa，压气机每小

8、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/s37.8KW定熵51.3 KW414 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n1.22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=1/6 kg/s25.1 KW最大功率是定熵过程32.8 KW多变过程的功率29.6 KW415 实验室需要压力为6MPa的压缩空气，应采用一级压缩还是

9、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p10.1MPa，t1=16的空气400 m3，排出时p20.5MPa，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 417 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: 0.87n=1.25：=0.84n=1： =0.76