工程热力学全部

第1章热力学基础知识教材P15：1-1、锅炉出口过热蒸汽的压力为13.9MPa，当地大气压力为0.1MPa，求过热蒸汽的绝对压力为多少MPa？解：绝对压力P=相对压力Pg+大气压力PbP=13.9+0.1=14.0（MPa）教材P15：1-2、某凝汽器真空计读数为9.5×104Pa，气压计读数为750mmHg，求凝汽器内的绝对压力为多少Pa？解：绝对压力P=大气压力Pb-真空度Pv=750×133.3-95000=4975（Pa）第1章热力学基础知识教材P15：1-1、锅炉出口过热蒸汽的压力为13.9MPa，当地大气压力为0.1MPa，求过热蒸汽的绝对压力为多少MPa？解：绝对压力P=相对压力Pg+大气压力PbP=13.9+0.1=14.0（MPa）教材P15：1-2、某凝汽器真空计读数为9.5×104Pa，气压计读数为750mmHg，求凝汽器内的绝对压力为多少Pa？解：绝对压力P=大气压力Pb-真空度Pv=750×133.3-95000=4975（Pa）教材P15：1-3、如果气压计读数为99.3KPa，试计算：（1）表压力为0.06MPa时的绝对压力；（2）真空度为4.4KPa时的绝对压力；（3）绝对压力为65KPa时的真空度（4）绝对压力为0.3MPa时的表压力。解：（1）绝对压力P=Pb+PgPg=99300+60000=159300（Pa)Pg=159.3（KPa）（2)P=Pb-Pv=99.3-4.4（3）Pv=Pb-P=99.3-65P=98.9（KPa）Pv=34.3（KPa）（4）Pg=P-Pb=300000-99300=200700（Pa）=200.7(KPa)教材P15：1-4、锅炉烟道中的烟气常用如图所示的斜管测量。若已知斜管倾角α=30º，压力计使用ρ=0.8ɡ/cm3的煤油，斜管中液体长度为200mm，当地大气压力为0.1MPa。试求烟气绝对压力为多少MPa？解：静止流体只能承受压力作用（即静压力方向垂直向下）烟气绝对压力P=Pb-ρgLsinαP=100000-0.8×1000×9.8×0.2×0.5=99216（Pa）P=0.099216（MPa）p教材P15：1-5、一容器被刚性壁分成两部分，容器两部分中装有不同压力的气体，并在各部分装有测压表计，如图所示。其中C为压力表，读数为110KPa，B为真空表，读数为45KPa。若当地大气压力为97KPa，求压力表A的读数为多少KPa？解：因为C为压力表，说明左边容器内的绝对压力大于大气压力，故其绝对压力P左=Pb+Pc=97+110=207（KPa）；因为B为真空表，说明左边容器内的绝对压力小于右边容器内的绝对压力，故右边容器内的绝对压力P右=207+45=252（KPa）；故压力表A的读数为PA=P右-Pb=252-97=155（KPa）P左P右教材P262-1、某电厂汽轮发电机组的功率为300MW，若发电厂效率为31%，试求：（1）该电厂每昼夜要消耗标准煤多少吨？（2）每发1KWh的电要消耗多少克标准煤？（3）若发电厂效率提高了1%，每发1KWh电要节约多少克标准煤？该电厂每昼夜要节约标准煤多少吨？解：（1）由BQη=3600Pe得BQη=3600Pe31%×29270B=3600×300×103B≈119.03(t标准煤/h),每昼夜要消耗24×119.03≈2856.7(t标准煤)(2)bSQη=3600bs=3600/Qηbs=3600/31%×29270≈396.75(g标准煤/h)；(3)bS’=3600/32%×29270≈384.35(g标准煤/h)，故每发1KWh电要节约ΔbS=bS-bS’=396.75-384.35=12.43(g标准煤/h)(4)B’=3600×300×103/32%×29270≈115.31(t标准煤/h)每昼夜要节约ΔB=24×（B-B’）ΔB=24×（119.03-115.31）=89.28(t标准煤)第2章热力学第一定律教材P26习题:2-2、气体在某一过程中吸收了54kJ的热量，同时热力学能增加了94kJ，此过程是膨胀过程还是压缩过程？系统与外界交换的功是多少？解：由ΔU=Q-W得，W=Q-ΔU=54-94=-40（kJ）。因为W0，所以此过程是压缩过程，外界对系统作功40kJ。习题P26习题:2-3、某闭口系经一热力过程，放热8kJ，对外作功26kJ。为使其返回原状态，对系统加热6kJ，问需对系统做多少功？解：由ΔU=Q-W得，ΔU=（-）8-26=-34（KJ）当使其返回原状态时，ΔU=34（KJ）再由ΔU=Q-W，即34=（+）6-W2得：W2=-28（KJ），即：外界对系统做28KJ的功。解：由状态a沿途径acb变化到b时，由ΔU=Q-W=（+）80-（+）30=50（KJ）（1）如果沿途径adb变化时，ΔU不变，由ΔU=Q-W，即50=Q-（+）10，得Q=60KJ，Q大于零，故工质吸热60KJ。（2）当工质沿直线途径从b返回a时，ΔU=-50KJ，由ΔU=Q-W，即-50=Q-（-）20得：Q=-70KJ，此时工质对外放热。P26教材2-4、一闭口系中工质由状态a沿途径acb变化到b时吸入热量80kJ，并对外作功30kJ，如图所示。问：（1）如果沿途径adb变化时，工质对外作功10kJ，则工质吸热多少？（2）当工质沿直线途径从b返回a时，外界对工质作功20kJ，此时工质是吸热还是放热？量为多少？pvabdc0教材P262-5、某锅炉的进口焓值为1197.3kJ/kg，出口焓值为3394.3kJ/kg蒸发量为1025t/h。假定煤的发热量为22000kJ/kg，锅炉效率为91%。试确定该锅炉每小时的燃煤量。解：由Q=m（h2-h1）Q=1025×103(3394.3-1197.3)≈2.252×109(KJ/h)Q=(B×22000)91%B煤=112.5(t/h)P26习题2-6、某蒸汽动力装置，蒸汽流量为40t/h，汽轮机进口处压力表读数为9MPa，进口焓为3440kJ/kg，出口焓为2245kJ/kg，真空表读数为95KPa，当地大气压力为98.6KPa，试求；（1）汽轮机进、出口处绝对压力各为多少？（2）汽轮机的功率为多少？（3）若汽轮机对环境放热6.3×103kJ/h，则汽轮机的功率又为多少？（4）若进、出口处蒸汽流速分别为60m/s和140m/s时，对汽轮机的功率有多大影响？解：（1）汽轮机进口处绝对压力为：P1=Pg+Pb=9+0.0986=9.0986（MPa）出口处绝对压力为P2=P-Pv=98.6-95=3.6（KPa）（2）1Kg蒸汽在汽轮机中所作的轴功：wS=（h1-h2）=（3440-2245）=1195（kJ/kg）因WS=qm×wS,且流量qm=40×103Kg/h，所以蒸汽每小时在汽轮机中所作的轴功：WS=qm×wS=40×103×1195=4.78×107（KJ/h）功率：P=WS/t=4.78×107/3600≈13278（KW）（3）由能量平衡：qm×h1=qm×h2+3600×P+q，得功率：P=【qm（h1-h2）-q】/3600=【40×103×(3440-2245）-6.3×103】/3600=13276.03（KW）（4）（c22-c12）/2=8（kJ/kg）wS=（h2-h1）-（c22-c12）/2=1187（kJ/kg）相对误差为：（8/1187）×%=0.67%。第3章理想气体的热力性质及基本热力过程教材P48：3-1、已知室内一氧气瓶容积为40×10-3m3，，瓶内氧气的表压力为15×105Pa，室温20℃。若大气压力为0.1MPa，求瓶内所储存的氧气的质量为多少？解：已知：P=（15+1）×105Pa（绝对压力），Rg=8314/32T=273+20=293K，代入公式：KJRgTPVm085.0293)32/8314/(10401016/45教材P48：3-2、一定量的空气在标准状态的容积为3×104m3，若通过加热器把它定压加热到270℃，其容积变为多少？解：已知：V1=3×104m3，T1=273K，P1=P2，T2=273+270=543K代入P1V1/T1=P2V2/T2，求得：V2=5.97m33-3、某锅炉送风机出口压力表上的读数为5.4×103Pa，风温为30℃，风量为2.5×103m3/h，当地大气压力为0.1MPa，求送风机出口每小时送风量为多少标准立方米？解：已知:P=（5.4×103+0.1×105）,T=273+30=303K,V=2.5×103m3/h，PO=0.1MPa，TO=273K,代入PV/T=POVO/TO，求得：V0=347m3/h3-4、一容器中盛有压力为5×105Pa，温度为30℃的二氧化碳气体。容器有一个未被发现的漏洞，直至压力降为3.6×105Pa时才被发现。这时的温度为20℃。若最初的质量为25Kg，试计算到发现时漏掉的气体的质量。已知:P1=5×105Pa,T1=303K,P2=3.6×105Pa，T2=293K,m1=25Kg,V1=V2。解：由P1V1=m1RgT1得:V1=m1RgT1/P1=2.863(m3)由m2=P2V2/RgT2得:m2=18.6(Kg)。故：Δm=m1-m2=6.4(kg)。3-5、活塞式压气机将氮气压入贮气罐中，压气机每分钟吸入温度为15℃、压力为0.1MPa的气体0.2m3。贮气罐的体积为9.5m3，问经过多少时间才能把罐内的气体绝对压力提高到0.7MPa，温度为50℃？压气机开始工作时，贮气罐上各仪表为Pg=0.05MPa,t=17℃。解：氮气的气体常数Rg=R/28=8314/28≈297（J/KgK）,(1)压气机每分钟吸入贮气罐中的氮气质量：m=PV/RgT=100000×0.2/（297×288）=0.23(Kg)(2)贮气罐中原有的氮气质量：P1=0.05+0.1=0.15MPa,T1=273+17=290K,V1=9.5m3,m1=P1V1/RgT1=150000×9.5/（297×290）=16.54(Kg)(3)贮气罐中后来的氮气质量：P2=0.7MPa,T2=273+50=323KV2=9.5m3,m2=P2V2/RgT2=700000×9.5/（297×323）=69.32(Kg)(4)贮气罐中增加的氮气质量：Δm=m2-m1=52.78(Kg)(5)所需要的时间:52.78/0.23=229.5(分钟)=3.82(小时)3-6、在容积为0.3m3的封闭容器内装有氧气，其压力为300KPa，温度为15℃，问应加入多少热量可使氧气温度上升到800℃？解：（1）按定值比热容计算，用容积比热容计算。标准状态下的体积：Vo=P1V1TO/T1Po=300×103×0.3×273/1.01325×105(273+15)V0=0.85m3，定容容积比热容:Cv’=(5R/2)/22.4=0.85（KJ/标准m3·K），加入热量Q=VoCv’（T2-T1）=622（KJ）；用质量比热容计算。由m=P1V1/RgT1=1.2(Kg)，定值质量比热容Cv=(5R/2)/32=650（J/Kg·K），加入热量Q=mCv（T2-T1）=613.02（KJ）。（2）按平均比热容计算，Q=m（CV|0800×800-CV|015×15）Q=1.052×(0.756×800-0.7426×15)=624.5(KJ)3-7、某燃煤锅炉送风量Vo=15000m3/h，空气预热器把空气从20℃加热到300℃，用平均比热容求每小时需加入的热量。)20300(20030000ppCCVQ解：)(1053.5)20308.1300317.1(150006kgkJ3-8、某封闭容器的容积为3m3，内装有P1=0.25MPa，t=27℃的氧气，若定容加热这部分氧气到t2=120℃，求需要加入多少热量？（设比热容为定值）解:V0=P1V1T0/P0T1=6.83(m3),Q=V0（CV’|0120×12