热工基础(第二版)课后习题部分答案 (2) 王平阳等编

2-11 有 5g 的氩气，经历热力学能不变的状态变化过程，初始状态为 P1=6.0× Pa,T1=600K,膨胀终了的体积 V2=3V1，氩气可以作为理想气体，比热容为定值， Rg=0.208KJ/(Kg.K),求终温终压及热力学能、焓和熵变。
2-13 刚性绝热气缸被一良好导热无摩擦的活塞分成两部分，起先活塞由销钉固 定位置位置，其一侧被 0.5Kg,0.4MPa 和 30℃的某种理想气体，另一侧为 0.5Kg,0.12MPa，30℃的同种气体，拔走销钉，活塞自由移动，两侧达到平衡， 气体比热容取定值，求平时是两侧的温度和压力。
1-24 一种切割工具利用从喷嘴射出的高速水流切割材料，供水压力为 100KPa, 温度为 20℃，喷嘴内径为 0.002m，射出水流温度为 20℃，压力为 200KPa,流苏 1000m/s,200KPa、20℃时，v=0.001002 m³/Kg,近似认可水的比体积不变，求水 泵功率。
第二章 2-8 空气压缩机每分钟从大气中吸取温度 Tb=17℃,压力 Pb=750mmHg 的空气 0.2 m³， 充入 V=1 m³的储气罐中，储气罐中原有空气的温度为 T1=17℃，表压力为 0.05MPa, 问 经 过 几 分 钟 使 储 气 罐 中 的 气 体 压 力 和 温 度 提 高 到 P2=0.7MPa,T2=50℃.
1-21 500KPa 饱和液氨进入锅炉加热成干饱和氨蒸汽，然后进入过热器等压加热 到 275K，若氨的质量流量为 0.005Kg/s,离开过热器时的焓 h=-25.1KJ/Kg.氨气 进入和离开锅炉时焓分别为 h1=h´=-396.2KJ/Kg,h2=h´´=-223.2KJ/Kg，求锅炉 和过热器的换热率。
=14，循环中的工质吸收热量 100KJ/Kg,定容过程和定压过程各占一半，压缩过
程的初始状q1 态 q为23100qK3P4a、c2v 7T℃3 ，T计2 算 c循p 环T4热T效3 率和输出净功。
7-5 解：
q1 依题意： 2
cv T3 T2 , q1 2
cp T4
T3
则： T3 T2 697.35K,T4 T3 498K
W/(1m5.Km)，2 求砖Φ墙的λ散A t热w1 量 t。w2
δ
840W
8-5 200mm 厚的平面墙，导热系数 λ1=1.3 W/(m.K)，为使每平方米的砖墙热损
失不超过 1830W，墙外覆盖一层导热系数 λ2=0.35 W/(m.K)的保温材料，复合壁 两8-5侧解温：度为q 1δ310tλw011℃和δtw22λ320℃，δ2求保 t温w1 层q t应w2 有 的δ1 λ厚1 度λ2。 0.189m
各8-6层解接：触（面1）的R温λ 度 。21π
1 λ1
ln
d2 d1
1 λ2
ln
d3 d2
1 λ3
ln
d4 d3
0.901mk
/W
（2）
q1
1 2π
5-9 空气在轴流压缩机中被绝热压缩，压力比为 4.2.P1=0.1MPa,初、终态温度 分别为 30℃和 227℃，计算压气机的绝热效率及压缩过程气体的熵变（To=293K）， 空气为理想气体，比热容取定值，Rg=0.287KJ/(Kg.K)，Cp=1.005KJ/(Kg.K).
5-12 将 500K 温度为 20℃的水在定压（Po=0.1MPa）用电加热器加热到 90℃，不 计散热损失，环境大气温度为 20℃，水的比热容取 4.187 KJ/(Kg.K)，求过程的 消耗电力。
1410637???tktt????123?34?3243??????vpqqqcttctt????11324322????vpqqcttctt???????324369735498???k?ttkttk1212402327?????vvppkpa111111tv2221286213?????????????kkkvtvttkv3155948?tk4205748?tk3232?ttpp3727757?pkpa43727757?k?pp115544?k?k???ktptp5115?ttpp580007?tk????51324310641???????tttttktt11641????nettnettwwqkjkgq12211464?k????????kppttk????211034642931761?????pwcttkjkg7044?1?k?cpqwkw14327406????????kpttkp217815??tpqwkw395?ctpp1210369???ttt第八章82有一平板稳态导热其厚度25mm面积a0
气以流率 4Kg/s 经压气机被压缩到 500KPa,燃气轮机入口温度为 900℃，计算压
气机耗功量，燃气轮机做功量、 压气机耗功量和燃气轮机做功量的比值、循环
热效率。（Cp=1.03 kK1J/(Kg.K),k=1.4）
7-8
解：T2
T1
p2 p1
k
464K
w cp T2 T1
1-14 质量为 1275Kg 的汽车在以 60 000m/h 速度行驶时被刹车制动，速度降至 20 000m/h ，假定刹车过程中 0.5Kg 的刹车带和 4Kg 的刚刹车鼓均匀加热，但与 外 界 没 有 传 热 。 刹 车 和 刚 刹 车 鼓 的 比 热 容 分 别 是 1.1KJ/(Kg.K) 和 0.46 KJ/(Kg.K)，求刹车带和刚刹车鼓的升温。
λ8=-20.解2W：/(因m.为K),Φ单位 时λA间t导w1 热δ t量w2=1.5W，t 求 平tw1板两tw侧2 温Φ差λAδ。 1.875
即平板两侧温差为 1.875℃。
8-3 某房间砖墙宽 5m,高 3m,厚 0.25m，墙内外表面维持温度为 15℃和-5℃，砖
的8-3导解热：系数A
λ=0a.h7
1-20 蒸汽动力厂中锅炉以流量 40 000Kg/h 向汽轮机提供蒸汽，汽轮机进口处的 压力表的读书为 8.9MPa,蒸汽的焓是 3441KJ/Kg,汽轮机出口处的真空表的读数 为 730.6mmHg,出口处蒸汽的焓是 2248KJ/Kg，汽轮机向环境散热为 6.81×KJ/h, 若当地大气压是 760mmHg,求：（1）进、出口处的蒸汽的绝对压力；（2）不计进、 出口处的位能差和动能差时汽轮机的功率；（3）若进、出口处的蒸汽的速度分别 为 70m/s 和 140m/s 时对汽轮机的功率有多大影响？（4）若进、出口的高度差为 1.6m 时对汽轮机的功率有多大影响？
1-17 空气在压气机中被压缩，压缩前的空气参数为：P1=0.1MPa,v1=0.845m³/Kg, 压缩后的参数是 P2=1MPa,v2=0.175m³/Kg,压缩过程中 1Kg 空气热力学能增加 146.5KJ，同时向外放出 50KJ，压气机每分钟压缩空气 1Kg,带动此压气机要用多 大功率的电动机？
5-13 3Kg 的温度为 80℃的热水在绝热容器中和 5Kg 温度为 20℃的冷水等压混合， 水的比热容取 4.187 KJ/(Kg.K)，求混合过程的熵变，并说明为什么此过程不可 逆。
第六章 6-1 喷管的某一截面空气压力为 0.5MPa,温度为 800K，流速为 600m/s,空气以理 想气体定比热容计，求滞止温度和滞止压力。
T4 1090.2K
ηt
1
T4 T1
k T3 T2
0.606
7-4 活塞式内燃机的混合加热理想循环， T1=90℃，T2=400℃，T3=590℃，
T5=300℃，工质为理想空气，比热容取定值，求循环热效率、同温限卡诺循环热
效率。 7-4 解：
T5 T2
T1λρk T1εk 1
T3 T1λεk1
1-2 为定熵压缩，则
k
p2
p1
V1 V2
4023.27kPa
k 1
T1V1k 1
T2V2k 1
T2
T1
V1 V2
862.13K
T3 1559.48K T4 2057.48K
T3 T2 2-3 为定容加热，有： p3 p2
得： p3 7277.57kPa
3-4 为定压加热：p4 p3 7277.57
第五章 5-3 为使冷库保持-20℃，需将 419 000KJ/h 的热量排向环境，环境温度 To=27℃， 求理想情况下每小时所消耗的最小功和排向大气的热量。
5-4 利用热泵从 90℃的地热水中把热量传到 160℃的热源中，每消耗 1KW 的电， 热源最多能得到多少的热量？
5-7 有 1Kg 的饱和水蒸汽在 100℃下等压凝结为饱和水，凝结过程放出热量 2260KJ 并为环境所吸收，若环境温度为 30℃，求（1）工质熵变，（2）过程中的 熵流和熵产，（3）由工质和环境组成的孤立系统的熵变。
8-6 蒸汽管道的内外直径分别为 160mm 和 170mm, 管壁的导热系数 λ1=58
W/(m.K)，管外有两层保温材料，第一层厚度 2=30mm, 导热系数 λ2=0.17
W/(m.K)。第二层厚度 3=50mm, 导热系数 λ3=0.093 W/(m.K)，蒸汽管的内表面
温度 T1=300℃，保温层的外表面温度 T4=50℃，求每米管长的总热阻、热损失和
第七章
7-2 某活塞式内燃机的定压加热理想循环，工质为空气，视理想气体。比热容取
定值，k=1.4,循环压缩比=18，压缩冲程的初始状态为 98KPa,17℃,循环的最高
温度 2100℃.求：（1）绝热膨胀过程终了时的压力、温度。（2）循环热效率。
7-2 解：因为定压加热过程，故：1-2 为定熵压缩：
k 1
k 1
4-5 为定熵膨胀：T5 p5 k T4 p4 k
5-1 为定容放热：
T1 p1
T5 p5
则： T5 800.07K
则：
ηt
1
T3
T5 T1
T2 k T4
T3
0.641
ηt
Wnet q1
Wnet
q1ηt
641kJ
/ kg
7-8 在燃气轮机定压加热理想循环中，压气机入口空气状态为 100KPa,20℃,空
2-15 启动柴油机用的空气瓶体积 V=0.3 m³，内有 P1=8MPa,T1=303K 的压缩空气， 启动后瓶中空气压力将为 P2=0.46MPa,T2=303K,求用去空气的质量。
第四章 4-1 有 2.268Kg 理想气体，初温 T1=477K，在可逆定容过程中的热力学能变化为 △U=316.5KJ，气体的比热容取定值，Rg=430J/(Kg.K),k=1.35,求过程的功、热 量和熵的变化量。
6-5 空气进入喷管的流速为 300m/s，压力位 1MPa,温度为 450K,求：（1）滞止参 数、临界压力和临界流速。（2）若出口处的截面的压力为 0.2MPa,求出口截面的 流速及温度。（理想空气，不考虑摩擦）
6-7 空气经以渐缩喷管，在某一截面处，压力为 0.5MPa,温度为 540℃，流速为 200m/s，截面积为 0.005,求：（1）该截面的滞止压力和滞止温度。（2）截面处 的声速和马赫数。（3）若马赫数=1，求出口截面积、温度、压力、速度。
1.03 464 293 176.1kJ / kg
pc qw 704.4kW
k 1
p qw 1781.5kW 燃气轮机为定熵过程：T4
T3
p1 p2
k
740.6K
t
2
pc 39.5% pt
ηt
1 T1 T2
0.369
第八章 8-2 有 一 平 板 稳 态 导 热 ， 其 厚 度 =25mm ， 面 积 A=0.1, 材 料 平 均 导 热 系 数
4-5 3Kg 的理想空气空气，P1=1.0MPa,T1=900K,绝热膨胀到 P2=0.1MPa,比热容 取定值，求：（1）终态参数 V2 和 T2，（2）膨胀功和技术功。（3）热力学能和焓 的变化量；
4-6 2Kg 的理想气体，按可逆多变过程膨胀到原有容积的 3 倍，温度从 300℃降 到 60℃，膨胀过程做工 418.68KJ，吸热 83.736KJ，求（1）过程的多变指数，（2） 气体的 Cp 和 Cv.
k 1
T2
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
T1
V1 V2
290 181.41
2-3 定压加热：p3 p2
921.5K
p1
V1 V2
k
98181.4
5605.4kPa
3-4
定熵膨胀：T3
p3
k 1 k
k 1
T4 p4 k
4-1
定容放热：T1 p1
T4 p4
T4
T1 p4 p1
故： p4 368.4kPa
热工基础题目
1-11 在冬季，工厂某车间每一小时经过墙壁等处的损失热量 3 000 000 KJ，车间 各工作机器消耗的动力为 400 KW，假定其最终全部变成热能散发在车间内，另 外，室内经常点着 50 盏 100W 的电灯，为试车间内温度不变，每小时加入多少 热量？
1-12 水在 101325 Pa，100 ℃下定压汽化，比体积由 0.001 m³/Kg 增加到 1.76 m ³/Kg，若气化潜热为 2250KJ/Kg,已知定压汽化过程汽化潜热为晗差，求 1Kg 水 灾定压汽化过程中的热力学能变化量。
ρ
k
T2T5 T1T3
λ T3 T2
εk 1
T2
T1
则： T4 T1λρεK 1 1001.1K
ηt
1
T3
T5 T1
T2 k T4
T3
0.452
则：循环热效率： 同温限卡诺循环的热效率
ηtk
1 T1 T4
0.637
7-5 活塞式内燃机的混合加热理想循环，工质为理想空气，k=1.4，循环压缩比