工程热力学第五版习题答案资料.doc

第四章4-1 1kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ，其容积增大为，压力降低为，设比热为定值，求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓和熵的变化解：热力系是1kg空气过程特征：多变过程＝0.9因为内能变化为＝717.5 ＝1004.5 ＝3587.5＝8×103J膨胀功：＝32 ×103J轴功：28.8 ×103J焓变：＝1.4×8＝11.2 ×103J熵变：＝0.82×1034－2 有1kg空气、初始状态为，℃，进行下列过程：（1）可逆绝热膨胀到；（2）不可逆绝热膨胀到，；（3）可逆等温膨胀到；（4）可逆多变膨胀到，多变指数；试求上述各过程中的膨胀功及熵的变化，并将各过程的相对位置画在同一张图和图上解：热力系1kg空气（1） 膨胀功：＝111.9×103J熵变为0（2）＝88.3×103J＝116.8（3）＝195.4×103＝0.462×103（4）＝67.1×103J＝189.2K＝－346.44-3 具有1kmol空气的闭口系统，其初始容积为1m3，终态容积为10 m3，当初态和终态温度均100℃时，试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化该过程为：（1）可逆定温膨胀；（2）向真空自由膨胀。

解：（1）定温膨胀功7140kJ19.14kJ/K(2)自由膨胀作功为019.14kJ/K4－4 质量为5kg的氧气，在30℃温度下定温压缩，容积由3m3变成0.6m3，问该过程中工质吸收或放出多少热量？输入或输出多少功量？内能、焓、熵变化各为多少？解：－627.2kJ放热627.2kJ因为定温，内能变化为0，所以 内能、焓变化均为0熵变：－2.1 kJ/K4－5 为了试验容器的强度，必须使容器壁受到比大气压力高0.1MPa的压力为此把压力等于大气压力温度为13℃的空气充入受试验的容器内，然后关闭进气阀并把空气加热已知大气压力B＝101.3kPa，试问应将空气的温度加热到多少度？空气的内能、焓和熵的变化为多少？解：（1）定容过程568.3K（2） 内能变化：202.6kJ/kg283.6 kJ/kg0.49 kJ/(kg.K)4-6 6kg空气由初态p1＝0.3MPa，t1=30℃，经过下列不同的过程膨胀到同一终压p2＝0.1MPa：（1）定温过程；（2）定熵过程；（3）指数为n＝1.2的多变过程试比较不同过程中空气对外所作的功，所进行的热量交换和终态温度解：（1）定温过程573.2 kJ T2=T1=30℃（2）定熵过程351.4 kJQ＝0221.4K（3）多变过程＝252.3K436.5 kJ218.3 kJ4－7 已知空气的初态为p1＝0.6MPa，v1=0.236m3/kg。

经过一个多变过程后终态变化为p2＝0.12MPa，v2=0.815m3/kg试求该过程的多变指数，以及每千克气体所作的功、所吸收的热量以及内能、焓和熵的变化解：（1）求多变指数＝1.301千克气体所作的功146kJ/kg吸收的热量 =36.5 kJ/kg内能：146-36.5＝－109.5 kJ/kg焓： －153.3 kJ/kg熵：＝90J/(kg.k)4-8 1kg理想气体由初态按可逆多变过程从400℃降到100℃，压力降为，已知该过程的膨胀功为200kJ，吸热量为40 kJ，设比热为定值，求该气体的和解：kJ＝533J/(kg.k)=200 kJ解得：n＝1.49R=327 J/(kg.k)代入解得：＝533+327=860 J/(kg.k)4-9将空气从初态1，t1=20℃,定熵压缩到它开始时容积的1/3，然后定温膨胀，经过两个过程，空气的容积和开始时的容积相等求1kg空气所作的功解： ＝-116 kJ/kg＝454.7K＝143.4 kJ/kgw=w1+w2=27.4 kJ/kg4-10 1kg氮气从初态1定压膨胀到终态2，然后定熵膨胀到终态3设已知以下各参数：t1=500℃，v2=0.25m3/kg ，p3＝0.1MPa，v3=1.73m3/kg。

求（1）1、2、3三点的温度、比容和压力的值2）在定压膨胀和定熵膨胀过程中内能的变化和所作的功解：(1)＝1.5 MPa＝1263Kp1=p2=1.5 MPav1==0.15 m3/kg=583 K(2) 定压膨胀364 kJ/kg145.4 kJ/kg定熵膨胀505 kJ/kg-505 kJ/kg或者：其q=0,= -505 kJ/kg4-11 1标准m3的空气从初态1 p1＝0.6MPa，t1=300℃定熵膨胀到状态2，且v2=3v1空气由状态2继续被定温压缩，直到比容的值和开始时相等，v3=v1，求1、2、3点的参数（P,T,V）和气体所作的总功解：0.274 m3/kg 0.129 MPa369KV2=3V1=0.822 m3T3=T2=369KV3=V1=0.274 m30.387 MPa4－12 压气机抽吸大气中的空气，并将其定温压缩至p2＝5MPa如压缩150标准m3空气，试求用水冷却压气机气缸所必须带走的热量设大气处于标准状态解：-59260kJ4-13 活塞式压气机吸入温度t1=20℃和压力p1＝0.1MPa的空气，压缩到p2＝0.8MPa，压气机每小时吸气量为600标准m3。

如压缩按定温过程进行，问压气机所需的理论功率为多少千瓦？若压缩按定熵过程进行，则所需的理论功率又为多少千瓦？解：定温：0.215kg/s－37.8KW定熵＝－51.3 KW4－14 某工厂生产上需要每小时供应压力为0.6MPa的压缩空气600kg；设空气所初始温度为20℃，压力为0.1MPa求压气机需要的最小理论功率和最大理论功率若按n＝1.22的多变过程压缩，需要的理论功率为多少？解：最小功率是定温过程m=600/3600=1/6 kg/s＝－25.1 KW最大功率是定熵过程－32.8 KW多变过程的功率－29.6 KW4－15 实验室需要压力为6MPa的压缩空气，应采用一级压缩还是二级压缩？若采用二级压缩，最佳中间压力应等于多少？设大气压力为0.1，大气温度为20，压缩过程多变指数n=1.25，采用中间冷却器能将压缩气体冷却到初温试计算压缩终了空气的温度解：压缩比为60，故应采用二级压缩 中间压力： 0.775MPa =441K 4-16 有一离心式压气机，每分钟吸入p1＝0.1MPa，t1=16℃的空气400 m3，排出时p2＝0.5MPa，t2=75℃设过程可逆，试求： (1)此压气机所需功率为多少千瓦？ (2)该压气机每分钟放出的热量为多少千焦？ 解：（1） =8.04kg/s =1.13 1183KW （2） =-712.3kJ/s 4－17 三台空气压缩机的余隙容积均为6％，进气状态均为0.1MPa、27℃，出口压力均为0.5MPa，但压缩过程的指数不同，分别为：n1=1.4，n2=1.25，n3=1。

试求各压气机的容积效率（假设膨胀过程的指数和压缩过程的指数相同） 解： n=1.4: 0.87n=1.25：=0.84n=1： =0.76十一章11-1空气压缩致冷装置致冷系数为2.5，致冷量为84600kJ/h，压缩机吸入空气的压力为0.1MPa，温度为-10℃，空气进入膨胀机的温度为20℃，试求：压缩机出口压力；致冷剂的质量流量；压缩机的功率；循环的净功率解：压缩机出口压力 故：＝0.325 MPa T3=20+273=293K ＝209K致冷量：＝1.01×（263-209）＝54.5kJ/kg致冷剂的质量流量0.43kg/s ＝368K压缩功：w1=cp(T2-T1)=106 kJ/kg压缩功率：P1=mw1=45.6kW膨胀功：w2= cp(T3-T4)=84.8 kJ/kg膨胀功率:P2=mw2=36.5kW循环的净功率:P=P1-P2=9.1 KW11-2空气压缩致冷装置，吸入的空气p1=0.1MPa，t1=27℃，绝热压缩到p2=0.4MPa，经冷却后温度降为32℃，试计算：每千克空气的致冷量；致冷机消耗的净功；致冷系数解：已知T3=32+273=305K＝446K＝205K致冷量：＝1.01×（300-205）＝96kJ/kg致冷机消耗的净功: W=cp(T2-T1)－cp(T3-T4)=46.5kJ/kg致冷系数：2.0611－4蒸气压缩致冷循环，采用氟利昂R134a作为工质，压缩机进口状态为干饱和蒸气，蒸发温度为-20℃，冷凝器出口为饱和液体，冷凝温度为40℃，致冷工质定熵压缩终了时焓值为430kJ/kg，致冷剂质量流量为100kg/h。

求：致冷系数；每小时的制冷量；所需的理论功率解：在lgp-h图上查各状态点参数p1=0.133MPa h1=386kJ/kg s1=1.739 kJ/(kg•K),p2=1.016 MPa h2=430 kJ/kg,h3=419 kJ/kgh5=h4=256 kJ/kg致冷量：q2=h1-h5=386-256=130 kJ/kg每小时的制冷量:Q2=m×q2=12900kJ/h压缩功：w=h2-h1=430-386=44 kJ/kg致冷系数:2.95理论功率P=mw=100×44/3600=1.22kW11-5用一台氨蒸气压缩致冷机制冰，氨的蒸发温度为-5℃，冷凝温度为30℃，冷凝器中冷却水的进口温度为12℃，出口水温为20℃，欲在每小时内将1000kg0℃的水制成冰，已知冰的融解热为340kJ/kg，试求：该致冷机每小时的制冷量；氨每小时的流量；致冷机的功率；冷却水每小时的消耗量解：致冷机每小时的制冷量：Q=1000×340=340000 kJ在lgp-h图上查各状态点参数p1=335.7kPa h1=1452kJ/kg s1=5.6856 kJ/(kg•K)p2=1.1686 MPa h2=1620 kJ/kgh5=h4=343 kJ/kg致冷量：q2=h1-h5=1114 kJ/kg氨每小时的流量；＝305.2kg致冷机的功率：P=mw=m(h2-h1)=14kW冷凝器热负荷：Q1=m(h2-h4)=390000 kJ/h冷却水每小时的消耗量：=1.16×104kg/h11-6一台氨致冷装置，其致冷量kJ/h，蒸发温度－15℃，冷凝温度30℃，过冷温度25℃，从蒸发器出口的蒸气为干饱和状态。

求（1）理论循环的致冷系数；（2）致冷剂的质量流量；（3）消耗的功率解：查表得压力和焓分别为：h1=1400 kJ/kg, p1=0.35MPa, s1=5.75 kJ/(kg•K) h2=1650 kJ/kg, p2=1.2MPa, s2=5.75 kJ/(kg•K), h3=320 kJ/kg制冷量：q2=h1-h3=1080 kJ/kg压缩功：w=h2-h1=250 kJ/kg（1）致冷系数:4.32（2）致冷剂的质量流量：＝370kg/h（3）消耗的功率25.7kW11-8一台用氟利昂R134a为致冷剂的蒸汽压缩致冷装置，被用作室内供热，它要求的最大加热量是将标准状况下30m3/min的。