【正文】 定熵流經(jīng)噴管，已知進口截面上空氣壓力 P1=7bar， 試問當(dāng)出口背壓分別為5bar, 時，為使氣流充分膨脹，得到最大動能，應(yīng)該分別采用什么形狀的噴管？為什么？ 5/7= 取漸縮形 取縮放形。 8．對亞音速氣流，要使流動加速，管道截面應(yīng)如何變化？當(dāng)氣流加速時，氣流壓力如何變化？為什么？ 采用漸縮噴管，壓力減小 因為 dA/A=(M21)dc/c， M1，要使 dc0，必 dA0， 又由 (1/K)dp/P=M2dc/c， dc0，則 dp0，壓力減小。又由 cdc=dh=CpdT， dc0，所以 dT0。 要求壓力較高氣體（也即增壓比高），為保證一定的生產(chǎn)量。 第十一章 １．在蒸汽動力裝置中，只要汽輪機葉片材料允許，為什么要同時提高過熱蒸汽的初壓 P1和初溫 t1？ 僅提高 P1能使 ?t 提高，但 x2將降低；只有提高 P1同時又提高 t1，使 ?t 提高而 x2可在允許范圍內(nèi)。 類似于《工程熱力學(xué)》一書思考題 9（ P141） 3．試將滿足氣體受壓縮、又升溫、又吸熱的多變過程在Ｐ－Ｖ，Ｔ－Ｓ圖上表示出來，并說明能量轉(zhuǎn)換關(guān)系，指出多變指數(shù) n 的范圍。 5．在 PV 圖上畫出工質(zhì)又膨脹、又降溫、又吸熱的多變過程。 7．在 PV 圖和 TS 圖上畫出理想氣體的可逆膨脹、放熱過程，指出 n 的范圍并說明能量轉(zhuǎn)換關(guān)系。 2．理想氣體由初溫 T1可逆等壓吸熱至 T2，再經(jīng)不可逆絕熱膨脹至初溫 (T3=T1)，然后可逆等溫放熱至初態(tài)。 2．在某蒸汽鍋爐中，把 90bar、 30℃的未飽和水在定壓下加熱成 450℃的過熱蒸汽，熵增Δs=()。試在Ｔ－Ｓ圖上用面積表示這兩種流動 的出口動能之差， 并說明畫圖依據(jù)。 由穩(wěn)定流動的能量方程知：氣流的動能增量等于 [q12(h2h1)]，根據(jù)噴管中氣流特征（即T2T1,P2P1）可得 n1，又因 q120，從而可在 T－ S 圖上畫出過程線 1－ 2，并畫出表示動能增量的面積。 第十章 １．當(dāng)活塞式內(nèi)燃機的三種理想循環(huán)有相同的初態(tài)、最高 壓力和最高溫度時，試畫 Ts 圖比較這三種理想循環(huán)熱效率的高低。 3．當(dāng)初態(tài)相同、壓縮比 ε 相同、吸熱量 q1相同時，試畫 T－ s 圖比較活塞式內(nèi)燃機三種理想循環(huán)熱效率的高低。 循環(huán) T－ S 圖與書圖 1012 相同。 η tp η tmη tv 9．試在 T－ s 圖上畫出燃 氣輪機裝置的定壓加熱實際循環(huán)，（實際循環(huán)中只有壓縮過程和膨脹過程是不可逆絕熱過程，其余過程都是可逆的），并在 T－ s 圖上面積表示實際循環(huán)比理想循環(huán)少作的功。 T－ S 圖見熱力學(xué) P301 圖 116； 2．當(dāng)蒸汽的初溫和背壓不變而提高初壓時，試畫Ｔ－Ｓ圖分析朗肯循環(huán)熱效率和汽輪機排汽干度的變化。影響該循環(huán)熱效率蒸汽參數(shù)有：初溫 t初壓 p1 和背壓 p2。 6．對蒸汽動力裝置循環(huán)，一為理想循環(huán)，一為考慮汽輪機中存在不可逆損失而進行了不可逆絕熱膨脹的實際循環(huán)，試用 TS 圖表示兩種循環(huán)的循環(huán)功的差值。 五、計算題 第二章 １． 空氣在壓氣機中被壓縮， 壓縮前后的參數(shù)分別為 p1= 1bar 、 v1= ，p2=8bar,v2=。 ２．設(shè)有一定量的氣體在氣缸內(nèi)被壓縮，容積由 壓縮到 ，壓縮過程中壓力保持常數(shù) P=1bar。經(jīng)一段時間后，在車間溫度 17℃下，指示壓力為 152bar，當(dāng)?shù)氐拇髿鈮?Pb=1bar，試計算氧氣瓶漏氣量。 K) ；PB1=5bar,VB1=,tB1=15℃ ,RB=(Kg設(shè)比熱 為定值， Cv=()。 K ２．一隔板將容器分為 A 和 B 兩個相等的部分。 由熱力學(xué)第一定律的第一解析式，求得平衡溫度為 70℃；由狀態(tài)方程求得平衡壓力為4/3bar； 第四章 １．三千克氮氣先從 4m3可逆絕熱壓縮到 3m3，然后可逆定壓膨脹到初始容積， 已知初態(tài)溫度為 17℃，氮氣的定容比熱 Cv=(Kg K)，求氣體的終態(tài)壓力。 已知 T1=T3=300K，由 Cp(T2T1)Cv(T2T3)=（ Cp Cv）（ T2T1） =5 求得 T2= K，從而膨脹終壓， 88 ?? vTRp g bar ， barpp ?? ， barTTpp k k )( 12323 ?? ? 。 整個過程中空氣的吸熱量 q123=q12+q23=。 7． 的某理想氣體，從初態(tài) P1= 14bar, t1= 360 ℃可逆絕熱膨脹到 P2=1bar，接著又可逆定容加熱到初溫，并在此溫度下可逆定溫壓縮回到初態(tài)。求：氣體質(zhì)量、 壓縮過程中氣體與外界交換的熱量以及膨脹過程中氣體的膨脹功。 9．容 積 50bar、 27℃的壓縮空氣， 用以啟動柴油機后壓縮空氣的壓力降為 35bar，過程是在可逆絕熱條件下進行的，問用去多少千克空氣？過了一段時間，瓶內(nèi)壓縮空氣從環(huán)境吸熱，使壓縮空氣的溫度回升到 27℃，問此時壓縮空氣的壓力應(yīng)為多少？（設(shè)壓縮空氣的氣體常數(shù) R = KJ/(Kg然后空氣定容冷卻到初始溫度。求過程最高溫度、終了壓力及內(nèi)能變化量和膨脹功。 K)，求全過程的功。 求過程最高溫度， 終了壓力及內(nèi)能改變量和膨脹功。 p p vv bar2 1 12 2 3? ? / Δ S12=μ Rln(v2/v1)=(Kmol W1a=[R/(n1)](T1T2)= Pa=P1(Ta/T1)n/n1= W RTK ppa a ak k???? ?2 211 1[ ( ) ] 18．某理想氣體進行定壓吸熱后，再絕熱膨脹至初始溫度，若定壓過程吸熱量為 48KJ，絕熱過程膨脹功為 30KJ。氣體的初始溫度為 30℃，定容比熱 Cv=() 。 按可逆絕熱過程 1－ 2 得 T2= 由狀態(tài)方程 P2=P3= 由定壓過程 2－ 3 T3= Δ u13=Cv(T3T1)= q=q23=Cp(T3T2)=kCv(T3T2)= W=qΔ u=２．有一容積 V=，內(nèi)裝有 P1=10MPa,T1=300K 的壓縮空氣用來啟動柴油機，啟動后瓶中空氣壓力降低為 P2=，溫度 T2=300K，問用去了多少千摩爾空氣，相當(dāng)于多少千克？（空氣的分子量μ =， 空氣可認為是理想氣體） Δ n=n1n2=(千摩爾 ) Δ m=μΔ n=(Kg) ２．容積 V= P1=120bar，溫度 T1=300K 的壓縮空氣， 打開壓縮空氣瓶上閥門用以啟動柴油機。 1)問瓶中壓力降低到 P2=70bar 時， 用去了多少千克空氣？這時瓶中空氣的溫度是多少度？ 2)過了一段時間后， 瓶中空氣從室內(nèi)空氣吸熱，溫度又逐漸升高，最后重新恢復(fù)到 300K，問這時空氣瓶中壓縮空氣的壓力 P2多大？ 1)由絕熱過程 T2=257K Δ m2=m1m2= 2)P2= ２．已知 溫度為 7℃的氮氣先從 ，然后在定壓下可逆膨脹到初始容積 ，氮氣的比熱 Cv=(Kg已知 t1=27℃ ,t2=527℃，環(huán)境溫度等于初溫，過程２－３的熵增為(Kg K)的絕熱過程。 根據(jù)熱力學(xué)第一定律和孤立系統(tǒng)的熵增原理，列出兩個方程，由此解得熱源 TB 與工質(zhì)的換熱量為 1260KJ（吸 熱）。 K)，多變過程的比熱 Cn= (Kg已知 T1=1000K，吸熱量為 500KJ，過程 31 的熵增為(Kg 9． 空氣從初態(tài) P1=10bar、 T1=400K，可逆地變化到終態(tài) P2= 4ba。 K)，求該循環(huán)的熱效率。 循環(huán)的平均放熱溫度 ?2 ＝ 510K，熱效率η t=%。 取熱源和工質(zhì)為孤立系統(tǒng)，可得該孤立系統(tǒng)的熵變化量為 5KJ/K，故過程不可逆； 7．一千克空氣先進行可逆定溫吸熱過程１－２，再進行不可逆絕熱膨脹過程２－３，最后經(jīng) n= 的可逆多變過程回到初態(tài)。 放熱量 q2=[+q1/(TH200)](T0+20)=496KJ/Kg，從而熱效率為 %，作功能力損失 I＝T0(q1/TH+q2/T0)=196KJ/Kg； 4．熱機在熱源 T1=1000K 和冷源 T0=290K 間工作，熱效率為 40%，若從高溫?zé)嵩次崃縌1=100KJ，則作出的循環(huán)功正好用以帶動工作于 TH=360K 和 T0 之間的熱泵，設(shè)熱泵 系數(shù)為，求熱泵向 TH的供熱 QH，若 QHQ1， 這是否符合孤立系統(tǒng)的熵增原理？ 熱泵向 TH 的供熱 QH＝ 140KJ，以全部熱源及熱機、熱泵為孤立系統(tǒng)的熵變化量為，這符合孤立系統(tǒng)的熵增原理。 K)，求該循環(huán)的平均吸熱溫度、 熱效率及作功能力損失。 先求得初壓 P1=，壓縮終壓力 P2=，壓縮終溫 T2=352K，全過程的功W123=W12+W23=。設(shè)空氣的比熱為定值， R=(Kg已知初始溫度為 17℃ ,Cv=(Kg K)) 60=Cp(T2T3)Cv(T2T1)=R(T2T1) T1=℃ P1= 21．定壓壓縮 1Kg 氧氣所需的壓縮功為 90KJ，此后氣體等溫膨脹， 而且膨脹功等于定壓壓縮功，在壓縮開始時，氣體 v1=， 膨脹終了時氣體溫度等于 30℃ ,R=(Kg t2=t1(P2/P1)(K1)/K= V2=(RT2)/P2= w K R T T J? ? ? ? ?1 1 3 12 101 2 5( ) . Wt=KW= 105J 17． 1Kg 空氣在氣缸中膨脹，初態(tài) P1=30bar,t1=227℃，終態(tài)壓力 P2=1bar， 膨脹經(jīng)歷兩個過程， 1a 為 n= 的可逆多變過程， ta=127℃； a2 為可逆絕熱過程， R=(Kg k)) qv＝ Cv(T2T1) T2=qv/Cv+T1=370℃＝ 643K； 由定熵過程 23 和已知條件得 P3=； Δ u13=0； W=W23=qΔ u=15． 1Kmol 理想氣體，初態(tài) P1=2bar,t1=27℃，定溫膨脹到容積為原來的 3 倍。（氮氣分子量為 28） 1→ 2→ 3 q=qv+qp==Δ u13+W Δ u13=0 W=Wp=R(T3T2)=R(T1T2) T1=T2+W/R=402K 由狀態(tài)方程： P1= 14．空氣在定容下吸入熱量 ，然后可逆絕熱膨脹到初始溫度。 k),R=(Kg K)。 10．絕熱壓縮 空氣，其溫度上升 到 300℃，壓力上升到 30bar。 K),絕熱指數(shù) K=。 K),絕熱指數(shù) K=，求絕熱膨脹所作的功和定溫壓縮消耗的功。 K)，求膨脹終溫和壓縮終溫。 K),R=(Kg 4．一千克空氣（可視為雙原子理想氣體）先定壓吸熱后再可逆絕熱膨脹到初溫，定壓吸熱量比可逆絕熱膨脹功多 5KJ，初態(tài)溫度為 300K，初態(tài)比容為 ，求吸熱過程的終溫和膨脹過程的終壓（設(shè)空氣的氣體常數(shù)為 287 J/(Kg 由可逆絕熱壓縮過程求得 T2＝ ,P2=96611Pa(其中所需的 P1 由狀態(tài)方程求得 P1＝64582Pa，從而 W12＝ mcv(T2T1)= , W23=P2(V3V2)=,W123=W12＋ W23=18KJ； 2．初壓為 2bar、體積為 1m3，在定溫膨脹后容積為原來的兩倍，求空氣的終壓、吸熱量。問當(dāng)隔板抽出， A 與 B 連通后，容器中氣體的壓力、溫度、 內(nèi)能的變化及熵變化各為多少？假定整個容器和環(huán)境絕熱。 1)Δ U=Δ H(P2V2P1V1)=30KJ 2)Cp=CvΔ H/Δ U= R=(Kg氣罐中原有空氣的溫度 t1=17℃、表壓力 Pg=，問需經(jīng)過多少分鐘才能使貯氣罐中氣體的壓力提高到 P2=7bar，溫度升到 t2=50℃？ 先求出需充入的空氣量為 ，從而可求得所需時間為 32 分鐘。 第三章 １．在 23℃的倉庫，有一只容積為 ，其表壓力為 150bar。 W=qΔ u= = 。 Δ W=面積 22a782 1234561 為可逆循環(huán)。 見《工程熱力學(xué)》一書圖 113(P300) 5．當(dāng)初態(tài)和絕熱膨脹終壓相同時，試在水蒸汽的 hs 圖上畫出汽輪機中的可逆絕熱膨脹過程和不可逆絕熱膨脹過程。 3．當(dāng)忽略水泵功時，畫出蒸汽動力裝置朗肯循環(huán)的Ｔ－Ｓ圖，指出影響該循環(huán)熱效率蒸汽參數(shù)，并在圖上用面積表示該循環(huán)的凈功。 11．若初態(tài)的循環(huán)最高溫度相同時，若增壓比提高，試畫 Ts 圖證明：燃氣輪機裝置定壓加熱理想循環(huán)的熱效率提高。 循環(huán) T－ S 圖略。 η tvη tmη tp 5．在 TS 圖上比較初態(tài)相同，最高壓力和放熱量相同時， 內(nèi)燃機三種理想循環(huán)熱效率的高低。 T－ S 圖略。 Pv 圖見熱力學(xué) P261 圖 95； 2．當(dāng)初態(tài)和增壓比相同時，試在 pv 圖上用面積表示采用兩級壓縮、 級間冷卻的活塞式壓氣機比單級壓縮壓氣機所節(jié)省的功。h h2 2? =定壓線 2－ 2’下方的面積。 在 T－ S 圖上，煙氣的過程線是一條定壓放熱線，水的定壓加熱汽化過程線參見熱力學(xué)P215 圖