热力学作业

第一章3、现代发电机组中，用压力测量仪表在四个地方测量，读数分别为：表压25.6MPa、表压0.65MPa、表压3kPa、真空度98kPa，当时大气压力为101.3kPa，求所测四个地方的绝对压力。解答：112233440.101325.625.70130.10130.650.7513101.30.3104.4101.3983.3bgbgbgbvpppMPapppMPapppkPapppkPa=+=+==+=+==+=+==-=-=4、西方国家经常使用华氏度作为温度单位，例如测量到某人的体温为100℉，请求出对应的摄氏温度，并判断100℉的体温可能吗？。解答：55(32)(10032)37.7899tfC5、我国进口发电机组中经常会用到一些不是整数的参数，例如发电机组出口蒸汽温度设计值为538℃，请求出对应的华氏温度，并分析为什么会出现非整数的温度。解答：993253832100.455ftF6、用内充水银的U形管压力计测量压力，管内出现以下两种情况：一为水银柱中出现20mm高的空气泡，二是水银柱中混入了水，形成一个20mm高的水柱，请求出两种情况下的的压力p。解答：112211223101.313.69.8(0.150.02)1.09.80.02101.317.330.20118.83101.313.69.8(0.150.02)1.293109.80.02101.317.330.00025118.63bbppghghkPappghghkPa可见，气体柱的压力可以忽略。习题图1-6第二章3、闭口系经一过程1a2，过程中工质吸热20kJ，对外作功10kJ，现通过过程2b1或2c1回到起点，在2b1过程中工质放热15kJ，求过程2c1中工质的热力学能差以及2b1过程中工质和外界交换的功量。解答：12122112212112:2010101021:15(10)5aQUWUQWkJUUkJbQUWWQUkJ4、闭口系经历一热力过程，请完成下表各过程中的能量项：序号吸热，kJ热力学能增加，kJ对外作功，kJ13502001502200-502503200350-1504-200-150-5050-50505、某封闭系统进行如图所示的循环，12过程中系统和外界无热量交换，但热力学能减少50kJ；23过程中压力保持不变，p3=p2=100kPa，容积分别为V2=0.2m3，V3=0.02m3；31过程中保持容积不变。求：各过程中工质所作的容积功以及循环的净功量；循环中工质的热力学能变化以及工质和外界交换的热量；解答：1212121212323322131312311231122331123112311231123112:0(50)5023:()100(0.020.2)1831:01231:0501803232QUWWQUkJWpdVpVVkJWpdVU习题图2-3习题图2-56、水可视作不可压缩。现对一绝热封闭容器内的水加压，加压前水的容积为0.1m3，压力为0.2MPa，加压后压力为1.2MPa。求：（1）加压过程中外界对水所作容积功；（2）水的热力学能的变化；（3）水的焓的变化。解答：21211212121212121222211112210000()()()0(1200200)0.1100WpdVQUWUQWkJHUpVUpVUppVkJ7、水可视作不可压缩。现压力为0.2MPa的水通过一根管道进入水泵，经水泵加压至1.2MPa后排出，取体积为0.1m3的水为研究对象，设整个体系都绝热，忽略动能和位能差。求：（1）水流进水泵和流出水泵时外界付出的推动功；（2）加压过程中水的热力学能和水的焓的变化。（3）水泵所作的轴功；解答：（1）1112222000.12012000.1120ffWpVkJWpVkJ（2）跟踪流动的工质，为闭口系，状态变化与上题一致：12121212000100UQWkJHkJ（3）201001002shshcqhgzwwqhkJ8、空气在压缩机中被压缩，压缩前的参数为p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg，压缩后的参数为p2=0.8MPa，v2=0.175m3/kg，压缩过程中每kg空气的内能增加了146kJ/kg，同时向外放出热量50kJ/kg，压缩机压缩空气的量为10kg/min，忽略散热及工质的动能位能差。求：（1）压缩过程中每kg空气的压缩功（容积功）。（2）气体消耗的技术功。（3）外界需要向压缩机输入的功率（由轴功决定）。解答：（1）12121250146196/wqukJkg（2）跟踪流动的工质，为闭口系：2211()196(8000.1750.10.845)19655.5251.5/ttqhwwqhqupvpvkJkg（3）稳定流动能量方程：251.5/10(251.5)41.9260shtshshwwkJkgWmwkW负号说明外界对稳定流动的工质9、锅炉生产的2980t/h流量的过热蒸汽进入汽轮机高压缸后，经一热力过程从焓3475.5kJ/kg降至2990.0kJ/kg，求：（1）若忽略汽轮机的散热、动能和位能差，则高压缸的电功率为多少；（2）若散热为1.1×107kJ/h，，求散热造成的功率损失；（3）若汽轮机进口蒸汽的流速为50m/s，出口蒸汽流速为150m/s，求动能差造成的功率损失；（4）若汽机出口比进口低2.5m，求进出口高差对汽轮机功率的影响。解答：（1）忽略汽轮机的散热、动能和位能差212323475.52990.0485.5/298010485.5401886.13600shshshshcqhgzwwhhhkJkgWmwkW（2）散热2___7__21.1103055.636003055.60.76%401886.1shshshqshqshshqshqshqshcqhgzwwh（3）动能差222___23223__22229801015050108277.82360028277.82.06%401886.1shshshqshqshshcshqshqshcqhgzwwhc（4）位能差2___33__22980109.8(2.5)1020.3360020.30.0051%401886.1shshshqshqshshzshqshqshcqhgzwwh第三章3、两台可逆卡诺热机串联工作，A工作于700℃和t℃的热源间，B热机工作于t℃和20℃的热源间，吸收A热机排出的废热对外作功。求：（1）当两台热机的热效率相同时，热源t的温度；（2）当两台热机输出的功相等时，热源t的温度。解答：输出功相等时：KTTTTTTTTTWWTTQQTTQQWTTQQW6332111121211211122222211111＝＝效率相等时：KTTTTTTTTTTT9.533293973111,12121212211＝4、一可逆热机工作在三个热源之间，热源温度如图，若热机从热源1吸热1600kJ，并对外做功250kJ，试求另两个热源的传热量和传热方向，并用图表示。解答：Q2=-1500kJ，Q3=150kJ，说明热源2吸热，而热源3放热。5、天然气燃烧后产生的烟气温度可达2000℃，但受制于材料的性能，实际热机工作温度要低于这一烟气温度。设环境温度为20℃，试分析以下问题：（1）工作于烟气温度和环境温度下的可逆卡诺热机的效率；（2）燃气轮机材料的最高工作温度为1400℃，使用这种材料时，可逆卡诺热机可能达到的最高效率；（3）蒸汽轮机材料的最高工作温度为600℃，使用这种材料时，可逆卡诺热机可能达到的最高效率。解答：211122122313202731=10.87112000273202731=10.82491400273202731=10.6644600273TTTTTThhh+=--=++=--=++=--=+6、一台可逆卡诺热机，高温热源温度为600℃，试求下列情况下热机的效率：（1）我国大部分地区，热机以温度为20℃的空气为低温热源工作；（2）中东地区，热机工作以40℃的的空气为低温热源工作；（3）北欧地区，热机以4℃的深层海水为低温热源；解答：211122122313202731=10.6644600273402731=10.641560027342731=10.6827600273TTTTTThhh+=--=++=--=++=--=+7、某动力循环，工质在温度440℃下得到3150kJ/kg的热量，向20℃的低温热源放出1950kJ/kg的热量，如果工质没有其他热量交换，问此循环满足Clausius不等式吗？解答：满足Clausius不等式，其循环积分值为-2.237kJ/(kg.K)。8、内可逆的卡诺热机，工作于2000K和300K的热源间，工质的高温为1900K，工质的低温为400K，设每一循环中工质从高温热源吸热100kJ/kg。求：（1）该热机的效率和每一循环中的功量、废热；（2）高温热源和低温热源的熵变；（3）工质在各过程中的熵变和循环的总熵变。解答：2110112101112211211214001=10.789519001000.789578.95/10078.9521.05/1000.05/()200021.050.0702/()3000.0202/()qqqqsysqqTTwqkJkgqqwkJkgqskJkgKTqskJkgKTssskJkgKqsThh=--==´=´==-=-=--D===-×D===×D=D+D=×D=232342411000.05263/()1900021.050.05263/()40000kJkgKsqskJkgKTss==×D=--D===-×D=D=å9、（1）2kg温度为0℃的冰从空气中吸热500kJ，求该过程中冰的熵变，已知冰熔解热为333.5kJ/kg；（2）2kg温度为0℃的水从空气中吸热500kJ而升温，求过程终点水的温度和过程中水的熵变，已知水的比热为4.1868kJ/(kg·K)。解答：（1）冰未全熔，温度仍为0℃5001.832/273QSkJKTD===（2）水升温21222111500059.724.1868ln59.727324.1868ln1.656/0273QttCmcTQmcdTSmcTTTkJKd=+=+=°´D===+=´=+蝌10、人们每年燃烧的化石燃料相当于125亿吨发热量为40000kJ/kg的石油，这些热量给地球带来了熵增，但最后地球以散热的形式、通过引入负熵流抵消了这些熵增，若地球的表面温度为18℃，求地球散热引入的负熵流大小。解答：83151251010400001.71810/18273QSkJKT创D===´+11、深层海水的温度4℃，热带表层10m海水的平均温度为37℃，假设深层海水的质量无穷大，若在深层海水和表层海水间装一热机，该热机利用表层10m海水降温至27℃所放出的能量来作功，已知水的比热为4.1868kJ/(