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熱工基礎與應用課后習題答案[全]第二版(完整版)

2025-08-03 16:09上一頁面

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【正文】 氣體組元的質量分數(shù)分別為:所以未知氣體的氣體常數(shù):⑵ 該未知氣體的分壓力:未知氣體為氮氣,先求出它的摩爾分數(shù):所以氮氣的分壓為:321 解:理想氣體兩過程之間的熵差為:由于假設理想氣體的比熱容為常數(shù),所以有:考慮到理想氣體多變過程()的過程方程及定容比熱容和CV、Rg的關系:把上面三式帶入熵的表達式并整理可得:考慮到理想氣體多變過程()的過程方程及定容比熱容和CV、Rg的關系:把上面兩式帶入熵的表達式并整理可得:322 解:在Ts圖上任意兩條定壓線之間的水平距離為,在相同的溫度T下,壓力分別為p1和p2時兩態(tài)的熵差,故有: 顯然不管在任何溫度下,它們都相等;在Ts圖上任意兩條定容線之間的水平距離為,在相同的溫度T下,體積分別為V1和V2時兩態(tài)的熵差,故有:顯然不管在任何溫度下,它們都相等。只有熵值必定增加,因為根據(jù)克勞休斯不等式有:其中等號適用于可逆過程,不等號適用于不可逆過程,對于不可逆過程,T為熱源的溫度,由于溫度T恒大于零,所以當過程為吸熱過程()時,系統(tǒng)的熵必然增加。此過程為放熱,外界對空氣做功,內能增加。理想氣體的可逆定溫加熱過程有: 所以為曲線3,從左到右。2. 如果比熱容是溫度t的單調增函數(shù),當時,平均比熱容、中哪一個最大?哪一個最?。看穑河?、的定義可知,其中,其中,其中因為比熱容是溫度t的單調增函數(shù),所以可知,又因為故可知最大,又因為:所以最小。6. 說明下列各式的應用條件: ⑴ 閉口系的一切過程 ⑵ 閉口系統(tǒng)的準靜態(tài)過程 ⑶ 開口系統(tǒng)的穩(wěn)定流動過程,并且軸功為零 ⑷ 開口系統(tǒng)的穩(wěn)定定壓流動過程,并且軸功為零;或者閉口系統(tǒng)的定壓過程。 ⑸ 氣體邊被壓縮邊吸入熱量是不可能的。2. 下列說法是否正確? ⑴ 氣體膨脹時一定對外作功。而水溫較低時,熱水瓶中的空氣受冷,壓力降低,小于環(huán)境壓力,瓶塞被自動吸緊。熱力學中引入平衡態(tài)的概念,是為了能對系統(tǒng)的宏觀性質用狀態(tài)參數(shù)來進行描述。2. 表壓力或真空度能否作為狀態(tài)參數(shù)進行熱力計算?若工質的壓力不變,問測量其壓力的壓力表或真空計的讀數(shù)是否可能變化?答:不能,因為表壓力或真空度只是一個相對壓力。7. 用U形管壓力表測定工質的壓力時,壓力表液柱直徑的大小對讀數(shù)有無影響?答:嚴格說來,是有影響的,因為U型管越粗,就有越多的被測工質進入U型管中,這部分工質越多,它對讀數(shù)的準確性影響越大。錯,比如氣體向真空中的絕熱自由膨脹,對外不作功。錯,比如多變過程,當n大于k時,可以實現(xiàn)邊壓縮邊吸熱。7. 膨脹功、軸功、技術功、流動功之間有何區(qū)別與聯(lián)系?流動功的大小與過程特性有無關系?答:膨脹功是系統(tǒng)由于體積變化對外所作的功;軸功是指工質流經(jīng)熱力設備(開口系統(tǒng))時,熱力設備與外界交換的機械功,由于這個機械工通常是通過轉動的軸輸入、輸出,所以工程上習慣成為軸功;而技術功不僅包括軸功,還包括工質在流動過程中機械能(宏觀動能和勢能)的變化;流動功又稱為推進功,1kg工質的流動功等于其壓力和比容的乘積,它是工質在流動中向前方傳遞的功,只有在工質的流動過程中才出現(xiàn)。3. 如果某種工質的狀態(tài)方程式遵循,這種物質的比熱容一定是常數(shù)嗎?這種物質的比熱容僅是溫度的函數(shù)嗎?答:不一定,比如理想氣體遵循此方程,但是比熱容不是常數(shù),是溫度的單值函數(shù)??赡娼^熱膨脹過程有:所以為圖中的雙曲線4,且方向朝右(膨脹過程)。6. 在圖上,如何將理想氣體任意兩狀態(tài)間的熱力學能和焓的變化表示出來。10. 圖3-17所示的管段,在什么情況下適合作噴管?在什么情況下適合作擴圖317 思考題11附圖壓管?答:當時,要想使氣流的速度增加,要求噴管的截面積沿氣流方向逐漸減小,即漸縮噴管;而當時,要想使氣流的速度增加,要求噴管的截面積沿氣流方向逐漸增加,即漸擴噴;而對于先縮后擴的縮放噴管(也稱拉戈爾噴管),在最小截面處氣流的流速恰好等于當?shù)芈曀佟?23 解:根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程,可求出初態(tài)和終態(tài)氣體的比容分別為:由cP和cV的關系,可得到:所以每千克氣體內能和熵的變化分別為:324 解:可逆定壓過程系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于系統(tǒng)焓的變化,所以有:系統(tǒng)內能的變化為:所以系統(tǒng)對外所作的功為:325 解:設理想氣體的摩爾數(shù)為n,由理想氣體的狀態(tài)方程可得:由于過程的焓變已知,所以可得到該理想氣體的摩爾定壓熱容:所以氣體的摩爾定容熱容為:由此可求出該氣體的摩爾質量:所以氣體的內能變化為:氣體的定壓熱容為:326 解:⑴ 可逆膨脹;可逆定溫膨脹過程系統(tǒng)對外所作的功及熵變?yōu)椋孩?向真空膨脹;理想氣體的絕熱真空自由膨脹系統(tǒng)對外不作功W=0,熵變?yōu)椋孩?。4. 下列說法是否正確?為什么?⑴ 熵增大的過程為不可逆過程;⑵ 不可逆過程的熵變無法計算;⑶ 若工質從某一初態(tài)經(jīng)可逆與不可逆途徑到達同一終態(tài),則不可逆途徑的必大于可逆途徑的;⑷ 工質經(jīng)歷不可逆循環(huán)后;⑸ 自然界的過程都是朝著熵增的方向進行的,因此熵減小的過程不可能實現(xiàn);⑹ 工質被加熱熵一定增大,工質放熱熵一定減小。9. 閉口系統(tǒng)經(jīng)歷了一不可逆過程對外作功10 kJ,同時放出熱量5 kJ,問系統(tǒng)的熵變是正、是負還是不能確定? 答:熵是狀態(tài)參數(shù),功和熱量都是過程量,所以不能確定系統(tǒng)的熵變。答:濕空氣:含水蒸汽的空氣;濕蒸汽:含有液態(tài)水的水蒸氣;飽和濕空氣:相對濕度為100%的濕空氣。 傳出的熱量為: 54 解:查表得: 所以: 時, 所以為濕飽和蒸汽。那么,能否利用飽和區(qū)(氣液兩相區(qū))定溫定壓的特性形成飽和區(qū)的卡諾循環(huán),從原理上看是可能的,但是實施起來,有兩個關鍵問題,一是,汽輪機出口位于飽和區(qū)干度不高處,濕度太大使得高速運轉的汽輪機不能安全運行,同時不可逆損失增大,其二,這樣的卡諾循環(huán),壓縮過程將在濕蒸汽區(qū)進行,氣液混和工質的壓縮會給泵的設計和制造帶來難以克服的困難,因此迄今蒸汽動力循環(huán)未采用卡諾循環(huán)。習題61 解:①1點:P1=4MPa, t1=400176。采用此方法,同樣的壓縮比,耗功量比單級壓縮少,且壓縮終溫低,溫度過高會使氣缸里面的潤滑油升溫過高而碳化變質。6. 如圖715(b)所示,若蒸汽壓縮制冷循環(huán)按 運行,循環(huán)耗功量沒有變化,仍為h2h1,而制冷量則由h1h4增大為h1h5,這顯然是有利的,但為什么沒有被采用?答:如果按運行,很難控制工質狀態(tài),因此采用節(jié)流閥,經(jīng)濟實用。C查表得到:h1=500kJ/kg h2=525kJ/kgh3=h4=225kJ/kg (2)室內溫度為30176。K),室內外的空氣溫度分別為20℃和5℃,室內外空氣與玻璃窗之間對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為 W/(m2 冬季室內空氣溫度為℃,和墻內壁面之間對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 W/(m2 冷庫內、外氣溫分別為2 176。解:根據(jù)多層復壁導熱計算公式: 由得到: 93 有一爐墻,厚度為20 cm, W/(mK),為使散熱損失不超過1500 W/m2 , W/(mK)的保溫層。C、 176。C 、 176。解:根據(jù)圓筒壁穩(wěn)態(tài)導熱計算公式: 解得 所以保溫層厚度為97 某過熱蒸汽管道的內、外直徑分別為150 mm和160 mm ,管壁材料的熱導率為45 W/(mK)。試寫出圓桿內溫度場的數(shù)學描述。溫度計指示套管的端部溫度為80 176。熱電偶的初始溫度為25 176。解: 由得到: ,可以用集總參數(shù)法計算。C的油浴中,鋼棒表面與油之間對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為500 W/(m2K)。采用均勻網(wǎng)格, mm,試用數(shù)值方法計算該物體的溫度分布。解:對水:由查附錄3水的物性表得到: , 對空氣:由查附錄2空氣的物性表得到: , 102 m的平板時沿程m處的局部表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。C。解:假定出口溫度為400C,則有: , 查附錄水的物性表有: , , , 采用紊流換熱關系式: 所以, 校核: 可見Q1和Q2相差很小,所以107 m/s速度在內徑為22 mm、 176。C,試求管內對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。試計算圓管外壁面對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)和電加熱器的功率。解:特征溫度為:由 查附錄2空氣的物性表得到: , , 所以, 單位管長的換熱量:1014 室內火爐上煙囪的外徑為15 cm, m,壁面平均溫度為150 176。(提示:在常熱流條件下壁面溫度是不均勻的,首先應判斷何處溫度最高;由于壁面溫度未知,定性溫度無法確定,可采用試算法,首先假設一定性溫度。努力過后,才知道許多事情,堅持堅持,就過來了。歲月是有情的,假如你奉獻給她的是一些色彩,它奉獻給你的也是一些色彩。 假定特征溫度為,則: 查附錄2空氣的物性表得到: , , 所以, 由熱平衡計算得到實際的壁面溫度為: 計算得到: 所以原假設正確,最高壁溫為1. 若不給自己設限,則人生中就沒有限制你發(fā)揮的藩籬。C。 校核計算換熱量校核計算獲得熱量偏差1012 在一鍋爐煙道中有一6排管順排構成的換熱器。C,內管壁溫 176。C,試求管內對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。解:由附錄2得到: 當空氣溫度為200C時, , 當空氣溫度為2000C時, , (1)由相似原理:, 所以有 (2)由相似原理:, 所以有105 水在換熱器管內被加熱,管內徑為 14 mm,管長為 m,管壁溫度保持為110 176。C,速度為 m/s,平板的壁面溫度 176。C,突然一側壁面以每小時溫升5 176。試求:(1)10分鐘后鋼棒的中心和表面溫度;(2)鋼棒中心溫度達到180 176。C的大鋼板突然放置于溫度為20 176。C的氣流中,熱電偶表面與氣流間的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為90 W/(m2K),試求:(1)熱電偶的時間常數(shù);(2)熱電偶的過余溫度達到初始過余溫度的1%時所需的時間。C。C、 176。蒸汽管道內壁面溫度為400 176。C。C。C和50 176。C,冷庫內、外壁面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分別為2 W/(m2K)和3 W/(m2K)。室外空氣溫度為10℃,和外墻之間對流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 W/(m2 K),試求玻璃窗的散熱損失及玻璃的導熱熱阻、兩側的對流換熱熱阻。C。但熱泵為供熱,而制冷裝置是為制冷。同時至于使氣缸里面的潤滑油升溫過高而碳化變質,必須采用級間冷卻。C 查表得:h1=, s1=() 2點:由s2=s1=(), P2=4kPa 查表得:h2=, x= 3(4)點:由P3=4kPa, 查表得: h3= 吸熱量:q1=h1-h(huán)3=-= 凈功量:wnet=h1-h(huán)2== 熱效率:h===%干度:x= 62 解: 1點:由P1=13MPa, t1=535176。6. 今有兩個內燃機的混合加熱循環(huán),它們的壓縮比、初態(tài)、總的加熱量相同,但兩者的定容升壓比λ不同,(1)請在pv圖與Ts圖上表示出這兩個循環(huán)的相對位置;(2)利用Ts圖定性地比較這兩個循環(huán)的熱效率。MPa(kJ/kg)(kJ/)理想的絕熱過程,熵不變,所以有:,查表得到P2時的參數(shù):,所以干度為:所以出口乏氣的焓為:根據(jù)穩(wěn)定流動的過程方程,可得:5-6 解:查表并插值得到:, 吸熱量為: 需要媒量為:5-7 解:查表得到: 當飽和壓力為時, 所以: 查表得到:當時 過熱蒸汽在汽輪機中的理想絕熱膨脹過程,熵不變,所以有: 查圖得到:當,時, 所以:5—8 解:查表得到: 當飽和壓力為時, 所以: 加熱后為的干飽和蒸汽
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