工程热力学第三版答案【英文】第5章

工程热力学第三版答案【英文】第5章
工程热力学第三版答案【英文】第5章

5-7

Air is expanded and is accelerated as it is heated by a hair dryer of constant diameter. The percent increase in the velocity of air as it flows through the drier is to be determined.

Assumptions Flow through the nozzle is steady. Properties The density of air is given to be 1.20 kg/m 3 at the inlet, and 1.05 kg/m 3 at the exit. Analysis There is only one inlet and one exit, and thus

m

m m 12==. Then,

)of increase and (or, 1.263kg/m 0.95kg/m 1.203

3

21122

2112126.3% =====ρρρρV V AV AV m m

Therefore, the air velocity increases 26.3% as it flows through the hair drier.

5-14

A smoking lounge that can accommodate 15 smokers is considered. The required minimum flow rate of air that needs to be supplied to the lounge and the diameter of the duct are to be determined.

Assumptions Infiltration of air into the smoking lounge is negligible.

Properties The minimum fresh air requirements for a smoking lounge is given to be 30 L/s per person.

Analysis The required minimum flow rate of air that needs to be supplied to the lounge is determined directly from

/s

m 0.453

=L/s 450= persons)person)(15L/s (30= persons)

of No.(rson air per pe air ?=V V

The volume flow rate of fresh air can be expressed as

)4/(2D V VA π==V

Solving for the diameter D and substituting,

m 0.268==

=m /s)

(8)

/s m 45.0(443ππV

D V

Therefore, the diameter of the fresh air duct should be at least 26.8 cm if the velocity of air is not to exceed 8 m/s.

V

Smoking

Lounge

15 smokers

5-20

An air compressor compresses air. The flow work required by the compressor is to be determined.

Assumptions 1 Flow through the compressor is steady. 2 Air is an ideal gas.

Properties The gas constant of air is R = 0.287 kPa ?m 3/kg ?K (Table A-1).

Analysis Combining the flow work expression with the ideal gas equation of state gives

kJ/kg

109=-?=-=-=)K 20K)(400kJ/kg 287.0()

(121

122flow T T R P P w v v

5-21

Steam is leaving a pressure cooker at a specified pressure. The velocity, flow rate, the

total and flow energies, and the rate of energy transfer by mass are to be determined. Assumptions 1 The flow is steady, and the initial start-up period is disregarded. 2 The kinetic and potential energies are negligible, and thus they are not considered. 3 Saturation conditions exist within the cooker at all times so that steam leaves the cooker as a saturated vapor at 20 psia.

Properties The properties of saturated liquid water and water vapor at 20 psia are v f = 0.01683 ft 3/lbm, v g = 20.093 ft 3/lbm, u g = 1081.8 Btu/lbm, and h g = 1156.2 Btu/lbm (Table A-5E).

Analysis (a ) Saturation conditions exist in a pressure cooker at all times after the steady operating conditions are established. Therefore, the liquid has the properties of saturated liquid and the exiting steam has the properties of saturated vapor at the operating pressure. The amount of liquid that has evaporated, the mass flow rate of the exiting steam, and the exit velocity are

ft/s 34.1=???

?

?

??=

==?===?==???

? ??=?=22

233-33liquid

ft 1in 144in 0.15/lbm)ft 093lbm/s)(20. 10(1.765lbm/min 1059.0min

45lbm 766.4lbm 766.4gal 1ft 13368.0/lbm ft 0.01683gal

0.6c g c g f A m A m V t m m m v v V ρlbm/s

101.7653-

(b ) Noting that h = u + P v and that the kinetic and potential energies are disregarded, the flow and total energies of the exiting steam are

Q

B tu/lbm

1156.2B tu/lbm

74.4=?++==-=-==h pe ke h u h P e θ8.10812.1156flow v

Note that the kinetic energy in this case is ke = V 2/2 = (34.1 ft/s)2 /2 = 581 ft 2/s 2 =

0.0232 Btu/lbm, which is very small compared to enthalpy.

(c ) The rate at which energy is leaving the cooker by mass is simply the product of the mass flow rate and the total energy of the exiting steam per unit mass,

Btu/s 2.04=?==-Btu/lbm ) 6.2lbm /s)(115 10765.1(3mass θm

E Discussion The numerical value of the energy leaving the cooker with steam alone

does not mean much since this value depends on the reference point selected for enthalpy (it could even be negative). The significant quantity is the difference between the enthalpies of the exiting vapor and the liquid inside (which is h fg ) since it relates directly to the amount of energy supplied to the cooker.

5-30

Air is decelerated in an adiabatic diffuser. The velocity at the exit is to be determined. Assumptions 1 This is a steady-flow process since there is no change with time. 2 Air is an ideal gas with constant specific heats. 3 Potential energy changes are negligible. 4 There are no work interactions. 5 The diffuser is adiabatic.

Properties The specific heat of air at the average temperature of (20+90)/2=55°C =328 K is c p = 1.007 kJ/kg ?K (Table A-2b ).

Analysis There is only one inlet and one exit, and thus m m m

==21. We take diffuser as the system, which is a control volume since mass crosses the boundary. The energy

balance for this steady-flow system can be expressed in the rate form as

out

in energies

etc. potential, kinetic, internal,in change of Rate (steady) 0system

mass

and work,heat,by nsfer energy tra net of Rate out in 0

E E E E E

==?=

-

/2

+2//2)+()2/(2222

11222211V h V h V h m V h m =

+=+

Solving for exit velocity,

[]

[]

m/s

330.2=???

????

????? ??-?+=-+=-+=5

.02225

.021215

.021212kJ/kg 1/s m 1000)K

90K)(20kJ/kg 007.1(2m/s) 500()

(2)

(2T T c V h h V V p

5-38

100 kPa 20?C

500 m/s

90?C

R-134a is decelerated in a diffuser from a velocity of 120 m/s. The exit velocity of R-134a and the mass flow rate of the R-134a are to be determined.

Assumptions 1 This is a steady-flow process since there is no change with time. 2 Potential energy changes are negligible. 3 There are no work interactions. Properties From the R-134a tables (Tables A-11 through A-13) kJ/kg 267.29/kg

m 0.025621.kPa 8001

311==??

?=h vapor sat P v and

kJ/kg 274.17/kg

m 0.023375C 40kPa 90023222==??

??==h T P v Analysis (a ) There is only one inlet and one exit, and thus m

m m 12==. Then the exit velocity of R-134a is determined from the steady-flow mass balance to be

()m/s 60.8==

=?→?=m/s 120/kg)

m (0.025621/kg)m (0.023375

1.811

1

33121122111222V A A V V A V A v v v v (b ) We take diffuser as the system, which is a control volume since mass crosses the boundary. The energy balance for this steady-flow system can be expressed in the rate form as

out

in energies

etc. potential, kinetic, internal,in change of Rate (steady) 0system

mass

and work,heat,by nsfer energy tra net of Rate out in 0

E E E E E

==?=

-

???

?

??-+-=???=++20)pe W (since /2)V +()2/(2

12212in 222211in

V V h h m

Q h m V h m Q

Substituting, the mass flow rate of the refrigerant is determined to be

()???? ?

????? ??-+-=2222/s m 1000kJ/kg 12m /s) (120m /s 60.8kg 267.29)kJ/(274.17kJ/s 2m It yields

kg/s 1.308=m

5-46

Steam expands in a turbine. The change in kinetic energy, the power output, and the

turbine inlet area are to be determined.

Assumptions 1 This is a steady-flow process since there is no change with time.

2

1

2

Potential energy changes are negligible. 3 The device is adiabatic and thus heat transfer is negligible.

Properties From the steam tables (Tables A-4 through 6) kJ/kg

3178.3/kg

m 0.047420C 400MPa 613111==??

??==h T P v and

kJ/kg 2318.5

2392.10.9262.31792.0kPa 402222=?+=+=?

??

==fg f h x h h x P Analysis (a) The change in kinetic energy is determined from

()kJ/kg 1.95-=???

?

?

?-=

-=?222

22122/s m 1000kJ/kg

12

m /s) (80m /s 502V V ke

(b ) There is only one inlet and one exit, and thus m

m m 12==. We take the turbine as the system, which is a control volume

since mass crosses the boundary. The energy balance for this steady-flow system can be expressed in the rate form as

out

in energies

etc. potential, kinetic, internal,in change of Rate (steady) 0system

mass

and work,heat,by nsfer energy tra net of Rate out in 0

E E E E E

==?=

-

???

?

??-+--=???+=+20)pe Q (since /2)+()2/(2

12212out 222out

211V V h h m

W V h m W V h m

Then the power output of the turbine is determined by substitution to be

MW 14.6==---=kW 14,590kJ/kg )1.953178.32318.5)(kg/s 20(out

W (c ) The inlet area of the turbine is determined from the mass flow rate relation, 2m 0.0119===?→?=m/s

80)/kg m 0.047420)(kg/s 20(1

3111111V m A V A m v v

5-50

Air is compressed at a rate of 10 L/s by a compressor. The work required per unit

mass and the power required are to be determined.

Assumptions 1 This is a steady-flow process since there is no change with time.

2

P 1 = 6 MPa T 1 = 400?C

V 1P 2 = 40 kPa x 2 = 0.92 V 2 = 50 m/s

Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats.

Properties The constant pressure specific heat of air at the average temperature of (20+300)/2=160°C=433 K is c p = 1.018 kJ/kg·K (Table A-2b). The gas constant of air is R = 0.287 kPa ?m 3/kg ?K (Table A-1).

Analysis (a ) There is only one inlet and one exit, and thus m m m

==21. We take the compressor as the system, which is a control volume since mass crosses the boundary.

The energy balance for this steady-flow system can be expressed in the rate form as

o u t

in energies

etc. potential, kinetic, internal,in change of Rate (steady) 0system

mass

and work,heat,by nsfer energy tra net of Rate out in 0

E E E E E

==?=

-

)()(0)pe ke (since 1

212in 21in

T T c m h h m W h m h m W p -=-=????=+ Thus,

kJ/kg 285.0=-?=-=0)K 2K)(300kJ/kg (1.018)(12in T T c w p

(b ) The specific volume of air at the inlet and the mass flow rate are

/kg m 7008.0kPa

120K) 273K)(20/kg m kPa 287.0(33111=+??==P RT v

kg/s 0.01427/kg

m 0.7008/s m 010.03311===v V m Then the power input is determined from the energy balance equation to be

kW 4.068=-?=-=0)K 2K)(300kJ/kg 8kg/s)(1.01 (0.01427)(12in

T T c m W p

5-65

Steam is throttled by a well-insulated valve. The temperature drop of the steam after

the expansion is to be determined.

Assumptions 1 This is a steady-flow process since there is no change with time. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Heat transfer to or from the fluid is negligible. 4 There are no work interactions involved. Properties The inlet enthalpy of steam is (Tables A-6),

kJ/kg 1.2988

C 035MPa 8111=?

??

?==h T P

P 1 = 8 MPa T 1

Analysis There is only one inlet and one exit, and

thus m

m m 12==. We take the throttling valve as the system, which is a control volume since mass crosses the boundary. The energy balance for this steady-flow system can be expressed in the rate form as

02121out

in (steady) 0system

out in h h h m h m E E E E E ====?=-

since Q

W ke pe ?=????0. Then the exit temperature of steam becomes ()C 285?=?

??

==2122MPa 2T h h P

5-84

Two streams of cold and warm air are mixed in a chamber. If the ratio of hot to cold

air is 1.6, the mixture temperature and the rate of heat gain of the room are to be determined.

Assumptions 1 This is a steady-flow process since there is no change with time. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 There are no work interactions. 4 The device is adiabatic and thus heat transfer is negligible. Properties The gas constant of air is R = 0.287 kPa.m 3/kg.K. The enthalpies of air are obtained from air table (Table A-17) as

h 1 = h @280 K = 280.13 kJ/kg h 2 = h @ 307 K = 307.23 kJ/kg h room = h @ 297 K = 297.18 kJ/kg Analysis (a ) We take the mixing chamber as the system, which is a control volume since mass crosses the boundary. The mass

Cold

air 7?C

24?C

Warm air 34?C

and energy balances for this steady-flow system can be expressed in the rate form as Mass balance:

121311out in (steady) 0system out in 6.1 since 6.26.1 0m m

m m m m m m m m m ===+→=→=?=-↗

Energy balance:

0)pe ke (since 0

332211out

in energies

etc. potential, kinetic, internal,in change of Rate (steady) 0system

mass

and work,heat,by nsfer energy tra net of Rate out in ??????=+==?=

-W Q

h m h m h m E E E E E

Combining the two gives ()2.3/2.22.32.2213312111h h h or h m h m h m

+==+ Substituting, h 3 = (280.13 +2.2? 307.23)/3.2 = 298.76 kJ/kg From air table at this enthalpy, the mixture temperature is

T 3 = T @ h = 298.76 kJ/kg = 298.6 K = 25.6?C (b ) The mass flow rates are determined as follows

kg/s

.1363kg/s) 9799.0(2.32.3kg/s 9799.0/kg m 0.7654/s m 0.75kg

/m 7654.0kPa 105K)

273K)(7/kg m kPa (0.28713331113311=======+??==m m m P RT v V v The rate of heat gain of the room is determined from

kW 4.93-=-=-=kJ/kg )76.29818.297(kg/s) 136.3()(3room 3gain h h m

Q The negative sign indicates that the room actually loses heat at a rate of 4.93 kW.

5-102

A room is to be heated by an electric resistance heater placed in a duct in the room. The power rating of the electric heater and the temperature rise of air as it passes through the heater are to be determined.

Assumptions 1 Steady operating conditions exist. 2 Air is an ideal gas with constant specific heats at room temperature. 3 Kinetic and potential energy changes are negligible. 4 The heating duct is adiabatic, and thus heat transfer through it is negligible. 5 No air leaks in and out of the room.

Properties The gas constant of air is 0.287 kPa.m 3/kg.K (Table A-1). The specific heats of air at room temperature are c p = 1.005 and c v = 0.718 kJ/kg·K (Table A-2). Analysis (a ) The total mass of air in the room is

kg 284.6)

K 288)(K /kg m kPa 0.287()

m 240)(kPa 98(m

240m 86533

113

3

=??==

=??=RT P m V V

We first take the entire room as our system,

which is a closed system since no mass leaks in or out. The power rating of the electric heater is determined by applying the conservation of energy relation to this constant volume closed system:

()

()

12avg ,out in fan,in e,in fan,in e,energies

etc. potential, kinetic, internal,in Change system mass

and work,heat,by nsfer energy tra Net 0)=PE =KE (since T T mc Q W W t U Q W W E E E out out in -=-+????=-+?=

-v

Solving for the electrical work input gives

kW

5.40=?-?+-=?--=+s) 60C/(15)1525)(C kJ/kg 0.718)(kg 284.6()kJ/s 0.2()kJ/s 200/60(/)(12in fan,out in e, t

T T W Q W mc v (b ) We now take the heating duct as the system, which is a control volume since mass

crosses the boundary. There is only one inlet and one exit, and thus m

m m 12==. The energy balance for this adiabatic steady-flow system can be expressed in the rate form

as

)()(0)pe ke (since 0

1212in fan,in e,21in fan,in e,energies

etc. potential, kinetic, internal,in change of Rate (steady) 0system

mass

and work,heat,by nsfer energy tra net of Rate T T c m h h m

W W Q h m h m

W W E E E E E p out

in out in -=-=+????==++==?=

-

Thus, ()()

C 6.7 =?+=+=-=?K kJ/kg 1.005kg/s 50/60kJ/s )2.040.5(in

fan,in e,12p c m W W T T T

5-107

R-134a is condensed in a condenser. The heat transfer per unit mass is to be

determined.

Assumptions 1 This is a steady-flow process since there is no change with time. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 There are no work interactions. Analysis We take the pipe in which R-134a is condensed as the system, which is a control volume. The energy balance for this steady-flow system can be expressed in the rate form as

2

1o u t 2

1

o u t

o u t

21o u t

in energies

etc. potential, kinetic, internal,in change of Rate (steady) 0system

mass

and work,heat,by nsfer energy tra net of Rate out in )(0

h h q h h m Q

Q h m h m E E E E E -=-=+===?=

-

The enthalpies of R-134a at the inlet and exit of the condenser are (Table A-12, A-13).

kJ/kg

61.1010kP a 900kJ/kg

13.295C 60kP a 900kPa 900@22111==?

??

===?

??

?==f h h x P h T P

Substituting,

kJ/kg 193.5=-=61.10113.295out q

5-112

Helium flows from a supply line to an initially evacuated tank. The flow work of the helium in the supply line and the final temperature of the helium in the tank are to be determined.

Properties The properties of helium are R = 2.0769 kJ/kg.K, c p = 5.1926 kJ/kg.K, c v = 3.1156 kJ/kg.K (Table A-2a).

Analysis The flow work is determined from its definition but we first determine the specific volume

/kg m 0811.4kP a)

200(K)

27320kJ/kg.K)(1 0769.2(3line =+==

P RT v

kJ/kg

816.2===/kg)m 1kPa)(4.081 200(3flow v P w

Noting that the flow work in the supply line is converted to sensible internal energy in the tank, the final helium temperature in the tank is

sat. liq.

60?C

determined as follows

K

655.0=?→?=?→?==+===tank tank tank tank -line line line

tank kJ/kg.K) 1156.3(kJ/kg 7.2040kJ/kg

7.2040K) 27320kJ/kg.K)(1 1926.5(T T T c u T c h h u p v

Alternative Solution : Noting the definition of specific heat ratio, the final temperature in the tank can also be determined from

K 655.1=+==K) 273120(667.1line tank kT T which is practically the same result.

5-119

A rigid tank initially contains superheated steam. A valve at the top of the tank is opened, and vapor is allowed to escape at constant pressure until the temperature rises to 500?C. The amount of heat transfer is to be determined.

Assumptions 1 This is an unsteady process since the conditions within the device are changing during the process, but it can be analyzed as a uniform-flow process by using constant average properties for the steam leaving the tank. 2 Kinetic and potential energies are negligible. 3 There are no work interactions involved. 4 The direction of heat transfer is to the tank (will be verified). Properties The properties of water are (Tables A-4 through A-6)

kJ/kg

3468.3,kJ/kg 3116.9/kg

m 0.17568C 500MP a 2kJ/kg

3024.2,kJ/kg 2773.2/kg

m 0.12551C 300MP a 2223222113111===??

??=====??

??==h u T P h u T P v v Analysis We take the tank as the system, which is a control volume since mass

crosses the boundary. Noting that the microscopic energies of flowing and nonflowing fluids are represented by enthalpy h and internal energy u , respectively, the mass and energy balances for this uniform-flow system can be expressed as Mass balance :

21system out in m m m m m m e -=→?=-

Energy balance :

)

0 (since 1122in energies

etc. potential, kinetic,

internal,in Change system mass

and work,heat,by nsfer energy tra Net out in ???-=-?=

-pe ke W u m u m h m Q E E E e e

The state and thus the enthalpy of the steam leaving the tank is changing during this

process. But for simplicity, we assume constant properties for the exiting steam at the average values. Thus,

kJ/kg 3246.22

kJ/kg

3468.33024.2221=+=+?

h h h e The initial and the final masses in the tank are

kg 1.138/kg

m 0.17568m 0.2kg

1.594/kg m 0.12551m 0.233

22233

111======v V v V m m

Then from the mass and energy balance relations,

kg 0.456138.1594.121=-=-=m m m e

()()()()()()kJ

606.8=-+=-+=kJ/kg 2773.2kg 1.594kJ/kg 3116.9kg 1.138kJ/kg 3246.2kg 0.4561

122u m u m h m Q e e in

5-131

An insulated piston-cylinder device with a linear spring is applying force to the piston. A valve at the bottom of the cylinder is opened, and refrigerant is allowed to escape. The amount of refrigerant that escapes and the final temperature of the refrigerant are to be determined.

Assumptions 1 This is an unsteady process since the conditions within the device are changing during the process, but it can be analyzed as a uniform-flow process assuming that the state of fluid leaving the device remains constant. 2 Kinetic and potential energies are negligible.

Properties The initial properties of R-134a are (Tables A-11 through A-13)

kJ/kg

11.354kJ/kg 03.325/kg m 02423

.0C 120MPa 2.1113111===?

???==h u T P v Analysis We take the tank as the system, which is a control volume since mass

crosses the boundary. Noting that the microscopic energies of flowing and nonflowing fluids are represented by enthalpy h and internal energy u , respectively, the mass and energy balances for this uniform-flow system can be expressed as Mass balance : 21system out in m m m m m m e -=→?=- Energy balance :

)

0 (since 1122in b,energies

etc. potential, kinetic,

internal,in Change system mass

and work,heat,by nsfer energy tra Net out in ???-=-?=

-pe ke Q u m u m h m W E E E e e

2

3

2123

22233111m 0.502.33m 0.5kg

02.33/kg

m 0.02423m 0.8v v V v V -

=-==

====m m m v m m e

Noting that the spring is linear, the boundary work can be determined from

kJ 270m 0.5)-0.8(2

kPa

600)(1200)(232121in b,=+=-+=

V V P P W Substituting the energy balance,

kJ/kg) kg)(325.03 02.33(m 5.0m 5.002.3327022323-???

? ??=???? ??--u h e v v (Eq. 1) where the enthalpy of exiting fluid is assumed to be the average of initial and final

enthalpies of the refrigerant in the cylinder. That is,

2

kJ/kg) 11.354(22

21h h h h e +=

+=

Final state properties of the refrigerant (h 2, u 2, and v 2) are all functions of final

pressure (known) and temperature (unknown). The solution may be obtained by a trial-error approach by trying different final state temperatures until Eq. (1) is satisfied. Or solving the above equations simultaneously using an equation solver with built-in thermodynamic functions such as EES, we obtain

T 2 = 96.8?C , m e = 22.47 kg, h 2 = 336.20 kJ/kg, u 2 = 307.77 kJ/kg, v 2 = 0.04739 m 3/kg, m 2 = 10.55 kg

(完整版)哈工大工程热力学习题答案——杨玉顺版

第二章 热力学第一定律 思 考 题 1. 热量和热力学能有什么区别?有什么联系? 答:热量和热力学能是有明显区别的两个概念:热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量,是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的;而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合,是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之,热量是热能的传输量,热力学能是能量?的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出;热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何? 答:二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h pv =-,()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d (变大) 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+(变大) 很相像,为什么热量 q 不是状态参数,而焓 h 是状态参数? 答:尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+(变大)似乎相象,但两者 的数学本质不同,前者不是全微分的形式,而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是,看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说,其循环积分:()dh du d pv =+???蜒? 因为 0du =??,()0d pv =?? 所以 0dh =??, 因此焓是状态参数。 而对于能量方程来说,其循环积分: q du pdv δ=+???蜒?

工程热力学课后作业答案(第三章)第五版

3-1 安静状态下的人对环境的散热量大约为400KJ/h,假设能容纳2000人的大礼堂的通风系统坏了:(1)在通风系统出现故障后的最初20min内礼堂中的空气内能增加多少?(2)把礼堂空气和所有的人考虑为一个系统,假设对外界没有传热,系统内能变化多少?如何解释空气温度的升高。 解:(1)热力系:礼堂中的空气。 闭口系统 根据闭口系统能量方程 Q+ = ? U W 因为没有作功故W=0;热量来源于人体散热;内能的增加等于人体散热。 ? Q=2.67×105kJ 2000? = 20 60 / 400 (1)热力系:礼堂中的空气和人。 闭口系统 根据闭口系统能量方程 ? = Q+ U W 因为没有作功故W=0;对整个礼堂的空气和人来说没有外来热量, 所以内能的增加为0。 空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收,导致的空气内能增加。 3-5,有一闭口系统,从状态1经a变化到状态2,如图,又从状态2经b回到状态1;再从状态1经过c 变化到状态2。在这个过程中,热量和功的某些值已知,如表,试确定未知量。 解:闭口系统。 使用闭口系统能量方程 (1)对1-a-2和2-b-1组成一个闭口循环,有 ??=W δ Qδ

即10+(-7)=x1+(-4) x1=7 kJ (2)对1-c-2和2-b-1也组成一个闭口循环 x2+(-7)=2+(-4) x2=5 kJ (3)对过程2-b-1,根据W U Q +?= =---=-=?)4(7W Q U -3 kJ 3-6 一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环,试填充表中所缺数据。 解:同上题 3-7 解:热力系:1.5kg 质量气体 闭口系统,状态方程:b av p += )]85115.1()85225.1[(5.1---=?v p v p U =90kJ 由状态方程得 1000=a*0.2+b 200=a*1.2+b 解上两式得: a=-800 b=1160 则功量为 2.1 2.022 1 ]1160)800(21[5.15.1v v pdv W --==?=900kJ 过程中传热量 W U Q +?==990 kJ 3-8 容积由隔板分成两部分,左边盛有压力为600kPa ,温度为27℃的空气,右边为真空,容积为左边5倍。将隔板抽出后,空气迅速膨胀充满整个容器。试求容器内最终压力和温度。设膨胀是在绝热下进行的。 解:热力系:左边的空气 系统:整个容器为闭口系统 过程特征:绝热,自由膨胀 根据闭口系统能量方程 W U Q +?=

工程热力学期末试卷及答案

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1 n c n κ - = - R =,代入上式得 页脚内容3

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页脚内容 6 及内能的变化,并画出p-v 图,比较两种压缩过程功量的大小。(空气: p c =1.004kJ/(kgK),R=0.287kJ/(kgK))(20分) 2.某热机在T1=1800K 和T2=450K 的热源间进行卡诺循环,若工质从热源吸热1000KJ ,试计算:(A )循环的最大功?(B )如果工质在吸热过程中与高温热源的温差为100K ,在过程中与低温热源的温差为50K ,则该热量中能转变为多少功?热效率是多少?(C )如果循环过程中,不仅存在传热温差,并由于摩擦使循环功减小10KJ ,则热机的热效率是多少?(14分) 3.已知气体燃烧产物的cp=1.089kJ/kg ·K 和k=1.36,并以流量m=45kg/s 流经一喷管,进口p1=1bar 、T1=1100K 、c1=1800m/s 。喷管出口气体的压力p2=0.343bar ,喷管的流量系数cd=0.96;喷管效率为 =0.88。求合适的喉部截 面积、喷管出口的截面积和出口温度。(空气:p c =1.004kJ/(kgK), R=0.287kJ/(kgK))(20分) 一.是非题(10分) 1、√ 2、√ 3、× 4、× 5、√ 6、× 7、× 8、√ 9、×10、√ 二.选择题(10分) 1、B2、C3、B4、B5、A 三.填空题(10分) 1、功W;内能U 2、定温变化过程,定熵变化 3、小,大,0 4、对数曲线,对数曲线 5、 a kpv kRT ==, c M a = 四、名词解释(每题2分,共8分) 孤立系统:系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换的系统。 焓:为简化计算,将流动工质传递的总能量中,取决于工质的热力状态的那部分能量,写在一起,引入一新的物理量,称为焓。 热力学第二定律:克劳修斯(Clausius)说法:不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。开尔文一浦朗克(Kelvin —Plank)说法:不可能制造只从一个热源取热使之完全变成机械能而不引起其他变化的循环发动机。 相对湿度:湿空气的绝对湿度v ρ与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度s ρ的比值, 称为相对湿度?。 五简答题(8分)

工程热力学习题集答案

工程热力学习题集答案一、填空题 1.常规新 2.能量物质 3.强度量 4.54KPa 5.准平衡耗散 6.干饱和蒸汽过热蒸汽 7.高多 8.等于零 9.与外界热交换 10.7 2g R 11.一次二次12.热量 13.两 14.173KPa 15.系统和外界16.定温绝热可逆17.小大 18.小于零 19.不可逆因素 20.7 2g R 21、(压力)、(温度)、(体积)。 22、(单值)。 23、(系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零)。 24、(熵产)。 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; 32.开尔文(K); 33.-w s=h2-h1或-w t=h2-h1 34.小于 35. 2 2 1 t t t C C> 36. ∑=ω ωn 1 i i i i i M / M / 37.热量 38.65.29%

39.环境 40.增压比 41.孤立 42热力学能、宏观动能、重力位能 43.650 44.c v (T 2-T 1) 45.c n ln 1 2T T 46.22.12 47.当地音速 48.环境温度 49.多级压缩、中间冷却 50.0与1 51.(物质) 52.(绝对压力)。 53.(q=(h 2-h 1)+(C 22 -C 12 )/2+g(Z 2-Z 1)+w S )。 54.(温度) 55. (0.657)kJ/kgK 。 56. (定熵线) 57.(逆向循环)。 58.(两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程) 59.(预热阶段、汽化阶段、过热阶段)。 60.(增大) 二、单项选择题 1.C 2.D 3.D 4.A 5.C 6.B 7.A 8.A 9.C 10.B 11.A 12.B 13.B 14.B 15.D 16.B 17.A 18.B 19.B 20.C 21.C 22.C 23.A 三、判断题 1.√ 2.√ 3.? 4.√ 5.? 6.? 7.? 8.? 9.? 10.? 11.? 12.? 13.? 14.√ 15.? 16.? 17.? 18.√ 19.√ 20.√ 21.(×) 22.(√) 23.(×) 24.(×) 25.(√) 26.(×) 27.(√) 28.(√) 29.(×) 30.(√) 四、简答题

工程热力学思考题答案,第三章

第三章 理想气体的性质 1.怎样正确看待“理想气体”这个概念?在进行实际计算是如何决定是否可采用理想气体的一些公式? 答:理想气体:分子为不占体积的弹性质点,除碰撞外分子间无作用力。理想气体是实际气体在低压高温时的抽象,是一种实际并不存在的假想气体。 判断所使用气体是否为理想气体(1)依据气体所处的状态(如:气体的密度是否足够小)估计作为理想气体处理时可能引起的误差;(2)应考虑计算所要求的精度。若为理想气体则可使用理想气体的公式。 2.气体的摩尔体积是否因气体的种类而异?是否因所处状态不同而异?任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是 0.022414m 3 /mol? 答:气体的摩尔体积在同温同压下的情况下不会因气体的种类而异;但因所处状态不同而变化。只有在标准状态下摩尔体积为 0.022414m 3 /mol 3.摩尔气体常数 R 值是否随气体的种类不同或状态不同而异? 答:摩尔气体常数不因气体的种类及状态的不同而变化。 4.如果某种工质的状态方程式为pv =R g T ,那么这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗? 答:一种气体满足理想气体状态方程则为理想气体,那么其比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数。 5.对于一种确定的理想气体,()p v C C 是否等于定值?p v C C 是否为定

值?在不同温度下()p v C C -、p v C C 是否总是同一定值? 答:对于确定的理想气体在同一温度下()p v C C -为定值, p v C C 为定值。在不同温度下()p v C C -为定值,p v C C 不是定值。 6.麦耶公式p v g C C R -=是否适用于理想气体混合物?是否适用于实际 气体? 答:迈耶公式的推导用到理想气体方程,因此适用于理想气体混合物不适合实际气体。 7.气体有两个独立的参数,u(或 h)可以表示为 p 和 v 的函数,即(,)u u f p v =。但又曾得出结论,理想气体的热力学能、焓、熵只取决于温度,这两点是否矛盾?为什么? 答:不矛盾。实际气体有两个独立的参数。理想气体忽略了分子间的作用力,所以只取决于温度。 8.为什么工质的热力学能、焓、熵为零的基准可以任选?理想气体的热力学能或焓的参照状态通常选定哪个或哪些个状态参数值?对理想气体的熵又如何? 答:在工程热力学里需要的是过程中热力学能、焓、熵的变化量。热力学能、焓、熵都只是温度的单值函数,变化量的计算与基准的选取无关。热力学能或焓的参照状态通常取 0K 或 0℃时焓时为0,热力学能值为 0。熵的基准状态取p 0=101325Pa 、T 0=0K 熵值为 0 。 9.气体热力性质表中的h 、u 及s 0的基准是什么状态? 答:气体热力性质表中的h 、u 及s 0的基准是什么状态00(,)T P 00T K =

工程热力学考研试题及答案

1.湿蒸汽的状态参数p,t,v,x 中,不相互独立的一对是(D )D .(p,t)2.在不可逆循环中(B )A . ??>?ds T q B . ??t w >t C .t DP =t w =t D .t w > t DP >t 6.如果孤系内发生的过程都是可逆过程,则系统的熵(C ) A .增大 B .减小 C .不变 D .可能增大,也可能减小21.理想气体的可逆过程方程式=n pv 常数,当n = ∞ 时,即为等体过程。 7.pdv dT c q v +=δ适用于(A )A .可逆过程,理想气体 B .不可逆过程,理想气体 C .可逆过程,实际气体 D .不可逆过程,实际气体 8.电厂蒸汽动力循环回热是为了(C )A .提高循环初参数 B .降低循环终参数C .提高平均吸热温度 D .提高汽轮机的相对内效率 9.活塞式压气机采取分级压缩( C )A .能省功 B .不能省功 C .不一定省功 D .增压比大时省功 10.理想情况下活塞式压气机余隙体积的增大,将使生产1kg 压缩空气的耗功量(C )A 增大 B .减小C .不变 D .的变化视具体压缩空气的耗功量 11.下列各项中,不影响燃烧过程热效应的是(C )A .反应物的种类 B .反应温度C .反应速度D .反应压力 12.欲使亚声速气流加速到超声速气流应采用(C )A .渐缩喷管B .渐扩喷管C .缩放喷管D .前后压差较大直管 13.水蒸汽h -s 图上定压线(C .在湿蒸汽区是直线,在过热蒸汽区是曲线 14.为提高空气压缩制冷循环的制冷系数,可以采取的措施是(D ) A .增大空气流量 B .提高增压比C .减小空气流量 D .降低增压比 15.在范德瓦尔方程中,常数b 为考虑气体 而引入的修 正项。(C )A 分子间内位能 B .分子运动动能C .分子本身体积D .分子间相互作用力 二、多项选择题16.理想气体可逆等温过程的体积变化功w 等于(AC )A .2 1 p p RT ln B .1 2p p RT ln C .1 2v v RT ln D .2 1v v RT ln E .(p 2v 2-p 1v 1) 17.vdp dh q -=δ适用于 AC A .可逆过程,理想气体 B .不可逆过程,理想气体 C .可逆过程,实际气体D .不可逆过程,实际气体 E .任意过程,任意气体 18.再热压力若选得合适,将使(BCDE ) A .汽耗率提高 B .热耗率提高 C .循环热效率提高 D .排汽干度提高 E .平均吸热温度提高 19.马赫数小于1的气流可逆绝热地流过缩放管时,如果把喷管的渐扩段尾部切去一段,在其他条件不变的情况下,其(BDE )A .流量变小B .流量不变 C .流量变大 D .出口压力变大E .出口速度变大 20.不可逆循环的热效率(BE ) A .低于可逆循环的热效率 B .在相同的高温热源和低温热源间低于可逆循环的热效率 C .高于可逆循环的热效率 D .在相同的高温热源和低温热源间高于可逆循环的热效率 E .可能高于,也可能低于可逆循环的热效率 三、填空题 22.在一定的压力下,当液体温度达到 饱和 时,继续加热,立即出现强烈的汽化现象。 23.湿空气的绝对温度是指lm 3湿空气中所含水蒸汽的 质 量 。 24.火电厂常用的加热器有表面式和 混合 式。 25.可逆绝热地压缩空气时,无论是活塞式压气机还是叶轮式压气机,气体在压气机内的 状态变化 规律是相同的。 26.理想气体的绝热节流效应是 零效应 。 27.利用平均比热表计算任意体积气体在定压过程中的吸热量时,应使用公式 Q =V 0 )t |c -t |(c 1t 0'p 2t 0'p 1 2?? 。 28.图示通用压缩子图上一状态点A ,其位置表明: 在该状态下气体分子之间的相互作用力 主要表现为 排斥 力。

工程热力学课后题答案()

习题及部分解答 第一篇 工程热力学 第一章 基本概念 1. 指出下列各物理量中哪些是状态量,哪些是过程量: 答:压力,温度,位能,热能,热量,功量,密度。 2. 指出下列物理量中哪些是强度量:答:体积,速度,比体积,位能,热能,热量,功量,密度。 3. 用水银差压计测量容器中气体的压力,为防止有毒的水银蒸汽产生,在水银柱上加一段水。若水柱高mm 200,水银柱高mm 800,如图2-26所示。已知大气压力为mm 735Hg ,试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ?解:根据压力单位换算 4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量,如图2-27所示。若已知斜管倾角 30=α ,压力计中使用 3/8.0cm g =ρ的煤油,斜管液体长度mm L 200=,当地大气压力MPa p b 1.0=,求烟气的绝对压力(用MPa 表示)解: 5.一容器被刚性壁分成两部分,并在各部装有测压表计,如图2-28所示,其中C 为压力表,读数为kPa 110,B 为真空表,读数为 kPa 45。若当地大气压k P a p b 97=,求压力表A 的读数(用 k P a 表示) kPa p gA 155= 6. 试述按下列三种方式去系统时,系统与外界见换的能量形式是什么。 (1).取水为系统; (2).取电阻丝、容器和水为系统; (3).取图中虚线内空间为系统。 答案略。 7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量,起读数为MPa 4.13;冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量,其读数为 mmHg 706。若大气压力为MPa 098.0,试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力(用MPa 表示) MPa p MPa p 0039.0;0247.021== 8.测得容器的真空度 mmHg p v 550=,大气压力MPa p b 098.0=,求容器内的绝对压力。若大气压变为 MPa p b 102.0=', 求 此 时 真 空 表 上 的 读 数 为 多 少 mmMPa ? MPa p MPa p v 8.579,0247.0='= 9.如果气压计压力为kPa 83,试完成以下计算: (1).绝对压力为11.0MPa 时的表压力; (2).真空计上的读数为kPa 70时气体的绝对压力; (3).绝对压力为kPa 50时的相应真空度(kPa ); (4).表压力为MPa 25.0时的绝对压力(kPa )。 (1). kPa p g 17=;

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一.是非题三.填空题(10 分) 1.两种湿空气的相对湿度相等,则吸收水蒸汽的能力也相等。() 1.理想气体多变过程中,工质放热压缩升温的多变指数的范围_________ 2.闭口系统进行一放热过程,其熵一定减少()2.蒸汽的干度定义为_________。 3.容器中气体的压力不变,则压力表的读数也绝对不会改变。()3.水蒸汽的汽化潜热在低温时较__________,在高温时较__________,在临界温度 为__________。 4.理想气体在绝热容器中作自由膨胀,则气体温度与压力的表达式为 T 2 p 2 k 1 k () 4.理想气体的多变比热公式为_________ 5.采用Z级冷却的压气机,其最佳压力比公式为_________ 四、名词解释(每题 2 分,共8 分) T 1 p 1 1.卡诺定理: 5.对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析,其结果与所取系统的形式无关。() 6.工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程,则工质熵的变化是一样的。 () 7.对于过热水蒸气,干度x 1() 8.对于渐缩喷管,若气流的初参数一定,那么随着背压的降低,流量将增大,但最 多增大到临界流量。() 9.膨胀功、流动功和技术功都是与过程的路径有关的过程量() 10.已知露点温度t d 、含湿量 d 即能确定湿空气的状态。() 二.选择题(10 分) 1.如果热机从热源吸热100kJ,对外作功100kJ,则()。 (A)违反热力学第一定律;(B)违反热力学第二定律; (C)不违反第一、第二定律;(D)A 和B。 2.压力为10bar 的气体通过渐缩喷管流入1bar 的环境中,现将喷管尾部截去一小段,其流速、流量变化为()。 A 流速减小,流量不变(B)流速不变,流量增加 C流速不变,流量不变(D)流速减小,流量增大 3.系统在可逆过程中与外界传递的热量,其数值大小取决于()。 (A)系统的初、终态;(B)系统所经历的过程; (C)(A)和(B);(D)系统的熵变。 4.不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后,其结果只能是()。 (A)全部水变成水蒸汽(B)部分水变成水蒸汽2..理想气体 3.水蒸气的汽化潜热 5.含湿量 五简答题(8 分) t t wet 、温度,试用H d —图定性的 d 1.证明绝热过程方程式 2.已知房间内湿空气的 确定湿空气状态。 六.计算题(共54 分) 1.质量为2kg 的某理想气体,在可逆多变过程中,压力从0.5MPa 降至0.1MPa,温度从162℃降至27℃,作出膨胀功267kJ,从外界吸收热量66.8kJ。试求该理想气体的定值比热容c p 和c V p v 图和T s 图上 [kJ/(kg·K)],并将此多变过程表示在 (图上先画出 4 个基本热力过程线)。(14 分) 2.某蒸汽动力循环。汽轮机进口蒸汽参数为p1=13.5bar,t1=370℃,汽轮机出口蒸汽参数为p2=0.08bar 的干饱和蒸汽,设环境温度t0=20℃,试求:汽轮机的实际功量、 理想功量、相对内效率(15 分) 3.压气机产生压力为6bar,流量为20kg/s 的压缩空气,已知压气机进口状态 p =1bar,t1 =20℃,如为不可逆绝热压缩,实际消耗功是理论轴功的 1.15 倍,求1 c 压气机出口温度t2 及实际消耗功率P。(已知:空气 p =1.004kJ/(kgK),气体常数R=0.287kJ/(kgK))。(15 分)

最新工程热力学课后作业答案第五版

工程热力学课后作业答案第五版

2-2.已知2N 的M =28,求(1)2N 的气体常数;(2)标准状态下2N 的比容和密度;(3) MPa p 1.0=,500=t ℃时的摩尔容积Mv 。 解:(1)2N 的气体常数 28 8314 0= = M R R =296.9)/(K kg J ? (2)标准状态下2N 的比容和密度 101325 2739.296?== p RT v =0.8kg m /3 v 1= ρ=1.253/m kg (3) MPa p 1.0=,500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv = p T R 0=64.27kmol m /3 2-3.把CO 2压送到容积3m 3的储气罐里,起始表压力 301=g p kPa ,终了表压力3.02=g p Mpa ,温 度由t1=45℃增加到t2=70℃。试求被压入的CO 2的质量。当地大气压B =101.325 kPa 。 解:热力系:储气罐。 应用理想气体状态方程。 压送前储气罐中CO 2的质量 1 1 11RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2 2 22RT v p m = 根据题意 容积体积不变;R =188.9 B p p g +=11 (1) B p p g +=22 (2) 27311+=t T (3) 27322+=t T (4) 压入的CO 2的质量

)1 122(21T p T p R v m m m -= -= (5) 将(1)、(2)、(3)、(4)代入(5)式得 m=12.02kg 2-5当外界为标准状态时,一鼓风机每小时可送300 m 3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 m 3,问鼓风机送风量的质量改变多少? 解:同上题 1000)273 325.1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m =41.97kg 2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1MPa 的空气3 m 3,充入容积8.5 m 3的储气罐内。设开始时罐内的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 288 2875 .810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 == m m t 2 19.83min 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0.1MPa 一定量的空气压缩为0.7MPa 的空气;或者说0.7MPa 、8.5 m 3的空气在0.1MPa 下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程 const pv = 0.7MPa 、8.5 m 3的空气在0.1MPa 下占体积为 5.591 .05 .87.01221=?== P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩0.1MPa 的空气3 m 3,则要压缩59.5 m 3的空气需要的时间 == 3 5 .59τ19.83min 2-8 在一直径为400mm 的活塞上置有质量为3000kg 的物体,气缸中空气的温度为18℃,质量为2.12kg 。加热后其容积增大为原来的两倍。大气压力B =101kPa ,问:(1)气缸中空气的终温是多少?(2)终态的比容是多少?(3)初态和终态的密度各是多少?

工程热力学期末试卷及答案

一.就是非题 1.两种湿空气的相对湿度相等,则吸收水蒸汽的能力也相等。() 2.闭口系统进行一放热过程,其熵一定减少() 3.容器中气体的压力不变,则压力表的读数也绝对不会改变。() 4.理想气体在绝热容器中作自由膨胀,则气体温度与压力的表达式为 k k p p T T 11212-??? ? ??=() 5.对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析,其结果与所取系统的形式无关。() 6.工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程,则工质熵的变化就是一样的。() 7.对于过热水蒸气,干度1>x () 8.对于渐缩喷管,若气流的初参数一定,那么随着背压的降低,流量将增大,但最多增大到临界流量。() 9.膨胀功、流动功与技术功都就是与过程的路径有关的过程量() 10.已知露点温度d t 、含湿量d 即能确定湿空气的状态。() 二.选择题(10分) 1.如果热机从热源吸热100kJ,对外作功100kJ,则()。 (A)违反热力学第一定律;(B)违反热力学第二定律; (C)不违反第一、第二定律;(D)A 与B 。 2.压力为10bar 的气体通过渐缩喷管流入1bar 的环境中,现将喷管尾部截去一小段,其流速、流量变化为()。 A 流速减小,流量不变(B)流速不变,流量增加 C 流速不变,流量不变(D)流速减小,流量增大 3.系统在可逆过程中与外界传递的热量,其数值大小取决于()。 (A)系统的初、终态;(B)系统所经历的过程; (C)(A)与(B);(D)系统的熵变。 4.不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后,其结果只能就是()。 (A)全部水变成水蒸汽(B)部分水变成水蒸汽 (C)部分或全部水变成水蒸汽(D)不能确定 5.()过程就是可逆过程。 (A)、可以从终态回复到初态的(B)、没有摩擦的 (C)、没有摩擦的准静态过程(D)、没有温差的 三.填空题(10分) 1.理想气体多变过程中,工质放热压缩升温的多变指数的范围_________ 2.蒸汽的干度定义为_________。 3.水蒸汽的汽化潜热在低温时较__________,在高温时较__________,在临界温度为__________。 4.理想气体的多变比热公式为_________ 5.采用Z 级冷却的压气机,其最佳压力比公式为_________ 四、名词解释(每题2分,共8分) 1.卡诺定理: 2..理想气体 3.水蒸气的汽化潜热 5.含湿量 五简答题(8分) 1、证明绝热过程方程式 2、已知房间内湿空气的d t 、wet t 温度,试用H —d 图定性的确定湿空气状态。 六.计算题(共54分) 1.质量为2kg 的某理想气体,在可逆多变过程中,压力从0、5MPa 降至0、1MPa,温度从162℃降至27℃,作出膨胀功267kJ,从外界吸收热量66、8kJ 。试求该理想气体的定 值比热容p c 与V c [kJ/(kg ·K)],并将此多变过程表示在v p -图与s T -图上(图上 先画出4个基本热力过程线)。(14分) 2.某蒸汽动力循环。汽轮机进口蒸汽参数为p1=13、5bar,t1=370℃,汽轮机出口蒸汽参数为p2=0、08bar 的干饱与蒸汽,设环境温度t0=20℃,试求:汽轮机的实际功量、理想功量、相对内效率(15分) 3.压气机产生压力为6bar,流量为20kg/s 的压缩空气,已知压气机进口状态1p =1bar,1t =20℃,如为不可逆绝热压缩,实际消耗功就是理论轴功的1、 15倍,求压气 机出口温度2t 及实际消耗功率P 。(已知:空气p c =1、004kJ/(kgK),气体常数R=0、287kJ/(kgK))。(15分) 4.一卡诺循环,已知两热源的温度t1=527℃、T2=27℃,循环吸热量Q1=2500KJ,试求:(A)循环的作功量。(B)排放给冷源的热量及冷源熵的增加。(10分) 一.就是非题(10分) 1、× 2、× 3、× 4、√ 5、√ 6、× 7、× 8、√ 9、×10、× 二.选择题(10分) 1、B 2、A3、A4、A5、C 三.填空题(10分)

工程热力学课后答案

《工程热力学》沈维道主编第四版课后思想题答案(1?5章)第1章基本概念 1.闭口系与外界无物质交换,系统内质量将保持恒定,那么,系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答:否。当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时(如稳态稳流系统),系统内的质量将保持恒定不变。 2.有人认为,开口系统中系统与外界有物质交换,而物质又与能量不可分割,所以开口系不可能是绝热系。这种观点对不对,为什么? 答:不对。"绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量,是过程量,过程一旦结束就无所谓“热量”。物质并不“拥有”热量。一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。 3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系,平衡状态与均匀状态有何区别和联系? 答:“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化,这是它们的共同点;但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变;而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变,这是它们的区别所在。 4.倘使容器中气体的压力没有改变,试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗?在绝对压力计算公式 P 二P b P e (P P b) ;P = P b - P v (P :: P b) 中,当地大气压是否必定是环境大气压? 答:可能会的。因为压力表上的读数为表压力,是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力,譬如大气压力,是地面以上空气柱的重量所造成的,它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化,因此,即使工质的绝对压力不变,表压力和真空度仍有可能变化。 “当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说,计算式中的Pb应是“当地环境介质”的压力,而不是随便任何其它 意义上的“大气压力",或被视为不变的“环境大气压力”。 5.温度计测温的基本原理是什么? 答:温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”,这一性质就是“温度”的概念。 6.经验温标的缺点是什么?为什么? 答:由选定的任意一种测温物质的某种物理性质,采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。由于经验温标依赖于测温物质的性质,当选用不同测温物质制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时,除选定的基准点外,在其它温度上,不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值(尽管差值可能是微小的),因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点。 7.促使系统状态变化的原因是什么?举例说明答:分两种不同情况:⑴若系统原本不处于平衡状态,系统内各部分间存在着不平衡势差,则在不平衡势差的作用下,各个部分发生相互作用, 系统的状态将发生变化。例如,将一块烧热了的铁扔进一盆水中,对于水和该铁块构成的系统说来,由于水和铁块之间存在着温度差别,起初系统处于热不平衡的状态。这种情况下,无需外界给予系统任何作用,系统也会因铁块对水放出热量而发生状态变化:铁块的温度逐渐降低,水的温度逐渐升高,最终系统从热不平衡的状态过渡到一种新的热平衡状态;⑵若系统原处于平衡状态,则只有在外界的作用下(作功或传热)系统的状态才会发生变。 &图1-16a、b所示容器为刚性容器:⑴将容器分成两部分。一部分装气体, 一部分抽 成真空,中间是隔板。若突然抽去隔板,气体(系统)是否作功?⑵设真空部分装 有许多隔板,每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再抽去一块, 问气体係统)是否作功? 图1-16 .吾苦翹E附團 ⑶上述两种情况从初态变化到终态,其过程是否都可在P-V图上表示? 答:⑴;受刚性容器的约束,气体与外界间无任何力的作用,气体(系统)不对外界作功; ⑵b情况下系统也与外界无力的作用,因此系统不对外界作功;

工程热力学答案

工程热力学答案 一、填空题 第一章 1.功和热量都是与过程有关的量。 2.热量的负值代表工质向外放热。 3.功的正值代表工质膨胀对外作功。 4.循环中各个过程功的代数和等于循环净功。 5.循环中作功与耗功的绝对值之差等于循环净功。 6、热效率ηt定义为循环净功与消耗热量的比值。 7.如果工质的某一热力学量的变化量与过程路径无关,而只与过程的初态和终态有关,则 该热力学量必是一个状态参数。 8.如果可使工质沿某一过程相同的途径逆行回复到原态,并且与之相关的外界也回复到原态、不留下任何变化,则该过程为可逆过程。 9.不存在任何能量的不可逆损耗的准平衡过程是可逆过程。 10.可逆过程是指工质能经原过程路径逆向进行恢复到初态,并在外界不留下任何改变的过程。 11.平衡过程是整个过程中始终保持热和力的平衡的过程。 12.热力系统的平衡状态是指在不受外界影响的条件下,系统的状态能够始终保持不变。 13.系统处于平衡态通常是指同时具备了热和力的平衡。 14.被人为分割出来作为热力学分析对象的有限物质系统叫做热力系统。 15.热力系统中称与外界有质量交换为开口系统。 16.热力系统中称与外界无热交换为绝热系统。 17.热力系统中称既无能量交换又无质量交换为孤立系统。 18.热力系统中称仅与外界有能量交换而无质量交换为闭口系统。 19.大气压力为Pb,真空度为Pv,系统绝对压力P应该是P= Pb-Pv 。 20.大气压力为P b,表压力为P g则系统的绝对压力P= 、P=P b+P g。 21.在大气压力为1bar的实验室里测量空气的压力时,若真空表的读数为30000Pa,则空气的绝对压力为 7×104Pa 。 22.制冷系数ε定义为在逆向循环中,低温热源放出的热量与循环消耗的净功之比。23.供暖系数ε'定义为在逆向循环中,高温热源得到的热量与循环消耗的净功之比。 24.循环的净功等于循环的净热量。 25.热动力循环是将热能转化为机械能的循环。

工程热力学思考题答案,第三章

理想气体的性质 1.怎样正确看待理想气体”这个概念?在进行实际计算是如何决定是否可采用理想气体的一些公式? 答:理想气体:分子为不占体积的弹性质点,除碰撞外分子间无作用力。理想气体是实际气体在低压咼温时的抽象,是一种实际并不存在的假想气体。判断所使用气体是否为理想气体(1)依据气体所处的状态(如:气体的密度是否足够小)估计作为理想气体处理时可能引起的误差;(2)应考虑计算所要求的精度。若为理想气体则可使用理想气体的公式。 2.气体的摩尔体积是否因气体的种类而异?是否因所处状态不同而 异?任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是0.022414m3/mol? 答:气体的摩尔体积在同温同压下的情况下不会因气体的种类而异; 但因所处状态不同而变化。只有在标准状态下摩尔体积为0.022414m 3/mol 3?摩尔气体常数R值是否随气体的种类不同或状态不同而异? 答:摩尔气体常数不因气体的种类及状态的不同而变化。 4?如果某种工质的状态方程式为pv二R g T,那么这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗? 答:一种气体满足理想气体状态方程则为理想气体,那么其比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数。 C 5.对于一种确定的理想气体,(C p C v)是否等于定值?」是否为定 C v 值?在不同温度下(C P C v)、C P是否总是同一定值? C 答:对于确定的理想气体在同一温度下(C p C v)为定值,—p为定值。 C v C 在不同温度下(C p C v)为定值,—p不是定值。 C v 6.麦耶公式C p C v R g是否适用于理想气体混合物?是否适用于实际 气体?

(完整版)工程热力学习题集附答案

工程热力学习题集 一、填空题 1.能源按使用程度和技术可分为 能源和 能源。 2.孤立系是与外界无任何 和 交换的热力系。 3.单位质量的广延量参数具有 参数的性质,称为比参数。 4.测得容器的真空度48V p KPa =,大气压力MPa p b 102.0=,则容器内的绝对压力为 。 5.只有 过程且过程中无任何 效应的过程是可逆过程。 6.饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域,位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态:未饱和水 饱和水 湿蒸气、 和 。 7.在湿空气温度一定条件下,露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 、水蒸气含量越 ,湿空气越潮湿。(填高、低和多、少) 8.克劳修斯积分 /Q T δ?? 为可逆循环。 9.熵流是由 引起的。 10.多原子理想气体的定值比热容V c = 。 11.能源按其有无加工、转换可分为 能源和 能源。 12.绝热系是与外界无 交换的热力系。 13.状态公理指出,对于简单可压缩系,只要给定 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14.测得容器的表压力75g p KPa =,大气压力MPa p b 098.0=,则容器内的绝对压力为 。 15.如果系统完成某一热力过程后,再沿原来路径逆向进行时,能使 都返回原来状态而不留下任何变化,则这一过程称为可逆过程。 16.卡诺循环是由两个 和两个 过程所构成。 17.相对湿度越 ,湿空气越干燥,吸收水分的能力越 。(填大、小) 18.克劳修斯积分 /Q T δ?? 为不可逆循环。 19.熵产是由 引起的。 20.双原子理想气体的定值比热容p c = 。 21、基本热力学状态参数有:( )、( )、( )。 22、理想气体的热力学能是温度的( )函数。 23、热力平衡的充要条件是:( )。 24、不可逆绝热过程中,由于不可逆因素导致的熵增量,叫做( )。 25、卡诺循环由( )热力学过程组成。 26、熵增原理指出了热力过程进行的( )、( )、( )。 31.当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时,该热力系为_______。 32.在国际单位制中温度的单位是_______。

工程热力学,课后习题答案

工程热力学(第五版)习题答案 工程热力学(第五版)廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社 第二章 气体的热力性质 2-2.已知2N 的M =28,求(1)2N 的气体常数;(2)标准状 态下2N 的比容和密度;(3)MPa p 1.0=,500=t ℃时的摩尔容积Mv 。 解:(1)2N 的气体常数 2883140==M R R =296.9)/(K kg J ? (2)标准状态下2N 的比容和密度 1013252739.296?==p RT v =0.8kg m /3 v 1 =ρ=1.253/m kg (3)MPa p 1.0=,500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv =p T R 0=64.27kmol m /3 2-3.把CO2压送到容积3m3的储气罐里,起始表压力 301=g p kPa ,终了表压力3.02=g p Mpa ,温度由t1=45℃增加到t2=70℃。试求被压入的CO2的质量。当地大气压B =101.325 kPa 。 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

11 11RT v p m = 压送后储气罐中CO2的质量 22 22RT v p m = 根据题意 容积体积不变;R =188.9 B p p g +=11 (1) B p p g +=22 (2) 27311+=t T (3) 27322+=t T (4) 压入的CO2的质量 )1122(21T p T p R v m m m -=-= (5) 将(1)、(2)、(3)、(4)代入(5)式得 m=12.02kg 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 1000)273325.1013003.99(287300)1122(21?-=-=-=T p T p R v m m m =41.97kg

工程热力学课后题答案

习题及部分解答 第一篇 工程热力学 第一章 基本概念 1. 指出下列各物理量中哪些是状态量,哪些是过程量: 答:压力,温度,位能,热能,热量,功量,密度。 2. 指出下列物理量中哪些是强度量:答:体积,速度,比体积,位能,热能,热量,功量,密度。 3. 用水银差压计测量容器中气体的压力,为防止有毒的水银蒸汽产生,在水银柱上加一段水。若水柱高 mm 200,水银柱高mm 800,如图2-26所示。已知大气压力为mm 735Hg ,试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ?解:根据压力单位换算 kPa p p p p kPa Pa p kPa p Hg O H b Hg O H 6.206)6.106961.1(0.98)(6.10610006.132.133800.96.110961.180665.92002253=++=++==?=?==?=?= 4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量,如图2-27所示。若已知斜管倾角 30=α,压力计中 使用3/8.0cm g =ρ 的煤油,斜管液体长度mm L 200=,当地大气压力MPa p b 1.0=,求烟 气的绝对压力(用MPa 表示)解: MPa Pa g L p 6108.7848.7845.081.98.0200sin -?==???==αρ MPa p p p v b 0992.0108.7841.06=?-=-=- 5.一容器被刚性壁分成两部分,并在各部装有测压表计,如图2-28所示,其中C 为压力表,读数为 kPa 110,B 为真空表,读数为kPa 45。若当地大气压 kPa p b 97=,求压力表A 的读数(用kPa 表示) kPa p gA 155= 6. 试述按下列三种方式去系统时,系统与外界见换的能量形式是什么。 (1).取水为系统; (2).取电阻丝、容器和水为系统; (3).取图中虚线内空间为系统。 答案略。 7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量,起读数为MPa 4.13;冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量, 其读数为mmHg 706 。若大气压力为MPa 098.0,试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力(用MPa 表示) M P a p M P a p 0039.0;0247.021== 8.测得容器的真空度 mmHg p v 550=,大气压力MPa p b 098.0=,求容器内的绝对压力。若大气

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