1、工程熱力學(xué)作業(yè)題2-2.已知N2的M = 28,求（1）N2的氣體常數(shù)；（2）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下 N2的比容和密度；（3） p= 0.1M Pa ,t =500 C時的摩爾容積 Mv。R。8314解：（1）N2的氣體常數(shù)R =296.9 J /(kg K)M 28（2）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下N2的比容和密度v=RT=296 = 0.8m3/kg p 101325p =1 = 1.25 kg /m3v(3)p= 0.1MPa , t =500C時的摩爾容積 MvMv = R0T = 64.27 m3 / kmolP2-3 .把CO2壓送到容積3m3的儲氣罐里，起始表壓力P gj =30k Pa，終了表壓力p g2

2、= 0.3 M pa ,B= 101.325 kPa。溫度由t1 = 45C增加到t2 =70 C。試求被壓入的 CO2的質(zhì)量。當(dāng)?shù)卮髿鈮?解：熱力系：儲氣罐。應(yīng)用理想氣體狀態(tài)方程。壓送前儲氣罐中CO2的質(zhì)量d P 1v1m1 =RT1壓送后儲氣罐中CO2的質(zhì)量m2嚴(yán)RT2根據(jù)題意容積體積不變;R= 188.9pl = P g1 +B(1)p2 = P g2 +B(2)T1 =t1 +273(3)T2 =t2 +273(4)壓入的CO2的質(zhì)量v p21m = ml -m2 =(R T2將（1）、代入（5）式得)(5)m=12.02kg2-5當(dāng)外界為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時，一鼓風(fēng)機每小時可送300 m3的空

3、氣，如外界的溫度增咼到27 C,大氣壓降低 到99.3kPa，而鼓風(fēng)機每小時的送風(fēng)量仍為300 m3，問鼓風(fēng)機送風(fēng)量的質(zhì)量改變多少？同上題解：=m1 -m2 亠)=型(993-i.325)000 = 41.97kgR T2 T1 287 3002732-6內(nèi)?？諝鈮嚎s機每分鐘自外界吸入溫度為15C、壓力為0.1MPa的空氣3 m3,充入容積8.5 m3的儲氣罐設(shè)開始時罐內(nèi)的溫度和壓力與外界相同，問在多長時間內(nèi)空氣壓縮機才能將氣罐的表壓力提高到0.7 MPa?設(shè)充氣過程中氣罐內(nèi)溫度不變。 解：熱力系：儲氣罐。使用理想氣體狀態(tài)方程。第一種解法: 首先求終態(tài)時需要充入的空氣質(zhì)量m2=dv2 = gk

4、gRT2 287X288壓縮機每分鐘充入空氣量pv1x105x3m =kgRT 287288所需時間.m2t = =19.83minm第二種解法將空氣充入儲氣罐中，實際上就是等溫情況下把初壓為0.1MPa 定量的空氣壓縮為 0.7MPa的空氣;或者說0.7MPa、8.5 m3的空氣在0.1MPa下占體積為多少的問題。根據(jù)等溫狀態(tài)方程P V =c onst0.7MPa、8.5 m3的空氣在0.1MPa下占體積為V1= p2V0.8.59.5m3P10.1壓縮機每分鐘可以壓縮 0.1MPa的空氣3 m3，則要壓縮59.5 m3的空氣需要的時間59.5T = =19.83min32- 8在一直徑為4

5、00mm的活塞上置有質(zhì)量為 加熱后其容積增大為原來的兩倍。大氣壓力3000kg的物體，氣缸中空氣的溫度為18C,質(zhì)量為2.12kg。B= 101k Pa,問：（1）氣缸中空氣的終溫是多少？ （2 ）終態(tài)的比容是多少？（ 3）初態(tài)和終態(tài)的密度各是多少?解：熱力系：氣缸和活塞構(gòu)成的區(qū)間。使用理想氣體狀態(tài)方程。（1）空氣終態(tài)溫度V2T2 =T1 =582KV1(2)空氣的初容積p=3000 X 9.8/( n r2)+101000=335.7kPaV1 = mRT1 =0.527 m3P空氣的終態(tài)比容V2 竺=0.5 m3/kgmv2 =-m或者3=0.5 m3/kgPc m 2.12P1 =V10

6、.527巴=1=2 kg /mv2（3）初態(tài)密度3=4 kg /m3152-9解:(1 )氮氣質(zhì)量PV13.100.05 = 7.69kgRT296.8x300(2)熔化溫度竺空45 = 361KmR7.69x296.82-14如果忽略空氣中的稀有氣體，則可以認(rèn)為其質(zhì)量成分為go2 = 23.2% , gN2 = 76.8% 。試求空氣的折合分子量、氣體常數(shù)、容積成分及在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的比容和密度。解：折合分子量giM i=28.860.232 十 0.7683228氣體常數(shù)d = 288 j/(kg .K)28.86容積成分rO2= go2M /Mo 2 = 20.9 %rN2=1-20.9 %

7、= 79.1%標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的比容和密度22.428竺=1.288 kg /m322.4V =丄=0.776 m3/kgP2-15 已知天然氣的容積成分 rCH 4 =97% , rc2H 6 =0.6%，rC3H0.18% , rC4H1 0.18% ,rCO2= 0.2%， rN 2 =1.83%。試求:(1)天然氣在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的密度；（2）解：（1）密度各組成氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下的分壓力。M =2 riMi =(97x16 +0.6咒30+ 0.18咒44+0.18咒58 + 0.2x44 + 1.83x28)/100=16.48C M 16.48 C Z 3P0 = = = 0.736kg /

8、 m22.422.4(2)各組成氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下分壓力因為：Pj =斤PPCH4 =97% * 101.325 = 98.285kPa同理其他成分分壓力分別為：（略）p513- 1安靜狀態(tài)下的人對環(huán)境的散熱量大約為400KJ/h，假設(shè)能容納 2000人的大禮堂的通風(fēng)系統(tǒng)壞了：（1）在通風(fēng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障后的最初20min內(nèi)禮堂中的空氣內(nèi)能增加多少？ （ 2）把禮堂空氣和所有的人考慮為一個系統(tǒng)，假設(shè)對外界沒有傳熱，系統(tǒng)內(nèi)能變化多少？如何解釋空氣溫度的升高。解：（1）熱力系：禮堂中的空氣。閉口系統(tǒng)根據(jù)閉口系統(tǒng)能量方程Q = AU 十W因為沒有作功故W=0 ;熱量來源于人體散熱；內(nèi)能的增加等于人體散熱。

9、Q =2000 X 40020/60 = 2.67x 105kJ（1）熱力系：禮堂中的空氣和人。 閉口系統(tǒng)根據(jù)閉口系統(tǒng)能量方程Q = Au +W因為沒有作功故W=0 ;對整個禮堂的空氣和人來說沒有外來熱量, 所以內(nèi)能的增加為0?？諝鉁囟鹊纳呤侨梭w的散熱量由空氣吸收，導(dǎo)致的空氣內(nèi)能增加。3 5，有一閉口系統(tǒng)，從狀態(tài) 1經(jīng)a變化到狀態(tài)2,如圖，又從狀態(tài) 2經(jīng)b回到狀態(tài)1;再從狀態(tài)1經(jīng) 過C變化到狀態(tài)2。在這個過程中，熱量和功的某些值已知，如表，試確定未知量。yX過程熱量Q (kJ)膨脹功W (kJ)1-a-210x12-b-1-7-41-C-2x22解：閉口系統(tǒng)。使用閉口系統(tǒng)能量方程(1)對1-

10、a-2和2-b-1組成一個閉口循環(huán)，有即 10 +( 7)= X1+ (- 4) x1=7 kJ對1-C-2和2-b-1也組成一個閉口循環(huán)x2 +( 7)= 2+ ( 4) x2=5 kJ 對過程2-b-1，根據(jù)Q =紐 +WAU =Q W = 7 (4) = 3 kJ3-6 一閉口系統(tǒng)經(jīng)歷了一個由四個過程組成的循環(huán)，試填充表中所缺數(shù)據(jù)。過程Q (kJ)W (kJ)圧(kJ)12110001100230100-10034-9500-9504 5050-50解：同上題3-7解：熱力系：1.5kg質(zhì)量氣體閉口系統(tǒng)，狀態(tài)方程：P = av + bAU =1.5(1.5 p2v2 -85) -(1.5

11、 p1v1-85) = 90kJ由狀態(tài)方程得1000 = a*0.2+b 200=a*1.2+b解上兩式得:a=-800 b=1160則功量為21W =1.5 J pdv =1.5(00)v2 -1160v0； = 900kJ12過程中傳熱量Q =AU +W = 990 kJ3-8容積由隔板分成兩部分，左邊盛有壓力為600kPa,溫度為27C的空氣，右邊為真空，容積為左邊5倍。將隔板抽出后，空氣迅速膨脹充滿整個容器。試求容器內(nèi)最終壓力和溫度。設(shè)膨脹是在絕熱下進(jìn) 行的。解：熱力系：左邊的空氣 系統(tǒng)：整個容器為閉口系統(tǒng) 過程特征：絕熱，自由膨脹 根據(jù)閉口系統(tǒng)能量方程Q = Au +W絕熱Q =0自

12、由膨脹W 0因此 U=0對空氣可以看作理想氣體，其內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，得mCv(T2 -T1) =0= T2 =T1 =300K根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程竺=型p1=100kPaV2 V2 63-9 一個儲氣罐從壓縮空氣總管充氣，總管內(nèi)壓縮空氣參數(shù)恒定，為500 kPa，25 C。充氣開始時，罐內(nèi)空氣參數(shù)為100 kPa，25C。求充氣終了時罐內(nèi)空氣的溫度。設(shè)充氣過程是在絕熱條件下進(jìn)行的。解：開口系統(tǒng)特征：絕熱充氣過程工質(zhì)：空氣(理想氣體)根據(jù)開口系統(tǒng)能量方程，忽略動能和未能，同時沒有軸功，沒有熱量傳遞。0 =m2h2 -m0h0 +dE沒有流出工質(zhì)m2=0dE=dU=(mu)=v2-(mu)站終

13、態(tài)工質(zhì)為流入的工質(zhì)和原有工質(zhì)和m0= mv2-mcv1(1)ncv2 Ucv2- m cv1 Ucvi =m0h0 h0=CpT0Ucv2 =CvT2Ucvi =cvT1p1Vmcv1 =RT1p2Vmcv2 =RT2代入上式(1)整理得kT仃2T2 =T1 +(kT0 T1)=398.3KP1P23- 10供暖用風(fēng)機連同加熱器，把溫度為t1 = 0 C的冷空氣加熱到溫度為 t2 = 250 然后送入建筑物的風(fēng)道內(nèi)，送風(fēng)量為 0.56kg/s，風(fēng)機軸上的輸入功率為 1kW設(shè)整個裝置與外界絕熱。試計算：(1)風(fēng)機出口處空氣溫度；(2)空氣在加熱器中的吸熱量；(3)若加熱器中有阻力，空氣通過它時產(chǎn)

14、 生不可逆的摩擦擾動并帶來壓力降，以上計算結(jié)果是否正確？解：開口穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流系統(tǒng)(1)風(fēng)機入口為OC則出口為 mCpAT =Q= AT =一mCp1000=1.78 C0.56X 1.006 X103t2 =t1 +加=1.78 C(2) 空氣在加熱器中的吸熱量若加熱有阻力，結(jié)果1仍正確；但在加熱器中的吸熱量減少。加熱器中Q = mC p 也T =0.56x1.006x(250 1.78) =i38.84kwQ =h2-h1 = u2 + P2v2 -(u1 + P1v1)，p2減小故吸熱減小。3- 11一只0.06m3的罐，與溫度為27 C、壓力為7MPa的壓縮空氣干管相連接，當(dāng)閥門打開，空氣流

15、進(jìn)罐內(nèi)，壓力達(dá)到 5MPa時，把閥門關(guān)閉。這一過程進(jìn)行很迅速，可認(rèn)為絕熱。儲罐的閥門關(guān)閉后放 置較長時間，最后罐內(nèi)溫度回復(fù)到室溫。問儲罐內(nèi)最后壓力是多少？解：熱力系：充入罐內(nèi)的氣體由于對真空罐充氣時，是焓變內(nèi)能的過程mh = muT =笛0 =kT0 =1.4x300 =420K Cv罐內(nèi)溫度回復(fù)到室溫過程是定容過程P2=T2p1=300“ = 3.57M PaT 4203- 12 壓力為1MPa和溫度為200C的空氣在一主管道中穩(wěn)定流動?，F(xiàn)以一絕熱容器用帶閥門的管 道與它相連，慢慢開啟閥門使空氣從主管道流入容器。設(shè)(1 )容器開始時是真空的；(2)容器裝有一個用彈簧控制的活塞，活塞的位移與施

16、加在活塞上的壓力成正比，而活塞上面的空間是真空，假定彈簧 的最初長度是自由長度；(3)容器裝在一個活塞，其上有重物，需要1MPa的壓力舉起它。求每種情況下容器內(nèi)空氣的最終溫度？ 解：(1)同上題T = kT 0 = 1.4 X 473 = 662K=389 C(2)h =u +wh=CpT0L=kpw = J pAdL = J pAkdp =12 kpAp =12PV =1 RT2CPT= :T 0 =552K=279 Ccv +0.5R(3) 同(2)只是W不同W = pdV = pV = RTCpT= T 0 = T 0 = 473K =200 CCv +R3- 13 解:對理想氣體h=

17、CpATu =CvAT3- 14 解:(1)理想氣體狀態(tài)方程T24p1=2 * 293 = 586K(2)吸熱:Q =mCv 心 T=_p1V_ at = 2500kJRT1 k 13-15解：煙氣放熱等于空氣吸熱1m3空氣吸取1.09 m3的煙氣的熱267Q =1.09 X 245 = 267kJ=205 C印C1.293 咒 1.01t2=10+205=215 C3-16 解：m1h1 +m2h2=(m1 +m2)h3h = c pT代入得:m1cT1+m2cT2T =120* 773+210x473=582K(m1 +m2)c330=309 C3- 17 解：等容過程k = Cp =1.

18、4Cp - RQ =m CvAT =mRT2RT1 = p2v - p1v = 37.5kJT1= p1VmR2068恥 103y03=216.2K3-18解：定壓過程1X287T2=432.4K內(nèi)能變化:AU =mcvit =1X(1.01 -0.287)X216.2 = 156.3kJ焓變化:AHh156.3 =218.8 kJ功量交換:V2 =2V1 =0.06m3=p (V 2 V1) = 2068.4X 0.03 = 62.05kJ熱量交換:Q =iU +W =156.3 + 62.05 =218.35 kJ4-1 1kg空氣在可逆多變過程中吸熱40kJ，其容積增大為v2=10v1,

19、壓力降低為p2 = p1/8 ,設(shè)比熱為定值，求過程中內(nèi)能的變化、膨脹功、軸功以及焓和熵的變化。解：熱力系是1kg空氣過程特征：多變過程n Jn(p2/pjjn如=0.9 ln (v1/v2)ln (1/10)因為內(nèi)能變化為5Cv = 2只=717.5 J/(kg 從) cp =7R=7cv = 1004.5J /(kK)P 25n kCn = cv = 5Cv = = 3587.5 J /( kg K )n -1=5 AT =qcv/Cn = 8x io3j膨脹功： w = q - Au = 32 X 103J軸功:3Ws = nW =28.8 X 10 J焓變:ih =CpiT =kiu

20、= 1.4 X 8= 11.2 X 103J熵變:比 s =c p In+ cvl nd = 0.82 x 103 J /(kg K)v1p1有1kg空氣、初始狀態(tài)為P1 =0.5MPa , t1 =150c,進(jìn)行下列過程:(1)可逆絕熱膨脹到P2 =0.1MPa ;(2)不可逆絕熱膨脹到p2 =0.1MPa , T2 =300K ;(3)可逆等溫膨脹到p2 = 0.1 MPa ；(4)可逆多變膨脹到P 2 =0.1M Pa，多變指數(shù) n = 2 ；p V圖和T 一 s圖上試求上述各過程中的膨脹功及熵的變化，并將各過程的相對位置畫在同一張 解：熱力系1kg空氣RT1p2 k亠熵變?yōu)?膨脹功：W

21、=R1(x)k=111.9X 103j(2) W = iu =cv(T1 T2) = 88.3X 103JT2p2As = Cp ln -Rln =116.8 J /(kg K)T1p1(3) w=RT1lnd = 195.4X 103 J/(kg*K)P2is = Rln p1 = 0.462X 103 J /(kg K) p2n -4(4) w =_RT11 -(咚)n = 67.1 X 103J n -1 p1c2p2 T2 =T1(丄)n = 189.2KP1T 2p2* = Cp ln - Rln =- 346.4 J /(kg K) T1p14-3具有Ikmol空氣的閉口系統(tǒng)，其初

22、始容積為1m,終態(tài)容積為10 m,當(dāng)初態(tài)和終態(tài)溫度均100C 時，試計算該閉口系統(tǒng)對外所作的功及熵的變化。該過程為：（1）可逆定溫膨脹；（2）向真空自由膨脹。解：（1）定溫膨脹功V210w = mRT ln =1.293* 22.4 * 287 *373* ln = 7140kJ V11人 z V2s = mRln 一 =19.14kj/KV1(2)自由膨脹作功為0V2As = mRln =19.14kj/KV14-4質(zhì)量為5kg的氧氣，在30C溫度下定溫壓縮，容積由 3m變成0.6m3，問該過程中工質(zhì)吸收或 放出多少熱量？輸入或輸出多少功量？內(nèi)能、焓、熵變化各為多少？1 / QC Q解: q

23、=mRTinvr5* 259.8* 300*in=-627.2kj放熱 627.2kJ因為定溫，內(nèi)能變化為0,所以W =q內(nèi)能、焓變化均為0 熵變:As = mRI n=- 2.1 kJ/KV14-5為了試驗容器的強度， 必須使容器壁受到比大氣壓力高0.1MPa的壓力。為此把壓力等于大氣壓力。溫度為13C的空氣充入受試驗的容器內(nèi)，然后關(guān)閉進(jìn)氣閥并把空氣加熱。已知大氣壓力=101.3kPa，試問應(yīng)將空氣的溫度加熱到多少度？空氣的內(nèi)能、焓和熵的變化為多少？解：（1 ）定容過程T2=T1 P2 =286* 100 +101.3 =568.3K p1101.35(2)內(nèi)能變化：iu =cv(T2-T1

24、) =-* 287* (568.3-286) =202.6kJ/kg2= Cp(T2 -T1) = 7 * 287*(568.3 -286) =283.6 kj/kg= CvIn 皿=0.49 kJ/(kg.K)P14-66kg空氣由初態(tài)p1 = 0.3 MP a, t1=30 C,經(jīng)過下列不同的過程膨脹到同一終壓 p2 = 0.1MPa： （1）定溫過程；（2）定熵過程；（3）指數(shù)為n = 1.2的多變過程。試比較不同過程中空氣 對外所作的功，所進(jìn)行的熱量交換和終態(tài)溫度。解：（1 ）定溫過程W=mRTIn P1 =6* 287* 303* In。彳=573.2 kj p20.116Q =WT

25、2=T1=30C(2)定熵過程Rp 2 k 二2870 1 1.4W =mT11 -(J k =6*303* 1-()勺，4 =351.4 kJk -1p11.4-10.3Q)= 02 kJLT2 =T1(史)応 221.4KP1(3)多變過程c nJp2 T2 =T1() n = 252.3KP1R287W =m T1-T2=6* 303 -252.3 =436.5 kJn 11.21n _ kQ =mCn(T2-T1) =6* Cv* (252.3 -303) = 218.3 kJn -14-7已知空氣的初態(tài)為 p1 = 0.6MPa, v1=0.236m3/kg。經(jīng)過一個多變過程后終態(tài)變

26、化為p2 =0.12MPa, v2=0.815m3/kg。試求該過程的多變指數(shù)，以及每千克氣體所作的功、所吸收的熱量以及 內(nèi)能、焓和熵的變化。解：(1)求多變指數(shù)ln( p2/ p1)ln(0.12/0.6)n = 1.30In (v1/v2)ln (0.236/0.815)1千克氣體所作的功1W = P 1v1 - P2v2n T吸收的熱量= * (0.6* 0.236 -0.12* 0.815) =146kJ/kg1.31內(nèi)能:q =Cn(T2 -T1)1.31.41n -k Rn -k 1, c ，八=(T2T1)=(p 2v2 p 1v1)n 1 k -1n 1 k T(0.12* 0

27、.825 0.6* 0.236) =36.5 kJ/kg1.31 1.4一1u =q - W =146-36.5 =- 109.5 kJ/kg72焓:k心h =Cp(T2-T1) =(p2v2 -p 1v1) = - 153.3 kJ/kgk -1熵:Ks = C pl nW +Cvln d =1004.5* In 0+717.4* In 吐=90J/(kg.k) p v1p10.2360.64-81kg理想氣體由初態(tài)按可逆多變過程從400C降到100C,壓力降為p2 =丄p1已知該6過程的膨脹功為200kJ，吸熱量為40 kJ，設(shè)比熱為定值，求該氣體的Cp和Cv解:iu =0,仃2 -T1)

28、 =q -w = -160kJCv = 533J/(kg.k)n4RRT1p2w =(T1 -T2)=1 -(J n =200 kJ n -1n -1p1解得：n= 1.49R=327 J/(kg.k)代入解得：Cp = 533+327=860 J/(kg.k)4-9將空氣從初態(tài)1, t1=20 C ,定熵壓縮到它開始時容積的1/3，然后定溫膨脹，經(jīng)過兩個過程，空氣的容積和開始時的容積相等。求1kg空氣所作的功。k 4解:宀冊1-嚼月= _RI11 _(也/J = 287* 2931 gQ k -1 v21.4-1=-116 kJ/kgV1 2T2 =T1()k = 454.7Kv2v3w2

29、=RT2ln =287* 454.7*1 n(1/3) = 143.4 kJ/kgv2w=w1+w2=27.4 kJ/kgt1=500 C,(2)在4-101kg氮氣從初態(tài)1定壓膨脹到終態(tài)2,然后定熵膨脹到終態(tài) 3。設(shè)已知以下各參數(shù):v2=0.25m3/kg , p3 = 0.1MPa, v3=1.73m3/kg。求(1) 1、2、3 三點的溫度、比容和壓力的值。 定壓膨脹和定熵膨脹過程中內(nèi)能的變化和所作的功。解： p2 = p3(v3)k =0.1* (73)1 = 1.5 MPav20.25296.8T2 A5*0.25*1。6 = 1263KRp1=p 2=1.5 MPaT1v1=v2

30、=0.15 m 3/kgT2T3 P3v3296.8泄=583 K定壓膨脹=仃2 T1) =364 kJ/kgW =R(T2 T1) =145.4 kJ/kg定熵膨脹iu =cv(T3 -T2) =505 kJ/kgRW =T2 -T3 =-505 kJ/kgk -1或者：其 q=0, w = -Au = -505 kJ/kg4-111標(biāo)準(zhǔn)mi的空氣從初態(tài)1 p1= 0.6MPa,態(tài)2繼續(xù)被定溫壓縮，直到比容的值和開始時相等， 的總功。t1=300 C定熵膨脹到狀態(tài) 2,且v2=3v1?？諝庥蔂?v3=v1，求1、2、3點的參數(shù)(P,T,V )和氣體所作解：八空p1= 28=0.274 m3/

31、kg6X105v1 k1 1 4p2 = p 1()k =0.6*(-)= 0.129 MPav23T2 =T1(也)2 =573* (丄)。.4 =369Kv23V2=3V1=0.822 m3T3=T2=369KV3=V1=0.274 m3v23v1p3 = p2()=0.129* 一 =0.387 MPav3v1p2 = 5MPa如壓縮150標(biāo)準(zhǔn)m空氣，試求用水冷4- 12壓氣機抽吸大氣中的空氣，并將其定溫壓縮至 卻壓氣機氣缸所必須帶走的熱量。設(shè)大氣處于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)。解：Q =W = p1V1ln 巳=0.101325* 106 * 150* ln =-59260kjP24-13活塞式壓氣機吸

32、入溫度 t1=20 C和壓力p1= 0.1MPa的空氣，壓縮到 p2 = 0.8MPa,壓氣機每小時吸氣量為600標(biāo)準(zhǔn)m。如壓縮按定溫過程進(jìn)行，問壓氣機所需的理論功率為多少千瓦？若壓縮按定熵過程進(jìn)行，則所需的理論功率又為多少千瓦？解：定溫:100000沢600=0.215kg/sRT 287* 273* 3600Ws =mRT1ln 卩1 =-37.8KWP2定熵kA1.4kRT1“/P2、一1 c iu* 1.4* 287* 293“,0.VnW1s =m1 -(d) k =0.215*1-()1.4 =- 51.3 kwk -1 p11.4-10.11.4-14- 14某工廠生產(chǎn)上需要每小

33、時供應(yīng)壓力為0.6MPa的壓縮空氣600kg;設(shè)空氣所初始溫度為20C,壓力為0.1MPa。求壓氣機需要的最小理論功率和最大理論功率。若按n= 1.22的多變過程壓縮,需要的理論功率為多少？解：最小功率是定溫過程m=600/3600=1/6 kg/sWs =mRT1ln 衛(wèi)=-25.1 kwP2最大功率是定熵過程k 1kRT1p2 W1s =m1 -(h) k =-32.8 kwk -1p1多變過程的功率n -1n RT1p2W1s =m1 -(d) n = -29.6 kwn Tp14- 15實驗室需要壓力為6MPa的壓縮空氣，應(yīng)采用一級壓縮還是二級壓縮？若采用二級壓縮,最佳中間壓力應(yīng)等于多

34、少？設(shè)大氣壓力為0.1，大氣溫度為20,壓縮過程多變指數(shù) n=1.25，采用中間冷卻器能將壓縮氣體冷卻到初溫。試計算壓縮終了空氣的溫度。解：壓縮比為60，故應(yīng)采用二級壓縮。中間壓力:p2 = Jp1p3 =0.775MPaC n JLp3 -nT3 =T2(丄)n =441Kp24-16有一離心式壓氣機， 每分鐘吸入 p1 = 0.1MPa, t1=16 C的空氣400 m3排出時p2 = 0.5MPa,設(shè)過程可逆，試求：t2=75 Co(1) 此壓氣機所需功率為多少千瓦？(2) 該壓氣機每分鐘放出的熱量為多少千焦?.p1V1解：(1) m =8.04kg/sRT1n=lni2皿1.13In

35、(v1/v2)nRWs =mn w = m (T1 T2) = 1183KWn -1nk(2) Q=mc, (T2-T1) =-712.3kJ/sn -1三臺空氣壓縮機的余隙容積均為6%,進(jìn)氣狀態(tài)均為0.1MPa 27C,出口壓力均為0.5MPa,4- 17但壓縮過程的指數(shù)不同，分別為：n1=1.4 , n2=1.25 , n3=1。試求各壓氣機的容積效率(假設(shè)膨脹過程的指數(shù)和壓縮過程的指數(shù)相同)。解:/v=1-C( p2)n1P1n=1.4:為=1-0.06*(亜)占-1 =0.870.1n=1.25 : =0.84n=1： =0.767-1當(dāng)水的溫度t=80 C,壓力分別為 0.01、0.

36、05、0.1、0.5及1MPa時，各處于什么狀態(tài) 并求出該狀態(tài)下的焓值。解：查表知道 t=80 C時飽和壓力為 0.047359M Pa。因此在0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa時狀態(tài)分別為過熱、未飽和、未飽和，未飽和、未 飽和。焓值分別為 2649.3kJ/kg , 334.9 kJ/kg , 335 kJ/kg , 335.3 kJ/kg , 335.7 kJ/kg。7 2已知濕蒸汽的壓力P =1MPa干度x=0.9。試分別用水蒸氣表和h-s圖求出hx, Vx, Ux,Sx。h=762.6 kJ/kg3v = 0.0011274 m /kg u= h p v=761.47 kJ/

37、kgs= 2.1382 kJ/(kg.K)解：查表得：h = 2777kJ/kg3v = 0.1943m /kgu= h pv=2582.7 kJ/kgs=6.5847 kJ/(kg.K)hx = xh+(1-x)h=2575.6 kJ/kg3vx = xv+(1-x)v=0.1749 m /kgUx = xu+(1-x)u=2400 kJ/kgsx= xs+(1-x)s=6.14 kJ/(kg.K)7- 3在V = 60L的容器中裝有濕飽和蒸汽，經(jīng)測定其溫度t = 210C，干飽和蒸汽的含量mv=0.57kg，試求此濕蒸汽的干度、比容及焓值。解：t= 210 C的飽和汽和飽和水的比容分別為：

38、3v = 0.0011726 m /kg3v = 0.10422m /kgh=897.8 kJ/kgh = 2796.4kJ/kg濕飽和蒸汽的質(zhì)量:mvm =xV=xv+(1 -x)v m解之得：x=0.53比容：vx= xv+（1-x）v=0.0558 m 3/kg焓：hx= xh+（1-x）h=1904kJ/kg7 4將2kg水盛于容積為0.2m3的抽空了的密閉剛性容器中，然后加熱至200 C試求容器中（1）壓力；（2）焓；（3）蒸汽的質(zhì)量和體積。解：（1）查200 C的飽和參數(shù)h = 2791.4kJ/kgh=852.4 kJ/kg33v = 0.12714m /kg v = 0.001

39、1565m /kg飽和壓力1.5551M Pa。剛性容器中水的比容：0.2 3v =0.1 m3/kgv2因此是濕蒸汽。壓力是飽和壓力 1.5551M Pa。十宀vx -v干度：x= 0.78、 、v v焓：hx= xh+(1-x)h=2364.8kJ/kg蒸汽的質(zhì)量和體積：mv=x X m=0.78 x 2=1.56kgV= m vX v = 0.19834m37-5已知8 m3的濕蒸汽，在p= 0.9 MPa時，其濕度(1-x)= 0.65，求此濕蒸汽的質(zhì)量 與焓。解：P = 0.9 MPa的飽和參數(shù)h = 2773kJ/kgh=742.6 kJ/kg33v = 0.21484m /kg

40、v = 0.0011213m /kg濕蒸汽的質(zhì)量：3v =xv +(1 -x)v=0.0759 m /kgV m = = 105.4kg v 焓：h=mhx= x(h+(1-x)h)=105.4 x 1453.24kJ =1.53 X 103 kJ7-6有一臺采暖鍋爐，每小時能生產(chǎn)壓力p= 1 MPa (絕對)、x = 0.95的蒸汽1500kg。當(dāng)蒸汽的流速c 25m/s時，管道中的壓力損失可以不計，求輸汽管的內(nèi)徑最小應(yīng)多大？解：P = 1 MPa、x = 0.95 的比容v = 0.0011274m3/kg查表飽和參數(shù) v = 0.1943m3/kg3V = XV+(1 -x)v=0.18

41、464 m /kg- mv3蒸汽體積流量:v = 0.077m /s3600輸汽管的半徑最小為FI vr = J = 0.0313m 5內(nèi)徑：0.0626m7-7某空調(diào)系統(tǒng)采用小時4000標(biāo)準(zhǔn)m3，空氣通過暖風(fēng)機(從 0C)被加熱到120Co設(shè)蒸汽流過暖風(fēng)機后全 部變?yōu)镻 = 0.3 MPa的凝結(jié)水。求每小時需要多少千克蒸汽(視空氣的比熱為定值) 解：空氣吸收的熱量：p= 0.3 MPa、x= 0.94的濕蒸汽來加熱空氣。暖風(fēng)機空氣的流量為每A PV q =mc pAt =P RTCpt10W10W20 = 619000kJ/h287 X 273p= 0.3 MPa的飽和參數(shù)：h = 2725

42、.5kJ/kgh=561.4 kJ/kgp= 0.3 MPa、x = 0.94 蒸汽的焓hx = xh+(1-x)h=2595.7kJ/kg需要蒸汽qms = =304.28 kg /hh - h法二：濕蒸汽中起加熱作用的僅為干飽和蒸汽xm(h、-h、)=maCp 比4000* 1.293* 1.005*120m = 306.6 kg /h0.94* (2725.5-561.4)7-8氣缸中盛有0.5kg、t= 120C的干飽和蒸汽，在定容下冷卻至80C。求此冷卻過程中蒸汽放出的熱量。解：t= 120 C的干飽和蒸汽參數(shù)：3V = 0.89202m /kg h = 2706.6kJ/kgp1=

43、0.19854MPa容積：V=mv=0.44601 m 3t = 80 C的飽和蒸汽參數(shù)V = 0. 0010292m 3/kgv = 3.4104m3/kgh = 2643.8kJ/kgh=334.92 kJ/kg p2=0.047359MPa比容：Vx = V44601 = 0.89202 m3/kgm 0.5十宀Vx -v干度：x= 0.26、 、V -V焓：hx= xh+(1-x)h=935.2kJ/kg放出的熱量：q=m(h i2o-hx-Vx(p2-p1)=817 kJ7- 9有一剛性容器，用一薄板將它分隔為A、B兩部分。在A中盛有1kg、壓力pA= 0.5MPa的干飽和蒸汽，B中

44、盛有2kg p b= 1 MPa , x= 0.80的濕蒸汽。當(dāng)隔板抽去后，經(jīng)過 一段時間容器中的壓力穩(wěn)定在P3= 0.7皿卩3。求(1)容器的總?cè)莘e及終了時蒸汽的干度；(2)由蒸汽傳給環(huán)境的熱量。解：(1)容器的總?cè)莘euA = 2561.1kJ/kgpa = 0.5 MPa的干飽和蒸汽參數(shù)V = 0.37481m3/kgh = 2748.5kJ/kg3A 占容積：VA=mAV=0.37481 mpb = 1 MPa的飽和蒸汽參數(shù)33v = 0.1943m /kg v = 0.0011274m /kgh = 2777kJ/kgh = 762.6kJ/kg3vb=xv+(1-x)v=0.155

45、m /kghB = xh+(1-x)h=2374kJ/kguB = 2219kJ/kg3B 占容積：VA=mBV=0.31 mo總?cè)莘e：V=V a+V b=0.685 m3v = 0.0011082m3/kg h = 697.1kJ/kg0.7MPa的飽和蒸汽參數(shù)3V = 0.27274m3/kgh = 2762.9kJ/kg=0.228 m3/kg蒸汽比容：V =V = 0.84m蒸汽干度：X = Vx、 、V -V(2)由蒸汽傳給環(huán)境的熱量終了時的焓：hx= xh+(1-x)h=2502kJ/kgUx = 2342.4kJ/kgq =mAUA +m bUb (mA +m b)Ux = -1

46、93.7 kJ7- 10將1kgp1=0.6MPa , t1=200 C的蒸汽在定壓條件下加熱到 t2=300 C,求此定壓加熱 過程加入的熱量和內(nèi)能的變化量。若將此蒸汽再送入某容器中絕熱膨脹至P3=0.1MPa ,求此膨脹過程所作的功量。解：查表 p1=0.6MPa , t1=200 Cv1=0.352 m3/kg(u1=2639 kJ/kg )t2=300 Ch1=2850kJ/kg 查表 p2=0.6MPa ,3v2=0.4344 m /kg(u2=2801 kJ/kg )s=7.372h2=3061kJ/kgs2=7.372 kJ/(kg.K) 查表 p3=0.1MPa ,3v3=1.

47、706 m /kg(u3=2509 kJ/kg )h3=2680kJ/kg (1)定壓過程加入的熱量和內(nèi)能變化量q=h2-h1=211kJ/kg6Au =Ah p3=2110.6X10 X(0.4344 0.352)=162 kJ/kg (2)絕熱膨脹過程所作的功量W = -iu =h2 -h3 -(p2v2 - p3v3) = 292 kJ/kg7-11汽輪機進(jìn)汽參數(shù)為：p 1=3MPa , t1=450 C,蒸汽在汽輪機中絕熱膨脹到 p2=5kPa后 排入冷凝器。求：(1)可逆絕熱膨脹時蒸汽的終參數(shù)及汽輪機所作的功；(2 )若蒸汽在汽輪機中為不可逆絕熱膨脹，引起的熵產(chǎn)為0.25kJ/(kg

48、.K)，則汽輪機作的功將為多少？解：查表 p1=3MPa, t1=450 C的參數(shù)h1=3344kJ/kgs1=7.083 kJ/(kg.K)則絕熱膨脹到 p2=5kPa, s2=7.083 kJ/(kg.K)時蒸汽的終參數(shù)3t2=32.88 Ch2=2160kJ/kgv2=23.52 m 3/kg汽輪機所作的功Wt =h =1184 kJ/kg(2)不可逆絕熱膨脹后的熵為s3=7.083 +0.25 = 7.333kJ/(kg.K)p3=5kPa 蒸汽的終參數(shù)：h3=2236kJ/kg汽輪機所作的功Wt =ih=1108 kJ/kg7-12有一臺工業(yè)鍋爐，每小時能生產(chǎn)壓力p1=1.4MPa

49、, t1=300 C的過熱蒸汽10t。已知給水的溫度25 C；從鍋筒引出的濕蒸汽的干度x = 0.96 ;濕蒸汽在過熱蒸汽中再加熱至300 C；煤的發(fā)熱值為29400kJ/kg。試求(1)若鍋爐的耗煤量 B = 1430kg/h ,求鍋爐效率；(2)濕蒸汽在過熱器中所吸收的熱量及內(nèi)能的變化量。解：(1)煤的總發(fā)熱量 Q =1430x29400 =42.042MkJ/hP 1=1.4MPa , t1=300 C的過熱蒸汽的參數(shù): h1=3040kJ/kg取水為定值比熱，3v1 = 0.1823m /kg其的焓值： h0= 25X 4.1868= 104 kJ/kg q=h1-h0=2936 kJ

50、/kg總吸熱量：Q2=mq =29.36 MkJ/h單位蒸汽吸熱量：Q2鍋爐效率：n =Q2 =69.84%Q(2)濕蒸汽的參數(shù)V2= 0.136 m3/kgh2 = 2708kJ/kg定壓過程吸收的熱量q=m(h1-h x)= 3.32MkJ內(nèi)能的變化：iu =m(ih P 也V)=2.65MkJ7-13有一廢熱鍋爐，進(jìn)入該鍋爐的煙氣溫度為ty1=600 C排煙溫度為ty2=200 Co此鍋爐每小時可產(chǎn)生ts=100 C的干飽和蒸汽200kg，鍋爐進(jìn)水溫度為20C，鍋爐效率為60%o (1) 求每小時通過的煙氣量；(2 )試將鍋爐中煙氣的放熱過程與蒸汽的吸熱過程定性的表示 在同一 t-s圖上。解：ts=100 C的干飽和蒸汽的焓： h=2676.3kJ/kg20 C 水的焓：h0=20*4.186=83.7 kJ/kg水的吸熱量：q1=200*(2676.3-83.7)=518520kJ/h煙氣的放熱量：試用焓熵圖確定濕蒸汽的干度。 解：節(jié)流前后焓不變查 h-s 圖得：x=0.978-1溫度t =20C，壓力P =0.1MPa，相對濕度=70%的濕空氣2.5m3。求該濕空氣的含濕量、水蒸氣分壓力、露點、水蒸氣密度、干空氣質(zhì)量、濕空氣氣體常數(shù)。如該濕