最新最新工程热力学和传热学课后答案(前五章)【精选】
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第一篇工程热力学
第一章基本概念
一.基本概念
系统:状态参数:热力学平衡态:温度:热平衡定律:温标:准平衡过程:可逆过程:循环:可逆循环:不可逆循环:
二、习题
1.有人说,不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程,这种说法对吗?
错
2.牛顿温标,用符号°N表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°N和200°N,且线性分布。(1)试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式;(2)绝对零度
为牛顿温标上的多少度?
3.某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917MPa,而当地大气压力为0.1013MPa,当航行至另一海域,其真空度变化为0.0874MPa,而当地大气压力变化为0.097MPa。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?
4.如图1-1所示,一刚性绝热容器内盛有水,电流通过容器底部的电阻丝加热
水。试述按下列三种方式取系统时,系统与外界交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)取虚线内空间为系统。
(1)不考虑水的蒸发,闭口系统。
(2)绝热系统。注:不是封闭系统,有电荷的交换
(3)绝热系统。
图
1-1
5.判断下列过程中那些是不可逆的,并扼要说明不可逆原因。
(1)在大气压力为0.1013MPa时,将两块0℃的冰互相缓慢摩擦,使之化为0℃的水。
耗散效应
(2)在大气压力为0.1013MPa时,用(0+dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。
可逆
(3)一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩(不计摩擦)。
可逆
(4)100℃的水和15℃的水混合。
有限温差热传递
6.如图1-2所示的一圆筒容器,表A的读数为
360kPa;表B的读数为170kPa,表示室I压力高于
室II的压力。大气压力为760mmHg。试求:
(1)真空室以及I室和II室的绝对压力;
(2)表C的读数;
(3) 圆筒顶面所受的作用力。
图1-2
第二章 热力学第一定律
一.基本概念
功: 热量: 体积功: 节流:
二.习题
1.膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别? 2.下面所写的热力学第一定律表达是否正确?若不正确,请更正。
⎰+∆=+∆+∆+
∆=+=+∆=∆21
2
2
1pdV
H Q w z g c H q w du q w u q s δ 3.一活塞、气缸组成的密闭空间,内充50g 气体,用叶轮搅拌器搅动气体。活塞、气缸、搅拌器均用完全绝热的材料制成。搅拌期间,活塞可移动以保持压力不变,但绝对严密不漏气。已测得搅
耗散效应将输入能量转化为热量 q=(u2-u1)+p(v2-v1) =h2-h1 4.1kg 空气由p 1=5MPa,t 1=500℃,膨胀到p 2=0.5MPa,t 2=500℃,得到热量506kJ ,对外做膨胀功506kJ 。接着又从终态被压缩到初态,放出热量390kJ,试求: (1)膨胀过程空气热力学能的增量;(2)压缩过程空气热力学能的增量;(3)压缩过程外界消耗了多少功?
5.一活塞气缸装置中的气体经历了2个过程。从状态1到状态2,气体吸热500kJ ,活塞对外作功800kJ 。从状态2到状态3是一个定压的压缩过程,压力为p=400kPa ,气体向外散热450kJ 。并且已知U 1=2000kJ, U 3=3500kJ ,试计算2-3过程中气体体积的变化。 500= U2-U1+800 U2=1700
-450= U3-U2+400(V3-V2) V3-V2=
6.现有两股温度不同的空气,稳定地流过如图2-1所
示的设备进行绝热混合,以形成第三股所需温度的空气流。各股空气的已知参数如图中所示。设空气可按理想气体计,其焓仅是温度的函数,按{h}kJ/kg =1.004{T}K 计算,理想气体的状态方程为pv=RT, R=287J/(kg·K)。若进出口截面处的动、位能变化可忽略,试求出口截面的空气温度和流速。
m3=m1+m2 h3=h1+h2
图2-1
7.某气体从初态p 1=0.1MPa ,V 1=0.3m 3可逆压缩到终态p 2=0.4MPa ,设压缩过程中p=aV -2,式中a 为常数。试求压缩过程所必须消耗的功。 p 1=aV 1-2 p 2=aV 2-2
∫pdV=∫aV -2dV=-aV 2-1+aV 2-1
8.如图2-2所示,p-v 图上表示由三个可逆过程所组成的一个循环。1-2是绝热过程;2-3是定压过程;3-1是定容过程。如绝热过程1-2中工质比热力学能的变化量为-50kJ/kg ,p 1=1.6MPa ,v 1=0.025m 3/kg ,p 2=0.1MPa ,v 2=0.2m 3/kg 。(1)试问这是一个输出净功的循环还是消耗净功的循环? (2)计算循环的净热。
图2-2
9.某燃气轮机装置如图2-3所示。已知压气机进口处空气的焓h 1=290kJ/kg ,经压缩后,空气升温使比焓增为h 2=580kJ/kg ,在截面2处与燃料混合,以w 2=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 。燃烧后燃气经喷管绝热膨胀到状态3’,h 3’=800kJ/kg ,流速增至w 3’,燃气再进入动叶片,推动转轮回转做功。若燃气在动叶片中热力状态不变,最后离开燃气轮机速度为w 4=100m/s 。求: (1)若空气流量为100kg/s ,压气机消耗的功率为多少? (2)若燃料发热量q=43960kJ/kg ,燃料消耗量为多少? (3)燃气在喷管出口处的流速w 3’是多少? (4)燃气涡轮(3’-4过程)的功率为多少? (5)燃气轮机装置的总功率为多少?
图2-3 (1) W1=100kg/s*(h2-h1)
(2) m*43960=100kg/s*(h2-h1) (3)0.5w 3’2-0.5w 22=h3’
-h2
(1) 顺时针循环,输出净功;
(2) Q=W=W12+W23+W31
W12=50
W23=
W31=0