热工过程自动调节,课后习题答案,1到6章

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热工课后题答案

习题及部分解答第一篇工程热力学第一章基本概念1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量：答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。

2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。

3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。

若水柱高mm 200，水银柱高mm 800，如图2-26所示。

已知大气压力为mm 735Hg ，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ？解：根据压力单位换算kPa p p p p kPaPa p kPap Hg O H b Hg O H 6.206)6.106961.1(0.98)(6.10610006.132.133800.96.110961.180665.92002253=++=++==×=×==×=×=4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。

若已知斜管倾角o 30=α，压力计中使用3/8.0cm g =ρ的煤油，斜管液体长度mm L 200=，当地大气压力MPa p b 1.0=，求烟气的绝对压力（用MPa 表示）解：MPa Pa g L p 6108.7848.7845.081.98.0200sin −×==×××==αρMPa p p p v b 0992.0108.7841.06=×−=−=−5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C 为压力表，读数为kPa 110，B 为真空表，读数为kPa 45。

若当地大气压kPa p b 97=，求压力表A 的读数（用kPa 表示） kPa p gA 155=6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。

（1）.取水为系统；（2）.取电阻丝、容器和水为系统；（3）.取图中虚线内空间为系统。

（完整版）热工基础课后题答案

（完整版）热⼯基础课后题答案⼆零⼀七年，秋第⼀章热⼒学第⼀定律1-1⽤⽔银压⼒计测量容器中的压⼒，在⽔银柱上加⼀段⽔，若⽔柱⾼1020mm ，⽔银柱⾼900mm ，当时⼤⽓压⼒计上的度数为b 755mmHg p =。

求容器中⽓体的压⼒。

解：查表可知：21mmH O=9.80665Pa 1mmHg=133.3224Pa 由题中条件可知2H O Hg b1020 mm 9.80665 Pa 900mm 133.3224Pa 755mm 133.3224Pa 230.651 KPa 0.231MPap p p p =++=?+?+?=≈容器即容器中⽓体的压⼒为0.231MPa 。

1-2容器中的真空度为600mmHg v p =，⽓压计上的⾼度是b 755mmHg p =，求容器中⽓体的绝对压⼒（⽤Pa 表⽰）。

如果容器中的绝对压⼒不变，⽽⽓压计上⾼度为b 770mmHg p =，求此时真空表的度数（以mmHg 表⽰）.解：因为600mmHg=600mm 133.3224Pa=79993.4Pa v p =? b 755mmHg=755mm 133.3224Pa=100658.4Pa p =?容器中⽓体的绝对压⼒为b v 100658.479993.420665Pa p p p =-=-=若以mmHg 表⽰真空度，则2066520665Pa=mmHg 155mmHg 133.3224p ==则当⽓压计⾼度为b 770mmHg p =时，真空表的读数为770mmHg 155mmHg 615mmHg vb p p p '=-=-=1-3⽤斜管压⼒计测量锅炉烟道⽓的真空度，管⼦倾斜⾓30α=?，压⼒计使⽤密度30.8g/cm ρ=的煤油，斜管中液柱长200mm l =，当地⼤⽓压⼒b 745mmHg p =。

求烟⽓的真空度（mmHg ）及绝对压⼒。

解：压⼒计斜管中煤油产⽣的压⼒为33sin 0.810kg /m 9.80.2m sin30=784Pa j p gl ρα==当地⼤⽓压为b 745mmHg=745mm 133.3224Pa/mm=99325.2Pa p =?则烟⽓的绝对压⼒为b j 99325.2Pa 784Pa 98541.2Pa p p p =-=-=若压⼒计斜管中煤油产⽣的压⼒⽤mmH 2O 表⽰，则烟⽓的真空度为22784=784Pa=mmH O=79.95mmH O 9.80665j p1-6⽓体初态为3110.3MPa, 0.2m p V ==，若在等压条件下缓慢可逆地膨胀到320.8m V =，求⽓体膨胀所做的功。

热工原理课后习题答案

提供的热量为：
•
Q m质（h2 h1）
（1）用平均定压质量比热容数据计算
查表并通过插值可得到：
cP
20 0
1.0044kJ
/(kg.K )
cP
270 0
1.0169kJ
/(kg.K )
cP
270 20
270 1.0169 270
20 1.0044 20
1.0179kJ
/(kg.K )
•
tw1
t f1
q h
20
24.66 4
13.840C
tw2
t f2
q h
10
24.66 6
5.890 C
8-6 解：传热系数 h
1 1
1
1
1 0.4
1
0.8696W /(m2 K )
h1 h2 4 0.5 10
热流通量为： q h t f1 t f2 0.8696 20＋10＝26.087W / m2
1.8105 Pa
前两种情况能使气球充到 2m3
W pb ΔV 0.9 105 2 1.8 105 J
情况三:
V气球＋贮气罐＝
p贮气罐V贮气罐 pb
0.15 2 0.09
3.333m3
所以气球只能被充到V气球＝3.333－2＝1.333m3 的大小，故气体对外作的功为：
W 0.9105 1.333 1.2105 J
6-6 解: (1)k=1.4
循环热效率为：
1
1 k1
1
1 7.51.41
55.33%
压缩过程为可逆绝热过程，所以有：
k 1
T2
T1
v1 v2

热工控制系统习题集及答案

第四章、自动控制系统的时域分析
4－ 1、系统的特征方程如下，用劳斯判据判定每个系统的稳定性。
(a)
4
s
3
3s
2
3s
2s
2
0
(b) 0.02s3 0.3s2 s 10 0
(c)
s5 12s4 44 s3 48s2 s 1 0
(d)
0.1s4 1.25s3 2.6s2 26s 25 0
4－ 2、图 4－1 表示采用比例积分调节器的调节系统，为使该系统稳定，调节器的参数 Kp 和 Ti 之间应有什么关系？并在 Kp－ Ti 坐标平面上表示这两个参数的取值范围。
数H s W s。
3－ 5、如图 3－ 3 所示，分别为线性弹簧、阻尼器和机械平移系统，设输入信号为作用力 f(t) ，输出为位移 x(t)，写出它们的传递函数，并列出相似参量和
变量。
x(t) f (t) k (a)
x (t) f (t) (b)
x(t)
m
f(t)
(c)
图 3－3 习题 3－ 5 图
什么？
第二章、控制系统的传递函数与基本环节
2－ 1、某系统的微分方程为：
d3y t a 3 dt 3
d2y t a2 dt 2
dy t a1
dt
a0y t
dx t b1
dt
b0 x t
其中 y(t) 为系统的输出， x(t) 为系统的输入，写出其传递函数。 2－ 2、图 2－1 所示的微分电路，试证明它的传递函数为
C
u1
R
u2
图 2－ 1 微分电路
2－ 3、图 2－2 为一滞后校正回路，图
G s U2 s U1 s
RCs RCs 1

热工课后题答案

For personal use only in study and research;not for commercial use习题及部分解答第一篇工程热力学第一章基本概念1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量：答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。

2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。

3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。

若水柱高mm 200，水银柱高mm 800，如图2-26所示。

已知大气压力为mm 735Hg ，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ？解：根据压力单位换算4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。

若已知斜管倾角 30=α，压力计中使用3/8.0cm g =ρ的煤油，斜管液体长度mm L 200=，当地大气压力MPa p b 1.0=，求烟气的绝对压力（用MPa 表示）解：5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C 为压力表，读数为kPa 110，B 为真空表，读数为kPa 45。

若当地大气压kPa p b 97=，求压力表A 的读数（用kPa 表示）kPa p gA 155=6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。

（1）.取水为系统；（2）.取电阻丝、容器和水为系统；（3）.取图中虚线内空间为系统。

答案略。

7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为MPa 4.13；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为mmHg 706。

若大气压力为MPa 098.0，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力（用MPa表示） M P ap M P a p 0039.0;0247.021== 8.测得容器的真空度mmHg p v 550=，大气压力MPa p b 098.0=，求容器内的绝对压力。

大学-热工过程自动控制课后答案

陈绍炳于向军编著《热工自动控制原理》习题参考答案长沙理工大学能源与动力工程学院自动化教研室石阳春E-mail: shiyc_110@第2章线性自动控制系统的数学描述2－1 系统框图如图2－44所示，求输入为给定函数时的输出响应。

图2－44 系统框图解：(a) 212111)()(+=⋅+=S SS S U S Y ， 21)(SS U = 225.025.05.0)2(1)(22++−=+=S S S S S S Y ， ∴ te t t y 225.025.05.0)(−+−= (b)221212)()(+=⋅+=S S S S U S Y ， S S U 1)(=22)(+=S S Y ， ∴ te t y 22)(−=(c) )41)(21(1414212)()(++=+⋅+=S S S S S U S Y ， S S U 1)(=41162188)41)(21(1)(+−++=++=S S S S S S S Y ,∴421688)(tt e e t y −−−+=(d) 15225121512)()(+=⋅+++=S SS S U S Y ， S S U 1)(=(a) 输入u(t) = t(b) 输入u(t) = 1(t)(c) 输入u(t) = 1(t)(d) 输入u(t) = 1(t)(e) 输入u(t) = 1(t)(f) 输入u(t) = 1(t)15252)1(52)(+−=+=S S S S S Y ， ∴t e t y −−=5252)( (e) 01.0)1.0(01.01)110(1)101(11)101(1)()(2222++=++=+++=S S S S S U S Y ， S S U 1)(=01.0)1.0(1.05.001.0)1.0()1.0(5.05.0]01.0)1.0[(01.0)(222++×−+++−=++=S S S S S S S Y ∴ 10sin 5.010cos 5.05.0)(1010te t et y t t −−−−=或 )2(5.0)02.02.0(02.05.0]01.0)1.0[(01.0)(2002222ωζωω++×=++×=++=S S S S S S S S S Y ∴ )4510sin(21(5.0)(10°+−=−tet y t(f))1(3)13(2131212)()(++=+⋅+=S S S S U S Y ， S S U 1)(=13432)1(3)13(2)(++=++=S S S S S S Y ， ∴t e t y −+=3432)(2－2 由电阻R 和电容C 组成如图2－45所示的电路：图2－45 系统电路图⑴建立传递函数)()()(12S U S U S G =的表达式，说明为何种环节；⑵当输入u 1为单位阶跃函数时，画出输出u 2(t)响应曲线，并标出特征参数。

第五章习题热工过程自动调节答案

第五章习题5-1 求输入信号为)30sin(︒+t 的单位反馈系统的稳态输出，已知系统的开环传递函数为：110)(+=s s G k 解：闭环系统的传递函数为：G(s)=10/(s+11) 频率特性G(jw)=10/(jw+11)由w=1，得 G(j1)=10/(j1+11)= o19.5905.0111122101-∠=∠*-tg故C （t ）=0.905sin(t+oo19530⋅-)=0.905sin(t+o81.24)5-2 自动调节系统的传递函数为)1)(1()(21s T s T ks G ++=写出系统的幅频特性和相频特性的表达式。

解：1112()22221212()(1)(1)11j tg T tg T k kG j e j T j T T T ωωωωωωω---+==++++幅频特性222212()11kM TT ωωω=++相频特性1112()()tg T tg T θωωω--=-+5-3 已知各系统的开环传递函数，试用奈魁斯特判断各闭环系统的稳定性。

1) )1)(1()(21++=s T s T ks G k2) )1)(1)(1()(321+++=s T s T s T ks G k解：1) T 1、T 2为正所以求出的开环特征根均落在S 平面的左半部，开环系统稳定。

观察图知没过（－1，j0）点，则系统稳定。

2) T 1、T 2、T 3均为正所以求出的开环特征根均落在S 平面的左半部，开环系统稳定。

观察图知过（－1，j0）点，则系统不稳定，且有两个正实数根。

5-4 已知各系统的开环传递函数，试图用奈魁斯特判断各闭环系统的稳定性。

1)36)1(4)(+=s s G k2) )1(1)(6+=s s G k 2s e -解，1）三个开环特征根均为－1/6，所以开环系统稳定()1(36)33244()(16)136j tg k G j e j ωωωω--==→++令()324()1136M ωω==+得ω＝36rad/s 此时得()θω= -π考虑到随ω值增加，开环系统频率特性的模单调减小，在模为1时，相角为-π，所以曲线过（－1，j0）点,系统边界稳定。

热工过程自动调节,课后习题答案,1到6章

1-4 前馈调节系统和反馈调节系统有哪些本质上的区别？答：反馈调节系统是依据于偏差进行调节的，由于反馈回路的存在，形成一个闭合的环路，所以也称为闭环调节系统。

其特点是：（1）在调节结束时，可以使被调量等于或接近于给定值；（2）当调节系统受到扰动作用时，必须等到被调量出现偏差后才开始调节，所以调节的速度相对比较缓慢。

而前馈调节系统是依据于扰动进行调节的，前馈调节系统由于无闭合环路存在，亦称为开环调节系统。

其特点是：(1)由于扰动影响被调量的同时，调节器的调节作用已产生，所以调节速度相对比较快；(2)由于没有被调量的反馈，所以调节结束时不能保证被调量等于给定值。

1-7 基本的自动调节系统除被调对象外还有哪几个主要部件？它们各自的职能是什么？答：组成自动调节系统所需的设备主要包括：（1）测量单元：用来测量被调量，并把被调量转换为与之成比例（或其他固定函数关系）的某种便于传输和综合的信号y。

（2）给定单元：用来设定被调量的给定值，发出与测量信号y同一类型的给定值信号r。

（3）调节单元：接受被调量信号和给定值信号比较后的偏差信号，发出一定规律的调节指令μ给执行器。

（4）执行单元：根据调节单元送来的调节指令μ去推动调节机构，改变调节量。

or2—8 答案第三章3-1 什么是有自平衡能力对象和无自平衡能力对象？答案: 所谓有自平衡能力对象，就是指对象在阶跃扰动作用下，不需要经过外加调节作用，对象的输出量经过一段时间后能自己稳定在一个新的平衡状态。

所谓无自平衡能力对象，就是指对象在阶跃扰动作用下，若没有外加调节作用，对象的输出量经过一段时间后不能自己稳定在一个新的平衡状态。

3-2 试分析P、PI、PID规律对系统调节质量的影响？答案：P调节器，有一个相对较大的超调量，有较长的调节时间，存在静态误差。

PI调节器，综合了P调节器和I调节器两者的性质。

它的超调量及调节时间与P调节器差不多，但没有静态误差。

PID调节器兼有比例、积分和微分作用的特点，只要三个调节作用配合得当就可以得到比较好的调节效果，它具有比PD调节还要小的超调量，积分作用消除了静态误差，但由于积分作用的引入，调节时间比PD调节器要长。

热工课后题答案

热工课后题答案习题及部分解答第一篇工程热力学第一章基本概念 1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量：答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。

2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。

3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。

若水柱高200mm，水银柱高800mm，如图2-26所示。

已知大气压力为735mmHg，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa？解：根据压力单位换算pH2O?200???103??800???105Pa??pb?(p H2O?pHg)??(?)? 4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。

若已知斜管倾角??30?，压力计中使用??/cm3的煤油，斜管液体长度L?200mm，当地大气压力pb?，求烟气的绝对压力解：p?L?gsin??200??????10?6MPap?pb?pv???10?6? 5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C为压力表，读数为110kPa，B为真空表，读数为45kPa。

若当地大气压pb?97kPa，求压力表A的读数pgA?155kPa 6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。

.取水为系统；.取电阻丝、容器和水为系统；.取图中虚线内空间为系统。

答案略。

7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为706mmHg。

若大气压力为，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力p1? 7P;ap2?测得容器的真空度pv?550mmHg，大气压力pb?，求容器??，求此时真空表上的读内的绝对压力。

若大气压变为pb?? 数为多少mmMPa？p?,pv9.如果气压计压力为83kPa，试完成以下计算：.绝对压力为时的表压力；.真空计上的读数为70kPa时气体的绝对压力；.绝对压力为50kPa时的相应真空度；.表压力为时的绝对压力。

热动专业《热工过程自动调节》

热工要点复习题Q、什么是被调对象、被调量、给定值、扰动、调节作用量、调节机关？答：被调对象：被调节的生产设备或生产过程。

被调量：通过调节需要维持的物理量。

给定值：根据生产要求，被调量的规定数值。

扰动：引起被调量变化的各种原因。

调节机关：在调节作用下，用来改变进入被调对象的物质或能量的装置。

调节作用量：在调节作用下，控制被调量变化的物理量Q、自动调节系统按给定值如何分类？按结构又如何分类？答：按给定值：恒值调节系统、程序调节系统、随机调节系统按结构：反馈调节系统、前馈调节系统、复合调节系统Q、调节系统的性能指标有哪些？答：稳定性、准确性、快速性Q、什么是静态特性、动态特性、传递函数？答：静态特性：在平衡状态时，输出信号和引起它变化的输入信号之间的关系。

动态特性：在不平衡状态时，输出信号和引起它变化的输入信号之间的关系。

传递函数：线性定常系统在零初始条件下，系统（或环节）输出信号的拉普拉斯变换与输入信号的拉普拉斯变换之比。

Q、什么是有自平衡能力对象？无自平衡能力对象？内扰？外扰？答：（1）有自平衡能力对象：指对象在阶跃扰动作用下，不需要经过外加调节作用，对象的输出量经过一段时间后能自己稳定在一个新的平衡状态。

（2）无自平衡能力对象：指对象在阶跃扰动作用下，不经过外加调节作用，对象的输出量不能自己稳定在一个新的平衡状态。

（3）内扰：经过调节通道作用到对象上的扰动（4）外扰：经过干扰通道作用到对象上的扰动Q、工程上常用的调节系统的分析方法有哪两种？答：时域分析法和频域分析法Q、分析比例带δ、积分时间Ti、微分时间TD,对调节质量的影响（静态指标、动态指标、衰减率）？答：（1）比例带δ对调节质量的影响1、减小比例带可以获得较小的静态偏差和动态偏差；2、比例带减小，调节作用越强，会使系统震荡剧烈，衰减率减小，降低稳定型。

（2）积分时间Ti 对调节质量的影响1、积分作用使静态偏差为零，积分时间越小，积分作用越强；2、积分作用的增强使衰减率减小；3、积分作用的增强使动态偏差减小。

第四章习题热工过程自动调节答案

第四章习题热工过程自动调节答案第四章习题热工过程自动调节答案第四章习题4-1 调节系统如图4-13所示，试分别求当K =10和K =20时，系统的阻尼比 ζ、无阻尼自然振荡频率ωn 、单位阶跃响应的超调量M p 、峰值时间t p 、衰减率ψ、调节时间t s 和稳态误差e (∞)，并讨论K 的大小对过渡过程性能指标的影响。

解:系统的闭环传递函数为2()10()()1010C s KG s R s S S K==++二阶系统传递函数的通用形式为'222()2nn nK G s S S ωζωω=++二式比较，可得, K ’=1 10n Kω 510K ζ=K =10时，10010nω==51000.5ζ== 由此可以求得：阻尼振荡频率2211010.5538.66(/)d rad s ωωζ=-=-==峰值时间 0.363()8.66p d t s ππω=== 超调量 210.57716.3%p M ee πζζπ---===衰减率 221 1.1541197.3%e e πζζπψ---=-=-=调节时间采用2%的误差带：440.8()5s nt s ζω≈==采用5%的误差带： 330.6()5s nt s ζω===稳态误差0'2220()1()1()lim 11[()]lim 1lim 21'0S S nS n n e c SC s S G s SK S S K ωζωω→→→∞=-∞=-=-⋅=-++=-=K =20时，200102nω==520024ζ==阻尼振荡频率2110210.12513.23(/)d rad s ωωζ=-=-=峰值时间 0.237()13.23p d t s ππω=== 超调量 210.25839.3%p M e e πζζπ---===衰减率 2210.5161180.4%e e πζζπψ---=-=-=调节时间采用2%的误差带： 440.8()5s nt s ζω≈==采用5%的误差带： 330.6()5s nt s ζω===稳态误差()1'0e K ∞=-=4-2 调节系统如图4-14所示，试分别求出当系统的瞬态响应为ψ=0.75和ψ=0.9时的 δ 值。

热工过程自动调节习题答案

热工过程自动调节习题答案热工过程自动调节习题答案热工过程是工程热力学中的重要内容之一，它研究的是能量的传递和转化过程。

在热工过程中，自动调节是实现系统稳定运行的关键。

下面将针对热工过程自动调节的习题进行答案解析。

1. 热工过程的自动调节是什么意思？热工过程的自动调节是指通过自动控制系统对热工过程中的参数进行调节，以实现系统的稳定运行。

自动调节可以通过传感器感知系统的状态，再通过控制器对执行器进行控制，从而实现对热工过程的自动调节。

2. 什么是控制系统的闭环？控制系统的闭环是指在自动调节过程中，通过反馈信号将实际输出与期望输出进行比较，再根据比较结果对控制器进行调节，以实现系统的稳定运行。

闭环控制系统可以根据实际输出对控制器进行修正，从而提高系统的稳定性和精度。

3. 热工过程中常见的自动调节器件有哪些？热工过程中常见的自动调节器件包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、阀门、执行器等。

温度传感器可以感知系统的温度变化，压力传感器可以感知系统的压力变化，流量传感器可以感知流体的流量变化，阀门和执行器可以根据控制信号对流体进行调节。

4. 热工过程中的控制策略有哪些？热工过程中常见的控制策略有比例控制、积分控制和微分控制。

比例控制是根据系统输出与期望输出的差异来调节控制器输出信号的大小，积分控制是根据系统输出与期望输出的累积差异来调节控制器输出信号的大小，微分控制是根据系统输出与期望输出的变化率来调节控制器输出信号的大小。

这些控制策略可以单独使用，也可以组合使用，以实现更精确的控制效果。

5. 热工过程中的控制器有哪些类型？热工过程中常见的控制器类型包括比例控制器、积分控制器、微分控制器和PID控制器。

比例控制器根据系统输出与期望输出的差异来调节控制器输出信号的大小，积分控制器根据系统输出与期望输出的累积差异来调节控制器输出信号的大小，微分控制器根据系统输出与期望输出的变化率来调节控制器输出信号的大小，而PID控制器则是将比例控制、积分控制和微分控制三种控制策略综合起来，以实现更精确的控制效果。

热工课后题答案(修订)

由于外界加热的原因造成阀门开启，问：
(1)阀门开启时瓶内气体温度为多少？ (2)因加热造成阀门开闭一次期间瓶内氮气失去多少？设瓶内空气
= 41%
（2）.锅炉效率
ηB
=
蒸汽总放热量煤的总放热量
=
ΦH ΦB
ΦB
=
qb,c
⋅ qc
= 19.5 ×103 × 30 ×103 3600
= 1.625 ×105 (kW )
η=
ΦH ΦB
=
1.34 ×105 1.625 ×105
= 82.5%
2.系统经一热力过程，放热8kj 对外做功 26kJ 。为使其返回原状态，对
系统加热 6kJ ，问需对系统作功多少？
解：由 Q = ∆U + W 得
∆U = Q − W = −8 − 26 = −34(kj)
对于返回初态的过程
∆U = −∆U = 34kj W ′ = Q − ∆U ′ = 6 − 34 = −28kj
故需对系统做功 28kj 。 3.气体在某一过程只能感吸收了 54kJ 的热量，同时热力学能增加了 94kJ 。此过程是膨胀过程还是压缩过程？系统与外界交换的功是多少？
tF = 1.8 × (−273.15 _) + 32 = −459.7(oF )
11.气体进行可逆过程，满足 pV = C （ C 为常数），试导出该气体从状
态1变化到状态 2 时膨胀功的表达式，并在 p −V 图上定性画出过程线、
示出膨胀功。
答案：略 12.某气体的状态方程为 pV = RgT ，试导出：
（2）. Qad = 50kj ；（4）. Qdb = 10kj 。
7.容积为1m3 的绝热封闭的气缸中装有完全不可压缩的流体，如图 2-31 所示。试问：

热工过程自动调节习题集答案详解

答案及分析第一章自动调节得基本概念1-1 试列举生产过程或生活中自动调节得例子,并分别说出它们各自得被调量,调节作用量以及可能受到得各种扰动、。

答:汽包锅炉给水自动调节系统被调量汽包水位H 调节量W 扰动蒸汽量D 锅炉燃烧率过热蒸汽温度自动控制系统过热蒸汽温度减温水流量变化扰动:蒸汽流量变化烟气量变化再热蒸汽温度自动控制系统再热蒸汽出口温度烟气量扰动:受热面机会给水温度得变化燃料改变过量空气系数得变化燃烧过程自动控制气压Pt 过剩空气系数a 炉膛负压S1 调节量: 燃烧量B 送风量V 引风量G 扰动:燃烧率负荷(汽轮机调节门开度汽轮机进气流量)以电厂锅炉运行中炉膛压力得人工控制为例,被调量就是炉膛压力,调节量就是引风量,各种扰动包括内扰与扰,如炉膛负荷送风量等。

在锅炉过热蒸汽温度控制系统中,被调量就是过热器出口过热蒸汽温度。

在锅炉负荷控制系统中,被调量就是主蒸汽压力,调节粮食锅炉燃料量,扰动就是汽机进汽量。

1-2 实际生产过程中常采用哪几种类型得自动调节系统答:按给定值信号得特点分类,有:恒值调节系统,程序调节系统与随机调节系统、按调节系统得结构分类,有:反馈调节系统,前馈调节系统与前馈-反馈得复合调节系统、按调节系统闭环回路得树木分类:单回路调节系统多回路调节系统按调节作用得形式分类:连续调节系统离散调节系统按系统特性分类:线性调节系统非线性调节系统1-3 为什么在自动调节系统中经常采用负反馈得形式答:自动调节系统采用反馈控制得目得就是消除被凋量与绐定值得偏差、所以控制作用得正确方向应该就是:被调量高于绐定值时也就就是偏差为负时控制作用应向减小方向,当被调量低于给定值时也就就是偏差为正时控制作用应向加大方向,因此:控制作用得方向与被调量得变化相反,也就就是反馈作用得方向应该就是负反馈、负反馈就是反馈控制系统能够完成控制任务得必要条件、1-4 前馈调节系统与反馈调节系统有哪些本质上得区别答:反馈调节系统就是依据于偏差进行调节得,由于反馈回路得存在,形成一个闭合得环路,所以也称为闭环调节系统、其特点就是:(1)在调节结束时,可以使被调量等于或接近于给定值;(2)当调节系统受到扰动作用时,必须等到被调量出现偏差后才开始调节,所以调节得速度相对比较缓慢、而前馈调节系统就是依据于扰动进行调节得,前馈调节系统由于无闭合环路存在,亦称为开环调节系统、其特点就是:(1)由于扰动影响被调量得同时,调节器得调节作用已产生,所以调节速度相对比较快;(2)由于没有被调量得反馈,所以调节结束时不能保证被调量等于给定值、1-5 如何用衰减率来判断调节过程得稳态性能答:衰减率ψ作为稳定性指标比较直观形象,在系统得调节过程曲线上能够很方便地得到它得数值、ψ=1就是非周期得调节过程,ψ=0就是等幅振荡得调节过程,0<ψ<1就是衰减振荡得调节过程, ψ<0就是渐扩振荡得调节过程、1-6 从系统方框图上瞧,调节系统得调节过程形态取决于什么答:取决于被调对象与调节器得特性、1-7 基本得自动调节系统除被调对象外还有哪几个主要部件它们各自得职能就是什么答:组成自动调节系统所需得设备主要包括:(1)测量单元:用来测量被调量,并把被调量转换为与之成比例(或其她固定函数关系)得某种便于传输与综合得信号、(2)给定单元:用来设定被调量得给定值,发出与测量信号同一类型得给定值信号、(3)调节单元:接受被调量信号与给定值信号比较后得偏差信号,发出一定规律得调节指令给执行器、(4)执行器:根据调节单元送来得调节指令去推动调节机构,改变调节量、第二章自动调节系统得数学模型2-1 求下列函数得拉普拉斯反变换 (1)4)2)((3)1)(()(++++=S S S S S s F (2) )1(1)(2+=S S s F(3)23)(23++=S S S s F (4)1)(2)(3)(4)(2+++=S S S s F解: (1) 3/81/43/8(s)24F S S S =++++ ∴24313()848t t f t e e --=++ (2) 21(s )1SF S S =-+ ∴()1cos f t t =-(3)81(s)321F S S S -=-++++ ∴'2()()3()8t t f t t t e e δδ--=-+- (4) 2122(s)4(2)2(1)F S S S ⎡⎤--=++⎢⎥+++⎣⎦∴22()488t t t f t te e e ---=--+ 2-2 试求下图所示环节得动态方程、静态方程与传递函数。

(完整版)热工基础课后题答案

解：汽车动能的损耗为
由题意可知，汽车动能的损耗将全部转换为刹车带和刹车鼓的热力学能：
所以有
1-15以压缩空气为工作介质的小型高速汽轮机进气参数400kPa、50℃，经绝热膨胀排出汽轮机时的参数为150kPa、-30℃，问为产生100W的功率所需的质量流量。已知空气的焓仅是温度的函数，h=cpT。
解：由题意可知，进出空气的焓差即为汽轮机的功率
解：假设50盏电灯所耗能量最终全部变成热能散发在车间内，则每小时电灯产生的热能为
工作机器产生的热能：
将车间看做是闭口系，则有
1-12水在101235Pa，100℃下定压汽化，比体积由0.001m3/kg增加到1.763m3/kg，若汽化潜能为2250kJ/kg。已知定压汽化过程汽化潜热即为焓差，试求1kg水在定压汽化过程中的热力学能变化量。
解：（1）由于过程中，空气的温度不变，热力学能只是温度的函数，所以
，由热力学第一定律，所以膨胀功为
（2）由于初终两态的温度相同，所以，
1-19水在绝热容器中与水蒸气混合而被加热，水流入时压力为200kPa，温度为20℃，比焓为84kJ/kg，质量流量为100kg/min。水蒸气流入时的压力为200kPa，温度为300℃，比焓为3072kJ/kg，混合物流出时的压力为200kPa，温度为100℃，比焓为419kJ/kg，问每分钟需要多少水蒸气？
1-17空气在压气机中被压缩，压缩前空气的参数是：。压缩后的参数是。设在压缩过程中1kg空气的热力学能增加146.5kJ，同时向外放出热量50kJ。压气机每分钟产生压缩空气1kg。求带动此压气机要用多大功率的电动机？
解：由题意可知，
压缩1kg空气电动机所做的技术功为
于是电动机的功率为
1-181kg空气由，膨胀到，过程中空气吸热506kJ，（1）求空气的热力学能变化量及膨胀功；（2）若在与上述相同的初态之间空气仅吸热39.1kJ，求空气在过程中的做功量。假定空气可作为理想气体，其热力学能只是温度的函数。

热工课后题答案

2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。

3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。

若水柱高mm 200，水银柱高mm 800，如图2-26所示。

已知大气压力为mm 735Hg ，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ？解：根据压力单位换算kPa p p p p kPaPa p kPap Hg O H b Hg O H 6.206)6.106961.1(0.98)(6.10610006.132.133800.96.110961.180665.92002253=++=++==⨯=⨯==⨯=⨯=4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。

若已知斜管倾角 30=α，压力计中使用3/8.0cm g =ρ的煤油，斜管液体长度mm L 200=，当地大气压力MPa p b 1.0=，求烟气的绝对压力（用MPa 表示）解：MPa Pa g L p 6108.7848.7845.081.98.0200sin -⨯==⨯⨯⨯==αρMPa p p p v b 0992.0108.7841.06=⨯-=-=-5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C 为压力表，读数为kPa 110，B 为真空表，读数为kPa 45。

若当地大气压kPa p b 97=，求压力表A 的读数（用kPa 表示） kPa p gA 155=6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。

（1）.取水为系统；（2）.取电阻丝、容器和水为系统；（3）.取图中虚线内空间为系统。

答案略。

7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为MPa 4.13；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为mmHg 706。

【精品】第六章习题热工过程自动调节答案

第六章习题6-2串级调节系统和单回路调节系统在系统结构上有什么不同？串级调节系统一般在什么情况下采用？答：串级调节系统和单回路调节系统在结构和组成上相比多了一个测量单元、一个调节单元和一个闭合回路。

测量单元测量到的物理量作为系统的辅助被调量，增加的一个调节单元作为系统的辅助调节器(称为副调节器)，增加一个较小的闭合回路作为系统的副回路(也称为内回路)。

串级调节系统的调节任务仍然是使被调量等于给定值，系统中的执行器和调节机构都仍然只有一个.对于那些被调对象本身就很复杂，对自动调节的性能指标要求乂十分严格的，单回路调节系统已不能满足要求,可考虑采用串级调节系统。

6-3已知单回路调节系统中，被调对象的传递函数为G°($) =丄水"当调节器分别釆用p、PI、PID时，试用临界比例带法计算调节器的整2s定参数(整定指标＜1)=0. 75)。

解：设调节器只有比例作用时的传递函数为：G R(S)=丄此时，系统的特征方程式为：d1+G R(S)G°(S)=1+丄= 0系统为边界稳定时，特征方程式有根在虚轴上.以25ss = 代入上式，得：-J =丄广皿=_L e~J，r2^而: jlco 2co6 =——由此得到加龙=—+ 2血2解得：^ = - = 0.637,而^= — = 8071 CDT lt和①就是调节器只用比例作用而使系统处于边界稳左时，瞬态响应的振荡周期和比例带值。

(1) 调节器为比例作用时：G R(S)=丄调节器的整泄参数：3 = 24=1.27。

6(2) 调节器为比例积分作用时：G R(S)=云(1 +不一) o l\s调节器的整定参数:J = 2.2J =1.4； T=i = 6.67o1.2(3) 调节器为比例一积分-微分作用时：1 1 TG R($)=—(1 +——+ 7»调节器的整定参数为：J = 1.6J fl=1.02 : 7＞上=4；5 Js 27； = 0.257； =16-4已知单回路调节系统中，被调对象的传递函数为G°(s) = —当调节器分别采用P、PI. PID时，试计算出调巧器的整左参数(整立指标“(仏，+1)二0. 75)o解：系统用比例调节器［G R G)= ］时的特征方程式为：1+——!一=o •边界稳定时，"1+神〃宀而溶尹宀由此得岀:(1)调节器为比例作用时，调节器的整定参数:& = 迥 =0.5⑵调右器为比例.积分作用时，调节器的整左参数:》=2・2戈=0・55;=5・23兀・(3)调节器为比例■积分一微分作用时, 调审器的整定参数:希= 6.2%资料内容仅供您学习参考.如有不半之处，请联系改正或者删除J = 1 阴=0.4 7>¥ =3.14人；7；=0.257； =0.797；.。

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而前馈调节系统是依据于扰动进行调节的，前馈调节系统由于无闭合环路存在，亦称为开环调节系统。

（2）给定单元：用来设定被调量的给定值，发出与测量信号y同一类型的给定值信号r。

（3）调节单元：接受被调量信号和给定值信号比较后的偏差信号，发出一定规律的调节指令μ给执行器。

（4）执行单元：根据调节单元送来的调节指令μ去推动调节机构，改变调节量。

所谓无自平衡能力对象，就是指对象在阶跃扰动作用下，若没有外加调节作用，对象的输出量经过一段时间后不能自己稳定在一个新的平衡状态。

3-2 试分析P、PI、PID规律对系统调节质量的影响？答案：P调节器，有一个相对较大的超调量，有较长的调节时间，存在静态误差。

PI调节器，综合了P调节器和I调节器两者的性质。

它的超调量及调节时间与P调节器差不多，但没有静态误差。

3-3 在相同衰减率的前提下，为什么采用PI规律的比例带δ要采用P规律时选择得大一些？答案：PI调节器兼有比例调节作用和积分调节作用的特点，由于积分调节作用是随时间而逐渐增强的，与比例调节作用相比较过于迟缓，在改善静态品质的同时却恶化了动态品质，使过渡过程的振荡加剧，甚至造成系统不稳定。

为保证相同衰减率，要通过增大比例带值来削弱振荡倾向。

3-4 怎样判别调节对象被控制的难易程度？答案：不论调节对象有无自平衡能力，都可统一用ε、ρ、τ三个特征参数来表示对象的动态特性。

调节对象惯性越大、迟延越大越难被控制 3-6 为何积分调节器称为无差调节器？答案：具有积分作用的调节器，只要对象的被调量不等于给定值，执行器就会不停地动作，只有当偏差等于零时，调节过程才结束；调节过程结束，则必然没有偏差，这是积分作用的特点。

因此，积分作用调节器也称为无差调节器。

第四章习题4-1 调节系统如图4-13所示，试分别求当K =10和K =20时，系统的阻尼比 ζ、无阻尼自然振荡频率ωn 、单位阶跃响应的超调量M p 、峰值时间t p 、衰减率ψ、调节时间t s 和稳态误差e (∞)，并讨论K 的大小对过渡过程性能指标的影响。

解:系统的闭环传递函数为2()10()()1010C s KG s R s S S K==++二阶系统传递函数的通用形式为'222()2nn nK G s S S ωζωω=++二式比较，可得, K’=1n ω=ζ=K =10时，10n ω==0.5ζ==由此可以求得：阻尼振荡频率8.66(/)d nrad s ωω==== 峰值时间 0.363()8.66pd t s ππω===超调量0.57716.3%p M eeπζπ--===衰减率2 1.1541197.3%eeπζπψ--=-=-=调节时间采用2%的误差带： 440.8()5sn t s ζω≈==采用5%的误差带： 330.6()5sn t s ζω===稳态误差0'2220()1()1()lim 11[()]lim 1lim 21'0S S nS n n e c SC s S G s SK S S K ωζωω→→→∞=-∞=-=-⋅=-++=-=K =20时，n ω==ζ==阻尼振荡频率13.23(/)d nrad s ωω=== 峰值时间 0.237()13.23pd t s ππω=== 超调量/0.25839.3%p M eeπζπ--===衰减率20.5161180.4%eeπζπψ--=-=-=调节时间采用2%的误差带： 440.8()5s n t s ζω≈==采用5%的误差带： 330.6()5s n t s ζω===稳态误差()1'0e K ∞=-=4-2 调节系统如图4-14所示，试分别求出当系统的瞬态响应为ψ=0.75和ψ=0.9时的 δ 值。

解：由系统方框图可写出闭环特征方程式：11105(110)S S δ+=+整理得：21101050S S δ++= 考虑到二阶系统的标准形式为：0222=++nn S S ωξω可见：n ω=, 120nξω= 当取ψ=0.75时，阻尼比ξ=0.216，据此可求得： 22180.37350δζω=== 当取ψ=0.9时，阻尼比ξ=0.344，据此可求得：22180.94750δζω===4-3 试用劳斯判据和古尔维茨判据确定下列特征方程式的系统的稳定性。

如果不稳定，指出在S 右半平面根的个数。

（1）0516188234=++++S S S S (2)053232345=+++++S S S S S （3）025103234=++++S S SS (4)01681023=+++S S S答案: (1) 劳斯阵列：43210118581616513.55S S S S S第一列元素全为正，所以系统稳定。

(2) 劳斯阵列：54321013312512453.255S S S SS S --第一列元素符号改变两次，所以系统不稳定，有2个根在S 右半平面。

(3)劳斯阵列：4321035210147210153472S S S S S - 第一列元素符号改变两次，所以系统不稳定，有2个根在S 右半平面。

(4) 劳斯阵列：32101810166.416S S S S第一列元素全为正，所以系统稳定。

4-4 已知系统特征方程式如下，试求系统在S 右半平面的根数。

（1）0482*******345=+++++S S S S S （2）025********345=+++++S S S S S （3）0108744423456=+--+-+S S S S S S 答案: (1) 劳斯阵列：5 4 3 2 111232 32448 416 124800SSSSS由于出现全零行，故用2S行系数构成辅助多项式。

2f(s)=12S+48f'(s)=24S5 4 3 2 1 011232 32448 416 1248 24048SSSSSS第一列元素全为正，说明特征方程式没有正根，而由辅助方程式，212S+48=0S=j2和S=-j2这就是系统特征方程式的两对虚根，因此系统边界稳定。

(2) 劳斯阵列：5 4 3 2 111235 32025 1638030 52500SSSSS由于出现全零行，故用2S行系数构成辅助多项式2f(s)=5S+25f'(s)=10S5 4 3 2 1 011235 32025 1638030 52510025SSSSSS第一列元素全为正，说明特征方程式没有正根，而由辅助方程式25S+25＝0S=jS=-j 这就是系统特征方程式的两对虚根，因此系统边界稳定。

4-5 调节系统如图所示,G1(s)=K,G2(s)=1/s(0.1s+1)(0.2s+1)习题4-5图（1）确定系统稳定时的K 值范围；（2）如果要求闭环系统的根全部位于1-=S 垂线之左，K 值范围应取多大？答案: (1)系统特征方程 11()2()10(0.11)(0.21)KG s G s s s s +=+=++，即(10)(5)500s s s K +++= 321550500s s s K +++= 劳斯阵列：32115015501050350S KS KS S K-系统稳定，则需第一列元素全为正，10500,5003KK ->>所以015K <<。

(2) 用11-=s s 代入特征方程中，可得32111(1)15(1)50(1)500s s s K -+-+-+= 32111122334500s s s K ++-+=3121110112312503431050125034S K S K S S K ---要求闭环系统的根全部位于1-=S 垂线之左，则310500,5034012KK ->->，即0.68 6.2K <<。

4-6 已知单位负反馈系统的开环传递函数为 2(0.50.1)()(1)(0.51)K S G s S S S S +=+++试确定系统稳定时的K 值范围。

答案: (1)系统特征方程 2(0.50.1)1()1(1)(0.51)K S G s S S S S ++=++++＝0 即；2(1)(0.51)S S S S ++++(0.51)K S +＝0 4320.5 1.520.510s s s s Ks K +++++=43210.5211.510.5(2.50.25)11.5(10.5) 2.25(2.50.25)1S k S k S S k k S +-+--系统稳定，则需第一列元素全为正，2.50.25 1.5k- >0 (10.5) 2.25(2.50.25)k k +--＞0即05<K <第五章习题5-1 求输入信号为)30sin(︒+t 的单位反馈系统的稳态输出，已知系统的开环传递函数为：110)(+=s s G k 解：闭环系统的传递函数为：G(s)=10/(s+11) 频率特性G(jw)=10/(jw+11)由w=1，G(j1)=10/(j1+11)=故C （t ）=0.905sin(t+)=0.905sin(t+)5-2 自动调节系统的传递函数为)1)(1()(21s T s T ks G ++=写出系统的幅频特性和相频特性的表达式。

o19.5905.0111122101-∠=∠*-tg oo19530⋅-o81.24解：1112()12()(1)(1)j tg T tg T k k G j e j T j T ωωωωω---+==++幅频特性()kM ω=相频特性1112()()tg T tg T θωωω--=-+ 5-3 已知各系统的开环传递函数，试用奈魁斯特判断各闭环系统的稳定性。

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