热工基础第2章作业答案

第2章作业答案

2.1 解：一闭口系从状态1沿1-2-3途径到状态3，传递给外界的热量为47.5kJ ，而系统对外作功为30kJ ，如图所示。(1)若沿1-4-3途径变化时，系统对外作功15kJ ，求过程中系统与外界的传热量；(2)若系统从状态3沿图示曲线途径到达状态1，外界对系统作功6kJ ，求该过程中系统与外界传递的热量。

解：（1）闭中系统能量方程

W E Q +∆=

沿1-2-3途径到状态3，则KJ Q 5.47-=，KJ W 30=

则，KJ W Q E 5.77305.47-=--=-=∆

沿1-4-3途径变化，KJ W 15=，而E ∆与1-2-3途径方向相同，则KJ E 5.77-=∆ KJ W E Q 5.62155.77-=+-=+∆=∴

(2) 系统从状态3沿图示曲线途径到达状态1，KJ W 6-=，而E ∆与1-2-3途径方向相反，则KJ E 5.77=∆

KJ W E Q 5.7165.77=-=+∆=∴

2.12某气缸内充以空气，气缸截面积A=100cm 2 ，活塞距地面高度H=10cm ，活塞及其上重物的总质量G 1 =195kg ，当地的大气压力p b =102kPa ，环境温度t 0 =27℃，当气缸内的气体与外界处于热平衡时，把活塞重物拿去100kg ，活塞将会突然上升，最后重新达到热力平衡。假定活塞和气缸壁之间无摩擦，气体可以通过汽缸壁与外界充分换热，空气视为理想气体，其状态方程为PV=mRT(R 是气体常数)，试求活塞上升的距离和气体的换热量。

解：由于活塞和气缸壁之间无摩擦，汽缸壁与外界充分换热，则重新

达到热力平衡时，系统内外压力和温度相等。

(1)确定空气的初始状态参数

Pa A G p p b 5451110931.210

1008.91951002.1⨯=⨯⨯+⨯=+=- 332411*********m AL V ---=⨯⨯⨯==

热力平衡时，系统内外压力和温度相等，故取气体初温等于环境温度，即K T 300272731=+=

(2)确定拿去重物后，空气的终止状态参数

Pa A G p p b 5452210951.110

1008.9951002.1⨯=⨯⨯+⨯=+=- K T 300272732=+=

由理想气体状态方程和初终态温度相等坷得：

333211210502.1951

.1931.210m p p V V --⨯=⨯==

则活塞上升距离：()cm m A V V L 02.50502.010

100101502.11343

12==⨯⨯-=-=∆-- 由闭口系能量方程W U Q +∆=

由于21T T =，则0=∆U (理想气体的热力学仅取决于温度)，

J L A p W Q 999.970502.010********.1452=⨯⨯⨯⨯=∆==∴-

2.14某蒸汽动力厂的锅炉以的质量流量向汽轮机供蒸汽，汽轮机进口处的表压力为，比焓为；出口处真空表的读数为，比焓为；汽轮机向环境的散热量为，当地大气压力为。求：① 进出口蒸汽的绝对压力；② 不计进出口动、位能差时汽轮机的功率；③ 若进出口蒸汽的速度差为时对汽轮机的功率影响有多大？④ 若汽轮机进出口的高度差为时，对汽轮机的功率影响又有多大？

解： （1）进口蒸汽的绝对压力：Pa mmHg p b 510013.13.133760760⨯=⨯== MPa Pa p p p b g 0013.9100013.910013.1109.8656=⨯=⨯+⨯=+＝进

出口蒸汽的绝对压力：

()Pa p p p v b 39193.1336.730760=⨯-=-＝出

（2）将汽缸轮机取为稳流系

s w z g c h q +∆+∆+∆22

1＝ 2c ∆＝0；z ∆＝0,则

s w h q +∆＝转换成单位时间的能量方程P H H Q +-12＝

h KJ Q /108.65⨯-＝

h KJ h q H m /10992.8224810407311⨯=⨯⨯=⋅=

h KJ h q H m /103764.1344110408322⨯=⨯⨯=⋅=

()KW h KJ H H Q P 7.13066/1039.470512=⨯=--＝

（3）选取整个汽轮机为稳流系，则

s w z g c h q +∆+∆+∆22

1＝ 其中c ∆＝70m/s ；z ∆＝0, 则

22

1c h q w s ∆-∆-=

KW q c P P m 222.272

12=∆-='⇒ %208.0='-P

P P (4) 选取整个汽轮机为稳流系，则

s w z g c h q +∆+∆+∆22

1＝ 其中c ∆＝0；z ∆＝1.6, 则

22

1c h q w s ∆-∆-= KW zq g P P m 1742.0=∆-='⇒ 0≈'-P

P P