工程热力学例题Word文档格式.docx

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热量来源于人体散热；

内能的增加等于人体散热，

（2）热力系：

礼堂中的空气和人。

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.空气在某压气机中被压缩。

压缩前空气的参数是p1=0.1MPa，v1=0.845m³

/kg；

压缩后的参数是p2=0.8MPa，v2=0.175m³

/kg。

假定空气压缩过程中，1kg空气的热力学能增加146KJ，同时向外放出热量50KJ，压气机每分钟产生压缩空气10kg。

求：

（1）压缩过程中对每公斤气体所做的功；

（2）每生产1kg的压缩空气所需的功；

（3）带动此压气机至少需要多大功率的电动机？

分析：

要正确求出压缩过程的功和生产压缩气体的功，必须依赖于热力系统的正确选取，及对功的类型的正确判断。

压气机的工作过程包括进气、压缩和排气3个过程。

在压缩过程中，进、排气阀门均关闭，因此此时的热力系统式闭口系统，与外界交换的功是体积变化功w。

要生产压缩气体，则进、排气阀要周期性地打开和关闭，气体进出气缸，因此气体与外界交换的功为轴功ws。

又考虑到气体动、位能的变化不大，可忽略，则此功也是技术功wt。

（1）解：

压缩过程所做的功，由上述分析可知，在压缩过程中，进、排气阀均关闭，因此取气缸中的气体为热力系统，如图（a）所示。

由闭口系统能量方程得：

（2）生产压缩空气所需的功，选气体的进出口、气缸内壁及活塞左端面所围空间为热力系统，如（b）图虚线所示，由开口系统能量方程得：

（3）电动机的功率:

4.某燃气轮机装置如图所示，已知压气机进口处空气的比焓h1=290kJ/kg。

经压缩后空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在截面2处空气和燃料的混合物以cf2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，使工质吸入热量q=670kJ/kg。

燃烧后燃气进入喷管绝热膨胀到状态3`，h3`=800kJ/kg，流速增加到cf3`，此燃气进入动叶片，推动转轮回转作功。

若燃气在动叶片中的热力状态不变，最后离开燃气轮机的速度cf4=100m/s，若空气流量为100kg/s，求：

（1）压气机消耗的功率为多少？

（2）若燃气的发热值qB=43960kJ/kg，燃料的耗量为多少？

（3）燃气喷管出口处的流速是多少？

（4）燃气轮机的功率为多少？

（5）燃气轮机装置的总功率为多少？

解

（1）压气机消耗的功率，取压气机开口系统为热力系。

假定压缩过程是绝热的，忽略宏观动、位能差的影响。

由稳定流动能量方程：

得：

由此可见压缩机消耗的轴功增加了气体的焓值。

压气机消耗的功率：

（2）燃料的耗量：

（3）燃料在喷管出口处的流速cf3、，取截面2至截面3`的空间作为热力系，工质做稳定流动，若忽略重力位能差值，则能量方程为：

因ws=0，故：

5．1kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ，其容积增大为v2=10v1，压力降低为p2=p1/8，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。

热力系是1kg空气，过程特征：

多变过程

因为：

内能变化为：

膨胀功：

w=q-△u=32×

10^3J轴功：

ws=nw=28.8×

10^3J

焓变：

△h=cp△T=k△u=1.4×

8=11.2×

熵变：

△s==0.82×

10^3J/（kg·

K）

6.某可逆机同时与温度为T1=420K、T2=630K、T3=840K的三个热源连接，如下图所示。

假定在一个循环中从T3热源吸取1260KJ的热量，对外做功210KJ。

热机与其它两个热源交换的热量大小及方向和各热源熵变？

设Q1、Q2方向如图所示，由热机循环工作,可知：

即

又由热力学第一定律可知：

联立方程得：

由熵的定义可知各热源的熵变为：

7.某人声称可以在TH=385K、T=350、TL=297.5K3个热源（恒温）之间设计一整套理想的热力设备，如图所示。

该设备可将T热源中100KJ热量的50%传给TH高温热源，其余50%放给TL低温热源，试判断该方案能否实现？

如能实现，计算传给TH高温热源的极限值？

由三热源及热机，热泵组成的孤立系统的总熵增：

由于该装置满足能量守恒定律和孤立系统熵增原理，故可能实现。

若热机和热泵可逆，则传给TH热源的热量为Qmax，则有：

故极限情况下，传给TH热源的热量为66KJ。

7.V=1m3的容器有N2，温度为20℃，压力表读数1000mmHg，pb=1atm，求N2质量。

8.压缩空气的质量流量与体积流量

某台压缩机输出的压缩空气，其表压力为pe=0.22MPa，温度t=156℃，这时压缩空气为每小时流出3200m3。

设当地大气压pb=765mmHg，求压缩空气的质量流量qm（kg/h），以及标准状态体积流量qv0（m3/h）。

压缩机出口处空气的温度:

T=156+273=429K

绝对压力为：

该状态下体积流量qv=3200m3/h。

将上述各值代入以流率形式表达的理想气体状态方程式。

得出摩尔流量qn（mol/h）

9.已知某理想气体的比定容热容cv＝a+bT，其中a、b为常数．试导出其热力学能、焓和熵的计算式?

10.一容积为0.15m³

的储气罐。

内装氧气，其初态压力P1=0.55MPa、温度t1=38℃。

若对氧气加热，其温度、压力都升高。

储气罐上装有压力控制阀，当压力超过0.7MP时．阀门便自动打开，放走部分氧气，储气罐中维持的最大压力为0.7MP。

问当罐中氧气温度为285℃时，对罐内氧气共加入了多少热量?

设氧气的比热容为定值。

分析，题中隐含两个过程，一是由P1=0.55MPa、温度t1=38℃被定容加热到P2=0.7MPa；

二是由P2=0.7MPa，被定压加热到P3=0.7MPa、温度t3=285℃，如下图所示：

由于P<

P2=0.7MPa时，阀门不会打开，因而储气罐的气体质量不变，又储气罐的容积V不变，则比体积v=V/m为定值。

当P>

P2=0.7MPa后，阀门开启，氧气随着热量的加入不断跑出，以便维持罐中最大压力P2=0.7MPa不变，因而此过程又是一个质量不断变化的定压过程。

1-2定容过程，根据定容过程状态参数之间的变化规律，有

该过程吸热量为：

2-3过程定压过程，由于该过程中质量随时间在变，因此应先列出其微元变化的吸热量：

于是：

故，对罐内氧气共加入热量：

11.如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为其质量成分为gO2=23.2%，gN2=76.8%。

试求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比体积和密度。

解:

折合分子量：

气体常数：

容积成分：

标准状态下的比体积和密度：

12.利用水蒸气表判断下列各点的状态，并确定h、s、x值。

（1）P1=2Mpa，t1=300。

C

（2）P2=9Mpa，v1=0.017m³

/Kg

P1=2Mpa，ts=212.417C，可知该状态为过热蒸汽，查未饱和水和过热蒸汽表，得P1=2Mpa，t1=300。

C时，h=3021.6KJ/Kg，s=6.6101KJ/（Kg.K），干度x无意义。

（2）解：

查饱和表得P2=9Mpa时，v``＝0.0205m3/kg，v`＝0.001477m3/kg，由v`<

v<

v``可知该状态为湿蒸汽状态，其干度为：

查饱和表得P2=9Mpa时，

按湿蒸汽参数计算得：

13.如图所示，容器中盛有温度为150。

C的4kg水和0.5kg水蒸气，现对容器加热，工质所得热量Q=4000kJ。

试求容器中工质热力学能的变化和工质对外做的膨胀功（设活塞上的作用力不变，活塞与外界绝热，并与器壁无摩擦）

确定初态的干度

查饱和表得：

t1=150C时，p1=0.47571MPa，

计算得：

确定终态参数。

因过程为定压过程，则Q=m（h2-h1）于是：

2状态：

因为所以2状态处于两相区：

于是得：

工质对外做功：

或根据闭口系统能量方程：

14.有一刚性容器，用一薄板将它分隔为A、B两部分。

在A中盛有1kg、压力pA＝0.5MPa的干饱和蒸汽，B中盛有2kgpB＝1MPa，x＝0.80的湿蒸汽。

当隔板抽去后，经过一段时间容器中的压力稳定在p3＝0.7MPa。

求

（1）容器的总容积及终了时蒸汽的干度；

（2）由蒸汽传给环境的热量。

（1）容器的总容积：

pA＝0.5MPa的干饱和蒸汽参数

v``＝0.37481m3/kgh``＝2748.5kJ/kguA＝2561.1kJ/kg

A占容积：

VA=mAv``=0.37481m3

pB＝1MPa的饱和蒸汽参数:

v``＝0.1943m3/kg

v`＝0.0011274m3/kg，h``＝2777kJ/kg，h`＝762.6kJ/kg

vB=xv``+（1-x）v`=0.155m3/kg，hB＝xh``+（1-x）h`=2374kJ/kg

uB＝2219kJ/kgB占容积：

VB=mBvB=0.31m3

总容积:

V=VA+VB=0.685m3

0.7MPa的饱和蒸汽参数

v``＝0.27274m3/kg，v`＝0.0011082m3/kg

h``＝2762.9kJ/kg，h`＝697.1kJ/kg

蒸汽比容：

蒸汽干度：

（2）由蒸汽传给环境的热量

终了时的焓：

hx＝xh``+（1-x）h`=2502kJ/kg，ux＝2342.4kJ/kg

15.已知空气的t1=20C，p1=0.1013MPa

将其加热至t2=50C，后送入喷淋室，从喷淋室排出时t3=30C，

1）

2）从喷淋室每吸收1kg水分所需空气量和加热量

根据t1=20oC，p1=0.1MPa，Ψ1=0.6，

查图知d1=8.9g水蒸气/kg干空气，h1=42.8kJ/kg干空气

根据d2=d1,t2=50C，查图知h2=73.5kJ/kg干空气

根据h3=h2,t3=30C，查图知Ψ3=0.63

d3=17.0g水蒸气/kg干空气

含1kg干空气的湿空气所吸收水分

每吸收1kg水分所需干空气

每吸收1kg水分所需湿空气

每吸收1kg水分所需加热量

17.将0.1013MPa，60％，32℃的湿空气送入空调机。

在空调机中，湿空气经冷却盘管冷却和冷凝去湿后，以15℃的饱和湿空气离开。

已知32℃时，水蒸气饱和压力4.7574kPa；

15℃时，水蒸气饱和压力1.7053kPa。

求1kg干空气在空调机中除去的水分。

18.某空调系统每小时需要t2＝21℃，相对湿度为60％的湿空气若干（其中干空气质量4500kg/h）。

现将室外温度t1＝35℃，相对湿度为70％的空气经处理后达到上述要求。

求在处理过程中所除去的水分及放热量。

查图得h1=99.78kJ/kg（a）d1=25.17g/kg（a）

h2=44.76kJ/kg（a）d2=9.3g/kg（a）

处理过程除去的水分：

放热量：

19.某厂房产生余热16500kJ/h，热湿比ξ＝7000。

为保持室内温度t2＝27℃及相对湿度为40％的要求，向厂房送入湿空气的温度t1＝19℃，求每小时的送风量为多少千克及厂房的余湿量。

大气压力B＝101325Pa。

厂房的余湿：

查图得h2=49.84kJ/kg,h1=35kJ/kg，d1=6.3g/kg（a）

送干空气量：

送风量：

20.空气流经喷管作定熵流动，已知进口截面上空气参数,p1=0.7MPa,t1=947℃,c1=0m/s,qm=0.5kg/s。

试选择喷管出口处的压力分别为0.5MPa及0.12MPa时喷管的类型，并计算喷管出口截面处的流速及出口截面积。

p2=0.5MPa,pcr=βp1=0.528×

0.7=0.37MPa<

pb

选用渐缩喷管。