热工基础1-3章部分习题答案及附加例题

1.5题略mlhmmmlmkgcmg1.05.02.030sin2.0200/800/8.033已知：烟气的真空度为：Pahgpv8.78430sin2.081.9800∵1mmH2O=9.80665Pa∴1Pa=0.10197mmH2OOmmHPapv2027.808.784烟气的绝对压力为：kPaPapppvb540.98388.985408.7843224.1337452.2填空缺数据（兰色）：过程Q/kJW/kJ△U/kJ1-21390013902-30395-3953-4-10000-10004-10-552.9题略已知：D1=0.4m，p1=150kPa，且气球内压力正比于气球直径，即p=kD，太阳辐射加热后D2=0.45m求：过程中气体对外作功量解：由D1=0.4m，p1=150kPa，可求得：k=375kPa/mkJDDkdDkDWdDkDDdkDpdVdWDD27.2)(822)6(414233321答：过程中气体对外作功量为2.27kJ3.6题略解：由题意：△U=0→T2=T1=600K由理想气体气体状态方程，有：PappTVpTVpTVp512112222111100.2313△U=△H=03.7题略解：（1）混合后的质量分数：ωCO2=5.6%，ωO2=16.32%，ωH2O=2%，ωN2=76.08%（2）折合摩尔质量：Meq=28.856kg/kmol（3）折合气体常数：Req=288.124J/（kg·K）（4）体积分数：φCO2=3.67%，φO2=14.72%，φH2O=3.21%，φN2=78.42%（5）各组分气体分压力：pCO2=0.01101MPa，pO2=0.04416MPa，pH2O=0.00963MPa，pN2=0.2353MPa下面是附加的一些例题，供参考：一、试求在定压过程中加给理想气体的热量中有多少用来作功？有多少用来改变工质的热力学能（比热容取定值）？解：∵定压过程总加热量为：q=cp△T其中用来改变热力学能的部分为：△u=cv△T而cp=cv+RgKJKkJppmRVVmRsmSgg/1426.1/101426.13ln208.0005.0lnln31212∴定压过程用来作功的部分为：w=Rg△T二、2kg某种理想气体按可逆多变过程膨胀到原有体积的3倍，稳定地从300℃降低到60℃，膨胀过程中作功418.68kJ，吸热83.736kJ，求：（1）过程的多变指数；（2）气体的cp和cV。解：（1）过程的多变指数：由理想气体状态方程：TmRpVg因质量不变，所以162.513333573122121212211VTVTppTTVpVp由多变过程的过程方程：nnvpvp2211质量不变，可推得：nnVpVp2211两边取对数2211lnlnlnlnVnpVnp494.131ln162.51lnlnlnlnlnlnln21122112VVppVVppn（2）气体的cp和cv：由闭口系能量方程：kJWQU944.33468.418736.83)/(6978.0)573333(296.334)()(1212KkgkJTTmUcTTmcUvv又wnwt∴kJWQHt772.54168.418494.1736.83)/(1287.1)573333(2772.541)()(1212KkgkJTTmHcTTmcHpp三、容积为V=0.6m3的压缩空气瓶内装有压力p1=10MPa，温度T1=300K的压缩空气，打开瓶上阀门用以启动柴油机。假定留在瓶内的空气进行的是可逆绝热膨胀（定熵过程，不发生热传导，但不是温度不变，所以不是热力学能不变的过程）。设空气的定压比热容为cp=1.005kJ/(kg·K)，Rg=0.287kJ/(kg·K)，问：（1）瓶中压力降低到p2=0.7MPa时，用去了多少千克空气？（2）过了一段时间后，瓶中空气吸热，温度又恢复到300K，此时瓶中空气的压力为多大？解：（1）p2时用去了多少千克空气由定熵过程的过程方程：kkvpvp2211（反复用到的2个公式）和理想气体状态方程：TmRpVg，这里m是剩下气体的质量K=Cp/CV=Cp/Cp-Rg(迈耶公式)可推得：KppTTkk3296.140107.03004.14.011212kgmmmkgTRVpmkgTRVpmgg3.594.103296.1402876.0107.07.693002876.01010216222261111（2）T又恢复到300K时，p3=？MPaVTRmpg4924.16.03002874.101123四、将500kg温度为20℃的水在p1=0.1Mpa的压力下用电加热器定压加热到90℃，大气环境温度为20℃，水的比热取4.187kJ/(kg·K)，若不计散热损失，求此加热过程消耗的电力及做功能力损失。解：取500kg水和电加热器作为孤立系统，水温升高所需的热量：kJ146545)2090(187.4500tmcQ水温升高所需的热量=消耗的电力，所以消耗的电力为146545kJ.该加热过程将高品质的电能变为热能，能量品质降低。孤立系统的熵增为KkJTTmcSSOHiso/49.448293363ln187.4500ln122（电加热器熵增为0）火用损失为：kJ13140849.4482930isoSTI五、设大气压力为0.1MPa，温度为30℃，相对湿度φ=0.6，试利用水蒸汽性质表计算求得湿空气的露点温度、绝对湿度、比湿度及干空气和水蒸汽的分压力。解：由t=30℃查附表1-a得：ps=4.2451kPa∵φ=pv／ps＝0.6∴pv=φ.ps＝0.6×4.2451=2.54706kPa再利用附表1-b查pv对应的饱和温度，（线性插值）得露点温度：1366.21)002.000254706.0(002.0003.05403.171142.245403.17dt℃绝对湿度：33,/18/018198.0303185.831454706.21mgmkgTRpvvgvvv比湿度：01626.054706.210054706.2622.0622.0vvppppa=p－pv=100－2.54706=97.45294kPa六、设干湿球温度计的读数为t=30℃，tw=25℃，大气压力pb=0.1MPa，试用ω—t图确定空气的h、ω、φ、td各参数，然后查表计算求得pv、ρ。解：由t=30℃、tw=25℃在ω-t图上找到所求湿空气状态点，然后读出该状态对应的h、d、φ、td：h≈76kJ/kg（a）d=ω≈0.018kg/kg（a）φ≈66.5%td=23℃计算得：pv≈φ.ps＝0.665×0.0042451=0.002823MPa=2.823kPa（ps查附表1-a）33,/17.20/02016951.0303185.8314823.2mgmkgTRpVmvgvvv七、某实验室每分钟需要压力为6MPa的压缩空气20标准立方米，现采用两级压缩、级间将空气冷却到初温的机组进行生产，若进气压力p1=0.1MPa，温度t1=20℃，压缩过程的多变指数n=1.25。求：（1）压缩终了的空气温度；（2）压气机的耗功率；（3）若改用单级压缩，压缩过程的多变指数仍为n=1.25，再求压缩终了的空气温度和压气机的耗功率。解：（1）压缩终了空气的温度：最佳压力比：KTTTppnn2.441746.7293)(746.71.0625.1125.1113213（2）压气机耗功率Pc：需要的20标准立方米（标准状态：p0=101.325kPa，t0=0℃）空气流量为：)(1222)/(431.0min)/(86.252732872010325.10112,,300TTRnnmwmPPskgkgTRVpmgiciccgkW32.183)2932.441(287.0125.125.1431.02（3）改用单级压缩时KppTTnn5.6641.0629325.1125.111312耗功率：kWTTRnnmwmPgicc77.229)2935.664(287.0125.125.1431.0)(112,