2022年工程热力学习题答案.docx

《2022年工程热力学习题答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年工程热力学习题答案.docx（46页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、精选学习资料 - - - - - - - - - 课后摸索题及习题答案摸索题 1-2：否,闭口是说没有物质交换 绝热是说没有热量交换没有排除做功的可能,所以不是孤立系统；摸索题 1-7：否,稳固但不平稳, 平稳的概念是内外同时建立热和力的平稳,明显铁棒上各点 的温度并不相同,即存在热的不平稳习题 1-3：w2pdvv 2p v 1 1vdvp v 1 1lnv 2p v 1 1lnp 11v 1v 1p 20.5 1060.172ln0.5 0.1138.374kJ习题 1-4：BPglsin6 0.1 100.8 109.807200 103sin30.=99215.44 PaPBglsin

2、习题 1-5：1w2pdvv 2vp 1 dv0.05 0.020.7 106 dv21kJ；0.02ln0.0512.8kJ1p=定值：w2pV=定值：dvp v 1 1lnv 20.7 10 6v 2v 1p v 1 1vw2pdv1v 10.02习题 1-7：需由热泵向室内供应的热量为：名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - Q 17000010324010019264.4w 36002Q 1=19264.4=3.853kw w 0w 0Q 125习题 1-9：12Q 1w 0=10 5=3.9774800kJ/h

3、 736002Q2Q 1w 0=105736003wQ 127.78kw 3600摸索题 2-5：甲与乙的看法都是错误的； 第一依题意可知, 假如瓶内氧气压力要削减一半,相 应的质量也会削减一半；对于甲的看法： 虽然每次抽出的氧气体积不变, 但是由于每抽气一次均会导致气 瓶中的压力会有全部下降, 每次抽出来的氧气质量也是不同的,甲的错误就在于 认为每次抽出的来氧气质量会相同；而对于乙的看法： 乙就认为气瓶内氧气体积增大一倍,压力就会减半, 但是在抽气过程中,瓶内氧气的质量是在转变的,因此其结论也是错误的；所抽次数的求解如下：抽气前气瓶内氧气的状态参数为（p0,v ,m0）,可求得原气瓶中氧气的

4、质量m0 为：m 0p v 05 103p 0式 （1）RTRT第一次抽气后,且第一次抽出的气体质量m1,气瓶内氧气的状态参数为（p1,v,mo-m1）,以气瓶和抽气筒为一个系统,就：p 150.1 103m RT式 （2）结合式 1 和 2,可得：名师归纳总结 p 15p0式 （3）第 2 页,共 26 页5.1- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 而对于第一次抽出的气体,每次抽出的气体体积为 v =0.1L：0.1 10 3p 1 m RT 1 式 （4）结合式可求得第一次抽气后气瓶的气体质量为（m0-m1）：3m 0 m 1 5 10 p 1 式 （

5、5）RT其次次抽出的气体体积同样为 v2=0.1L,质量为 m2,其次次抽气后气瓶内气体的压力为 p2,气瓶内气体质量就为（m0-m1-m2）,以气瓶和抽气筒为系统,就有：p 250.1103m 0m 1RT式 （6）将式 5 代入式 6,可得：p 2 5 p 1 =（5）2p 0 式 （7）5.1 5.1依此类推,第 n 次抽气后气瓶中的氧气压力 pn为：5 np n = p 05.1所以,当 p n =0.5 p 时,0 5 =0.5 n,求得 n=35 次5.1摸索题 2-8：1否,由于cpc vR ,即二者之间的差值只与其气体常数有关,不随温度变化；2由于kcpc vc vR1R,而

6、cv 是与温度有关的,因此比热容比k 与温度c vc v是有关的；摸索题 2-11：12是的,g im im,全部各成分的质量相同时,相应的质量成份是相同的；nn摩尔成份不肯定相同, 由于gim iin Mix iiMi,即质量成分相同时,11mnMM摩尔成份仍与各成份的摩尔质量有关；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 习题 2-3：求被压入的二氧化碳 CO2质量；解：令起始状态为 1（P1,V 1,T1, m1）,终状态为 2（P2,V 2,T2, m2）,被压入的二氧化碳 CO2 质量即为 m2-m1,应用抱负气

7、体方程：PVmRT , m 1PV 1,m 2PV2RT 1RT 2m 2m 1PV2PV 1RT 2RT 1由题意可知：V2=V1=3m 3 ,R=188.9 J/kg K（查表 2-1）P 1p g1B ,P 2pg2BP 2P 1105=12.02 kgT 1t 1273,T 2t 2273故：m 2m 1PV2PV 1VRT 2RT 1RT 2T 136 0.3 10 +1.0131053 30 10 +1.013188.970+27345+273习题 2-6：储气灌初始质量 m1：m 1p v 1 1p v 2RT 1储气灌终态时质量m2：m 2RT 2压缩机每分钟充入空气的质量：名

8、师归纳总结 m 0p v 0RT 0第 4 页,共 26 页由已知条件可知： p1=p0=0.1Mpa, T1=T2=T0=273+15=288K, V1=V2=8.5m 3, V0=3m 3 故所需时间 t 为：- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - tm 2m 1p v 2 2p v 1 1=p2p vRT=0.76 1068.519.83minRT 2RT 1m 0p v 0 0RTp v 00.1 103RT 0习题 2-9：12求氮的质量 m: PVmRT , 故:mPV=13.7610 0.05=7.69 kg（27+273）RT296.8求熔化

9、温度TPV16.5 1060.05361K mR7.69296.8习题 2-14：名师归纳总结 设标准状态下空气质量流量为m（kg/h）,kg/h 第 5 页,共 26 页由于PV0=mRT 0就：m=PV010132535004526.27RT 02872731按平均比热容运算：cpm250 0|1.0155查表 2-4（线性插值法）：cpm25 0|1.0045；Qpm cpm250 | 0250cpm25 | 025（kJ/h）4526.271.0155250-1.004525=1.0356 102按真实比热容体会公式运算：QpmT2Mc dTMT 1- - - - - - -精选学习资

10、料 - - - - - - - - - Mcpa0a T 1a T 22a T 33查表 2-3 Qp4526.27523a0a T3a T2a T3dT33 T 1a 3T 24T 1428.972984526.27 28.97a 0 Ta T 12a T 2a T 34 | TT 12a2T 2234T 14526.27a0a 1T 2T 222 T 128.972341.0404106（kJ/h）3 按定值比热容运算：将空气看做双原子气体,其定压摩尔比热容M cp 为：1.023 106（kJ/h）Mcpi22R 078.31429.1kJ/kmol k 2QpmMcpT 2T 1452

11、6.2729.1523298M28.97习题 2-16：名师归纳总结 1求混合气体质量 m: 第 6 页,共 26 页由已知条件及PVmRT 可知,需先求得混合气体的气体常数R 而RR 0M由已知条件可求得：Mnx Mi0.4440.2280.43236i1就：RR 0=8314=230.9M36故mPV6（0.04 10 + B）=230.9（50+2734 =7.51 kg ）RT（大气压 B:B133.32275099991.5,1mmHg=133.322 Pa）- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2mPV 1= PV 0RT 0RT 1PV 1=

12、PV0（0.04=6 10 +133.322750）4273=4.671 RT 1RT 0V 0PVT 0PT11.013 10550273习题 2-18：1 0= M22.4Mi n1 r i M i22.4 1 0.97 16 0.006 30 0.0018 44 0.0018 580.002 44 0.0183 28 16.480 = M 16.48 0.74 kg/m 3 22.4 22.42 p i r p ip CH 4 r CH 4 p 0 0.97 101.325 10 3 98285.3 Pa p C H 2 6 r C H 2 6 p 0 0.006 101.325 10

13、3 607.95 Pa p C H 3 8 r C H 3 8 p 0 0.0018 101.325 10 3 182.39 Pa p C H 4 10 r C H 4 10 p 0 0.0018 101.325 10 3 182.39 Pa p CO 2 r CO 2 p 0 0.002 101.325 10 3 202.65 Pa p N 2 r N 2 p 0 0.0183 101.325 10 3 1854.2 Pa 习题 3-1 1 可将热力系统取为：礼堂中的空气,就可知该系统为闭口系统；依据闭口系统能量方程：名师归纳总结 QUWW=0；第 7 页,共 26 页由于系统中没有作功,故

14、- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 因此,由上式可知,系统所得热量Q 为热力学能的增加 U；而依题意可知系统热力学能的增加等于人体的散热量,即：Q 2U2000400205 2.67 10kJ60将热力系统取为：礼堂中的空气和人,就可知该系统为闭口系统,闭口系统能量方程：Q U W 由于系统中没有作功,故 W=0；由于系统对外界没有传热, 即 Q 为 0,而对整个礼堂的空气和人来说没有外来热量,所以系统热力学能的增加 U 为 0；空气温度的上升是由于人体对环境的散热量由空气吸取,能增加；习题 3-2 对量热器：QUW依题意有：Q120060=1140kJ

15、48kJW 0.042060故：UQW1140481188kJ习题 3-3 对整个刚性水箱：QUW系统与外界绝热,就：0U+WU4509.80730 103U132.39kJmc t2t1132.39而UU2U1求得：t2=26.32从而导致的空气热力学名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - 习题 3-5 1 对 1-a-2 -b-1 过程：Q U W其中,由于 1-a-2 -b-1 过程为一闭口循环,故 U=0,就有：Q W,即 10-7w+-4 W=7 kJ 2 同样对 1-c-2 -b-1 过程,有：Q W ,即-

16、7q-4+2 Q=5 kJ 习题 3-7 依题意为闭口系统,就有：QUW U2U1W851.5p v 1 18560kJ 1.51.5 p v 2 2U2U1m u2u 1由气体状态方程pavb得：1000a0.2b1.5200a1.2b1.5解得：a 1200b 1160就气体状态方程为：名师归纳总结 p1200 v1160,由于气体质量 m 为 1.5kg,故此式可转化为：第 9 页,共 26 页p800 V1160- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - WV 2pdVaV2bVV 21 800 V221160 V1.2600kJ V 12V 10.2（

17、W 仍可依据 P-V 图运算）就过程中的传热量为：QUW U2U1W60600660kJ 习题 3-8 热力系：左边的空气 系统：整个容器为闭口系统 过程特点：绝热,自由膨胀 依据闭口系统能量方程QUW绝热Q0自由膨胀 W0 因此 U=0 对空气可以看作抱负气体,其内能是温度的单值函数,得mc T v 2T 10T 2T 1300K依据抱负气体状态方程p 2RT 2pV 11p 1=100kPaV2V 26习题 3-10 开口稳态稳流系统名师归纳总结 1以风机为讨论对象,依据稳态稳流能量方程：第 10 页,共 26 页QHW t系统与外界绝热,Q=0,就0mc t2t2W s00.567287

18、 103t2 012解得：t21.782空气在加热器中的吸热量- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - Qmc pt0.56 1.0045 2501.78=139.63 kW 3 由于QHW 对不行逆过程也成立,故以上结果仍正确；习题 4-1 多变过程的过程方程：pv n const就由已经条件有：p v 1 1 n p v 2 n,就：n ln p 2 / p 1 ln1/ 8 =0.903ln v 1 / v 2 ln1/ 10由于 q c n T = n k c v Tn 1工质为空气,就：名师归纳总结 cv5RT3 =40 10,解得1T=10.88K

19、 第 11 页,共 26 页2cp7R2就：qnkc vT0.903 1.45287n10.903 12热力学能的变化：ucvT5287T=7.8kJ/kg 0.821 kJ/kg2焓的变化：hc pT7287T=10.9kJ/kg 5287ln2ln10熵的变化：sc plnv 2c vlnp27287v 1p 1228膨胀功：wqu407.8=32.2kJ/kg轴功：w tqh4010.9=29.1kJ/kg或：wtnw0.90332.229.1kJ/kg - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 习题 4-2 1可逆绝热膨胀到 P2=0.1MPa:kJ/

20、k膨胀功 :wRT1 1 1p2k1=111.88kkp 1由于是可逆绝热过程,即等熵过程,故s02不行逆绝热膨胀到P2=0.1Mpa,T=300K能量方程： quw绝热,就q0wuc T 1T 25287150273300123kJ/kg2scplnT 2Rlnp2=7287ln300287ln0.1116.77T 1p 12150+2730.53可逆等温膨胀到 P2=0.1MPawRTlnp 1287150273ln0.5195.4kJ/kgp20.1sRlnp 1=287ln0.50.462kJ/kgp20.14可逆多变膨胀到 P2=0.1MPa,多变指数 n=2wRT11p2n1=28

21、715027310.1 0.52 167.1kJ/kg n2n1p121sc plnT 2Rlnp 2T 1p 1多变过程中：T 2p 2n10.12 10.4472n20.5T 1p 1故：s7287ln0.4472287ln0.10.346kJ/kg 20.5习题 4-6 名师归纳总结 1定温过程第 12 页,共 26 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - WmRTlnp 16287（30+273）ln0.3573.2kJp 20.1由于是定温过程,T 21T303 K ,且U10,就QW1351.4kJ0.1 1.42定熵过程WmRT11p2k1=

22、6287303kk1p 11.410.31.4由于是定熵过程,即绝热,所以Q0定熵过程中：T 2p 2k10.11.4 10.7306,就K 10.1 1.21436.5kJk1.40.3T 1p 1T 2T 10.73063030.7306221.43指数为 n=1.2 的多变过程WmRT11p2n1=6287303nn1p11.210.31.2多变过程中：T 2p 2n10.11.2 10.8327,就252.3303=218.3kJ n1.20.3T 1p 1T 10.8327303 0.8327252.3K T 2nkc vT61.2 1.45 2287Qmn11.2 1综上,不同过程

23、中空气对外所作的功及所进行的热量交换和终态温度的比较结果均为：定温过程 多变过程 定熵过程习题 4-7 名师归纳总结 多变过程的过程方程：pv nconst第 13 页,共 26 页就由已经条件有：p v 1 1 np v2n,就：nlnp2/p1 ln0.12 / 0.6=1.3lnv 1/v 2ln0.236 / 0.815- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - wn11p v 1 1p v 216 0.6 100.2366 0.12 100.8151461.3 1kJ/kgqc T 2T 1nkkR1 T 2T 1nkk11p v 2p v 1 1n1

24、n1=kJ/kg 1.31.4110.121060.8150.66 100.23636.51.311.4uqw36.5 146109.5kJ/kg 0.12 0.6=0.09hcp T 2T 1kk1p v 2p v 1 1-153.3kJ/kgsc plnv 2c vlnp 27287ln0.8155287lnv 1p 120.2362kJ/k习题 4-13 由已知条件（压气机每小时吸气量为600 标准 m3）,就可求得相应空气质量m mpV101325 6000.216 kgRT287273 3600定温过程：Ws TmRTlnp 10.216287293ln0.137.7KW p 20.

25、8定熵过程：W s smkk1RT 11p 2k10.2161.4128729310.81.4 151.6kwk1.41.40.1p 1习题 5-3 1-2 过程为定压吸热过程,就该过程中吸热量 q2-1 为：q 1 2 c p T 2 T 1 1.01（1000-300 =707 kJ/kg2-3 过程为可逆绝热过程,且已知P2=P1=0.1Mpa,T3=T1=300K（3-1 过程为名师归纳总结 定温放热过程）,就由T 3p 3k1,解得p3-3 1.48 10Mpa ,第 14 页,共 26 页kT 2p 2- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 3-

26、1 过程为定温放热过程,该过程中的放热量 q3-1 为：q 3-1RTlnp 3287300ln1.48103-362.8kJ/kg0.1p 1循环热效率为：t1q 3-1=1-362.848.7%q 1-2707净功为：w 0q 1-2q 3-1=707362.8344.2kJ/kg习题 5-6 1 冬季 逆卡诺循环用于供热时的供热系数为：q 1=q 1q 1q2T 1T 12027314.65w 0T 2200注：其中 T1 为室内空气温度, T2 为室外空气温度 就该水泵需要的功率为：2w 0=q 1=1200 20=0.455kW14.65 3600夏季逆卡诺循环用于制冷时的制冷系数为

27、：q 2T 1T 2T 2式 （8）w 0注：其中 T1 为室外空气温度, T2 为室内空气温度 由已知条件有：q2=1200（T 1T 2）,w 0=0.455kW3600将 q2和 w0 代入式（ 8）,解得 T1=40习题 5-12 实际过程中消耗的轴功为：w s=1.25w s T1.25RTlnp 11.25287400ln0.1330.42kJ/kgp 21实际过程中压气机内空气的熵变为：名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - s 空气=Rlnp 1287ln0.10.6608kJ/Kp 21实际过程中压气

28、机放出的热量为：q = h w s w s = 330.42kJ/kg令压气机在压缩过程中放出的热量全部为四周环境所吸取,就环境所吸取的热量即为 q 环 = q =330.42kJ/kg,就环境中熵变为：q 环境 330.42s 环境 = = =1.1014kJ/KT 环境 300就系统总熵变为：s 总=s 空气+s 环境=0.6608+1.1014=0.4406kJ/K习题 5-16 由已知条件可求得隔板两侧空气的质量分别为：m 1pV0.41060.10.4453kgRT 128740273m20.26 100.10.2378kgp VRT 228720273在混合过程中,以整个容器为对象

29、,就依据闭口系统能量方程：QUW0.2378293306.04K由题意可知 Q=0,W=0,就U0设混合后空气的温度为Tm,就有：Um c T mT 1m c T mT 20可解得：T mmT 1m T 20.4453313m 1m 20.44530.2378混合过程中引起的空气熵变化为：S 总=S 1+S 2m c vlnT mRlnVm 2c vlnT mRlnV0.136kJ/KT 1V 1T 2V 2习题 5-19 多变过程中放出的热量为：名师归纳总结 - - - - - - -第 16 页,共 26 页精选学习资料 - - - - - - - - - qnkc T 2T 1n1其中,

30、 n=1.3,k=1.4,vcnn15 2R ,T1=30+273=303K,就需先求 T2 515.48K多变过程中：T 2p2,解得T 2T 1p 2n13031 0.11.3 1n1.3T 1p 1p 1就可求得qnkc T 2T 1=1.3 1.45287515.4830350.818kJ/kgn11.3 12多变过程中空气的熵变为：s 空气cplnT 2Rlnp27287ln515.48287ln1=0.1271 kJ/kgT 1p 123030.1环境的熵变为：s 环境=q 环境=-q=50.818=0.1752kJ/kgT 环境T 环境290系统的总熵变为名师归纳总结 s 总=s

31、 空气+s 环境=0.1271+0.1752=0.0481kJ/kg第 17 页,共 26 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 习题课答案：习题 5-2 该循环的热效率为tw 0=70070%q 11000相应的卡诺循环热效率为：t c1T 2140060%T 11000由于ttc,不符合卡诺循环,故该循环不能实现习题 5-9 不行逆压缩过程中所消耗的功为：W1.1 Wre1.1 mRT11p2k110.31.4 18.731kJk1.10.12873001.4k1p 11.410.1对于整个过程,有： QUW ,依题意知 Q=0,就：UW8.731k

32、J+300=421.69K而Umc T2T1 ,解得T2U+T1 =8.731mc v0.1 2.5 0.287空气熵的变化为s 空气cplnT 2Rlnp 27287ln421.69287ln0.3=0.027kJ/kT 1p 123000.1习题 5-15 实际循环热效率为：名师归纳总结 t1q 21T 21600+6066%第 18 页,共 26 页q 1T 1200060- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 如热源供应 1000kJ的热量,即 q1=1000kJ,就可解得 q1 为：q21tq 1166% 1000340kJ就实际过程中循环净功为：

33、w0q 1q 21000340660kJ做功才能缺失为：lw 0.maxw 0700kJ最大循环境净功w0.max为：w 0.maxq 1tc可逆循环热效率tc 为：tc1T 2160070%T 12000就w 0.maxq 1tc100070%故作功才能缺失为：lw0. maxw070066040kJ习题 5-17 1-2 过程为定容吸热过程,就：T 2p 22.5,解得T 2T 1p 22.51272731000KT 1p 1p 1就该过程中吸热量q2-1为：287（1000400 =430.5 kJ/kgq 1 2u1-2c T 2T 1523-1 过程为定温过程,就：p v 1 1p v ,解得p 1p3v 30.1510=1.5MPav 1该过程中放热量