工程热力学习题答案解析.docx

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1、工程热力学习题集答案一、填空题1 .常规新.能量物质2 .强度量. 54KPaKPa5,准平衡耗散.干饱和蒸汽过热蒸汽6 .高多.等于零7 .与外界热交换.7/g2一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过 程就是可逆过程。2 . 1kg 气体:pv=RrTmkg 气体:pV=mRrTlkmol 气体：pVm=RT nkmol 气体：pV=nRTRr是气体常数与物性有关，R是摩尔气体常数与物性无关。3 .干饱和蒸汽：x=l, p=pst=tsv=v , h=hs二s 湿饱和蒸汽：0xl, p=pst=tsv vv , hzhh , s sTcTbTc,故Itb ucubUc即Awab

2、二u-uaAwac=Uc-Ua【方法二）考虑过程b-cq = Auw = ucuh wq=Auw=ucUhWq = 0 vc vb w0q=0VwQbUcahAmac2、解：因为:1-3：bucUuq = Auwq=/uw1 n13 kn1-3 71$3 T1及s3 0,q O,qO所以w 0w0边压缩边放热1-2：k 72 2 87*2TS2VSkn1-2Voo且 TTi及s2s1,那么Au 0,q 00,q 0w0边膨胀边放热1-4：0 几4 8T4 T S0n1-400 且 T4T1及ss1Au Ofq 0AO,qORW = (?174) 0w=n-Rg(7i-T4)0边膨胀边吸热1-5

3、：1 S1n1-5人且T5s1Au Ofw 0Am0,w0边膨胀边吸热边降温3、请问一下几种说确吗？为什么？1）崎增大的过程必为不可逆过程；答：不正确。牖增大的过程不一定为不可逆过程，因为牖增 大包括燧流和烯产两局部，如果牖流大于0,而熠产为0的可逆过 程，上仍然是增大的。烯产Sg 0Ss0的过程必为不可逆过程。答：正确。崎产是由于热力过程中的不可逆因素导致的，因 此当焙产11 . 一次 二次.热量12 .两. 173KPaKPa13 .系统和外界.定温绝热可逆14 .小大.小于零15 .不可逆因素.7 /g27Sg。sg0,那么此过程必定为不可逆过程。4、某循环在700K的热源及400K的冷

4、源之间工作，如图3所 ZjS o1)用克劳修斯积分不等式判别循环是热机循环还是制冷循 环，可逆还是不可逆？(2用卡诺定理判别循环是热机循环还是制冷循环，可逆还 是不可逆？图3解：lnetl = |Q1I|Q2|Q1| =应2 = 100000 40000 = 140000netewnet=10000U4000AJ= 14000V方法1：设为热机循环14000/c/4000fc/700K 400K10kJ/K0rlfl700K14000AJ400K4000打=10V/0不可能设为制冷循环:10kJ/KQi Q214000k/ 4000口=仁= 700K 400Krlfl700K14000AJ40

5、0K4000AJ=-OkJ/K符合克氏不等式，所以是不可逆制冷循环方法2：设为热机循环Tl 400K%= 1五=1丽=。4286C=1-7h7L=1一700A400A=0.4286忆1c 10000k/7k = q = i4oook/ = 07126Q w net14000切10000AJ=0.7126trjc不可能设为制冷循环Tc MOKc = TOTC = 700K400K = l-o37o-Tc7c700K400K400K= 1.33Q2 4000k/ =心=ioooov = 4=WnetQr /10000切40007 =0.4=可能但不可逆,所以是不可逆制冷循环七、计算题1.解：P1

6、= 9000 98.66 = 9098.66/cPaP二900098.66=9098.66左P2 = 98.6695.06 = 3.6kPa=93.66-95.06=3.6kPa2取汽轮机汽缸壁和蒸汽进、出口为系统，那么系统为稳 定流动系统，能量方程为q = Ahc gAz wshq=NhAcgAzwq = 6.3 x 103/40000 = 0.1575/c；/q=6.3xl03/40000=0. 1575口/依进、出口的动能差和位能差忽略不计，那么%/i = Wwsh=q-/h=0.1575(22403440)=-0.1575-(2240-3440)7 1200-1200(kj/kg)(3

7、)汽轮机功率40 X 103P = Q?nwsh = 3600 X 1200 = 1.33 X 10P=qmWsh21、压力）、温度、体积。22、单值）。23、（系统部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为 零）。24、燧产）。25、（:两个可逆定温和两个可逆绝热26、方向）、（限度）、条件。31 .孤立系；.开尔文（K）；32 . 一Ws = hz-hi或 一Wt = th-hi.小于33 .chclC360040xlC3xl200=1.33xl04(kW)(4)19177QAwsh =弘/ = 2 x (140z60z) x 103 = 8kJ/kgAw21Ac221x(1402-602)

8、x10-3=SkJ/kgVshwsh12000.67%shAvtsh1200=0.67%2.解：Qc =小展屋士/山)Qc二mcCcQc-tm)Qw = MwCw(mGQw二mwCwQ-tUI44l-7)Dj-91)9335=9G：.切=Jb代入数据解得：tm = 32.48tm=32.484Sw = Jw7mm.Tm32.48 273,wcwln = 6 x 4,187 x In 18273 = 1-23/c/KAS=JTcdT=mcIn7vv=6x4.187xln1827332.48273=1.23kJ/K7mmece打,Tm32.48 273_ ,t 亍-=mcccln y = 0.8

9、x 0.47 x Zn1QQQ 273 = 0.54kJ/K7mmece打,Tm32.48 273_ ,t 亍-=mcccln y = 0.8 x 0.47 x Zn1QQQ 273 = 0.54kJ/KA5=JmdT=mIn1m100027332.48273=-0.54&/KASg = /Sw AS, = 1.230.54 = 0.690/KASg=ASwASc= 1.23-0.54=0.690/K3、解：(1)画出各过程的p-v图及T-s图2）先求各状态参数nRT1Pl = VSOOmol X 8.314/(mo/ - K) X (273 25)K=6.19393 x 10 Pa =nRl

10、2m500血 x8.314J7(mo/K)x( 2732f)K=6.19393x105Pa=6Alatm一 Kl1.671p2 IMPa T2 = %(力 K = 298K x = 144.26K2=T1K二298Kx(c36.9/Mi邛=1毋网6AMPcMPa1.67-1= 144.26KPl - Q 6.11MPa 777Q，2 =匕(正)=2m3 x (-)167 = 5.906m3V2二V1=2m3x(MPa6AiMPc)1.67=5.906m3T3 = T,2 = 144.26K 匕=% = 27n3=T2= 144.26K=2m3500mo/ X 8.314(mo/ - K) X

11、144.26K_ Vo =o= 299855 PqI2m3p32m3500机 o/x8.314J/0/Qxl44.26K二299855。等温过程：热量二膨胀功二技术功Q=Q12 Q23 = Q23 =723 = nRTVo2 m3仇方 =500mo/ x 8.314；/(mo/ K) x 144.26K x 伉 = 649.40Q=Q1-2Q2-3=Q2-3二w72-3二 R71nV2二500加。仅8.314J/(mol,K)x 144.26Kxln5.906/72m=649.4打所以，放热=Wi2 23 = (102)WT23=71clzm(7/2)nRT1-2w23二(VI-u2)W72-

12、3=nCVm-T= 316.12=SOOmol x 3 x 4.1868/(moZ K) x(298144.26)/C(649.4)/；)nRTlnV2=500mo/x3x4.1868J/(mo/K)x( 298-144.26)K(-649.4)kJ=316A2kJAUn = Qi3Mzi3 = 649.4/C7316.62/C； = 965.520AU1-3=Q1-3-w1-3=649.4S316.62S965.52/“13=nCpm(QTi) = AU A(pV) = 965.520(299.855619.393)/cPa x 2m=1604.60AH1-3=nCpm73-T1)=At/A

13、( pV=965.52口( )kPa 义 2m3=1604.6VSi373%=nCVmlnY- Rln- = SOOmol x 3 x 4.1868y/(moZ - K),144.26K-,x In 298K= 4.56kJ/KKS1-3=n cVmInRin=500m（?/x3x4.1868力（加。/K）xln 298K144.26A=-4.56kJ/K4.解：根据能量方程有=AUiw1Qz =“2Q2=AU2w2-：au1 = au2: NU1 =-AU2 *， Q W = W 2 Q 2:、Q-w1二 w2-Qi=1nCO* IIMiCDIIMi37 .热量. 65. 29%38 .环境

14、.增压比39 .孤立 42热力学能、宏观动能、重力位能W2=Q1Q2-w1W2 = Qa Q2i = 8 626 = 28w2=Q1Q2-w1 =8626=28(kJ).解:Tl 20 27311c =吭=1800 273 = 72.7%=17L=1一80027320273=72.7%12,12(/IV = HZ/2 = 46.25 42.14 = 88.4；=w=w1 w2 =46.2542.14=88.47或者,W = p2AAH = 0.2156 x 106Pa x 100 x 104m2 x 4.1 x 102m = 88.4；W=pPx100x10mX4.1X10m=88.4JAAH

15、=0.2156xl06-42-28.解:1) 1到2是可逆多变过程，对初，终态用理想气体状态方 程式有Rg71287(kg K) X (1300 273)KPi8 X 106Pa=0.48288m3/,g_QR qT?=0.05643m gu? =287(3- K) X (400 273)K0.4 x 106Pa8x10Pa2871(彷&x( 1300272)K=0.05643m3kgV0.4x106Pa287J7(依K)x( 400272=0.48288加3/kg所以多变指数=1.395=1.395(Pi/P2)/n(8 x 106Pa/0.4 x 106MPa)(吃/%)一 )(0.482

16、88抽3/3/0.05643m3/kg)n=ln(y2/v1)ln(piIp尸 /)济(0.48288例3/依/0.05643加3/依)(8x106P/0.4xl06MPa)=1.3952)多变过程的膨胀功w =言(72)= 21(1573673)K = 653.92/c/kgw=n-Rg(7i-T2尸1.395-1287J/(依&(1573-673)K=653.92kJ/kg(3)多变过程的热量= Auw = cv(T2T 1)w = 0.7160/(/% K) x (6731573)K 653.92/；/oq=Auw=cv7=0.716kJ/(kg-K)x(673-1573冰653.92a

17、/炊=9.52kJ/kg0故该可逆多变膨胀过程是吸热过程cv=1klrk-l4301.3519.35- 1430二1229 (kg k)W=0U二me、,。21) =2. 26X1. 229X (591 -477) =317kJQ=AU=317kJS=mcvln t27i72二2. 26X1. 229Xin591477477591二0.595kJ/KASg=5002731000-0.73kJ/KExi=To A Sg二(273 25) XO. 73=217. 5kJ53 . (q=(h2-hi) (C22-Ci2) /2 g(Z2-Z.) ws)。54 .(温度). (0. 657)kJ/kg

18、Ko55 .(定烯线). 1逆向循环。56 .两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程）.预热阶段、汽化阶段、过热阶段）。60.增大)二、单项选择题1 .C2. D4. A5.CB7. A9. C10. B11. A12. B15. DB17. AB20. C3. D8. A13. B14. B18. B19.P2Pl0.15oT0.70.15=0. 214(1073691) 2x1004x(1073-691)=876m/sM2 二87671.4 X 287 X 6911.4x287x6918761.6612. Q=mRrTlnPi2=1. 5X0. 287X328Xin72.1KJ72.1KJ0.

19、25 x 1060.15 X 1060.15X1C60.25x106=72. IK/W=mRrTlnF2F1=Q=72. 1KJU = mC(T2T1)=OH 二呜一）二013. (1)P =P1=L5X106Pa,V 二V尸0. 065m：7kg那么T =pyQRr1.5 X 106X 0.065= 339.7KZo /pyc2871.5x106xO.065=339.7KV2=V1.5 X 100.8 X 101.5 X 100.8 X 106 J_= 0.102m3/kgP)K1 =0.065x(0.8xl( (xl()1=0.102m3/kgT2 二284.3K284.3KP2V2 0.

20、8 X 106 X 0.102Rr =287：R2870.8x106 xO.102=284.3K Vc2 二国 -12 X 1.4,J方心(丁。72)=x 287 x (339,7284.3) = 333.6m/sK-12kRr(r-TX287X (339. 7-284. 3)=333. 6m/s 14.每小时排气的放热量Qp：Qp=mCP(To-T1)=36OOXl. 2X1. 021X (-576 283)= 一 1292341KJ/h此热量中的有效能Qa：7o(1-770)3Q=mC(I-770)dT=mCpKT0-T1)-T0In170=3600X1.2X1. 021 X (283 5

21、76)-2831n283 576576283:二一405345. 2KJ/h此热量中的无效能忠：Qu=QpQa二一1292341 (405345. 2)二一886995. 8KJ/hASg= 10001000500 2731500 2735002731000二0. 73kJ/KExi=To A Sg= (273 25) X0. 73=217. 5kJ15. Q=mRrTln21.C22. C23. A三、判断题1. V 2. J 3.XX4. V 5.XX6. XXXX7. XXXX8. XXX12.Pl可F2F10.25 X 10u病H72.1阴=1. 5X0. 287X328Xin0.15

22、X1C60.25x106=72.1 KJPiW = m&TlnF2二Q二 72. 1KJU = mC（T2一）=0H 二呜一Ti）二 017.解：Pl = 9000 98.66 = 9098.66/cPqP1=900098.66=9098.66P2 = 98.6695.06 = 3.6kPap2=98.66-95.06=3.6女尸12）取汽轮机汽缸壁和蒸汽进、出口为系统，那么系统为稳 定流动系统，能量方程为,12q = Ahc gAz wshq=Nh21AcgAzwshq = 6.3 x 1()3/40000 = 0.1575kJ/kgq=6.3xl0/40000=0. 1575口/依进、出口

23、的动能差和位能差忽略不计，那么sh=q/h=0.1575(22403440)=-0.1575-(2240-3440)7 1200-1200Wsh(kj/kg)(3)汽轮机功率40 X 103aP = Clmwsh = 36oo x 1200 = 1.33 x 10P-q360040x103xl2OO=1.33xlO4(kW)19177QAwsh =弘/ = 2 x (140z60z) x IO3 = 8kJ/kgAsh21Ac221x(1402-602)x10-3=8kJ/kgsh8以=西=丽=,67%14shAmsh12008=0.67%18.19.20.XXX13. V 15.XX16. XXXX17. V 19. V 20. V21. (X) 22. U ) 23. (X) 24. X25. J26.(X) 27. U ) 28. ( J )29. (X) 30. J )简答题1.它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进展, 由无限接近平衡状态的状态组成的过程。它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损耗现象的存 在，可逆过程不会产生任何能量的损耗。