工程热力学例题答案解.docVIP

例1:如图，已知大气压pb=101325Pa，U型管内 汞柱高度差H=300mm，气体表B读数为0.2543MPa，求：A室压力pA及气压表A的读数pe,A 。 解： 强调： Pb是测压仪表所在环境压力 例2:有一橡皮气球，当其内部压力为0.1MPa（和大气压相同）时是自由状态，其容积为0.3m3。当气球受太阳照射而气体受热时，其容积膨胀一倍而压力上升到0.15MPa。设气球压力的增加和容积的增加成正比。试求： （1）该膨胀过程的p~f（v）关系； （2）该过程中气体作的功； （3）用于克服橡皮球弹力所作的功。 解：气球受太阳照射而升温比较缓慢，可假定其 ，所以关键在于求出p~f（v） (2) （3） 例3：如图，气缸内充以空气，活塞及负载195kg，缸壁充分导热，取走100kg负载，待平衡后，不计摩擦时，求：（1）活塞上升的高度 ;（2）气体在过程中作的功和换热量，已知 解：取缸内气体为热力系—闭口系 分析：非准静态，过程不可逆，用第一定律解析式。 计算状态1及2的参数： 过程中质量m不变 据 因m2=m1,且 T2=T1 体系对外力作功 注意：活塞及其上重物位能增加 例4：如图，已知活塞与气缸无摩擦，初始时p1=pb，t1=27℃，缓缓加热，使 p2=0.15MPa，t2=207℃ ，若m=0.1kg，缸径=0.4m 求：过程加热量Q。 解： 据题意 例6 已知：0.1MPa、20℃的空气在压气机中绝热压缩后，导入换热器排走部分热量，再进入喷管膨胀到0.1MPa、20℃。喷管出口截面积A=0.0324m2，气体流速cf2=300m/s。已知压气机耗功率710kW，问换热器的换热量。 解： 稳定流动能量方程 ——黑箱技术 例7:一台稳定工况运行的水冷式压缩机，运行参数如图。设空气比热cp=1.003kJ/(kg·K)，水的比热cw=4.187kJ/(kg·K)。若不计压气机向环境的散热损失、动能差及位能差，试确定驱动该压气机所需功率。[已知空气的焓差h2-h1=cp(T2-T1)] 解：取控制体为压气机（不包括水冷部分 流入： 流出： 内增： 0 取整个压气机（包括水冷部分）为系统： 流入： 流出： 内增 ： 0 查水蒸气表得 本题说明： 1）同一问题，取不同热力系，能量方程形式不同。 2）热量是通过边界传递的能量，若发生传热两物体同在一体系内，则能量方程中不出现此项换热量。 3）黑箱技术不必考虑内部细节，只考虑边界上交换及状况。 4）不一定死记能量方程，可从第一定律的基本表达出发。 例9：若容器A刚性绝热，初态为真空，打开阀门充气，使压力p2=4MPa时截止。若空气u=0.72T求容器A内达平衡后温度T2及充入气体量m。 解：取A为CV.——非稳定开口系 容器刚性绝热 忽略动能差及位能差，则 由 或 流入：hinδmin 流出： 0 内增：uδm 例10：已知储气罐中原有的空气质量m1，热力学能u1，压力p1，温度T1。充气后，储气罐内气体质量为m2，热力学能u2，忽略动能差与位能差，且容器为刚性绝热。导出u2与h的关系式 。 解：方法一 取气罐为系统。考虑一股气体流入，无流出 方法二：取气罐内全部空气（m2）为闭口系 Q=ΔU+W Q：容器刚性绝热 充入气体与管内气体热力学状态相同 Q=0 第四章 例3：某理想气体经历4个过程，如T-s图 1）将各过程画在p-v图上； 2）指出过程吸热或放热，膨胀或压缩。 解：1-3 1-2 1-4 1-5 例4：封闭气缸中气体初态p1=8MPa，t1=1300℃，经过可逆多变膨胀过程变化到终态p2=0.4MPa，t2=400℃。已知气体常数Rg=0.287kJ/(kg·K)，试判断气体在该过程中是放热还是吸热？[比热容为常数， 解：计算初，终态比容 多变指数 \ 多变过程膨胀功和热量 故是吸热过程 第五章 例1：某专利申请书提出一种热机，它从167℃的热源 吸热，向7℃冷源放热，热机每接受1000kJ热量，能发出0.12kW·h的电力。请判定专利局是否应受理其申请，为什么？ 解：从申请是否违反自然界普遍规律着手 故不违反第一定律 根据卡诺定理，在同温限的两个恒温热源之间工作的热机，以可逆机效率最高 违反卡诺定理，所以不可能 例2：某循环在700K的热源及400K的冷