热工期末试卷

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=cpΔT其中用来改变热力学能的部分为：Δu=cvΔT而cp=cv+Rg因此，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：1122nnpvpv质量不变，可得：1122nnpVpV两边取对数：2211lnlnlnlnVnpVnp得：494.131ln162.51lnlnlnlnlnlnln21122112VVppVVppn（2）气体的cp和cV：由闭口系能量方程：kJ944.33468.418736.83WQU由21()VUmcTT得：21334.960.6978kJ/(kgK)()2(333573)VUcmTT又twnw，得：kJ772.54168.418494.1736.83tWQH又21()pHmcTT21541.7721.1287kJ/(kgK)()2(333573)pHcmTT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。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）由定熵过程的过程方程：kkvpvp2211和理想气体状态方程：TmRpVg可推得：K3296.140107.03004.14.011212kkppTT根据理想气体状态方程：kg3.59kg4.103296.1402876.0107.0kg7.693002876.010102162g22261g111mmmTRVpmTRVpm（2）根据理想气体状态方程：MPa4924.16.03002874.1011g23VTRmp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kJ/K49.448293363ln187.4500ln12OHiso2TTmcSS火用损失为：kJ13140849.448293iso0STI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由φ=pv／ps＝0.6得：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：d24.114217.540317.5403(0.002547060.002)21.13660.0030.002t℃绝对湿度：33vg,vvvg/m18kg/m018198.0303185.831454706.21TRpv比湿度：01626.054706.210054706.2622.0622.0vvppp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4）33vg,vvvg/m17.20kg/m02016951.0303185.8314823.2TRpVm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）最佳压力比：3167.7460.1pp因此，压缩终了的空气温度为：11.2511.25231()2937.746441.2KnnTTT（2）需要的20标准立方米（标准状态：p0=101.325kPa，t0=0℃）空气流量为：30g0101.325102025.86(kg/min)0.431(kg/s)287273pVmRTcc,c,g21222()11.2520.4310.287(441.2293)1.251183.32kWiinPPmwmRTTn（3）改用单级压缩时：K5.6641.0629325.1125.111312nnppTT耗功率：kW77.229)2935.664(287.0125.125.1431.0)(112g,cTTRnnmwmPic