工程热力学习题解答-5
工程热力学 第五版 廉乐明 谭羽非 著 课后习题答案 中国建筑工业出版社 第5章 第6章作业 09年修订 1
5
湖南工业大学土木工程学院
建筑环境与设备工程教研室编制
过程。必要的一步是使系统先进行可逆绝热膨胀，等系统温度达到与环境 温度相等时，再进行可逆定温传热，过程就从 1-A-2，如图所示。而题中 进行的过程，是从点 1-B。
解：逆卡诺循环时，热泵供热系数为：
ε 2,c
=
T1 T1 − T2
=
20 + 273 (273 + 20) − (273 −10)
= 9.77
（1）热泵每小时从室外吸热量Q2
ε 2,c
=
Q1 Q1 − Q2
⇒ Q2
=
Q1 (ε 2,c ε 2,c
− 1)
= 100000 × (9.77 −1) 9.77
上。
4
湖南工业大学土木工程学院
建筑环境与设备工程教研室编制
p 1
T1
2
s
4
v
T2
3
T
1
2
T1
T1
s
v
T2
T2
4
3
v
s
解：首先把每个过程的热量交换计算出来：
1-2 定温吸热 q12 = T1 (s2 − s1 )
2-3 定容放热 q23 = cv (T2 − T1 )
3-4 定温放热 q34 = T2 (s4 − s3 ) 4-1 定熵压缩 q34=0
η tc
=
W Q1
⇒W
= ηtcQ1
=
30% ×10000
=
3000kJ
/h
建筑物得到的热量，即热泵输送的热量Q1’
ε 2,c
=
Q1' W
⇒
Q1'
工程热力学_第五版_课后习题答案_全_
m m1 m 2
v p 2 p1 300 99.3 101.325 ( ) ( ) 1000 R T 2 T1 287 300 273 ＝41.97kg
2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为 15℃、 压力为 0.1MPa 的空气 3 m3， 充入容积 8.5 m3 的储气罐内。 设开始时罐内的温度和压力与外界相同， 问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到 0.7MPa？ 设充气过程中气罐内温度不变。 解：热力系：储气罐。 使用理想气体状态方程。 第一种解法： 首先求终态时需要充入的空气质量
m m1 m 2
v p 2 p1 ( ) R T 2 T1
（ 5）
将（1） 、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m=12.02kg 2-5 当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送 300 m3 的空气，如外界的温度增高到 27℃，大气压降低到 99.3kPa，而鼓风机每小时的送风量仍为 300 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题
过程中传热量
2
Q U W
＝990 kJ
3－8 容积由隔板分成两部分，左边盛有压力为 600kPa，温度为 27℃的空气，右边为真空，容积为左边 5 倍。将隔板抽出后，空气迅速膨胀充满整个容器。试求容器内最终压力和温度。设膨胀是在绝热下进行的。 解：热力系：左边的空气 系统：整个容器为闭口系统 过程特征：绝热，自由膨胀 根据闭口系统能量方程
3－5，有一闭口系统，从状态 1 经 a 变化到状态 2，如图，又从状态 2 经 b 回到状态 1；再从状态 1 经过 c 变化到状态 2。在这个过程中，热量和功的某些值已知，如表，试确定未知量。
过程 1-a-2 2-b-1 1-c-2 解：闭口系统。 使用闭口系统能量方程
工程热力学第五章习题答案
第五章 热力学第二定律5-1 利用逆向卡诺机作为热泵向房间供热，设室外温度为5C −D ，室内温度为保持20C D 。
要求每小时向室内供热42.510kJ ×，试问：（1）每小时从室外吸多少热量？（2）此循环的供暖系数多大？（3）热泵由电机驱动，设电机效率为95%，求电机功率多大？（4）如果直接用电炉取暖，问每小时耗电几度（kW h ⋅）？解：1(20273)K 293K T =+=、2(5273)K 268K T =−+=、142.510kJ/h Q q =×（1）逆向卡诺循环1212Q Q q q T T =214421268K 2.510kJ/h 2.28710kJ/h293KQ Q T q q T ==××=×（2）循环的供暖系数112293K 11.72293K 268KT T T ε′===−−（3）每小时耗电能1244w (2.5 2.287)10kJ/h 0.21310kJ/hQ Q q q q =−=−×=×电机效率为95%，因而电机功率为40.21310kJ/h 0.623kW3600s/h 0.95P ×==×（4）若直接用电炉取暖，则42.510kJ/h ×的热能全部由电能供给442.5102.510kJ/h kJ/s 6.94kW3600P ×=×==即每小时耗电6.94度。
5-2 一种固体蓄热器利用太阳能加热岩石块蓄热，岩石块的温度可达400K 。
现有体积为32m 的岩石床，其中的岩石密度为32750kg/m ρ=，比热容0.89kJ/(kg K)c =⋅，求岩石块降温到环境温度290K 时其释放的热量转换成功的最大值。
解：岩石块从290K 被加热到400K 蓄积的热量212133()()2750kg/m 2m 0.89kJ/(kg K)(400290)K 538450kJQ mc T T Vc T T ρ=−=−=××⋅×−=岩石块的平均温度21m 21()400K 290K342.1K 400Kln ln290Kmc T T Q T T Smc T −−====Δ在T m 和T 0之间运行的热机最高热效率0t,max m290K 110.152342.1KT T η=−=−=所以，可以得到的最大功max t ,max 10.152538450kJ 81946.0kJW Q η==×=5-3 设有一由两个定温过程和两个定压过程组成的热力循环，如图5-1所示。
工程热力学习题答案(全)
课后思考题及习题答案思考题1-2： 否，闭口是说没有物质交换绝热是说没有热量交换没有排除做功的可能，所以不是孤立系统。
思考题1-7：否，稳定但不平衡，平衡的概念是内外同时建立热和力的平衡，显然铁棒上各点的温度并不相同，即存在热的不平衡习题1-3：212111111262111ln ln 0.50.5100.172ln138.374kJ 0.1v vv pp v p v v p p v w pdv dv v ==⨯⨯⨯====⎰⎰ 习题1-4：sin B P gl ρα=+6310sin 0.1100.89.80720010sin30?=99215.44 Pa P B gl ρα-=-=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯３习题1-5：21w pdv =⎰1) p=定值：210.0560.020.71021kJ v v p w dv dv ⨯===⎰⎰；2) pV=定值：216211121110.05ln 0.7100.02ln 12.8kJ 0.02v vvp v v p v w pdv dv v =⨯⨯⨯====⎰⎰ 习题1-7：需由热泵向室内提供的热量为：31700001024010019264.43600Q ⨯=-⨯-= w120Q w ε=10219264.4==3.8535Q w ε=kw 习题1-9：1) 512010==3.9773600Q w ε=⨯2) 5210=107360074800Q Q w =--⨯= kJ/h 3) 127.783600Q w == kw思考题2-5：甲与乙的看法都是错误的。
首先依题意可知，如果瓶内氧气压力要减少一半，相应的质量也会减少一半。
对于甲的看法：虽然每次抽出的氧气体积不变，但是由于每抽气一次均会导致气瓶中的压力会有所有下降，每次抽出来的氧气质量也是不同的，甲的错误就在于认为每次抽出的来氧气质量会相同。
而对于乙的看法：乙则认为气瓶内氧气体积增大一倍，压力就会减半，但是在抽气过程中，瓶内氧气的质量是在改变的，因此其结论也是错误的。
工程热力学05章习题提示与答案.docx
习题提示与答案第五章热力学第二定律5-1蒸汽机中所用新蒸汽的温度为227 °C,排出乏汽的温度为100 °C,如按卡诺循环计算，试求其热效率。
提示：新蒸汽与乏汽的温度分别看做卡诺循环的高、低温热源温度。
答案：7ft = 0.254。
5-2海水表而温度为10 °C,而深处的温度为4 °C。
若设计一热机利用海水的表而和深处作为高温热源及低温热源并按卡诺循环工作，试求该热机的热效率。
提示：略。
答案：7t = 0.021 2 o5-3 一卡诺热机的热效率为40%,若它从高温热源吸热4 000 kJ/h,而向25 °C的低温热源放热，试求高温热源的温度及热机的功率。
提示：略。
答案：T ri =497K, P = 0.44 kWo5-4某内燃机每作出1 kW-h的功需消耗汽油514.8 go已知每千克汽油燃烧时町放出41 868 kJ的热量, 试求该内燃机的实际热效率。
提示：热机的吸热量等于燃料的放热量。
答案：— 0.167。
5-5有报告宣称某热机H 160 °C的热源吸热，向5 °C的低温环境放热，而在吸热1000kJ/h时可发出功率0.12 kWo试分析该报告的正确性。
提示：热机热效率不可能大于在相同温度范围内工作的卡诺热机的热效率。
答案：报告不正确，不可能实现。
5-6冇A 、B 两个卡诺热机，A 从温度为700 °C 的热源吸热，向温度为/的热源放热。
B 则从温度为啲热源取得-A 排岀的热量并向温度为100 °C 的热源放热。
试求：当两热机 的循环净功相同或两热机的热效率相同吋温度/的数值。
提示:答案：两热机循环净功相同时f = 400 °C,两热机热效率相同时严= 329.4 °C 。
5-7以氮气作为工质进行一个R 诺循坏，其高温热源的温度为1 000 K 、低温热源的温度为300 K ；在定温压缩过程中，氮气的压力由0.1 MPa 升高到0.4 MPa 。
工程热力学(第五版_)课后习题答案(含题目)
对理想气体 h
3-6 一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循 环，试填充表中所缺数据。 过程 1～2 2～3 3～4 4～5 解：同上题 3-7 解：热力系：1.5kg 质量气体 Q（kJ） 1100 0 -950 0 W（kJ） 0 100 0 50
Q U W
因为没有作功故 W=0； 对整个礼堂的空气和人来说 没有外来热量， 所以内能的增加为 0。 空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收，导致 的空气内能增加。
，
T=
cp cv R
T 0 T 0 473K＝200℃
一只 0.06m3 的罐，与温度为 27℃、压力
3－13
解： W
h
为 7MPa 的压缩空气干管相连接，当阀门打开，空 气流进罐内，压力达到 5MPa 时，把阀门关闭。这 一过程进行很迅速，可认为绝热。储罐的阀门关闭 后放置较长时间，最后罐内温度回复到室温。问储 罐内最后压力是多少？ 解：热力系：充入罐内的气体 由于对真空罐充气时，是焓变内能的过程
3－5，有一闭口系统，从状态 1 经 a 变化到状态 2， 如图，又从状态 2 经 b 回到状态 1；再从状态 1 经 过 c 变化到状态 2。在这个过程中，热量和功的某
闭口系统，状态方程：
p av b
U 1.5[(1.5 p2v2 85) (1.5 p1v1 85)]
3
＝90kJ 由状态方程得 1000＝a*0.2+b 200=a*1.2+b 解上两式得： a=-800 b=1160 则功量为
热量 Q（kJ） 10 -7 x2
膨胀 x1 -4 2
(1)对 1-a-2 和 2-b-1 组成一个闭口循环，有
Q W
工程热力学(第五版)课后习题答案(全章节)
工程热力学(第五版)习题答案工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社第二章 气体的热力性质2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。
解：（1）2N 的气体常数2883140==M R R ＝296.9)/(K kg J ∙（2）标准状态下2N 的比容和密度1013252739.296⨯==p RT v ＝0.8kg m /3 v 1=ρ＝1.253/m kg（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积MvMv ＝pT R 0＝64.27kmol m /3 2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。
试求被压入的CO2的质量。
当地大气压B ＝101.325 kPa 。
解：热力系：储气罐。
应用理想气体状态方程。
压送前储气罐中CO2的质量 压送后储气罐中CO2的质量 根据题意容积体积不变；R ＝188.9Bp p g +=11 （1） Bp p g +=22（2） 27311+=t T（3） 27322+=t T（4）压入的CO2的质量)1122(21T p T p R v m m m -=-=（5）将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m=12.02kg2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kPa ，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题1000)273325.1013003.99(287300)1122(21⨯-=-=-=T p T p R v m m m ＝41.97kg2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1MPa 的空气3 m3，充入容积8.5 m3的储气罐内。
工程热力学课后题答案
⼯程热⼒学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kPap p p p kPaPa p kPa p 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ο30=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：MPaPa 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。
工程热力学习题集附答案
图3
七、计算题
1．某蒸汽动力装置，蒸汽流量为40 t/h，进口处压力表读数为，进口比 焓为kJ/kg；出口真空表读数为，比焓为kJ/kg ，当时当地大气压力为， 汽轮机对环境放热为6.3×103kJ/h。试求： （1） 汽轮机进出口蒸汽的绝对压力各为多少？ （2） 单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少？ （3） 汽轮机的功率为多大？ （4） 若进出口蒸汽流速分别为60m/s和140m/s时，对汽轮机输出功有多 大影响？ 2．将0.8温度为1000℃的碳钢放入盛有6温度为18℃的水的绝热容器 中，最后达到热平衡。试求此过程中不可逆引起的熵产。 碳钢和水的比热容分别为和。 3、0.5kmol某种单原子理想气体 ，由25℃，2m3可逆绝热膨胀到1atm， 然后在此状态的温度下定温可逆压缩回到2m3。 （1）画出各过程的p-v图及T-s图；（5分） （2）计算整个过程的Q，W，ΔU， ΔH及ΔS。
A.流速不变，流量不变 B.流速降低，流量减小 C.流速不变，流量增大 D.流速降低，流量不变 23.把同样数量的气体由同一初态压缩到相同的终压，经( )过程气体 终温最高。 A.绝热压缩 B.定温压缩 C.多变压缩 D.多级压缩
三、判断题
1．处于平衡状态的热力系，各处应具有均匀一致的温度和压力。 （ ） 2．稳定流动系统中，维持工质流动的流动功和技术上可资利用的技术 功，均是由热能转换所得的工质的体积功转化而来的。 （ ） 3．稳定流动系统进出口工质的状态相同。 （ ） 4．稳定流动系统的能量方程可理解为控制质量系统的能量方程。 （ ） 5．不可能把热量从低温物体传向高温物体。 （ ） ．在相同温度界线之间变温热源可逆循环的热效率等于卡诺循环的热效率。 （ ） 7．水蒸气在定温过程中。 （ ） 8．湿空气的相对湿度越高，吸收水分的能力越强。 （ ） 9．理想气体的比定容热容是比体积的单值函数。 （ ） 10．当气流的M<1时，要使流速增加，则需使用渐扩喷管。 （ ） 11．热力系破坏平衡的速度要比恢复平衡的速度快得多。 （ ） 12．技术功为轴功和流动功之和。 （ ） 13．稳定流动系统与外界交换的功和热量相等且不随时间而变。 （ ） 14．焓是开口系统中流入（或流出）系统工质所携带的取决于热力学状 态的总能量。（ ） 15．不可能从单一热源取热使之完全变为功。 （ ） 16．概括性卡诺循环的热效率小于卡诺循环的热效率。 （ ） 17．对任何温度的气体加压都能使其液化。 （ ）
工程热力学习题解答
第一章 热力学基本概念1.1 华氏温标规定，在1atm 下纯水的冰点时32°F 。
汽点是212°F （°F 是华氏温标单位的符号）。
若用摄氏温度计与华氏温度计量同一物体，有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值相同的情况，你认为对吗？为什么？解：华氏温度与摄氏温度的换算关系1000}t {3221232}t {C F --=--︒︒32}t {5932}t {100180}t {C C F +=+=︒︒︒ 所以，此观点是错误的。
从上式可知当摄氏温度为-40℃的时候，两种温度计的读数相同。
1.2 在环境压力为1atm 下采用压力表对直径为1m 的球形刚性容器内的气体压力进行测量，其读数为500mmHg ，求容器内绝对压力（以Pa 表示）和容器外表面的（以N 表示）。
解： 1atm=101325Pa ，500mmHg=500×133.3224Pa=66661.2Pa 容器内绝对压力 P=Pe+Pb=101325Pa+66661.2Pa=167986.2Pa 222057.1211416.344A m m d =⨯⨯==π 容器外表面的压力 N 6001027.110132557.12Pb A P A F ⨯=⨯==∆=1.3 容器中的表压力Pe=600mmHg ，气压计上的水银柱高为760mm ，求容器中绝对压力（以Pa 表示）。
如果容器中绝对压力不变，而气压计上水银柱高度为755mm ，求此时压力表上的读数（以Pa 表示）是多少？解： 容器中绝对压力 P=Pe+Pb=600mmHg ×133.3224Pa+760mmHg ×133.3224Pa=1.81×105Pa压力表上的读数 Pe=P-Pb=1.81×105Pa-755 mmHg ×133.3224Pa=8.03×104Pa1.4 用斜管压力计测量锅炉尾部烟道中的真空度（习题1.4图）管子的倾斜角α=30°，压力计中使用密度ρ=1.0×103kg/m 3的水，斜管中液柱长l =150mm 。
《工程热力学》部分习题解答
640
20
M 28.84 = 0.232 × = 0.209 M o2 32 M 28.84 rN 2 = g N 2 = 0.768 × = 0.791 M N2 28 RT 288.32 × 273 v0 = 0 = = 0.7768m 3 / kg p0 101325 1 1 ρ0 = = = 1.287 kg / m 3 v0 0.7768 ro2 = g o2
ww w.
第二章
kh da
w.
co
m
②按真实比热经验公式计算 由P 26表2 − 3和是空气的定压摩尔比 热与温度的关系为
Mc P = 28.106 + 1.9665 × 10 −3 T + 4.8023 × 10T 2 − 1.9661 × 10 −9 T 3
∴ Q = n ∫ Mc p dT = n ∫ [28.106 + 1.9665 × 10 −3 T + 4.8023 × 10T 2 − 1.9661 × 10 −9 T 3 ]dT
• • •
3 T ( V0 = p1V1 ⋅ 0 = 608 ×10 × 0.5 × 273 = 2.795 Nm 3 ) T1 p0 293 ×101325 由表查得氧的平均比热容：
网
cp cp
640 0 20 0
= 0.9978kJ / kg ⋅ K = 0.9166kJ / kg ⋅ K
→
案
2-19、(1) 理想气体状态方程 mRT mR0T 0.5 × 8314 × 373 p= = = = 19382012.5 Pa = 19.38MPa V MV 16 × 0.005 mRT 0.5 × 518.2 × 373 或p= = = 19328860Pa = 19.33MPa V 0.005
工程热力学第五章 习题解答
第五章 习题解答5-1 ⑴ 12,187331364.14%873t c T T T η--===⑵ 0,10.641410064.14 kW t c W Q η==⨯= ⑶ ()()2,1110.641410035.86 kW t c Q Q η=-=-⨯= 5-2 12,1100040060%1000t c T T T η--=== 0,10.61000600 kJ < 700 kJ t c W Q η==⨯= 该循环发动机不能实现5-3 ()()121 1.011000300707 kJ/kg p q c T T =-=⨯-=133323331221.41.41lnln ln 300 0.287300ln 362.8 kJ/kg1000p pT q RT RT RT p p T κκ--⎛⎫=== ⎪⎝⎭⎛⎫=⨯⨯=- ⎪⎝⎭12707362.8344.2 kJ/kg w q q =+=-=1344.248.68%707w q η=== 5-4 12,1100030070%1000t c T T T η--=== ,10.7707495 kJ/kg t c w q η==⨯= 5-5 ⑴221126310000089765 kJ/h 293T Q Q T ==⨯= ⑵12,122939.77293263c T T T ε===-- 12,1000002.84 kW 9.773600cQ P ε===⨯⑶100000100000 kJ/h 27.78 kW 3600P ===5-6 ⑴12,1229314.65293273c T T T ε===-- 12,2010000.455 kW 9.773600cQ P ε⨯===⨯由()1221212003600T T T PT T -⨯=-220t =℃ 得1313 K 40T ==℃5-7 2,10.351000015000 kJ/h t c Q Q ηε==⨯⨯= 5-8 ()()2111000010.37000 kJ/h t Q Q η=-=⨯-=215000700022000 kJ/h Q Q Q =+=+=总 5-9 可逆绝热压缩终态温度2T1 1.411.422110.3300410.60.1p T T p κκ--⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭K可逆过程0Q U W =∆+=，不可逆过程0Q U W ''=∆+= 且 1.1W W '=，则 1.1U U '∆=∆()()21211.1v v mc T T mc T T '-=-()()21211.1300 1.1410.6300421.7T T T T '=+-=+⨯-=K 2211421.70.3ln ln 0.1 1.01ln 0.287ln 3000.1p T p S m c R T p '⎛⎫⎛⎫∆=-=⨯- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=0.00286 kJ/kg.K5-10 理论制冷系数：21,122587.37293258c T T T ε===-- 制冷机理论功率：21,1257004.74 kW 7.373600cQ P ε===⨯散热量：12125700 4.743600142756 kJ/h Q Q P =+=+⨯=冷却水量：21H O 1427564867.2 kg/h 4.197Q mc t ===∆⨯5-11 ⑴ 1111003070 kJ W Q U =-∆=-=热源在完成不可逆循环后熵增0.026kJ/kg.K 则第二个过程热源吸热：120.0261006000.026115.6 kJ Q Q T T ⎛⎫=+=+⨯= ⎪⎝⎭工质向热源放热：()22115.63085.6 kJ W Q U =-∆=---=- 5-12 可逆定温压缩过程熵变：211ln0.287ln 0.66 kJ/kg K 0.1p s R p ∆=-=-⨯=-⋅ 可逆过程耗功：1120.1ln0.287400ln 264 kJ/kg 1p w RT p ==⨯⨯=- 实际耗功：()1.25 1.25264330 kJ/kg w w '==⨯-=- 因不可逆性引起的耗散损失：()33026466 kJ/kg q w w ''=-=---=- 总熵变：0660.660.44 kJ/kg K 300q s s T ''∆=∆+=-+=-⋅ 5-13 ()121v q c T T =-，()231p q c T T =-()()31313121121212111111111p v c T T T T v v q wq q c T T T T p p ηκκ---==-=-=-=---- 5-14 1112lnp q RT p =，()421223ln v pq c T T RT p =-+ ()412412223321111122lnln 1111lnlnv p T T pc T T RT T p p q p p q RT T p p κη--++-=-=-=-5-15 ⑴11940 K T '=，2660 K T '=216601166%1940T T η'=-=-=' ⑵01100066%660 kJ W Q η==⨯=20,max11600110001700 kJ 2000T W Q T ⎛⎫⎛⎫=-=⨯-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭0,max 0700660 kJ 40 kJ W W W δ=-=-=5-16 11114000.10.445 kg 0.287313p V m RT ⨯===⨯ 22222000.10.238 kg 0.287293p V m RT ⨯===⨯ ()()11220v v U m c T T m c T T ∆=-+-=1122120.4453130.238293306 K 0.4450.238m T m T T m m +⨯+⨯===++()()12120.4450.2380.2873060.3 MPa 0.10.1m m RT p V V ++⨯⨯===++ 1122121122 ln ln ln ln 3060.3 0.4451.01ln 0.287ln 3130.43060.3 0.2381.01ln 0.287ln 0.0093 kJ/K2930.2p p S m s m s T p T p m c R m c R T p T p ∆=∆+∆⎛⎫⎛⎫=-+- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫=⋅-⋅ ⎪⎝⎭⎛⎫+-⋅= ⎪⎝⎭5-17 ⑴2211400 2.51000 K pT T p ==⨯=()()1210.7231000400433.8 kJ/kg v q c T T =-=⨯-=12331ln 0.287400ln 264.3 kJ/kg 10v q RT v ==⨯=-⑵12433.8264.3169.5 kJ/kg w q q =-=-=21264.31139.0%433.8q q η=-=-=5-18 ⑴()12201s R T T W m w m κκκ'-===- ()()21201201.41298258.2 K 0.5 1.40.287T T m R κκ'--=-=-=⨯⨯⑵1 1.412 1.42112980.4229.4 K p T T p κκ--⎛⎫==⨯= ⎪⎝⎭()()120.287298229.40.5 1.41 1.4134.5 kWs R T T W m w m κκκ-⨯-===⨯⨯--= 5-19 1 1.311.322111303515.5 K 0.1n np T T p --⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()()21 1.3 1.40.287515.53031 1.31 1.4150.8 kJ/kgv n q c T T n κ--=-=⨯⨯----=- 环境熵变：1050.80.175 kJ/kg K 290q s T ∆===⋅空气熵变：22211ln ln p T ps c R T p ∆=-515.511.005ln 0.287ln 0.127 kJ/kg K 3030.1=⨯-=-⋅孤立系统熵变：120.1750.1270.048 kJ/kg K iso s s s ∆=∆+∆=-=⋅ 5-20 1 1.411.422110.2800505.1 K 1p T T p κκ--⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()()120.2968800505.1218.8 kJ/kg 1 1.41R T T w κ-⨯-===--()()()12120210212112021 505.1800 218.81000.2968167.6 kJ/kg2001000u u v ex ex u u p v v T s s RT RT c T T p p p -=---+-⎛⎫=--- ⎪⎝⎭⎛⎫=-⨯⨯-= ⎪⎝⎭排开环境所作的功为作功能力损失（51.2kJ/kg ）5-21 1 1.211.222110.2800611.8 K 1n np T T p --⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭()()120.2968800611.8279.3 kJ/kg 1 1.21R T T w n -⨯-===--31110.29688000.237 m /kg 1000RT v p ⨯=== 32220.2968611.80.908 m /kg 200RT v p ⨯=== 22221111ln ln ln ln 11.40.2968611.80.2ln 0.2968ln 0.20 kJ/kg K1.418000.1p T p T p R s c R R T p T p κκ∆=-=--⨯=-=⋅-()()()()()()1212021021120210 10.2968 800611.81000.9080.2373000.21.41 132.5 kJ/kg u u ex ex u u p v v T s s RT T p v v T s κ-=---+-=---+∆-=⨯--⨯-+⨯-= 5-22 1112001013.94 kg 0.287500pV m RT ⨯===⨯ ()()2113.94 1.0056005001400.7 kJ p Q mc T T =-=⨯⨯-=21600ln1.005ln 0.1832 kJ/kg K 500p T s c T ∆==⨯=⋅ 01400.730013.940.1832634.6 kJ q Ex Q T m s =-⋅∆=-⨯⨯= 030013.940.1832766.1 kJ q An T m s =⋅∆=⨯⨯=5-23 ()()12 1.40.287500320180.74 kJ/kg 1 1.41s R T T w κκ-⨯⨯-===--22113200.1lnln 1.005ln 0.287ln 5000.5 0.0134 kJ/kg Kp T p s c R T p ∆=-=⨯-⨯=⋅()()()1212021120 1.0055003203000.0134184.92 kJ/kgh h p ex ex h h T s s c T T T s -=-+-=-+∆=⨯-+⨯=12180.7497.7%184.92s ex h h w ex ex η===-5-24 ⑴21300201167.3%100020T T η'+=-=-='- ⑵013001170%1000t T T η=-=-= ()()110000.70.67327 kJ t L Q ηη=-=⨯-= ⑶()()211100010.673327 kJ Q Q η=-=⨯-=12110211111111 10003270.09 kJ/K9801000300320S Q Q T T T T ⎛⎫⎛⎫∆=-+- ⎪⎪''⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫=-+-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭0iso 3000.0927 kJ L T S =∆=⨯= 符合！。
工程热力学第五章 习题解答
第五章 习题解答5-1 ⑴ 12,187331364.14%873t c T T T η--===⑵ 0,10.641410064.14 kW t c W Q η==⨯= ⑶ ()()2,1110.641410035.86 kW t c Q Q η=-=-⨯= 5-2 12,1100040060%1000t c T T T η--=== 0,10.61000600 kJ < 700 kJ t c W Q η==⨯= 该循环发动机不能实现5-3 ()()121 1.011000300707 kJ/kg p q c T T =-=⨯-=133323331221.41.41lnln ln 300 0.287300ln 362.8 kJ/kg1000p pT q RT RT RT p p T κκ--⎛⎫=== ⎪⎝⎭⎛⎫=⨯⨯=- ⎪⎝⎭12707362.8344.2 kJ/kg w q q =+=-=1344.248.68%707w q η=== 5-4 12,1100030070%1000t c T T T η--=== ,10.7707495 kJ/kg t c w q η==⨯= 5-5 ⑴221126310000089765 kJ/h 293T Q Q T ==⨯= ⑵12,122939.77293263c T T T ε===-- 12,1000002.84 kW 9.773600cQ P ε===⨯⑶100000100000 kJ/h 27.78 kW 3600P ===5-6 ⑴12,1229314.65293273c T T T ε===-- 12,2010000.455 kW 9.773600cQ P ε⨯===⨯由()1221212003600T T T PT T -⨯=-220t =℃ 得1313 K 40T ==℃5-7 2,10.351000015000 kJ/h t c Q Q ηε==⨯⨯= 5-8 ()()2111000010.37000 kJ/h t Q Q η=-=⨯-=215000700022000 kJ/h Q Q Q =+=+=总 5-9 可逆绝热压缩终态温度2T1 1.411.422110.3300410.60.1p T T p κκ--⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭K可逆过程0Q U W =∆+=，不可逆过程0Q U W ''=∆+= 且 1.1W W '=，则 1.1U U '∆=∆()()21211.1v v mc T T mc T T '-=-()()21211.1300 1.1410.6300421.7T T T T '=+-=+⨯-=K 2211421.70.3ln ln 0.1 1.01ln 0.287ln 3000.1p T p S m c R T p '⎛⎫⎛⎫∆=-=⨯- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=0.00286 kJ/kg.K5-10 理论制冷系数：21,122587.37293258c T T T ε===-- 制冷机理论功率：21,1257004.74 kW 7.373600cQ P ε===⨯散热量：12125700 4.743600142756 kJ/h Q Q P =+=+⨯=冷却水量：21H O 1427564867.2 kg/h 4.197Q mc t ===∆⨯5-11 ⑴ 1111003070 kJ W Q U =-∆=-=热源在完成不可逆循环后熵增0.026kJ/kg.K 则第二个过程热源吸热：120.0261006000.026115.6 kJ Q Q T T ⎛⎫=+=+⨯= ⎪⎝⎭工质向热源放热：()22115.63085.6 kJ W Q U =-∆=---=- 5-12 可逆定温压缩过程熵变：211ln0.287ln 0.66 kJ/kg K 0.1p s R p ∆=-=-⨯=-⋅ 可逆过程耗功：1120.1ln0.287400ln 264 kJ/kg 1p w RT p ==⨯⨯=- 实际耗功：()1.25 1.25264330 kJ/kg w w '==⨯-=- 因不可逆性引起的耗散损失：()33026466 kJ/kg q w w ''=-=---=- 总熵变：0660.660.44 kJ/kg K 300q s s T ''∆=∆+=-+=-⋅ 5-13 ()121v q c T T =-，()231p q c T T =-()()31313121121212111111111p v c T T T T v v q wq q c T T T T p p ηκκ---==-=-=-=---- 5-14 1112lnp q RT p =，()421223ln v pq c T T RT p =-+ ()412412223321111122lnln 1111lnlnv p T T pc T T RT T p p q p p q RT T p p κη--++-=-=-=-5-15 ⑴11940 K T '=，2660 K T '=216601166%1940T T η'=-=-=' ⑵01100066%660 kJ W Q η==⨯=20,max11600110001700 kJ 2000T W Q T ⎛⎫⎛⎫=-=⨯-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭0,max 0700660 kJ 40 kJ W W W δ=-=-=5-16 11114000.10.445 kg 0.287313p V m RT ⨯===⨯ 22222000.10.238 kg 0.287293p V m RT ⨯===⨯ ()()11220v v U m c T T m c T T ∆=-+-=1122120.4453130.238293306 K 0.4450.238m T m T T m m +⨯+⨯===++()()12120.4450.2380.2873060.3 MPa 0.10.1m m RT p V V ++⨯⨯===++ 1122121122 ln ln ln ln 3060.3 0.4451.01ln 0.287ln 3130.43060.3 0.2381.01ln 0.287ln 0.0093 kJ/K2930.2p p S m s m s T p T p m c R m c R T p T p ∆=∆+∆⎛⎫⎛⎫=-+- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫=⋅-⋅ ⎪⎝⎭⎛⎫+-⋅= ⎪⎝⎭5-17 ⑴2211400 2.51000 K pT T p ==⨯=()()1210.7231000400433.8 kJ/kg v q c T T =-=⨯-=12331ln 0.287400ln 264.3 kJ/kg 10v q RT v ==⨯=-⑵12433.8264.3169.5 kJ/kg w q q =-=-=21264.31139.0%433.8q q η=-=-=5-18 ⑴()12201s R T T W m w m κκκ'-===- ()()21201201.41298258.2 K 0.5 1.40.287T T m R κκ'--=-=-=⨯⨯⑵1 1.412 1.42112980.4229.4 K p T T p κκ--⎛⎫==⨯= ⎪⎝⎭()()120.287298229.40.5 1.41 1.4134.5 kWs R T T W m w m κκκ-⨯-===⨯⨯--= 5-19 1 1.311.322111303515.5 K 0.1n np T T p --⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()()21 1.3 1.40.287515.53031 1.31 1.4150.8 kJ/kgv n q c T T n κ--=-=⨯⨯----=- 环境熵变：1050.80.175 kJ/kg K 290q s T ∆===⋅空气熵变：22211ln ln p T ps c R T p ∆=-515.511.005ln 0.287ln 0.127 kJ/kg K 3030.1=⨯-=-⋅孤立系统熵变：120.1750.1270.048 kJ/kg K iso s s s ∆=∆+∆=-=⋅ 5-20 1 1.411.422110.2800505.1 K 1p T T p κκ--⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()()120.2968800505.1218.8 kJ/kg 1 1.41R T T w κ-⨯-===--()()()12120210212112021 505.1800 218.81000.2968167.6 kJ/kg2001000u u v ex ex u u p v v T s s RT RT c T T p p p -=---+-⎛⎫=--- ⎪⎝⎭⎛⎫=-⨯⨯-= ⎪⎝⎭排开环境所作的功为作功能力损失（51.2kJ/kg ）5-21 1 1.211.222110.2800611.8 K 1n np T T p --⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭()()120.2968800611.8279.3 kJ/kg 1 1.21R T T w n -⨯-===--31110.29688000.237 m /kg 1000RT v p ⨯=== 32220.2968611.80.908 m /kg 200RT v p ⨯=== 22221111ln ln ln ln 11.40.2968611.80.2ln 0.2968ln 0.20 kJ/kg K1.418000.1p T p T p R s c R R T p T p κκ∆=-=--⨯=-=⋅-()()()()()()1212021021120210 10.2968 800611.81000.9080.2373000.21.41 132.5 kJ/kg u u ex ex u u p v v T s s RT T p v v T s κ-=---+-=---+∆-=⨯--⨯-+⨯-= 5-22 1112001013.94 kg 0.287500pV m RT ⨯===⨯ ()()2113.94 1.0056005001400.7 kJ p Q mc T T =-=⨯⨯-=21600ln1.005ln 0.1832 kJ/kg K 500p T s c T ∆==⨯=⋅ 01400.730013.940.1832634.6 kJ q Ex Q T m s =-⋅∆=-⨯⨯= 030013.940.1832766.1 kJ q An T m s =⋅∆=⨯⨯=5-23 ()()12 1.40.287500320180.74 kJ/kg 1 1.41s R T T w κκ-⨯⨯-===--22113200.1lnln 1.005ln 0.287ln 5000.5 0.0134 kJ/kg Kp T p s c R T p ∆=-=⨯-⨯=⋅()()()1212021120 1.0055003203000.0134184.92 kJ/kgh h p ex ex h h T s s c T T T s -=-+-=-+∆=⨯-+⨯=12180.7497.7%184.92s ex h h w ex ex η===-5-24 ⑴21300201167.3%100020T T η'+=-=-='- ⑵013001170%1000t T T η=-=-= ()()110000.70.67327 kJ t L Q ηη=-=⨯-= ⑶()()211100010.673327 kJ Q Q η=-=⨯-=12110211111111 10003270.09 kJ/K9801000300320S Q Q T T T T ⎛⎫⎛⎫∆=-+- ⎪⎪''⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫=-+-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭0iso 3000.0927 kJ L T S =∆=⨯= 符合！。
工程热力学第5章习题答案
第5章 热力学第二定律5-1 当某一夏日室温为30℃时，冰箱冷藏室要维持在-20℃。
冷藏室和周围环境有温差，因此有热量导入，为了使冷藏室内温度维持在-20℃，需要以1350J/s 的速度从中取走热量。
冰箱最大的制冷系数是多少？供给冰箱的最小功率是多少？ 解： 制冷系数：22253 5.0650Q T W T T ε====−5-4 有一卡诺机工作于500℃和30℃的两个热源之间，该卡诺热机每分钟从高温热源V吸收1000kJ ，求：（1）卡诺机的热效率；（2）卡诺机的功率（kW ）。
解：1211500304700.608273500733T T W Q T η−−=====+110000.60810.1360W Q η=⋅=×= kw5-5 利用一逆向卡诺机作热泵来给房间供暖，室外温度（即低温热源）为-5℃，为使室内（即高温热源）经常保持20℃，每小时需供给30000kJ 热量，试求：（1）逆向卡110000100006894.413105.59C W Q =−=−=kJ热泵侧：'C10C C Q W T T T =− '103333105.5922981.3745C C C T Q W T T =⋅=×=− 暖气得到的热量：'1C16894.4122981.3729875.78C Q Q Q =+=+=总kJ5-7 有人声称设计出了一热机，工作于T 1=400K 和T 2=250K 之间，当工质从高温热源吸收了104750kJ 热量，对外作功20kW.h ，这种热机可能吗？解： max 12114002501500.375400400C W T T Q T η−−===== max 11047500.37510.913600C W Q η×=⋅==kW h ⋅＜20kW h ⋅∴ 这种热机不可能5-8 有一台换热器，热水由200℃降温到120℃，流量15kg/s ；冷水进口温度35℃，11p 烟气熵变为：22111213731.46 6.41800T T p p n n T T Q T dTS c m c mL L T T T∆====××=−∫∫kJ /K 热机熵变为02．环境熵变为：图5-13 习题5-92210Q S S T ∆==−∆ ∴201()293 6.411877.98Q T S =⋅−∆=×=kJ 3.热机输出的最大功为：0123586.81877.981708.8W Q Q =−=−=kJ5-10 将100kg 、15℃的水与200kg 、60℃的水在绝热容器中混合，假定容器内壁与水之间也是绝热的，求混合后水的温度以及系统的熵变。
工程热力学习题解答-5
第五章 气体的流动和压缩思 考 题1.既然()*2c h h=-对有摩擦和无摩擦的绝热流动都适用，那么摩擦损失表现在哪里呢?答：对相同的压降（*P P -）来说，有摩擦时有一部分动能变成热能，又被工质吸收了，使h 增大，从而使焓降(*h h -)减少了，流速C 也降低了（动能损失）。
对相同的焓降(*h h -)而言，有摩擦时，由于动能损失（变成热能），要达到相同的焓降或相同的流速C ，就需要进步膨胀降压，因此，最后的压力必然降低（压力损失）。
2.为什么渐放形管道也能使气流加速?渐放形管道也能使液流加速吗?答：渐放形管道能使气流加速—是对于流速较高的超音速气流而言的，由2(1)dA dV dC dCM A V C C ===-可知，当0dA >时，若0dC >，则必1M >，即气体必为超音速气流。
超音速气流膨胀时由于dA dV dC A V C =-（V--A ）而液体0dV V =，故有dA dCA C=-，对于渐放形管有0dA A >，则必0dCC<，这就是说，渐放形管道不能使液体加速。
3.在亚音速和超音速气流中，图5-15所示的三种形状的管道适宜作喷管还是适宜作扩压管?图 5-15答：可用2(1)dA dCM A C=-方程来分析判断 a) 0dA <时当1M <时，必0dC >，适宜作喷管 当1M >时，必0dC <，适宜作扩压管 b) 0dA >时当1M <时，必0dC <，适宜作扩压管 当1M >时，必0dC >，适宜作喷管c) 当入口处1M <时，在0dA <段0dC >；在喉部达到音速，继而在0dA >段0dC <成为超音速气流，故宜作喷管（拉伐尔喷管）当入口处1M >时，在0dA <段，0dC <；在喉部降到音速，继而在0dC <成为亚音速气流，故宜作扩压管（缩放形扩压管）。
工程热力学高教第三版习题答案第5章
②循环 1-2-3-1 的 T-s 图如右 ③吸热量 Q1 = Q3−1 = C p ,m (T1 − T3 ) 放热量 Q2 = Q2−3 = RT3 ln
Q Q Q δQ =0， 1 + 2 + 3 =0 T1 T2 T3 Tr
所以可以实现 （ 2）最大循环净功只有在可逆循环时才能获得，即
∫
Q Q 1500kJ 500kJ Q3 = T3 1 + 2 = −300K + = −862.5kJ 300K 500K T1 T2
不可能实现
②
是可逆循环
③
Q1 = Q2 + Wnet = 0.5kJ + 1.5kJ = 2.0kJ
ηt = 1 −
方法二 ①
Q2 0.5kJ = 1− = 0.75 < ηC 2.0kJ Q1
是不可逆循环
∫T
∫
δQ
r
=
Q1 Q2 1kJ −0.1kJ + = + = +0.000167kJ/K > 0 不可能实现 Tr T2 2000K 300K
可见， T1比T1 低得多，故该循环热效不高。 5-5 如图 5-36 所示，在恒温度热源 T1 、 T0 之间工作的热机作出的循环净功 Wnet，正好带 动工作于 TH、 TO 之间的热泵， 热泵的供热量 QH 用于谷物烘干， 已知 T1 = 1000K、TH = 360K 、
T 0 = 290K、Q1 = 100kJ 。①若热机效率ηt = 40% ，热泵供暖系数 ε ′ = 3.5 ，求 QH；②设 E 和 P 都以可逆机代替，求这时 QH；③计算结果 QH>Q1，表示冷源中有部份热量传入温度
工程热力学1-5章思考题解答
由于气体向真空作无阻自由膨胀，不对外界作功，过程功W = 0；容 器又是绝热的，过程的热量Q = 0因此，根据热力学第一定律
Q=U+W
应有 U=0
即容器中气体的总热力学能不变，膨胀后当气体重新回复到热力学平衡 状态时，其比热力学能亦与原来一样，没有变化，若为理想气体，则其 温度不变。
⒊ 摩尔气体常数R值是否随气体的种类不同或状态不同而异？
答：摩尔气体常数R值恒等于8.3143 kJ/(kmol·K)，不因气体的种类不同 或状态不同而异。
⒋ 如果某种工质的状态方程式为Pv = RgT，那么这种工质比热容、热力学能、焓都仅仅是温 度的函数吗？
答：理想气体的状态方程式为Pv = RgT，服从这一方程的气体均属理想 气体。按照理想气体模型，其热力学能、焓都仅仅是温度的函数。理想 气体的比热容与过程的性质有关，也与温度有关，对于一定的过程而 言，理想气体的比热容仅是温度的函数。
进功之差）的总和；而内部功则是从技术功中扣除了流体的流动动能和 重力位能增量之后所剩余的部分。
⒎
几股流体汇合成一股流体称为合流பைடு நூலகம்如图2-12所示。工程上几台压气机同时向主气道
送气，以及混合式换热器等都有合流的问题。通常合流过程都是绝热的。取1-1、2-2和3-3截面
之间的空间为控制体积，列出能量方程式，并导出出口截面上焓值h3的计算式。
⒎ 促使系统状态变化的原因是什么?举例说明。
答： 分两种不同情况：
⑴ 若系统原本不处于平衡状态，系统内各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作 用下，各个部分发生相互作用，系统的状态将发生变化。例如，将一块烧热了的铁扔进一盆水 中，对于水和该铁块构成的系统说来，由于水和铁块之间存在着温度差别，起初系统处于热不 平衡的状态。这种情况下，无需外界给予系统任何作用，系统也会因铁块对水放出热量而发生 状态变化：铁块的温度逐渐降低，水的温度逐渐升高，最终系统从热不平衡的状态过渡到一种 新的热平衡状态；
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第五章 气体的流动和压缩思 考 题1.既然c 里呢?答：对相同的压降（*P P -）来说，有摩擦时有一部分动能变成热能，又被工质吸收了，使h 增大，从而使焓降(*h h -)减少了，流速C 也降低了（动能损失）。
对相同的焓降(*h h -)而言，有摩擦时，由于动能损失（变成热能），要达到相同的焓降或相同的流速C ，就需要进步膨胀降压，因此，最后的压力必然降低（压力损失）。
2.为什么渐放形管道也能使气流加速?渐放形管道也能使液流加速吗?答：渐放形管道能使气流加速—是对于流速较高的超音速气流而言的，由2(1)dA dV dC dCM A V C C ===-可知，当0dA >时，若0dC >，则必1M >，即气体必为超音速气流。
超音速气流膨胀时由于dA dV dC A V C =-（V--A ）而液体0dV V =，故有dA dCA C=-，对于渐放形管有0dA A >，则必0dCC<，这就是说，渐放形管道不能使液体加速。
3.在亚音速和超音速气流中，图5-15所示的三种形状的管道适宜作喷管还是适宜作扩压管?图 5-15答：可用2(1)dA dCM A C=-方程来分析判断 a) 0dA <时当1M <时，必0dC >，适宜作喷管 当1M >时，必0dC <，适宜作扩压管 b) 0dA >时当1M <时，必0dC <，适宜作扩压管 当1M >时，必0dC >，适宜作喷管c) 当入口处1M <时，在0dA <段0dC >；在喉部达到音速，继而在0dA >段0dC <成为超音速气流，故宜作喷管（拉伐尔喷管）当入口处1M >时，在0dA <段，0dC <；在喉部降到音速，继而在0dC <成为亚音速气流，故宜作扩压管（缩放形扩压管）。
(a) (b) (c)4. 有一渐缩喷管，进口前的滞止参数不变，背压（即喷管出口外面的压力）由等于滞止压力逐渐下降到极低压力。
问该喷管的出口压力、出口流速和喷管的流量将如何变化?答：如右图所示分三种情况来分析 1)当背压b c P P >时，随b P ↓流速2C ↑，流量2m ↑，2c P P = 2)当背压b c P P =时，22P P =-，流速2c C C =，流量max m m = 3)当背压b c P P <时，2c C C =，max m m =，2C P P =5. 有一渐缩喷管和一缩放喷管，最小截面积相同，一同工作在相同的滞止参数和极低的背压之间（图5-16）。
试问它们的出口压力、出口流速、流量是否相同?如果将它们截去一段（图中虚线所示的右边一段），那么它们的出口压力、出口流速和流量将如何变化?图 5-16答：1）（a)、（b)两喷管在截去一段之前有如下结果：（a)是渐缩喷管，出口只能达到临界状态，其出口处于临界状况 即有2a c C C =，2a c P P =，2max a m m =（b)是缩放喷管，可以得到超音速流动，其出口必处于超音速状态，有2b c C C >，2b c P P <，2max 2b a m m m >=（∵相同的喉部面积和参数）2）（a)、（b)两喷管在图中所示位置各截去一段后：（a)截后仍是渐缩喷管 ， 2a c C C =，2a c P P =，''2max max a m m m =>（因为出口面积增大了）（b)截后仍是缩放喷管，'22b b c C C C >>，'22b b c P P P <<''2max max 2b b m m m m ===（因为喉部面积和参数未变）习 题5-1 用管道输送天然气（甲烷）。
已知管道内天然气的压力为 4.5 MPa ，温度为295K 、流速为 30 m/s ，管道直径为 0.5 m 。
问每小时能输送天然气多少标准立方米?[解]：(a)(b)223/22.422.422.443.140.530 4.510636008.7158/416.3043518.329.5stdm AC V D C P V M M M RT m hπ⨯⨯=⨯=⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==⨯⨯⨯或22343.140.5303600293.15 4.51018.7158/4295 1.01325105std std stdstd std mRT D C T P V P T P m hπ⨯⨯⨯==⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯==⨯⨯⨯5-2 温度为 750 ℃、流速为 550 m/s 的空气流，以及温度为 20℃、流速为 380 m/s 的空气流，是亚音速气流还是超音速气流?它们的马赫数各为若干?已知空气在 750 ℃时 γ0 = 1.335；在 20 ℃时 γ0 = 1.400。
[解]：依音速公式(5-9)可得：1626.2/a m s2343.3 a m s ==因而 111/550/626.20.87831M c a ===<是亚音速气流 因而 222/380/343.3 1.10691M c a ===>是超音速气流5-3 已测得喷管某一截面空气的压力为 0.3 MPa 、温度为 700 K 、流速为 600 m/s 。
视空气为定比热容理想气体，试按定比热容和变比热容（查表）两种方法求滞止温度和滞止压力。
能否推知该测量截面在喷管的什么部位?[解]：1)按定比热容计算，空气可认为是理想气体,由(5-24)式和(5-25)式可得：22*0600700879.10221005p C T T K C =+=+=⨯0 1.4211.41*60010.310610.666221005700p C P P MPa C T κκ--⎛⎫⎛⎫=+=⨯+= ⎪⎪⎪⨯⨯⎝⎭⎝⎭2)按变比热容查表计算a)按平均比热计算，由700K 查附表3 0 1.031/()p C kJ kg K =∙22*0600700874.59221031p C T T K C =+=+=⨯00 1.4211.41*060010.310610.654221031700p C P P MPa C T κκ--⎛⎫⎛⎫=+=⨯⨯+= ⎪ ⎪⎪⨯⨯⎝⎭⎝⎭b)按比热经验公式计算，由附表2查得空气'0p C 经验公式为'2300123362930.97050.06791107000.1658107000.0578*******.0760/()p C a a T a T a T kJ kg K ---=+++=⨯⨯⨯+⨯⨯-⨯⨯=∙22*'600700867.292107602p C T T K C =+=+=⨯021*'0 1.421.41126000.31010.63521076700p CP P C T MPaκκ--⎛⎫=+ ⎪⎪⎝⎭⎛⎫=⨯⨯+= ⎪⨯⨯⎝⎭要判断所测截面位置必先判断其流速是否超音速/ 1.13121M c a ====>所以属于超音速流动，所用喷管必为缩放形喷管，可以为所测截面一定是喉部截面之后。
(∵在喉部截面之前不能超音速)5-4 压缩空气在输气管中的压力为0.6 MPa 、温度为 25 ℃，流速很小。
经一出口截面积为 300 mm 2的渐缩喷管后压力降为 0.45 MPa 。
求喷管出口流速及喷管流量 (按定比热容理想气体计算，不考虑摩擦,以下各题均如此 )。
[解]：喷管流速可由(5-17)式求得：2217.4/C m s==由连续方程 2222A C m V =可知，要求2V ，必先求*V 对理想气体： **3*287.1298.150.14266/6105RT V m kg P+===⨯等熵流动： 0111.4**3226(/)0.142660.1752/4.5V V P P m kg κ⎛⎫==⨯= ⎪⎝⎭所以 42222310217.40.3723/0.1752A C m kg s V -⨯⨯===2V 也可以如下求得：对等熵流动： 0011.411.4*22* 4.5298.15274.626P T T KP κκ--⎛⎫⎛⎫==⨯=⎪⎪⎝⎭⎝⎭所以 3222280.1274.620.1752/4.5105RT V m kg P +===⨯同样可得： 42222310217.40.3723/0.1752A C m kg s V -⨯⨯===5-5 同习题5-4。
若渐缩喷管的背压为 0.1 MPa ，则喷管流量及出口流速为若干?[解]：因为此时 20*10.16660.5236P Pββ===<=已达临界状态 所以20316/C C a m s ===此时的流量为临界流量可由(5-22)式求得：00122*min max 2*0 1.41421.422131020.14266 1.410.14212/c A m m m a V kg sκκκ+-+-⨯-⎛⎫===⎪+⎝⎭⨯⎛⎫= ⎪+⎝⎭=【（去掉1）】 或由 2222A C m V =计算11*1.4*32210.142660.2251/0.528PV V m kg P κ⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭所以 422223103160.4212/0.2251A C m kg s V -⨯⨯===5-6 空气进入渐缩喷管时的初速为 200 m/s ，初压为 1 MPa ，初温为 400 ℃。
求该喷管达到最大流量时出口截面的流速、压力和温度。
[解]： 喷管为渐缩形，故达到最大流量是应为临界状态，故有210.52810.528c P P MPaβ==⨯= 00 1.412 1.41211(400273.15)(0.528)560.88PT T K P κκ--⎛⎫=+=+⨯= ⎪⎝⎭22*1110200673.15693.05221005p C T T K C =+=+=⨯20481.81/C C a m s ====5-7 试设计一喷管，工质是空气。
已知流量为 3 kg/s ，进口截面上的压力为 1 MPa 、温度为 500 K 、流速为 250 m/s ，出口压力为 0.1 MPa 。
[解]: 0 1.4κκ==， 210.10.10.5281c P P ββ===<=, 故应选缩放形喷管。
为此先求进口滞止参数。
因为进口流速10C >211161113287.1500177.26 mm250110mvRT m A C C p ⨯===⨯=⨯ 146.8 mm D ==22*1110250500531.1221005p C T T K C =+=+=⨯0 1.42211.41*11101250111 1.2351 221005500p C P P MPa C T κκ--⎛⎫⎛⎫=+=⨯+= ⎪ ⎪⎪⨯⨯⎝⎭⎝⎭***63111/287.1531.1/1.2351100.1235/V RT P mkg==⨯⨯= 临界流速421.8 /c C a m s ===出口流速2739.5 /C m s ==喉部截面11***min *11.42613287.1531.111385.62 mm 421.80.5281.235110c c c c c c mV m Pm RT A V C C P C P κκβ⎛⎫⎛⎫===∙ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⨯⎛⎫=⨯⨯= ⎪⨯⎝⎭出口截面1**22*2211.4263287.1531.11.23513016.43 mm 739.50.11.235110c mV m RT P A C C P P κ⎛⎫==∙ ⎪⎝⎭⨯⎛⎫=⨯⨯= ⎪⨯⎝⎭喷管截面设计成圆形，因此喉部直径为min D ，出口截面直径为2Dmin 42 mm D ===262 mm D ==取渐放段锐角010α=，则渐放段长度为2min 6242114.30 mm 102tan2tan22D D L α--===⨯ 渐缩段较短，从较大的进口直径光滑地过渡到喉部直径即可。