工程热力学例题

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工程热力学例题

1.已知一闭口系统沿a c b 途径从状态a 变化到状态b 时，吸入热量80KJ/kg ，并对外做功 30KJ/Kg 。

(1)、过程沿adb 进行，系统对外作功10KJ/kg ，问系统吸热多少?

(2)、当系统沿曲线从b 返回到初态a 、外界对系统作功20KJ/kg ，

则系统与外界交换热量的方向和大小如何?

(3)、若ua=0，ud=40KJ/Kg ，求过程ad 和db 的吸热量。

解：对过程acb ，由闭口系统能量方程式得：

（1（2(3)

wdb=0

）

2.

（2

3. ，同（1（2（3及对进、排气阀门均关闭，因此此时的热力系统式闭口系统，与外界交换的功是体积变化功w 。

要生产压缩气体，则进、排气阀要周期性地打开和关闭，气体进出气缸，因此气体与外界交换的功为轴功ws 。又考虑到气体动、位能的变化不大，可忽略，则此功也是技术功wt 。

（1）解：压缩过程所做的功，由上述分析可知，在压缩过程中，进、排气阀均关闭，因此取气缸中的气体为热力系统，如图（a ）所示。由闭口系统能量方程得：

（2）生产压缩空气所需的功，选气体的

进出口、气缸内壁及活塞左端面所围空间为热力系统，如（b）图虚线所示，由开口系统能量方程得：

（3）电动机的功率:

4. 某燃气轮机装置如图所示，已知压气机进口处空气的比焓h1=290kJ/kg。经压缩后空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在截面2处空气和燃料的混合物以cf2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，使工质吸入热量q=670kJ/kg。燃烧后燃气进入喷管绝热膨胀到状态3`，

h3`=800kJ/kg，流速增加到cf3`，此燃气进入动叶片，推动转轮回转作功。若燃气在动叶片

中的热力状态不变，最后离开燃气轮机的速度

cf4=100m/s，若空气流量为100kg/s，求：

（1）压气机消耗的功率为多少？

（2

（3

（4

（5

由

增

（2

（3

因

5．，设

×

×

焓变：△h=cp△T=k△u=1.4×8=11.2×10^3J

熵变：△s= =0.82×10^3J/(kg·K )

6. 某可逆机同时与温度为T1=420K、T2=630K、T3=840K的三个热源连接，如下图所示。假定在一个循环中从T3热源吸取1260KJ的热量，对外做功210KJ。求：热机与其它两个热源交换的热量大小及方向和各热源熵变？

解：设Q1、Q2方向如图所示，由热机循环工作,可知：

即

又由热力学第一定律可知：

联立方程得：

由熵的定义可知各热源的熵变为：

7. 某人声称可以在TH=385K、T=350、TL=297.5K 3个热源（恒温）之间设计一整套理想的热力设备，如图所示。该设备可将T热源中100KJ热量的50%传给TH高温热源，其余50%放给TL低温热源，试判断该方案能否

实现？如能实现，计算传给TH高温热源的极限值？

解：由三热源及热机，热泵组成的孤立系统的总熵增：

由于该装置满足能量守恒定律和孤立系统熵增原理，故可能实现。

若热机和热泵可逆，则传给TH热源的热量为Qmax，则有：

故极限情况下，传给TH热源的热量为66KJ。

求

8.

q m

9.

10.

；

不变，

该过程吸热量为：

2-3过程定压过程，由于该过程中质量随时间在

变，因此应先列出其微元变化的吸热量：

于是：

故，对罐内氧气共加入热量：

11. 如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为其质量成分为gO2=23.2%，gN2=76.8% 。试求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比体积和密度。

解:折合分子量：

气体常数：

容积成分：

标准状态下的比体积和密度：

12. 利用水蒸气表判断下列各点的状态，并确定h、s、x值。（1）P1=2Mpa，t1=300。C （2）P2=9Mpa，v1=0.017m3/Kg （1）解：P1=2Mpa，ts=212.417C，可知该状态为过热蒸汽，查未饱和水和过热蒸汽表，得P1=2Mpa，t1=300。

C时，h=3021.6KJ/Kg ，s=6. 6101KJ/(Kg .K )，干度x无意义。

（2）解：查饱和表得P2=9Mpa时，v``＝0.0205m3/kg，v`＝0.001477m3/kg，由v`

蒸汽状态，其干度为：

150现

器中工质热力学能的变化

和工质对外做的膨胀功（设活塞上的作用力不变，活塞与外界绝热，并与器壁无

h2-h1）2状态：

工质对外做

或根据闭口

有一刚性容器，用一薄板将它分隔为

1kg的干饱和蒸汽，B中盛有

v``＝0.37481m3/kg h``＝2748.5kJ/kg u

A

＝2561.1kJ/kg

A占容积：V

A =m

A

v``=0.37481 m3

p

B

＝1 MPa的饱和蒸汽参数:v``＝0.1943m3/kg

v`＝0.0011274m3/kg，h``＝2777kJ/kg，h`＝762.6kJ/kg

v B =xv``+(1-x)v`=0.155 m3/kg，h

B

＝xh``+(1-x)h`=2374kJ/kg

u B ＝2219kJ/kg B占容积：V

B

=m

B

v

B

=0.31 m3

总容积:V=V

A +V

B

=0.685 m3

0.7MPa的饱和蒸汽参数

v``＝0.27274m3/kg，v`＝0.0011082m3/kg h``＝2762.9kJ/kg，h`＝697.1kJ/kg