热工基础答案

热工基础答案第一章1-1 解：kPa bar p b 100.61.00610133.37555==⨯⨯=-1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+=2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-=3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-=4. kPa bar p p p b v 6.50506.05.0006.1==-==-1-2图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。

由于有引风机的抽吸，锅炉设备的烟道中的压力将略低于大气压力。

如果微压机的斜管倾斜角︒=30α， 管内水 解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差mmHg Pa gh p 35.79805.0102008.91000sin 3==⨯⨯⨯⨯=-αρ＝水柱mmHg p p p b 65.74835.7756=-=-=水柱1-3解：bar p p p a b 07.210.197.01=+=+= bar p p p b 32.075.107.212=-=-= bar p p p b C 65.032.097.02=-=-=1－4 解：kPa H p p p b 2g mm 15745760＝＝－＝＝汞柱真空室- kPa p p p a 36236021=+=+=真空室kPa p p p b 19217036212=-=-= kPa p p p b c 1902192=-=-=真空室kN A p p F b 8.150.45π41133.3745)(2=⨯⨯⨯⨯=-=真空室 1-4解：bar mmHg p p p p b 11.215828003.133/81.9300760=⨯+=＝＋＋＝＋汞柱水柱1-5解：由于压缩过程是定压的，所以有KJ V V p pdV W V V 200)4.08.0(105.0)(62121=-⨯⨯=-==⎰1-6 解：改过程系统对外作的功为⎰⎰=--===--0.50.33.013.023.1111.33.115.03.02585.)(0.3V W 1kJ V V V p dV V p pdV1-7解：由于空气压力正比于气球的直径，所以可设cD p =，式中c 为常数，D 为气球的直径，由题中给定的初始条件，可以得到：5000003.015000011====D p D p c 该过程空气对外所作的功为kJ D D c dD D c D cDd pdV W D D D D V V 36.34)3.04.0(500000081)(8121)61(44414233212121=-⨯⨯=-====⎰⎰⎰ππππ1-8 解：（1）气体所作的功为：⎰⨯=⨯+=0.30.146101.76d 100.04)(0.24J V V W（2）摩擦力所消耗的功为：J L f W 10000.1)(0.32.01000Δ=-⨯=＝摩擦力 所以减去摩擦力消耗的功后活塞所作的功为：J W W W 41066.1⨯-＝＝摩擦力活塞1-9 解：由于假设气球的初始体积为零，则气球在充气过程中，内外压力始终保持相等，恒等于大气压力0.09MPa ，所以气体对外所作的功为：J V p W 56108.121009.0⨯=⨯⨯==∆1-11 解：确定为了将气球充到2m 3的体积，贮气罐内原有压力至少应为（此时贮气罐的压力等于气球中的压力，同时等于外界大气压b p ）Pa V V p V V p p 551121121101.822)(2100.92)(2)(⨯=+⨯⨯=+=+=前两种情况能使气球充到2m 3J V p W b 55101.82100.9Δ⨯=⨯⨯==情况三:3333.309.0215.0m p V p V b =⨯=贮气罐贮气罐气球＋贮气罐＝所以气球只能被充到3333.12333.3m V ＝－＝气球的大小，故气体对外作的功为：J W 55101.231.33100.9⨯=⨯⨯=第二章习 题2-1 解：kJ U Q W 308050Δ-=-=-= ，所以是压缩过程 2-2 解：kJ Q W Q W 145012006502000放压吸膨=-+=-+= 2-3解：h J Q U /107.23600102Δ63⨯=⨯⨯==2－4解：状态b 和状态a 之间的内能之差为：kJ W Q U U U a b ab 6040100Δ=-=-=-=所以，a-d-b 过程中工质与外界交换的热量为：kJ W U Q ab b d a 802060Δ=+=+=--工质沿曲线从b 返回初态a 时，工质与外界交换的热量为：kJ W U W U U Q ab b a a b 903060Δ-=--=+-=+-=-根据题中给定的a 点内能值，可知b 点的内能值为60kJ ，所以有:kJ U U U d b ad 204060=-=-=∆由于d-b 过程为定容过程，系统不对外作功，所以d-b 过程与外界交换的热量为：kJ U U U Q db b d b d 20=∆=-=-所以a-d-b 过程系统对外作的功也就是a-d 过程系统对外作的功，故a-d 过程系统与外界交换的热量为：kJ W U W U U Q b d a ad d a a d d a 60)20(40=--=-∆=--=----2－52-5解：由于汽化过程是定温、定压过程，系统焓的变化就等于系统从外界吸收的热量，即汽化潜热，所以有：kg kJ q h /2257Δ==内能的变化为：kgkJ v v p h pv h u /20881.674)(0.001101.012257)()(Δ212=-⨯⨯+=--∆=∆-∆=2-6解：选取气缸中的空气作为研究的热力学系统，系统的初压为：Pa A G p p b 54511102.939101009.8195101.028⨯=⨯⨯+⨯=+=- 当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为：Pa A G p p b 54522101.959101009.895101.028⨯=⨯⨯+⨯=+=- 由于气体通过气缸壁可与外界充分换热，所以系统的初温和终温相等，都等于环境温度即：021T T T ==根据理想气体的状态方程可得到系统的终态体积，为：335245211210261.5101.959101010100102.939m p V p V ---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯== 所以活塞上升的距离为：cm m A V V L 26.5260.0510100101010010261.5Δ46312==⨯⨯⨯-⨯=-=---由于理想气体的内能是温度的函数，而系统初温和终温相同，故此过程中系统的内能变化为零，同时此过程可看作定压膨胀过程，所以气体与外界交换的热量为：J L A p W Q 04.103260.0510100101.959Δ452=⨯⨯⨯⨯===-2-8 解：压缩过程中每千克空气所作的压缩功为：kg kJ u q w /196.5146.550Δ-=--=-=忽略气体进出口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功，所以生产每kg 压缩空气所需的轴功为：kg kJ h q w /252100.845)0.10.175(0.8146.550Δ3s -=⨯⨯-⨯---=-=所以带动此压气机所需的功率至少为：kW w P s 426010=⨯-= 2-9 解：是否要用外加取暖设备，要看室内热源产生的热量是否大于通过墙壁和门窗传给外界的热量，室内热源每小时产生的热量为：kJ q 51098.13600)1005050000(⨯⨯⨯＝＋＝热源小于通过墙壁和门窗传给外界的热量为3⨯105 kJ ，所以必须外加取暖设备，供热量为：h kJ Q /101.021098.1103555⨯=⨯-⨯=2-10 解：取容器内的气体作为研究的热力学系统，根据系统的状态方程可得到系统终态体积为：32.112.112112 1.78)5.01(1)(m p p V V =⨯==过程中系统对外所作的功为：⎰⎰=--===--1.7811.7812.012.021.2111.21.2116.4540.2)(kJ V V V p dV V V p pdV W 所以过程中系统和外界交换的热量为：kJ W U Q 6.4506.45440Δ=+-=+=为吸热。

2-11 解：此过程为开口系统的稳定流动过程，忽略进出口工质的宏观动能和势能变化，则有：s m m m W q h q h q h Q +--=117766由稳定流动过程进出口工质的质量守恒可得到：176m m m q q q +=所以整个系统的能量平衡式为：s 767161)()(W h h q h h q Q m m +-+-=故发电机的功率为：kW q h h q h h Q W P m m 33116776s 10152.442)(418360070012)(41836001050418003600700)()(⨯=-⨯--⨯⨯-⨯=----==2-12 解：由于过程是稳定流动过程，气体流过系统时重力位能的变化忽略不计，所以系统的能量平衡式为:S f W c m H Q +∆+∆=221其中，气体在进口处的比焓为：kg J v p u h /232940037.01062.0102100631111=⨯⨯+⨯=+=气体在出口处的比焓为：kg J v p u h /16560002.11013.0101500632222=⨯⨯+⨯=+=气体流过系统时对外作的轴功为：kWW c h q m c m H Q W f f s 6.27082708600)]300150(21)23294001656000(1030[4)21(2122322==-⨯---⨯-⨯=∆-∆-=∆-∆-=所以气体流过系统时对外输出的功率为：kW W P s 6.7082==第三章 习 题3-1 解：设定熵压缩过程的终态参数为222S T p 和、，而定温压缩过程的终态参数为222S T p '''和、,根据给定的条件可知： 1222T T p p ='='； 又因为两个终态的熵差为S ∆，固有：21222222ln ln ln T TMc p p mR T T mc S S S p g p ='-'=-'=∆ 所以有：)exp(12pmC S T T ∆-= 对于定熵压缩过程有：k k k k T p T p 212111--=所以：)exp()exp(])1(exp[()(11112112gp k kmR S p mR S M p mc k S k p T T p p ∆-=∆-=-∆==-3-2解：设气体的初态参数为1111m T V p 和、、，阀门开启时气体的参数为2222m T V p 和、、，阀门重新关闭时气体的参数为3333m T V p 和、、，考虑到刚性容器有：321V V V ==，且21m m =。