化工原理第二章习题及答案

化工原理第二章习题及答案
1. 有一气缸，内径为100mm，在一个压力器中充入25升
压缩空气（压力为2.5MPa），用这个压缩空气推动空气缸推
出500mm，求气缸推力和机械效率。

解答：
气缸推力的计算公式为：F=P*A 其中，P为气缸内气压力，A为气缸有效面积。

首先，需要根据气缸内径计算出气缸有效面积。

气缸有效面积的计算公式为：
A=π*(D^2 - d^2)/4 其中，D为气缸外径，d为气缸内径。

根据气缸内径100mm可得：D=100mm+（2×5mm）=110mm
由此可得气缸有效面积：A=π*(1102-1002)/4=0.00813m^2
因此，气缸推力为：F=2.5×0.00813=0.02033MN
其次，需要根据机械原理计算气缸的机械效率。

气缸的机械效率为：
η=F_load/F_in 其中，F_load为气缸的推力，F_in为压缩空气所做的功。

压缩空气所做的功为：W=P_1V_1ln(P_2/P_1) 其中，P_1为压缩前的气压，V_1
为压缩前的容积，P_2为压缩后的气压。

压缩空气所做的功为：W=2.5×25×10^-3×ln(0.1/2.5)=-0.621J
因此，气缸的机械效率为：η=0.02033/(-0.621)= -0.0327
答案：气缸推力为0.02033MN，机械效率为-0.0327。

2. 在一艘船上，柴油机每小时消耗燃油1000升，每升燃油能释放38000J的热量，求柴油机的功率。

解答：
柴油机的功率可以通过燃烧的热量和时间来计算。

柴油机的功率公式为：
P=W/t=Q/t 其中，W为做功的量，t为做功的时间，Q为燃料燃烧所释放的热量。

柴油机燃料燃烧释放的热量为：Q=m_fuel * Q_fuel 其中，m_fuel为燃料质量，
Q_fuel为燃料单位质量的燃烧热量。

每小时柴油机消耗的燃油量为：m_fuel = 1000kg/小时
每升燃油能释放的热量为：Q_fuel = 38000J/升
因此，柴油机燃料燃烧释放的热量为：Q = 1000 × 38000=3.8×10^7J/小时假设柴油机每小时工作3600秒，则计算柴油机的功率为：P = Q/t =
3.8×10^7/3600 ≈ 10556W
答案：柴油机的功率约为10556W。