工程热力学习题集附答案
3、0、5kmol某种单原子理想气体 ,由25℃,2m可逆绝热膨胀到1atm,然后在此状态的温度下定温可逆压缩回到2m。
(1)画出各过程的p-v图及T-s图;(5分) (2)计算整个过程的Q,W,ΔU, ΔH及ΔS。
4.系统经一热力过程,放热8kJ,对外作功26 kJ。为使其返回原状态,对系统加热6 kJ,问需对系统作功多少？
5.一卡诺机工作在800℃与20℃的两热源间,试求: （1） 卡诺机的热效率;
（2） 若卡诺机每分钟从高温热源吸入1000 kJ热量,此卡诺机净输出功率为多少kW？ （3） 求每分钟向低温热源排出的热量。
6.1kg空气从相同初态p1?0.2MPa、t1?35℃经定容过程至终温t2?180℃,试求吸热量、膨
胀
功
、
技
术
功
与
初
终
态
焓
差
。
(
空
气
的
3
3
cp?1.004kJ/(kg?K),cV?0.717kJ/(kg?K),Rg?0.287kJ/(kg?K)。)
8、封闭气缸中气体初态p1=8MPa,t1=1300℃,经过可逆多变膨胀过程变化到终态p2=0、4MPa,t2=400℃。已知该气体的气体常数Rg=0、287kJ/(kg·K),比热容为常数,cV=0、716 kJ/(kg·K)。
(1)求多变过程的多变指数; (2)求多变过程的膨胀功;
(3)试判断气体在该过程中各就是放热还就是吸热的？
9、m=2、26kg理想气体的气体常数Rr=430J/(kg·k),比热比k=1、35。初温T1=477K,经可逆
定体过程后终温T2=591K。求Q、ΔU、W、ΔS。
10、设炉膛中火焰的温度恒为tr=1500℃,汽锅内蒸汽的温度恒为ts=500℃,环境温度为 t0=25℃,求火焰每传出1000kJ热量引起的熵产与作功能力损失。
11、空气可逆绝热流过一喷管,入口压力p1=0、7MPa,温度t1=800℃,出口压力p2=0、15MPa,
此喷管就是什么外型的喷管?入口空气流速忽略不计,比热容与比热比取定值,分别为cp=1、004kJ/(kg·K),k=1、4,求喷管出口空气的温度、流速、马赫数。
12、 m=1、5kg空气按可逆定温过程由初态T1=328K,P1=0、25×106Pa变化到终态P2=0、
15×106Pa,空气的Rr=0、287KJ/(kg·k),试求此定温过程的Q、W、△U、△H。
13、 空气在渐缩喷管进口截面上的压力P1=1、5×106Pa,比体积V1=0、065m3/kg,VC1≈0;
喷管出口截面上的压力P2=0、8×106Pa出口截面积A2=14cm2;设空气的Rr=287J/(kg·k),比热容比K=1、4。
试求:(1)喷管出口截面上的比体积V2,温度T2
(2)空气流经出口截面时的速度VC2
14、 某燃气轮机排气1、20kg/s,温度为T1=576K,定压排入温度T0=283K的环境;设排气的
Cp=1、021KJ/(kg·k)。试求每小时燃气轮机的排气热量中的有效能与无效能。 15、设炉膛中火焰的温度恒为tr=1500℃,汽锅内蒸汽的温度恒为ts=500℃,环境温度为 t0=25℃,求火焰每传出1000kJ热量引起的熵产与作功能力损失。
16、 m=1、5kg空气按可逆定温过程由初态T1=328K,P1=0、25×106Pa变化到终态P2=0、
15×106Pa,空气的Rr=0、287KJ/(kg·k),试求此定温过程的Q、W、△U、△H。 17.某蒸汽动力装置,蒸汽流量为40 t/h,进口处压力表读数为9.0MPa,进口比焓为3440kJ/kg;
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出口真空表读数为95.06KPa,比焓为2240kJ/kg ,当时当地大气压力为98.66KPa,汽轮机对环境放热为6、3×103kJ/h。试求: (1)汽轮机进出口蒸汽的绝对压力各为多少？ (2)单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少？ (3)汽轮机的功率为多大？
(4)若进出口蒸汽流速分别为60m/s与140m/s时,对汽轮机输出功有多大影响？
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一、填空题
1.常规 新 2.能量 物质 3.强度量4.54KPa 5.准平衡 耗散 6.干饱与蒸汽 过热蒸汽7.高 多 8.等于零9.与外界热交换 10.
7Rg 211.一次 二次 12.热量13.两 14.173KPa 15.系统与外界 16.定温 绝热可逆 17.小 大 18.小于零 19.不可逆因素 20.
7Rg21、(压力)、(温度 )、(体积)。 222、(单值)。23、(系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零)。24、(熵产)。 25、(两个可逆定温与两个可逆绝热) 26、(方向)、(限度)、(条件)。31、孤立系;
t2t232、开尔文(K); 33、－ws=h2－h1 或 －wt=h2－h1 34、小于35、 Ct1?C0
36、
?i/Mi??i?1n37、热量 38、65、29% 39、环境40、增压比41、孤立
i/Mi42热力学能、宏观动能、重力位能43、650 44、cv(T2－T1) 45、cnln
T2T146、22、1247、
当地音速
48、环境温度49、多级压缩、中间冷却 50、0与1 51、(物质) 52、(绝对压力)。 53、(q=(h2-h1)+(C2-C1)/2+g(Z2-Z1)+wS)。54、(温度)55、 (0、657)kJ/kgK。56、 (定熵线) 57、(逆向循环)。58、(两个可逆定温过程与两个可逆绝热过程) 59、(预热阶段、汽化阶段、过热阶段)。60、(增大)
2
2
二、单项选择题
1、C2、D3、D4、A5、C6、B7、A8、A9、C10、B11、A12、B13、B14、B15、D16、B17、A18、B19、B20、C21、C22、C 23、A
三、判断题
1.√ 2.√ 3.? 4.√ 5.? 6.? 7.? 8.? 9.? 10.?
11.? 12.? 13.? 14.√ 15.? 16.? 17.? 18.√ 19.√ 20.√
21、(×) 22、(√) 23、(×) 24、(×) 25、(√) 26、(×) 27、(√) 28、(√)
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29、(×) 30、(√)
四、简答题
1、它们共同处都就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。
一个可逆过程一定就是一个准平衡过程,没有摩擦的准平衡过程就就是可逆过程。 2、1kg气体:pv=RrT mkg气体:pV=mRrT 1kmol气体:pVm=RT nkmol气体:pV=nRT
Rr就是气体常数与物性有关,R就是摩尔气体常数与物性无关。 3、干饱与蒸汽:x=1,p=ps t=ts v=v″,h=h″ s=s″ 湿饱与蒸汽:0 4、流速为当地音速(Ma=1)时的状态称为流体的临界状态。 流体临界状态的压力(临界压力)与其滞止压力的比值,称为临界压力比。 理想气体的临界压力比只与气体的物性有关(或比热比k有关) 5、汽耗率就是每作1kw·h功(每发1度电)的新蒸汽耗量(汽耗量)。 热耗率就是每作1kw·h功(每发1度电)的耗热量。 热耗率与热效率就是直接关联的,热耗率越高,热效率就越低; 而汽耗率与热效率就没有这种对应关系,汽耗率低不一定热效率高,汽耗率高也不一定 热效率低。 6、平衡态就是指热力系的宏观性质不随时间变化的状态。稳定态就是指热力系的状态不随时间而变化的状态。平衡必然稳定,稳定未必平衡。 7、前者:闭口系、任意工质、任意过程 后者:闭口系、理想气体、可逆过程 MRrMRr为常数,当T升高时P随之升高,容易引起爆破。 T,VV9、可以选择相同初、终状态间可逆过程熵的变化来计算。 10、在工程实际中,常引用“速度系数”φ、“喷管效率”η与“能量损失系数”ξ来表示因摩擦对喷管流动的影响。三者之间的关系为:ξ=1－φ2=1－η 11、略 12、 热力学第一定律的实质就是什么？并写出热力学第一定律的两个基本表达式。答:热力 学第一定律的实质就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 8、轮胎内气体压力为P=为:q=Δu+w;q=Δh+wt 13、 热力学第二定律的实质就是什么？并写出熵增原理的数学表达式。答:热力学第二定律 的实质就是能量贬值原理。熵增原理的数学表达式为:dSiso≥0 。 14、 什么就是可逆过程？实施可逆过程的条件就是什么？ 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就是推动过程进行的势差为无穷小,而且无功的耗散。 五、名词解释 工程热力学习题集附答案 1、热力系储存能包括:热力学能、宏观动能与重力位能。 2、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－ξ值使得曲边梯形面积与一矩形面积相等,这个ξ值在c－t图上就就是平均质量热容的概念。 3、不可逆过程中,不可逆因素引起的熵的变化称为熵产。 4、所谓稳定流动,就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。 5、湿空气的焓值等于干空气的焓值与水蒸气的焓值之与。 六、分析题 1、解:(方法一) 过b、c分别作等温线,因为Tb?Tc,故ub?uc 即?uab?ub?ua??uac?uc?ua (方法二)考虑过程b-c q??u?w?uc?ub?w q?02、 解: 因为:q??u?w 1-3:1?n1?3?k,且T3?T1及S3 1-2:k?n1?2??且T2 n?1??RgT1??p2?n?Rg?1?????T1?T2???n?1p1?n?1????? vc?vbw?0 ub?uc,?uab??uac ?u>0,q<0 所以w<0 边压 w??pdv?12所以有w>0 边膨胀边放热 1-4: 0?n1?4???且T4?T1及S4?S1 ?u>0,q>0 w? Rgn?1?T1?T4?>0 边膨胀边吸热 1-5:1?n1?5?k且T5 ?u<0,q>0,w>0 边膨胀边吸热边降温 3、请问一下几种说法正确不？为什么？ (1)熵增大的过程必为不可逆过程; 答:不正确。熵增大的过程不一定为不可逆过程,因为熵增大包括熵流与熵产两部分,如果熵流大于0,而熵产为0的可逆过程,上仍然就是增大的。 (2)熵产Sg?0的过程必为不可逆过程。 工程热力学习题集附答案 答:正确。熵产就是由于热力过程中的不可逆因素导致的,因此当熵产Sg?0,则此过程必定为不可逆过程。 4、某循环在700K的热源及400K的冷源之间工作,如图3所示。 (1)用克劳修斯积分不等式判别循环就是热机循环还就是制冷循环,可逆还就是不可逆? (2)用卡诺定理判别循环就是热机循环还就是制冷循环,可逆还就是不可逆? 解: Wnet?Q1?Q2Q1?Wnet?Q2?10000kJ?4000kJ?14000kJ方法1: 设为热机循环 δQQ1Q214000kJ4000kJ?Tr?Tr1?Tr2?700K?400K?10kJ/K?0 不可能 图3 设为制冷循环: ?QQδQ14000kJ4000kJ??1?2?????10kJ/K TrTr1Tr2700K400K符合克氏不等式,所以就是不可逆制冷循环 方法2: 设为热机循环 TL400K?1??0.4286 Th700K?t??C不可能 ?C?1??t?Wnet10000kJ??0.7126 Q114000kJ设为制冷循环 ?c?TcQ400K4000kJ??1.33 ??2??0.4 T0?Tc700K?400Kwnet10000kJ???c?可能但不可逆,所以就是不可逆制冷循环 七、计算题 1.解: (1)p1?9000?98.66?9098.66kPa p2?98.66?95.06?3.6kPa (2)取汽轮机汽缸内壁与蒸汽进、出口为系统,则系统为稳定流动系统,能量方程为 1q??h??c2?g?z?wsh 2q?6.3?103/40000?0.1575kJ/kg 进、出口的动能差与位能差忽略不计,则 wsh?q??h??0.1575?(2240?3440)?1200(kJ/kg) (3)汽轮机功率 40?103?1200?1.33?104(kW) P?qmwsh?3600(4)?wsh?121?c??(1402?602)?10?3?8kJ/kg 22
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