工程热力学课后习题及答案第六版.docx

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1、(3)(4)2-2.已知N2的M=28,求(1) N 2的气体常数;(2)标准状态下N的比容和密度；(3 )2p = 0.1MPa, t = 500时的摩尔容积Mv。解：(1) N 2的气体常数Tl=tl+273T2 = t2 + 273压入的CO2的质量m = ml-m2 = v p2 pl R (T2-T1) (5)将、(2)、(3)、(4)代入(5)式得m= 12.02kgR = R0 _ 8314m- 28= 296.9 J/(kg OK)(2)标准状态下N2的比容和密度v - rt 296.9 x 273v - 以=0.8 m3/ kgp 101325p = 1v =1.25 kg/

2、m3(3) p = 0.1MPa , t = 500 时的摩尔容积MvMv =义工=64.27 m3 / kmolP2-3.把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的空气，如外界的温度增高到27,大气压降 低到99.3kPa,而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3,问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题m=mln2=Rv322单11)=300287 (9930Q3101273.325、innn=41.97kg2-6空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15、压 力为O.IMPa的空气3 m3,充入容积8.5m3的储气 罐内。设开始时罐内的

3、温度和压力与外界相同，问 在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提 高到0.7MPa?设充气过程中气罐内温度不变。 解：热力系：储气罐。使用理想气体状态方程。第一种解法：首先求终态时需要充入的空气质量压力p = 30 kPa,终了表压力p = 0.3 Mpa,glg2温度由tl=45增加到t2=70o试求被压入的CO2的质量。当地大气压B = 101.325kPa。解：热力系：储气罐。应用理想气体状态方程。压送前储气罐中CO2的质量ml =plvlRT?压送后储气罐中CO2的质量m2 = p2v2rtT根据题意容积体积不变；R= 188.9pl =p +B(1)glp2 = pg 2 + B

4、(2)m2 = D2V2 _ 7x105x8.5RT2 287 x 288 kg压缩机每分钟充入空气量m= pv = lxl()5X 3RT 287 x 288 kg所需时间1 = -= 19.83minm第二种解法将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初 压为O.IMPa一定量的空气压缩为0.7MPa的空气； 或者说0.7MPa、8.5 m3的空气在O.IMPa下占体积 为多少的问题。根据等温状态方程pv = const0.7MPa、8.5 m3的空气在O.IMPa下占体积为kRTlU n9 a1.4*287,2930.8 1.4-1W) k = 0.215* -1 4阴=索融lii里-

5、(Tl T 2) = 1183KWT3=T2的n-ln =44IK= -51.3KW4-14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O.IMPa。求压气机需要的最小理论功 率和最大理论功率。若按n=1.22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600/3600=1/6 kg/sWs = mRTlln pp2 1= =25.1 kw最大功率是定熠过程W1(祖)： = 32.8KWs多变过程的功率nRTl p2 jW1 mn- 1 1 -(二 n = -29.6 kw Spl)4-15实验室需要压力为6MPa的压缩

6、空气,应采用一级压缩还是二级压缩？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： P2 = Jplp3 二 0. 775MPa4-16有一离心式压气机，每分钟吸入pl=0. IMPa, tl=16的空气 400 m3,排出时 p2 = 0. 5MPa, t2=75o设过程可逆，试求： 此压气机所需功率为多少千瓦？该压气机每分钟放出的热量为多少千焦？m= plVl解：RT1 =8. 04kg/sn = ln(p2/pl

7、)=i. 13ln(vl/v2)n- 12 2) Q = m n - kn - 1 Cv(T 2-T1) =-712. 3kJ/s4-17三台空气压缩机的余隙容积均为6%,进气状态均为0.IMPa、27,出口压力均为 0. 5MPa,但压缩过程的指数不同，分别为：nl=L4, n2=1.25, n3=lo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:X =cK置1Vn=l. 4:X =1一。.。6*(均1订1= V0.10. 87n= 1.25： A/v =0. 84九n=l：v=0.767-1当水的温度t=80,压力分别为0.01、0.05、0.1、0.5及IMPa

8、时，各处于什么状态并求出该状 态下的焰值。解：查表知道t=80时饱和压力为0.047359MPao 因此在0.01、0.05、0.1、0.5及1 MPa时状态分别 为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。焰值 分别为 2649.3kJ/kg, 334.9 kJ/kg, 335 kj/kg, 335.3 kJ/kg, 335.7 kJ/kgo7-2已知湿蒸汽的压力p=lMPa干度x=0.9o试分 别用水蒸气表和h-s图求出hx, Vx, Ux, Sxo解：查表得：h、=2777kJ/kgh、=762.6kJ/kgv、=0.1943m3/kgv、=0.0011274 ms/kgu、二h、一pv、=

9、2582.7 kJ/kgu、= h pv=761.47 kJ/kgs、=6.5847kJ/(kg.K)s =2.1382 kJ/(kg.K)hx=xh、+( 1 -x)h、=2575.6 kJ/kg vx=xv、+(l-x)v=0.1749 m?/kgm = VV = 105.4kg焰：h=mhx = x(h、+(lx)h、)=105.4X 1453.24kJ = 1.53 X103 kJ7-6有一台采暖锅炉，每小时能生产压力p=l MPa (绝对)、x=0.95的蒸汽1500kgo当蒸汽的流速c 425m/s时，管道中的压力损失可以不计，求输汽 管的内径最小应多大？解:p=l MPa x=0

10、.95的比容查表饱和参数v、=0.1943m3/kg v、=0.0011274m3/kgV = XV、+(1 - x)v、= 0.18464 ma/kgmv蒸汽体积流量：V =0.077m3/s3600输汽管的半径最小为r = J =0.0313mV C71内径：0.0626m7-7某空调系统采用p=0.3MPa、x=0.94的湿蒸汽 来加热空气。暖风机空气的流量为每小时4000标 准m3,空气通过暖风机(从0)被加热到120。设蒸汽流过暧风机后全部变为p=0.3 MPa的凝结 水。求每小时需要多少千克蒸汽(视空气的比热为 定值)o解：空气吸收的热量：nV A 1x105 x 4000 1q=

11、mc At = KT-c At =xl.01x120pP 287 x 273=619000k J/hp=0.3 MPa的饱和参数：h、=2725.5kJ/kgh、=56L4 kJ/kgp=0.3MPa、x=0.94蒸汽的熔hx=xh、+(lx)h、=2595.7kJ/kg需要蒸汽qms = h - h、= 304.28 kg /h法二：湿蒸汽中起加热作用的仅为干饱和蒸汽xm(h、一h、)= m c Ata C Pm 4000 * 1293 * 1.005 * 120 _0.94*(2725.5 561.4) -306,6 kg /hux = xu、+(lx)u=2400 kJ/kgsx=xs+

12、(l-x)s=6.14 kJ/(kg.K)7-3在V = 60L的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定 其温度t=210,干饱和蒸汽的含量mv=0.57kg, 试求此湿蒸汽的干度、比容及焰值。解：t=210的饱和汽和饱和水的比容分别为：v、=0.10422m3/kgv、=0.0011726 m3/kgh、=2796.4kJ/kgh=897.8 kJ/kg湿饱和蒸汽的质量：m = mvxVxv、+(l x)v、解之得：x=0.53比容：vx=xvKV+(l-x)vK=0.0558 m3/kg焰：hx=xh、+(lx)h、=1904kJ/kg74将2kg水盛于容积为0.2m3的抽空了的密闭刚 性容器中，然

13、后加热至200c试求容器中(1)压力;(2)焰；(3)蒸汽的质量和体积。解：(1)查200的饱和参数h、=2791.4kJ/kgh、=852.4 kJ/kgv、=0.12714m3/kgv、=0.0011565m?/kg饱和压力1.5551MPao刚性容器中水的比容：V = 0.2 =0.1 m3/kg0.2 MPaC采用渐缩喷管。cl=20m/s较小忽略。因此2-2截面处是临界点=Tl( p2 I =421KT 料)k2v2 = RT 2 = 0.6m3/kgP2cl2kRTllp2 jc2 = I k_ 1/T, k = 323m/s K 1-(Pl)f 2 = v2 x mc2f 2 =

14、 v2 x mc2= 0.00 85m39-3渐缩喷管进口空气的压力pi= 2.53MPa, tl = 80, cl=50m/so喷管背压pb= 1.5MPao求喷管出 口的气流速度c2,状态参数v2、t2。如喷管出口截 面积f2=lcm2,求质量流量。解：p = ppi = 0.528 x 2.53=1.33pb所以渐缩喷管进口截面压力p2=pc=1.33 MPa由定焙过程方程可得：（按cl=O处理）T2Tl(p2 Pl)=294Kc2=a= x; KRT 2 =344 m/sv2 = 0,0634 m37kgf2c2m = 0.543 ms/sv29-5空气流经喷管作定端流动，已知进口截面上空 气参数 pi=0.7MPa, tl=947, cl=0m/So 喷管出 口处的压力p2分别为0.5 MPa及0.12 MPa,质量 流量均为m = 0.5 kg/so试选择喷管类型，计算喷 管出口截面处的流速及出口截面积。解：（1） p2=0.5MPaP = Pp