工程热力学习题集答案.docx

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1、工程热力学习题集答案一、填空题1 .常规新.能量物质2 .强度量4. 54 KPa5,准平衡耗散.干饱和蒸汽过热蒸汽6 .高多&等于零9 .与外界热交换710 . -R2 $11 .一次二次.热量12 .两Aw0, w0边膨胀边吸热边降温3、请问一下几种说法正确吗？为什么？(1) 斓增大的过程必为不可逆过程；答：不正确。斓增大的过程不一定为不可逆过程，因为斓增 大包拾：流和斓产两局部，如果 墙流大于0,而斓产为0的可逆过 程，上仍然是增大的。(2) 斓产耳0的过程必为不可逆过程。答：正确。斓产是由于热力过程中的不可逆因素导致的，因 此当斓产力0,那么此过程必定 为不可逆过程。4、某循环在700

2、K的热源及400K的冷源之间工作，如图3所zj O(1) 用克劳修斯积分不等式判别循环是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆？(2) 用卡诺定理判别循环是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆？解：KJ=la|-|ala| = |lVct| |e2| = 1 OOOOkJ 4000kJ = 14000kJ方法1： 设为热机循环(LcoQ Qi a 14000U 4000kJ= 10kJ/KnT Tr Tri Tr2 700K 400K设为制冷循环:燎口左+卸辔+IBK400K400KJTrTrlTr2 700K符合克氏不等式，所以是不可逆制冷循环法2：设为热机循环f/c = 1一寸=1 一久久不

3、可能 设为制冷循环f/c = 1一寸=1 一久久不可能 设为制冷循环 = 0.4286700KDCt8 = c_r T(rTc 700K-400KJOOK卦史*I OOOOkJ可能但不可逆，所以是不可逆制冷循环七、计算题1 .解：(1)H =9000 9&66 = 9098.66RPap2= 93. 66-95. 06 = 3. 6kPa(2)(2)取汽轮机汽缸内壁和蒸汽进、出口为系统，那么系统为稳定流动系统，能量方程为g=A/?才Ac2 gAzq = 6. 3 x 10? / 40000 = 0. 1575V / kg进、出口的动能差和位能差忽略不计，那么Wsh =(7 A/?=-0. 15

4、75 - (2240 - 3440) 1200 (kj/kg)汽轮机功率(3) “工=| Ac2 = 1 x (1402 - 602) x 10-3 = M / kg = _L_ = 0.67%网 1200(4) ：Qc= mccc (tc - t j Qw =-tw) Qc = 2H 叫讥一：)=niwCw(t, n tw)斗J：驴J：管伫心仔ZE签薯=1. 232/K0.54k/K代入数据解得：=32. 48C型二空空 C J 0.8x0. 47xln3248 273 h T k TT 1000 273SV =AS. AS =1. 23-0. 54 = 0. 69V / KSc3、解:(1

5、)画出各过程的图及心图(2 )先求各状态参数_ nRT _ 500mol x 8. 314J/(mol K) x (273 25) Kpi=V= 6. 19393xlO5Pa = 6. llatmT2=T,21、一 A *=298Kx=2m3 x1. 67-1I MPa144. 26K6. llMPa611Mp下= 5. 906n?IMPa1.67丁5 二 丁2 二 144. 26K 匕=V；= 2n?500molx8. 314J/(mol K) x 144, 26K“门” “p, =A =299855Pa2m等温过程：热量二膨胀功二技术功2 = Qi e2-3 = &-3= Wg = nRT

6、 In $=50011101X 8. 314J/(mol K) x 144. 26K x In 如5. 906m3二-649. 4kJ所以，放热二叱_2归严0-匕)略-二 nCvitT-T2)nRTh=500molx3x4. 1868J/(mol K)x (298-144. 26) K (-649. 4) kJ二 316. 12kJ二-649. 4kJ - 316.62kJ =-965. 52kJ=-965. 52kJ (299. 855-619. 393)kPa x 2m3 =1604.6kJAS. , = n CvmXn- Rn144. 26K298K1-3Vm rp | z=500mol

7、x3x4. 1868J/(mol K)xlii = -4. 56kJ/K4.解：根据能量方程有Q2=/ U2帮 2. -AE = -U2Q.W%. Q. W2 = Q1Q2W Q 8 6 - 26 = 28 (kJ) 解：心土a鹉2. 7%0.727x1000600.727x100060=12.12 伙 W)6.解Pi6.解Pi0.287 x 10%(35+273)0.2 x I06=0U42m/kg(3) Q = (1一久)=1000x(l -0. 727) = Z13kJ八二P 八=0_2xww=。_294 八q = cv (t2-) = 0. 717x(180 - 35) = 103.

8、97 M /kgw = 0wt = (P1 - p2)= 0. 442x(0. 2-0. 294)x106x103 二-41. 5V/kgA/?二 cp(t2 -r)= 1.004x(180-35)= 145. 6AJ /kg7、解：缸内气体为热力系-闭口系。突然取走90kg负载，气体失去 平衡，振荡后最终建立新的平衡。虽不计摩擦，但由于非准静 态，故过程不可逆。但可以应用第一定律解析式。由于缸壁充分 导热，所以缸内的气体在热力变化过程中的温度是不变的。首先计算状态1和状态2的基本参数，匚 nP 二 P, -L = 771x133.32 x98100 = 0.3039MPa100V = Ax/

9、i = 100x10x10 6=10-37n3=Xx (/? A/?)=(/? A/?)xl00xl06 = (10 A/?)X107MF 205 90只二乙 =771x133. 32 x 98100 = 0. 2156MPa-b A 100(1)求活塞上升的高度：PV PV过程中质量不变，且等于力口|二勺二加、二竺R山-R忑K 二空 x 二 03039 xlO3 二(10 A%l(r- P2,0. 2156A/? = 4. 1 cm(2)气体在过程中作的功根据热力学第一定律，0二 W ,以及口二匕一/二加上2 “坷 由于m2=， “盘=T*且T1=Tsf汕=0由于不计摩擦 气体所做的功，W分

10、为两局部：叫位克服大气所做的功；立活塞 位能的增加量 那么 W2=AEp=mgh =(205-90)x9.81x4. IxlO-2 = 46. 25H； = /； AXA/? = 771X133. 32X100X10-4X4. 1X10 2 = 42. 14J = W =叫 W、= 46. 25 42. 14 = 88. 4 J8 .解:(1) I到2是可逆多变过程，对初，终态用理想气体状态方程式有=人=287J/(kg - K)x(罟+273)K =。5643mg1 p,8xlO6Pa兽 _ 287J/(kg - K)x(400 + 273)K “.482 沁傀pl0.4x1 CT Pa所以

11、多变指数皿jPIn(叫/口1| )lii(0.48网鹤仅而删MP农g)多变过程的疏胀功w = (7； -7；)=葺鲁导尹(1573673)10故该可逆多变膨胀过程是吸热过程或者,=0. 2156xl05Paxl00xl0-4m2x4. 1x10 m = 8&4 )9w R=*T229Jgk)k-1 L 35-1 w=o14 . 173 KPd.系统和外界15 .定温绝热可逆.小大16 .小于零.不可逆因素7 ,20. -R2 $.（压力）、（温度）、（体枳）。21 .（单值）。22 .（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为 零）。23 .（斓产）。24 .（两个可逆定温和两个可逆绝热

12、）.（方向）、（限度）、（条件）。31.孤立系;U=mCv(T2 -Ti)=2. 26 XI. 229 X(591 -477) =317kJQ=AU=317kJ Sgn 十 2. 26X5币=W/K1000 100010. A Sg=500 273 1500 273 =0. 73kJ/KExi=To - A Sg=(273 25)X0. 73 =217. 5kJHAO. 2/0. 528为缩放型喷管。k-10. 7二69 IKTT(巴)N =1073X(Pi c2= j2Cp(T_TJ = J2x 1004x(1073 691) =876in/sC,876“1.66a, 71.4 x287x6

13、9112. Q=niR, Tin =1. 5X 0. 287 X 328 X In=72. 1KJP2 0. 15xl06Tlii 吃=Q=72.1KJP2AU=mC. T2-Ti)=0 H=mCp (T2Ti)=0那么To py竿严“,7k、 可sr。(k)k=0065x(aj =0J02m3/KG(1)P =Pi=L 5X106pa, V =Vi=0. 065m3/kg=0. 8 X 10 X 0. 102 =284 3KR287(2)Vcz= rj-R=(T。-T,)=邑一-x287x(339.7 284.3) =333. 6m/s每小时排气的放热量Qp：Qp=mCP(To-Ti)=36

14、00X 1. 2X 1.021 X (-576 283)=-1292341KJ/11此热量中的有效能QaQa= (1 一)5Q = mep (1-半)dT = mCp (To-TJ-T, In-=3600X1. 2X 1. 021 X (283-576)-283111二一 405345. 2KJ/h576此热量中的无效能Qu：_10001000ASg=500+2731500+273Qu-Qp-Qa二一 1292341-(-405345. 2)二一 886995. 8KJ/h=0. 73kJ, KExi=T0 - A Sg =(273 25)X0. 73 =217. 5kJ13. Q=mRrTl

15、n 一二 1. 5X0. 287X328Xln= 72. 1KJP, 0. 15xl06W=mRrTln =0=72. 1KJAU=mCvT2-Ti)=0 H=mCp (T2Ti)=014. 解：(1) H = 9000 9&66 二 909&66kPa p2 = 98. 66-95. 06 二6kPa (2)取汽轮机汽缸内壁和蒸汽进、出H为系统，那么系统为 稳定流动系统，能量方程为q = A/?占 Ac2q = 6. 3 x 10 / 40000 = 0. 1575V / kg进、出11的动能差和位能差忽略不计，那么wsh=q-Ah= -0. 1575-(2240-3440) 1200 (k

16、j/kg)(3) w. = - Ac2 =(1402-602)x10呜=8V/a2 =半)1面曲Ml汽轮机功率18.解：Au= j. dT = a(T2 _旺)十匕忆；丁 1 ) Ah= fcpdT =(a 匕 XT,-耳屏(曹As二 | 半 T 4- RcLrf -二 a In 辛虹一 Tj R0I1 上19. 解：Au=q- v=-100. img 6, ll/7=0. 741 kJ. /kgK cp= kcv=l . 038kJ/kgK20.TA=kRy (k-1)Wt=ku=20069913Cv=Re/ (k-1) =287/0. 4=717.5 J/kgK =1004.5 J/kgK

17、4W= -mAu=叭 =1433565J/K J/K.开尔文(K)；32 . w=h2hi 或一Wt=h2hi.小于t,t,. C CtioT. /Mi i=l37 .热量. 65. 29%38 .环境.增压比39 .孤立42热力学能、宏观动能、重力位能43 . 650. Cv (T2-TI)T、. Cnln 一44 . 22. 12.当地音速4&环境温度.多级压缩、中间冷却49 . 0 与 1.（物质）50 .（绝对压力）。51 . （q二 ghj （CZ-C,2） /2 g 式）ws） .（温度）52 . （0. 657） kJ/kgKo.（定夕II线）53 .（逆向循环）。5& （两个可

18、逆定温过程和两个可逆绝热过程）59.（预热阶段、汽化阶段、过热阶段）。60.（增大）、单项选择题1.C6. B11. A16. B21. C1.C6. B11. A16. B21. C2. D7. A12. B17. A22. C3. D8. A13. B18. B23. A4. A5. C9. C10. B14. B15. D19. B20. C三、判断题V 2. V 3. x 4. V 5. x x 7. x 8. x 9. x 10. x 1.6.11. x 12.13. x 14. J15. x(X)V)23. (X) 24.21. 22.(X)(X)29. 30.(V)16. x17

19、.25.(V)x 18. J 19. V20.26.27.(X)( V)28. (. V)四、简答题1 它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进行, 由无限接近平衡状态的状态 组成的过程。它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损耗现象的存 在，可逆过程不会产生任何能量的损耗。一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过 程就是可逆过程。2 . 1kg 气体:pv=RrTmkg 气体:pV=mR/Tkmol 气体：pVm=RT nkmol 气体:pV=nRTRr是气体常数与物性有关，R是摩尔气体常数与物性无关。3 .干饱和蒸汽：x=l,p=p： t=t：v二v“ ， h二h“ s二

20、s”湿饱和蒸汽：0xI, p=p： t=t-V vvM , h hh z , s 2二i-n11 略12 .热力学第一定律的实质是什么？并写出热力学第一定律的 两个基本表达式。答：热力学第一定律的实质是能量转换与守恒 原理。热力学第一定律的两个基本表达式为：q=Au w： quAh w;13 .热力学第二定律的实质是什么？并写出斓增原理的数学表 达式。答：热力学第二定律的实质是能量贬值原理。斓增原理的 数学表达式为：ds 0oISO14 .什么是可逆过程？实施可逆过程的条件是什么？答：可逆 过程为系统与外界能够同时恢复到原态的热力过程。实施可逆过 程的条件是推动过程进行的势差为无穷小，而且无功

21、的耗散。五、名词解释热力系储存能包括：热力学能、宏观动能和重力位能。1 .对于c-t图上曲边梯形面积，由微积分中值定理知，必然 存在值使得曲边梯形面积与一矩形面积相等，这个值在c-t图上就是平均质量热 容的概念。2 .不可逆过程中，不可逆因素引起的斓的变化称为斓产。3 .所谓稳定流动，是指流体流经管道中任意点的热力状态参 数及流速等均不随时间而变 化的流动过程。4 .湿空气的焙值等于干空气的焰值与水蒸气的焙值之和。六、分析题解：（方法一）过方、C分别作等温线，因为ThTcf故Ub Uc即叫，二uUa uuc = uc -ua（方法二）考虑过程Zrcg = W 二代一色 wq = 0 vc vh w0% %1、 解：因为：q=Au w1-3： 1 k，且 7- 7及 Ss (Si 那么有： (), g0 所以w0边压缩边放热1-2： k T_2 c。且及 S26,贝 ij Aw0, q YO 且刀7及 S& RM0, g0 w二_L (7；-兀)0 边膨胀边吸热 77-11-5： 1 q_5 R 且丁 5 T及 S5S