2022年工程热力学第五版习题答案.docx

《2022年工程热力学第五版习题答案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年工程热力学第五版习题答案.docx（20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 - - - - - - - - - 4-1 优秀学习资料欢迎下载v210 v 1,压力降低为第四章1kg 空气在可逆多变过程中吸热40kJ ,其容积增大为p 2 p 1 / 8,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 空气过程特点：多变过程 n ln p 2 / p 1 ln 1 / 8 0.9 ln v 1 / v 2 ln 1 / 10 由于qc nT内能变化为名师归纳总结 cv5R717.5J/kgKkgKv图和第 1 页,共 10 页2 7cpR7c v1004.5J/25cnc vnk5 c v3587.5J/kgKn1uc

2、vTqcv/cn8 103J 膨胀功：wqu32 103J 轴功：wsnw28.8 10 3J 焓变：hcpTku 1.4 811.2 103J 熵变：scplnv2cvlnp2 0.82 103J/kgKv 1p 142 有 1kg 空气、初始状态为p 10 .5MPa,t 1150,进行以下过程：（1）可逆绝热膨胀到p201.MPa；（2）不行逆绝热膨胀到p201. MPa,T2300 K；（3）可逆等温膨胀到p201.MPa；（4）可逆多变膨胀到p201.MPa,多变指数n2；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pTs图上解：热力系1kg 空气（1）膨胀功：

3、- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - wRT 1 k 11p2kk1优秀学习资料欢迎下载111.9 103J p 1熵变为 0 （2）w u c v T 1 T 2 88.3 10 3J T 2 p 2s c p ln R ln116.8 J / kg K T 1 p 1（3）w RT 1 ln p 1195.4 10 3J / kg K p 2p 1 3s R ln0.462 10 J / kg K p 2n 1（4）w RT 1 1 p 2 n 67.1 10 3J n 1 p 1n 1T 2 T 1 p 2 n189.2K p 1T 2 p 2s c

4、 p ln R ln 346.4 J / kg K T 1 p 14-3 具有 1kmol 空气的闭口系统,其初始容积为 1m 3,终态容积为 10 m 3,起初态和终态温度均 100时,试运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wmRTlnV21 . 293*22 . 4*287*373*ln107140kJ V11smRlnV219.14kJ/K V13m 3 变成 0.6m3,问该过程中2 自由膨胀作功为0 smRlnV219.14kJ/K V144 质量为 5kg 的氧气,在30温度下定温压缩,容积由工质吸取或放出

5、多少热量？输入或输出多少功量？内能、焓、熵变化各为多少？解：qmRTlnV25*259 8.*300*ln.0 6627.2kJ V13放热 627.2kJ 名师归纳总结 由于定温,内能变化为0,所以第 2 页,共 10 页wq内能、焓变化均为0 - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载熵变：smRlnV22.1 kJ/K V145 为了试验容器的强度,必需使容器壁受到比大气压力高 力等于大气压力； 温度为 13的空气充入受试验的容器内,0.1MPa 的压力；为此把压 然后关闭进气阀并把空气加热；已知大气压力 B 101.3kPa ,试

6、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T2T1p2286*100101.3568.3K p 1101.3（2）hs4-6 c内能变化：u*c v T2T 1 5*287*568 3.286 202.6kJ/kg 2p T2T17287* 568 . 3286 283.6 kJ/kg 2cvlnp20.49 kJ/kg.K p 16kg 空气由初态p1 0.3MPa,t1=30 ,经过以下不同的过程膨胀到同一终压p2 0.1MPa：（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

7、换和终态温度；解：（1）定温过程WmRTlnp 16*287*303*ln0.3573.2 kJ p201.QWT2=T1=30（2）定熵过程WmkR1T1 1p2k16*287*303*1.0 1 .0 3.1441351.4 kJ k1.p 1.141Q0 T2T 1 p2k1221.4K kp 1（3）多变过程名师归纳总结 T2T 1 p2nn1252.3K 第 3 页,共 10 页p 1- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载WmnR1 T1T2Qmc n T2T1647 已知空气的初态为2876 * * 303 252 . 3

8、 436.5 kJ .1 2 1* c v n k* 252 . 3 303 218.3 kJ n 1p1 0.6MPa,v1=0.236m 3/kg ；经过一个多变过程后终态变化为p2 0.12MPa,v2=0.815m 3/kg ；试求该过程的多变指数,以及每千克气体所作的功、所吸取的热量以及内能、焓和熵的变化；解：（1）求多变指数nlnp2/p 1 ln0.12/0 .6 1.30 lnv 1/v2ln0 . 236/0. 8151 千克气体所作的功wn1 1p 1 v 1p 2 v 211*.0 6*0 . 2360 . 12*.0 815 146kJ/kg 1 . 3吸取的热量qc

9、n T2T1nkkR1 T2T1nkk11p2 v 2p 1 v 1cv1p 1,n1n1=1 3.1 411 0 . 12*.08250 . 6*.0236 36.5 kJ/kg 1 . 314.1内能：uqw146-36.5 109.5 kJ/kg 焓：hcp T2T 1 kk1p2 v 2p 1 v 1153.3 kJ/kg 熵：scplnv2cvlnp210045.*ln0. 8157174.*ln0. 12 90J/kg.k v 1p 10. 2360.64-81kg 抱负气体由初态按可逆多变过程从400降到 100,压力降为p26已知该过程的膨胀功为200kJ,吸热量为40 kJ

10、,设比热为定值,求该气体的c 和 p解：ucv T2T1 qw160kJ c 533J/kg.k wnR1T 1T2 RT 1 n 11p2nn1=200 kJ p 1解得： n1.49 R=327 J/kg.k 名师归纳总结 代入解得：c 533+327=860 J/kg.k p1/3 ,然后定温膨胀,经过两个第 4 页,共 10 页4-9 将空气从初态1,t1=20 , 定熵压缩到它开头时容积的- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料 欢迎下载过程,空气的容积和开头时的容积相等；求 1kg 空气所作的功；解：w 1RT 11p 2k1RT 1

11、1v 1k1287*29313 14.1kk1p 1k1v21 . 41-116 kJ/kg v 1 k 1T 2 T 1 454.7K v 2v 3w 2 RT 2 ln 287 * 454 . 7 * ln 1 / 3 143.4 kJ/kg v 2w=w1+w2=27.4 kJ/kg 4-10 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=0.25m 3/kg ,p30.1MPa,v3=1.73m 3/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： 1p

12、 2p 3 v 3k0 1.*1 . 731.41.5 MPa v20 . 25T2P2v21 .5*0.25*1061263K R296.8p1=p2=1.5 MPa v1=T1 v 22=0.15 m3/kg 106=583 K TT3P3v 30 .1 *1. 73*R296.82 定压膨胀ucv T2TT1 364 kJ/kg wR T21145.4 kJ/kg 定熵膨胀ucv T3T2505 kJ/kg 2,且 v2=3v1；空气Rw T 2 T 3-505 kJ/kgk 1或者：其 q=0, w u = -505 kJ/kg 4-11 1 标准 m 3 的空气从初态 1 p1 0.

13、6MPa,t1=300 定熵膨胀到状态由状态 2 连续被定温压缩, 直到比容的值和开头时相等,和气体所作的总功；解：v 1RT1287*57340.274 m3/kg p 16105p 2p 1v 1k0 . 6*1.1 0.129 MPa v 23v3=v1 ,求 1、2、3 点的参数（P,T,V ）名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - v 1 k 1T 2 T 1 v 23V2=3V1=0.822 m573 *104.优秀学习资料欢迎下载369K 3T3=T2=369K V3=V1=0.274 m3v 2 3 v

14、1p 3 p 2 .0 129 * 0.387 MPa v 3 v 1412 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 m 3空气,试求用水冷却压气机气缸所必需带走的热量；设大气处于标准状态；解：QWp 1 V1lnp 10 .101325*106*150*ln0 .101325-59260kJ p254-13 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,压气机每小时吸气量为600 标准 m 3；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？如压缩按定熵过程进行,就所需的理论功率又为多少千瓦？解：定温

15、：mpV1000006000.215kg/s RT287*273 *3600WsmRT1lnp 137.8KW p2定熵k 1 4.1 1W 1 s m kRT 1 1 p 2 k 0 . 215 * 1 . 4 * 287 * 293 1 8.0 1 4. 51.3 KW k 1 p 1 1 4. 1 .0 1414 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；如按 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/s

16、 WsmRT1lnp 1 25.1 KW p2最大功率是定熵过程W1 smkRT 11p2kk132.8 KW k1p 1多变过程的功率n 1W 1 s m nRT 1 1 p 2 n 29.6 KW n 1 p 1415 试验室需要压力为 6MPa的压缩空气,应采纳一级压缩仍是二级压缩？如采纳二级压缩,正确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 ,采纳中间冷却器能将压缩气体冷却到初温；试运算压缩终了空气的温度；名师归纳总结 - - - - - - -第 6 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 解：压缩比为优秀学

17、习资料欢迎下载60,故应采纳二级压缩；中间压力：p2Tp 1p 3n10.775MPa =441K 2 p 3T3np24-16 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）mp 1 V1=8.04kg/s RT 1nlnp2/p 1 =1.13 lnv 1/v2 nRWs mnw m T 1 T 2 1183KW n 1（2）Q m n kc v T 2 T 1 =-712.3kJ/s n 1417 三台空气压缩机的余

18、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）；1解：v 1 c p 2 n 1p 11n=1.4: v 1 0 . 06 * 0 . 5 1 4. 1 0.87 0 . 1n=1.25 ：v=0.84 n=1：v=0.76 十一章11-1 空气压缩致冷装置致冷系数为2.5 ,致冷量为84600kJ/h ,压缩机吸入空气的压力为0.1MPa,温度为 -10 ,空气进入膨胀机的温度为 质量流量；压缩机的功率；循环的净功率；解：压缩机

19、出口压力20,试求：压缩机出口压力；致冷剂的名师归纳总结 p21/k1故：p2p 1 11k/k1 0.325 MPa p4p 1第 7 页,共 10 页k1 p3p2p 1- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - T3=20+273=293K T4T3优秀学习资料欢迎下载p4k1 /k 209K p3致冷量：q2cpT1T41.01 （ 263-209 ） 54.5kJ/kg /k368K 致冷剂的质量流量mQ0.43kg/s T2T1 p2k1 q2p 1压缩功： w1=cpT2-T1=106 kJ/kg 压缩功率： P1=mw1=45.6kW 膨胀功：

20、w2= c pT3-T4=84.8 kJ/kg 膨胀功率 :P2=mw2=36.5kW 循环的净功率 :P=P1-P2=9.1 KW 11-2 空气压缩致冷装置,吸入的空气 p1=0.1MPa,t1=27 ,绝热压缩到 p2=0.4MPa,经冷却后温度降为 32,试运算：每千克空气的致冷量；致冷机消耗的净功；致冷系数；解：已知 T3=32+273=305K T 2 T 1 p 2 k 1 / k446K p 1T 4 T 3 p 4 k 1 / k 205K p 3致冷量：q 2 c p T 1 T 4 1.01 （ 300-205 ） 96kJ/kg 致冷机消耗的净功 : W=c pT2-T

21、1 cpT3-T4=46.5kJ/kg 致冷系数：q22.06 w11 4 蒸气压缩致冷循环,采纳氟利昂R134a作为工质,压缩机进口状态为干饱和蒸气,蒸发温度为 -20 ,冷凝器出口为饱和液体,冷凝温度为 40,致冷工质定熵压缩终了时焓值为 430kJ/kg ,致冷剂质量流量为 率；100kg/h ；求：致冷系数；每小时的制冷量；所需的理论功解：在 lgp-h图上查各状态点参数；s1=1.739 kJ/kg.K ,p1=0.133MPa h1=386kJ/kg ,p2=1.016 MPa h2=430 kJ/kg ,h3=419 kJ/kg h5=h4=256 kJ/kg 致冷量： q2=h

22、1-h5=386-256=130 kJ/kg 每小时的制冷量 :Q2=m q2=12900kJ/h 压缩功： w=h2-h1=430-386=44 kJ/kg 致冷系数 :q22.95 w理论功率 P=mw=100 44/3600=1.22kW 名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 10 页精选学习资料 - - - - - - - - - 优秀学习资料欢迎下载30,冷凝器中冷11-5 用一台氨蒸气压缩致冷机制冰,氨的蒸发温度为-5 ,冷凝温度为却水的进口温度为 12,出口水温为 20,欲在每小时内将 1000kg0的水制成冰,已知冰的融解热为 340kJ/kg ,试求：该致冷

23、机每小时的制冷量；氨每小时的流量；致冷机的功率；冷却水每小时的消耗量；解：致冷机每小时的制冷量：Q=1000 340=340000 kJ 在 lgp-h图上查各状态点参数；s1=5.6856 kJ/kg.K p1=335.7kPa h1=1452kJ/kg p2=1.1686 MPa h2=1620 kJ/kg h5=h4=343 kJ/kg 致冷量： q2=h1-h5=1114 kJ/kg 氨每小时的流量；mQ305.2kg 12 =1.16 104kg/h 30,过q2致冷机的功率：P=mw=mh2-h1=14kW 冷凝器热负荷：Q1=mh2-h4=390000 kJ/h 冷却水每小时的消

24、耗量：m 2cpwQ 12011-6 一台氨致冷装置,其致冷量Q04105kJ/h ,蒸发温度 15,冷凝温度冷温度 25,从蒸发器出口的蒸气为干饱和状态；求（剂的质量流量； （3）消耗的功率；1）理论循环的致冷系数； （2）致冷解：查表得压力和焓分别为：h1=1400 kJ/kg, p1=0.35MPa, s2=5.75 kJ/kg.K,s1=5.75 kJ/kg.K h2=1650 kJ/kg, p2=1.2MPa, h3=320 kJ/kg 制冷量： q2=h1-h3=1080 kJ/kg 压缩功： w=h2-h1=250 kJ/kg （1）致冷系数 : q24.32 w（2）致冷剂的质

25、量流量：m Q370kg/h q 2（3）消耗的功率 P mw 25.7kW 11-8 一台用氟利昂 R134a 为致冷剂的蒸汽压缩致冷装置,被用作室内供热,它要求的最大加热量是将标准状况下 30m 3/min 的空气从 5加热到 30,冷凝器的最低温度必需较空气的最高温度高 20,蒸发温度为-4 ；求：热泵的供热负荷；致冷剂流量；所需功率；解：（1）热泵的供热负荷：名师归纳总结 标准状况下30m 3/min 的空气的质量为：第 9 页,共 10 页mV1. 2930=38.7kg/min=0.645kg/s - - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - Qmcp

26、t0 .6451 . 0125优秀学习资料欢迎下载16.3kJ/s 冷凝器温度为30+2050,蒸发温度为-4 s1=1.725 kJ/kg.K h2=430 kJ/kg, 查表得压力和焓分别为：h1=395 kJ/kg, h3=272 kJ/kg 制热量： q1=h1-h3+h2-h1=158 kJ/kg 压缩功： w=h2-h1=35 kJ/kg Q（2）致冷剂的质量流量：m0.103kg/s q 1（3）消耗的功率 P mw 3.6kW 11-9 热泵利用井水作为热源,将 20的空气 8 10 4m 3/h 加热到 30,使用氟利昂 R134a 为致 冷 剂 , 已 知 蒸 发 温 度

27、为 5 , 冷 凝 温 度 为 35 , 空 气 的 定 压 容 积 比 热 为3c p 1 . 256 kJ / m K ,井水的温度降低 7,试求理论上必需的井水量、压缩机功率和压缩机的压气量（m 3/h ）；解：查表得压力和焓分别为：h1=400 kJ/kg, h2=420 kJ/kg, h3=250 kJ/kg 制热量： q1=h2-h3 =170 kJ/kg 吸热量： q2=h1-h3 150 kJ/kg 压缩功： w=h2-h1=20 kJ/kg 加热空气额热量：Qmacpt80000 1.256 10=1 106kJ/h 致冷剂流量：mQ5.88 103kg/h q1必需的井水量：mw=mq2/4.18*7=30143 kg/h 压缩机功率 : Pmw32.6kW 氟利昂 R134a在 35时比容为0.018 m3/kg 压缩机的压气量: 5.88 103/0.018=3.27 105 m3/h 11-10 解：制冷量： Qm2 cp t2-t1=1000 蒸发器内压力：1.0017 冷凝器内压力：4.2 kPa 4.18 8=3.344 10 4kJ/min 名师归纳总结 补充水量： Q/r=3.344 104/2484/0.98=13.7 kg/min 第 10 页,共 10 页- - - - - - -