工程热力学课后作业答案

9-1 压力为，温度为20℃的空气，分别以100、300、500 及 1000m/s 的速度流动，当被可逆绝热滞止后，问滞止温度及滞止压力各多少？解： h1=c p T1 =×293=296kJ/kg
2
h0=h1+
c
2
当 c=100m/s 时：
h =301 kJ/kg ，T ＝h0＝298K，p0T0k＝ MPa
)k1
p1 (
00c p T1
当 c=300m/s 时：
h0=341 kJ/kg ，T0＝， p0=
当 c=500m/s 时：
h0=421 kJ/kg ，T0＝， p0=
当 c=1000m/s 时：
h0=796 kJ/kg ，T0＝， p0=
9-2 质量流量m 1kg/s 的空气在喷管内作定熵流动，在截面 1-1 处测得
参数值 p1= ，t1 ＝200℃， c1=20m/s。

在截面 2-2 处测得参数值 p2
＝。

求 2-2 截面处的喷管截面积。

解： p c p1 0.528 0.3> MPa
采纳渐缩喷管。

c1=20m/s 较小忽视。

所以 2-2 截面处是临界点
T2T1( p2
)
p1
k 1
k421K
v2RT 2
k g P2
c22kRT1[1( p2)
k 1p1k 1
k ]323m/s
v2 m
f 2
c2
9-3 渐缩喷管入口空气的压力 p1= ，t1 ＝80℃，c1=50m/s。

喷管背压 p = 。

求喷管出口的气流速度 c2，状态参数 v2、t2 。

如喷管出口截b
面积 f2=1cm2，求质量流量。

解:p c p1 0.528=< MPa
没有来临界。

滞止温度：
T 0T1c12＝
2c p
滞止压力： p0p1(T 0
) k k1＝ MPa T1
2kRT 0 [1k 1
c2(p2
) k ]m/s
k1p0
k 1
T 2T1( p2)k＝304K
v2RT 2
m3/kg P2
m f 2c2m3/s
v2
9-4 如上题喷管背压p b= 。

求喷管出口的气流速度及质量流量？解： p c p1 0.528= MPa >p b
所以渐缩喷管入口截面压力p2＝p c＝ MPa
由定熵过程方程可得：（按 c1＝0 办理）
p2 T2 T1( )k 1
k＝294K
c2＝a＝KRT 2 ＝344 m/s
v2RT 2
m3/kg P2
f 2c23
m m /s
9-5 空气流经喷管作定熵流动，已知入口截面上空气参数p1= ，t1 ＝947℃， c1=0m/s。

喷管出口处的压力 p2 分别为 MPa及 MPa，质量流量均为 m0.5 kg/s。

试选择喷管种类，计算喷管出口截面处的流速及
出口截面积。

解：（1）p2＝
p c p1 0.528= MPa <p
b
未来临界，采纳渐缩喷管。

p2 T2 T1( )k 1
k＝1108K
c2
2kR
[T1 T 2] 474 m/s k1
v2RT 23
P2m /kg
f 2v2m
c2
（2）p2＝
p c p1 0.528= MPa>p b 选缩放喷管。

T 2T1(p2
)k k
1
＝737K p1
c22kR [T1T 2] 985 m/s k1
v2RT 23
P2m /kg
f 2v2m
c2
9-6 空气流经一断面为的等截面通道，在截面 1-1 处测得 c1=100m/s，
p1= ，t1 ＝100℃；在截面 2-2 处，测得 c2=s ，p2＝。

若流动无摩擦损失，求（ 1）质量流量；（2）截面 2-2 处的空气温度；（3）截面 1-1 与截面
2-2 之间的传热量。

解：（1）质量流量
v1RT13
P1m /kg
m fc1
kg /s
v1
fc20.1 171.4 ＝m3/kg
（2）v2
m14.08
T 2p2v2 595K
R
（3）q mc p t 3141kJ/s
9-7 有 p1= ，t1 ＝300℃的氧气经过渐缩喷管，已知背压p b= 。

喷管出口直径 d2=10mm。

如不考虑入口流速的影响，求氧气经过喷管的出口流速及质量流量。

解： p2 ＝ MPa
p c p1 0.528= MPa =p b
出口为临界流速
k
c c2RT1m/s
k 1
质量流量
p2 T2 T1( )k 1
k＝484K
RT 23
v2m /kg
P2
fc kg /s
m
v2
9－8 空气经过一喷管，入口压力p1= ，t1 ＝600K，质量流量为m s。

如该喷管的出口处压力为p2= ，问应采纳什么型式的喷管？如不考虑
入口流速影响，求定熵膨胀过程中喷管出口气流流速及出口截面积。

如为不行逆绝热流动，喷管效率η＝，则喷管气体出口速度及出口截面积各为多少？
解： p c p1 0.528= MPa >p2
所以应采纳缩放喷管。

(1)出口流速：
k 1
(p2
)k p1
T 2T1(p2
)k k
1
＝p1
v2RT23
/kg P2
m
c22kRT1[1(p2
)k k
1
] 667m/s
k1p1
f mv2＝
c2
(2)c2'c2650 m/s
T2'T1(T1T2) 390 K
v2'RT2'm3/kg
P2
f mv '2＝
c'2
9-9 某燃气 p1= 1MPa，t1 ＝1000K，流经渐缩渐扩喷管。

已知喷管出
口截面上的压力p2 =0. 1MPa，入口流速 c1＝200m/s，喷管效率η＝，燃气的质量流量 m50kg/s ，燃气的比热 k＝，定压质量比热 c p＝1kJ/ 。

求喷管的喉部截面积和出口截面积。

解：入口流速 c1＝200m/s
c
1220 kJ/kg远小于燃气的入口焓c p T1＝1000 kJ/kg
2
忽视。

出口流速：
k 1
(p2
)k p1
T 2T1(p2
)k k
1
＝p1
c244.72 c p(T1 T 2) 955m/s c2'c2931 m/s
T2'T1(T1T2) 566 K
k1
R c p＝kJ/
k
v2'RT2'm3/kg
P2
出口截面积
f'2＝805cm
mv
2
c'2
(2)喉部流速：
p c p1MPa
k 1
T c T1k＝
c c kRT c )552m/s
RT c3
/kg
v c m
P c
喉部截面积
mv 'c2
c'c＝380cm
f
9-10 水蒸气压力 p1= ，t 1＝120℃以 500m/s 的速度流动，求其滞止焓、滞止温度和滞止压力。

解： p1= ，t 1＝120℃时水蒸气焓
h1= kJ/kg ，s1= kJ/
滞止焓
h0= h 1+c2/2= kJ/kg
查表得
p0= MPa
t 0=℃
9-11 水蒸气的初参数p1= 2MPa，t 1＝300℃，经过缩放喷管流入背压
2
p b= 的环境中，喷管喉部截面积20cm。

求临界流速、出口速度、质量流量及出口截面积。

解： h1=3023 kJ/kg ，s1= kJ/
p c= ×2= MPa
h c=2881 kJ/kg，v c =m3/kg
h2=2454 kJ/kg c c= 44.72 h1h c ，v2 = m3/kg m/s
c2= 44.72 h1h2m/s 质量流量
m f min c c kg /s v c
f2mv
2 ＝c2
9-12 解： h1=3231 kJ/kg ，节流后 s= kJ/
h2=3148 kJ/kg ，v2 = m3/kg p b/p>
渐缩喷管
c2= 44.72 h1h2m/s
m fc2
kg /s v2
9-13 解：查表得
h2=2736 kJ/kg
由 p1= 2MPa等焓过程查表得x1＝
t1= ℃
j
t2t1130212.4
MPa p2p1(0.12) 106
9-14 解: 查表得： h1=3222 kJ/kg
h2=3066 kJ/kg
c = 44.72h1 h2m/s
2
c2'c2＝519 m/s
动能损失：
(1 2 )c2221 kJ/kg
2
9-15 解：s c v ln T 2v2kJ/
R ln
v1
T1
（理想气体的绝热节流过程温度相等）用损
e x h1 h2 T 0(s1 s2) T 0 s ＝kJ/kg
9-16 解：由 c p T1 c 12 / 2 c p T2 c 22 / 2 得 T 2 T1(
p2 )k /( k 1) 355K p1
c1 2 c p (T 2 T1) c 22 / 2 ＝337m/s
9-17。