工程热力学第五版习题问题详解

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1、word第四章4-1 1kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ，其容积增大为，压力降低为，设比热为定值，求过程中能的变化、膨胀功、轴功以及焓和熵的变化。解：热力系是1kg空气过程特征：多变过程因为能变化为8103J膨胀功：32 103J轴功：28.8 103J焓变：811.2 103J熵变：10342 有1kg空气、初始状态为，进行下列过程：（1）可逆绝热膨胀到；（2）不可逆绝热膨胀到，；（3）可逆等温膨胀到；（4）可逆多变膨胀到，多变指数；试求上述各过程中的膨胀功及熵的变化，并将各过程的相对位置画在同一图和图上解：热力系1kg空气（1） 膨胀功：103J熵变为0（2）103J（3）103103

2、（4）103J4-3具有1kmol空气的闭口系统，其初始容积为1m3，终态容积为10 m3，当初态和终态温度均100时，试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。该过程为：（1）可逆定温膨胀；（2）向真空自由膨胀。解：（1）定温膨胀功7140kJ(2)自由膨胀作功为044质量为5kg的氧气，在30温度下定温压缩，容积由3m33，问该过程中工质吸收或放出多少热量？输入或输出多少功量？能、焓、熵变化各为多少？解：因为定温，能变化为0，所以能、焓变化均为0熵变：2.1 kJ/K45为了试验容器的强度，必须使容器壁受到比大气压力高0.1MPa的压力。为此把压力等于大气压力。温度为13的空气充入受试验的容

3、器，然后关闭进气阀并把空气加热。已知大气压力B101.3kPa，试问应将空气的温度加热到多少度？空气的能、焓和熵的变化为多少？解：（1）定容过程（2） 能变化：283.6 kJ/kg0.49 kJ/(kg.K)4-66kg空气由初态p10.3MPa，t1=30，经过下列不同的过程膨胀到同一终压p20.1MPa：（1）定温过程；（2）定熵过程；（3）指数为n1.2的多变过程。试比较不同过程中空气对外所作的功，所进行的热量交换和终态温度。解：（1）定温过程573.2 kJT2=T1=30（2）定熵过程351.4 kJQ0（3）多变过程436.5 kJ218.3 kJ4733/kg。试求该过程的多变

4、指数，以及每千克气体所作的功、所吸收的热量以及能、焓和熵的变化。解：（1）求多变指数1千克气体所作的功146kJ/kg吸收的热量=36.5 kJ/kg能：146-36.5109.5 kJ/kg焓： 153.3 kJ/kg熵：90J/(kg.k)4-81kg理想气体由初态按可逆多变过程从400降到100，压力降为，已知该过程的膨胀功为200kJ，吸热量为40 kJ，设比热为定值，求该气体的和解：kJ533J/(kg.k)=200 kJR=327 J/(kg.k)代入解得：533+327=860 J/(kg.k)4-9将空气从初态1，t1=20,定熵压缩到它开始时容积的1/3，然后定温膨胀，经过两

5、个过程，空气的容积和开始时的容积相等。求1kg空气所作的功。解：-116 kJ/kg143.4 kJ/kgw=w1+w2=27.4 kJ/kg4-10 1kg氮气从初态1定压膨胀到终态2，然后定熵膨胀到终态3。设已知以下各参数：t1=50033/kg。求（1）1、2、3三点的温度、比容和压力的值。（2）在定压膨胀和定熵膨胀过程中能的变化和所作的功。解：(1)1.5 MPa1263Kp1=p2=1.5 MPav1=0.15 m3/kg=583 K(2) 定压膨胀364 kJ/kg145.4 kJ/kg定熵膨胀505 kJ/kg-505 kJ/kg或者：其q=0,= -505 kJ/kg4-11

6、1标准m3的空气从初态1 p10.6MPa，t1=300定熵膨胀到状态2，且v2=3v1。空气由状态2继续被定温压缩，直到比容的值和开始时相等，v3=v1，求1、2、3点的参数（P,T,V）和气体所作的总功。解：0.274 m3/kg 0.129 MPa369KV2=3V1=0.822 m3T3=T2=369KV3=V1=0.274 m30.387 MPa412 压气机抽吸大气中的空气，并将其定温压缩至p25MPa。如压缩150标准m3空气，试求用水冷却压气机气缸所必须带走的热量。设大气处于标准状态。解：-59260kJ4-13 活塞式压气机吸入温度t1=20和压力p10.1MPa的空气，压缩

7、到p20.8MPa，压气机每小时吸气量为600标准m3。如压缩按定温过程进行，问压气机所需的理论功率为多少千瓦？若压缩按定熵过程进行，则所需的理论功率又为多少千瓦？解：定温：定熵51.3 KW414 某工厂生产上需要每小时供应压力为0.6MPa的压缩空气600kg；设空气所初始温度为20，压力为0.1MPa。求压气机需要的最小理论功率和最论功率。若按n1.22的多变过程压缩，需要的理论功率为多少？解：最小功率是定温过程m=600/3600=1/6 kg/s25.1 KW最大功率是定熵过程32.8 KW多变过程的功率29.6 KW415 实验室需要压力为6MPa的压缩空气，应采用一级压缩还是二级

8、压缩？若采用二级压缩，最佳中间压力应等于多少？设大气压力为0.1，大气温度为20，压缩过程多变指数n=1.25，采用中间冷却器能将压缩气体冷却到初温。试计算压缩终了空气的温度。解：压缩比为60，故应采用二级压缩。 中间压力： 0.775MPa =441K 4-16 有一离心式压气机，每分钟吸入p10.1MPa，t1=16的空气400 m3，排出时p20.5MPa，t2=75。设过程可逆，试求： (1)此压气机所需功率为多少千瓦？ (2)该压气机每分钟放出的热量为多少千焦？ 解：（1） =1183KW （2） =417 三台空气压缩机的余隙容积均为6，进气状态均为0.1MPa、27，出口压力均为

9、0.5MPa，但压缩过程的指数不同，分别为：n1=1.4，n2=1.25，n3=1。试求各压气机的容积效率（假设膨胀过程的指数和压缩过程的指数相同）。 解：n=1.4:n=1.25：n=1：十一章11-1空气压缩致冷装置致冷系数为，致冷量为84600kJ/h，压缩机吸入空气的压力为，温度为-10，空气进入膨胀机的温度为20，试求：压缩机出口压力；致冷剂的质量流量；压缩机的功率；循环的净功率。解：压缩机出口压力 故：0.325 MPa T3=20+273=293K 209K致冷量：（263-209）致冷剂的质量流量368K压缩功：w1=cp(T2-T1)=106 kJ/kg压缩功率：膨胀功：w2

10、= cp(T3-T4)=84.8 kJ/kg膨胀功率循环的净功率:P=P1-P2=9.1 KW11-2空气压缩致冷装置，吸入的空气，t1=27，绝热压缩到，经冷却后温度降为32，试计算：每千克空气的致冷量；致冷机消耗的净功；致冷系数。解：已知T3=32+273=305K446K205K致冷量：（300-205）96kJ/kg致冷机消耗的净功: W=cp(T2-T1)cp致冷系数：114蒸气压缩致冷循环，采用氟利昂R134a作为工质，压缩机进口状态为干饱和蒸气，蒸发温度为-20，冷凝器出口为饱和液体，冷凝温度为40，致冷工质定熵压缩终了时焓值为430kJ/kg，致冷剂质量流量为100kg/h。求

11、：致冷系数；每小时的制冷量；所需的理论功率。解：在lgp-h图上查各状态点参数。h1=386kJ/kgs1=1.739 kJ/(kgK),p2=1.016 MPah2=430 kJ/kg,h3=419 kJ/kgh5=h4=256 kJ/kg致冷量：q2=h1-h5=386-256=130 kJ/kg每小时的制冷量:Q2=mq2=12900kJ/h压缩功：w=h2-h1=430-386=44 kJ/kg致冷系数:理论功率P=mw=10011-5用一台氨蒸气压缩致冷机制冰，氨的蒸发温度为-5，冷凝温度为30，冷凝器中冷却水的进口温度为12，出口水温为20，欲在每小时将1000kg0的水制成冰，已

12、知冰的融解热为340kJ/kg，试求：该致冷机每小时的制冷量；氨每小时的流量；致冷机的功率；冷却水每小时的消耗量。解：致冷机每小时的制冷量：Q=1000340=340000 kJ在lgp-h图上查各状态点参数。h1=1452kJ/kgs1=5.6856 kJ/(kgK)p2=1.1686 MPah2=1620 kJ/kgh5=h4=343 kJ/kg致冷量：q2=h1-h5=1114 kJ/kg氨每小时的流量；致冷机的功率：P=mw=m(h2-h1)=14kW冷凝器热负荷：Q1=m(h2-h4)=390000 kJ/h冷却水每小时的消耗量：104kg/h11-6一台氨致冷装置，其致冷量kJ/h

13、，蒸发温度15，冷凝温度30，过冷温度25，从蒸发器出口的蒸气为干饱和状态。求（1）理论循环的致冷系数；（2）致冷剂的质量流量；（3）消耗的功率。解：查表得压力和焓分别为：h1=1400 kJ/kg,p1=0.35MPa,s1=5.75 kJ/(kgK)h2=1650 kJ/kg,p2=1.2MPa,s2=5.75 kJ/(kgK),h3=320 kJ/kg制冷量：q2=h1-h3=1080 kJ/kg压缩功：w=h2-h1=250 kJ/kg（1）致冷系数:（2）致冷剂的质量流量：370kg/h（3）消耗的功率11-8一台用氟利昂R134a为致冷剂的蒸汽压缩致冷装置，被用作室供热，它要求的最

14、大加热量是将标准状况下30m3/min的空气从5加热到30，冷凝器的最低温度必须较空气的最高温度高20，蒸发温度为-4。求：热泵的供热负荷；致冷剂流量；所需功率。解：（1）热泵的供热负荷：标准状况下30m3/min的空气的质量为：冷凝器温度为30+2050，蒸发温度为-4查表得压力和焓分别为：h1=395 kJ/kg,s1=1.725 kJ/(kgK)h2=430 kJ/kg,h3=272 kJ/kg制热量：q1=h1-h3+h2-h1=158 kJ/kg压缩功：w=h2-h1=35 kJ/kg（2）致冷剂的质量流量：（3）消耗的功率11-9热泵利用井水作为热源，将20的空气8104m3/h加

15、热到30，使用氟利昂R134a为致冷剂，已知蒸发温度为5，冷凝温度为35，空气的定压容积比热为，井水的温度降低7，试求理论上必需的井水量、压缩机功率和压缩机的压气量（m3/h）。解：查表得压力和焓分别为：h1=400 kJ/kg,h2=420 kJ/kg,h3=250 kJ/kg制热量：q1=h2-h3 =170 kJ/kg吸热量：q2=h1-h3150 kJ/kg压缩功：w=h2-h1=20 kJ/kg加热空气额热量：8000010=1106kJ/h致冷剂流量：103kg/h必需的井水量：mw=mq2/(4.18*7)=30143 kg/h压缩机功率: 氟利昂R134a在35时比容为0.018 m3/kg压缩机的压气量103105 m3/h11-10解：制冷量：Qm2cp(t2-t1)=1000104kJ/min蒸发器压力：1.001(7)冷凝器压力：4.2 kPa补充水量：104/2484/0.98=13.7 kg/min10 / 10