热工基础(2.1.3)--第三章习题及答案

热工基础第三章作业题及答案

3-3 体积为0.03m 3的某刚性储气瓶内盛有700kPa 、20℃的氮气。瓶上装有一排气阀，压力达到880kPa 时阀门开启，压力降到850kPa 时关闭。若由于外界加热的原因造成阀门开启，问：

(1)阀开启时瓶内气体温度为多少？

(2)因加热，阀门开闭一次期间瓶内气体失去多少？设瓶内氮气温度在排气过程中保持不变。

答案：（1）t 2=93.3℃; (2)∆m =0.0097kg

3-4 氧气瓶的容积V =0.30m 3，瓶中氧气的表压力p gl =1.4MPa ，温度t 1=30℃。问瓶中盛有多少氧气？若气焊时用去一半氧气，温度降为t 2=20℃，试问此时氧气瓶的表压力为多少？(当地大气压力p b =0. 098MPa)

答案： m =5.72kg; p g2=0.625MPa.

3-6 某理想气体等熵指数κ=1.4，定压比热容c p =1.042kJ/(kg.K)，求该气体的摩尔质量M 。 答案：M =27.93 g/mol

3-8 摩尔质量为0.03kg/mol 的某理想气体，在定容下由275℃加热到845 ℃，若比热力学能变化为400kJ/kg ，问焓变化了多少？

热求其热力学能、焓和熵的变化。

答案：∆ℎ=557.9kJ/kg

3-11 在体积V =1.5m 3的刚性容器内装有氮气。初态表压力p gl =2.0MPa ，温度t =230℃，问应加入多少热量才可使氮气的温度上升到750℃？其焓值变化是多少？大气压力为0.1MPa 。

(1)按定值比热容计算；

(2) 按平均比热容的直线关系式计算；

(3)按平均比热容表计算；

(4) 按真实比热容的多项式表达式计算。

答案：(1) Q =8137 kJ, ΔH =11410 kJ (2) Q =9005 kJ, ΔH =12260 kJ

(3) Q =8962 kJ, ΔH =1200 kJ (4) Q =9025 kJ, ΔH =12280 kJ

3-15 由氧气、氮气和二氧化碳组成的混合气体，各组元的摩尔数为

2O 0.08mol n =，2N 0.65mol n =，2CO 0.3mol n =

试求混合气体的体积分数，质量分数和在p = 400kPa 、t =27℃时的比体积。 答案：x O2=0.078, x N2=0.631, x CO2=0.291 w O2=0.076, w N2=0.536, w CO2=0.388 R g,eq =0.252 kJ/(kg.K), v =0.0189 m 3/kg.

3-19 某理想气体初温T 1=470K ，质量为2.5kg ，经可逆定容过程，其热力学能变化为△U =295. 4kJ ，求过程功、过程热量以及熵的变化。设该气体R g =0.4 kJ/( k g ．K)，κ=1.35，并假定比热容为定值。

答案：W =0, Q =295.4 kJ, ΔS=0.568 kJ/K

3-22试将满足以下要求的理想气体多变过程在p -v 图和T -s 图上表示出来（先画出四个基本热力过程）：

(1) 气体受压缩，升温和放热；

(2) 气体的多变指数n =0.8，膨胀；

(3) 气体受压缩，降温又降压；

(4) 气体的多变指数n=1.2，放热；

(5) 气体膨胀，降压且放热。

答案：

3-25一容积为0.2m3的贮气罐，内装氮气，其初压力p1=0. 5MPa，温度t1=37C。若对氮气加热，其压力、温度都升高。贮气罐上装有压力控制阀，当压力超过0. 8MPa时，阀门便自动打开，放走部分氮气，即罐中维持最大压力为0. 8MPa。问：当贮气罐中氮气温度为287℃时，对罐内氮气共加人多少热量？设氮气比热容为定值。

答案：Q=Q v+Q p=150+67.96=218 kJ

3-31 湿饱和蒸汽的p=0.9MPa，x=0. 85，试由水蒸气表求t、h、v、s和u。

答案：t s=175.39℃, h=2468.99 kJ, v=0.18284 m3/kg, s=5.9431 kJ(kg.K), u=2304.43 kJ(kg.K)

3-33开水房烧开水用p=0.1MPa，x=0.86的蒸汽与t=20℃同压下的水混合，试问欲得5t的开水，需要多少蒸汽和水？

答案：m v=773kg, m w=4267 kg

3-36汽轮机的进口蒸汽参数为p1=3.0MPa、t1=435℃。若经可逆绝热膨胀至p2=0.005 MPa，蒸汽流量为4. 0kg/s，求汽轮机的理想功率为多少千瓦？

答案：P=4660 kW

3-37一刚性容器的容积为0.3m3，其中体积的五分之一为饱和水，其余为饱和蒸汽，容器中初压为0. 1MPa。欲使饱和水全部汽化，问需加入多少热量？末态压力为多少？若热源温度为500℃，试求不可逆温差传热的有效能损失。设环境温度为27℃。

答案：S g=66.83 (kJ/K), I= 20050 (kJ)

3-43设大气压力为0.1MPa，温度为25℃，相对湿度为 =55%，试用分析法求湿空气的露点温度、含湿量及比焓。并查h-d图校核之。

答案：计算：t d=14.8℃, d=0.011kg/kg(a), h=53.15 kJ/kg

查图：t d=15℃, d=0.0108kg/kg(a), h=53 kJ/kg

3-45设大气压力为0.lMPa，温度为30℃，相对湿度为0.8。如果利用空气调节设备使温度降低到10℃去湿，然后再加热到20℃，试求所得空气的相对湿度和单位质量干空气在空气调节设备中所放出的热量。

答案：φ=53%

3-47在容积为100m3的封闭室内，空气的压力为0.lMPa，温度为25℃，露点温度为18℃。试求室内空气的含湿量和相对湿度。若此时室内放置盛水的敞口容器，容器的加热装置使水能保持25℃定温蒸发至空气达到定温下饱和空气状态。试求达到饱和空气状态下空气的含湿量和水的蒸发量。

答案：d2=0.0204kg/kg(a)