【正文】 吸熱過(guò)程為定容過(guò)程，所以吸熱量為 所需時(shí)間為59 解：MPa、℃的蒸汽處于過(guò)熱狀態(tài)，k＝： 所以 查圖表并插值得到：理想絕熱過(guò)程熵不變，所以有：查表可得： 所以出口速度為：510 解： 查表得到：時(shí)， 所以：511 解：由查表得到： 加熱過(guò)程比濕度不變，沿定d線到，在干燥器中經(jīng)歷的是絕熱加濕過(guò)程，其焓值近似不變，沿定h線到， 所以干空氣的流量為 濕空氣的流量為 所消耗的熱量為：512 解：由查表得到： 沿定d線到在沿定到得到 析出水量為： 沿定d線到得到 加熱量為：513 解：查表知對(duì)應(yīng)的飽和壓力為 對(duì)應(yīng)的飽和壓力為 所以514 解：由查表得到： 加入的水蒸氣的量為： 由及得到：515 解：查表知對(duì)應(yīng)的飽和壓力為 對(duì)應(yīng)的飽和壓力為 所以相對(duì)濕度為： 加熱到40oC,絕對(duì)濕度不變，查表得到：516 解: 由查表得到: , 所以： 當(dāng)冷卻到300C時(shí),比容仍為,此時(shí)為濕蒸汽: 查表得: 總傳熱量為 環(huán)境的熵變?yōu)? 蒸汽熵變?yōu)? 金屬球的熵變?yōu)? 總熵變?yōu)?第六章思考題1. 試畫出簡(jiǎn)單蒸汽動(dòng)力裝置的系統(tǒng)圖、簡(jiǎn)單蒸汽動(dòng)力循環(huán)的pv圖與Ts圖。答：未飽和濕空氣：干球溫度濕球溫度露點(diǎn)溫度飽和濕空氣： 干球溫度濕球溫度＝露點(diǎn)溫度8. 在相同的溫度及壓力下，濕空氣與干空氣相比，那個(gè)密度大？答：干空氣的密度大。2. 鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣在定溫過(guò)程中是否滿足的關(guān)系？為什么？答：不對(duì)，因?yàn)樗魵獠荒芸醋魇抢硐霘怏w，其內(nèi)能不僅是溫度的函數(shù)，還是壓力的函數(shù)，故此定溫過(guò)程內(nèi)能是改變的，不等于0。（5）不對(duì)，比如系統(tǒng)的理想氣體的可逆定溫壓縮過(guò)程，系統(tǒng)對(duì)外放熱，熵減小。計(jì)算噴管出口截面面積，首先要知道噴管出口截面的參數(shù)，所以噴管的出口截面面積為：328 解：當(dāng)被壓取臨界壓力時(shí)可達(dá)到最大質(zhì)量流量，根據(jù)臨界壓力與初壓的關(guān)系可得：最大質(zhì)量流量為：329 解：首先計(jì)算入口參數(shù)所以臨界壓力，即被壓為：最大質(zhì)量流量為：由絕熱過(guò)程方程可得到出口比容為：所以出口流速為：330 解：溫度計(jì)測(cè)量的是空氣的滯止溫度，所以空氣實(shí)際溫度為：331 解：如果在噴管中氣體是理想的流動(dòng)，即為可逆絕熱穩(wěn)定流動(dòng)，則根據(jù)過(guò)程方程，可得到理論出口參數(shù)為：所以理論出口流速為：所以實(shí)際出口流速為：所以實(shí)際出口溫度為：由理想氣體的狀態(tài)方程可得到：所以噴管中氣體的流量為：332 解：滯止溫度分別為： 滯止壓力分別為：第四章思考題1. 循環(huán)的熱效率公式 和 有何區(qū)別？各適用什么場(chǎng)合？ 答：前式適用于各種可逆和不可逆的循環(huán)，后式只適用于可逆的卡諾循環(huán)。習(xí) 題31 解：設(shè)定熵壓縮過(guò)程的終態(tài)參數(shù)為，而定溫壓縮過(guò)程的終態(tài)參數(shù)為,根據(jù)給定的條件可知：又因?yàn)閮蓚€(gè)終態(tài)的熵差為，固有：所以有：對(duì)于定熵壓縮過(guò)程有：所以：32 解：設(shè)氣體的初態(tài)參數(shù)為，閥門開(kāi)啟時(shí)氣體的參數(shù)為，閥門重新關(guān)閉時(shí)氣體的參數(shù)為，考慮到剛性容器有：，且。7. 凡質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大的組元?dú)怏w，其摩爾分?jǐn)?shù)是否也一定較大？試舉例說(shuō)明之。答：（1）空氣升溫、升壓、又放熱有：此多變過(guò)程如圖所示，在p－v圖上，此過(guò)程為沿著幾條曲線的交點(diǎn)A向上，即沿壓力和溫度增加的方向；在Ts圖上此過(guò)程為沿著幾條曲線的交點(diǎn)A向上。由比熱容的定義，并考慮到工質(zhì)的物態(tài)方程可得到：由此可以看出，如果工質(zhì)的內(nèi)能不僅僅是溫度的函數(shù)時(shí)，則此工質(zhì)的比熱容也就不僅僅是溫度的函數(shù)了。對(duì)于穩(wěn)定流動(dòng)，工質(zhì)的技術(shù)功等于膨脹功與流動(dòng)功差值的代數(shù)和。錯(cuò)，比如多變過(guò)程，當(dāng)n大于1，小于k時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工質(zhì)加熱，其溫度反而降低。對(duì)，因?yàn)楦鶕?jù)熱力學(xué)第二定律，氣體是不可能自壓縮的，要想壓縮體積，必須借助于外功。由于有引風(fēng)機(jī)的抽吸，鍋爐設(shè) 備的煙道中的壓力將略低于大氣壓力。3． 當(dāng)真空表指示數(shù)值愈大時(shí)，表明被測(cè)對(duì)象的實(shí)際壓力愈大還是愈小？答：真空表指示數(shù)值愈大時(shí)，表明被測(cè)對(duì)象的實(shí)際壓力愈小。而穩(wěn)定狀態(tài)則是不論有無(wú)外界影響，系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間而變化的狀態(tài)。不可逆過(guò)程是指不論用任何曲折復(fù)雜的方法都不能在外界不遺留任何變化的情況下使系統(tǒng)回復(fù)到初態(tài)，并不是不能回復(fù)到初態(tài)。 （2）空氣對(duì)外不做功。 ⑷ 氣體邊膨脹邊放熱是可能的。(2)一樣大。105 kJ，所以必須外加取暖設(shè)備，供熱量為：210 解：取容器內(nèi)的氣體作為研究的熱力學(xué)系統(tǒng)，根據(jù)系統(tǒng)的狀態(tài)方程可得到系統(tǒng)終態(tài)體積為：過(guò)程中系統(tǒng)對(duì)外所作的功為：所以過(guò)程中系統(tǒng)和外界交換的熱量為：為吸熱。因?yàn)榭赡娑ㄈ菁訜徇^(guò)程容積v不變，過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)能增加，所以為曲線1，從下向上。此過(guò)程為放熱，對(duì)外做功，內(nèi)能減少。因?yàn)槔硐牖旌蠚怏w的比熱力學(xué)能為：其中xi是摩爾組分，而ui是溫度的單值函數(shù)，所以理想混合氣體的比熱力學(xué)能不僅是溫度的函數(shù)，還是成分的函數(shù)，或者說(shuō)對(duì)于成分固定的混合理想氣體，其內(nèi)能僅是溫度的單值函數(shù)。終態(tài)時(shí)，兩側(cè)的壓力相同，即，對(duì)兩側(cè)分別寫出狀態(tài)方程，聯(lián)立求解可得到終態(tài)時(shí)的壓力為：34 解：由于Ar可看作理想氣體，理想氣體的內(nèi)能時(shí)溫度的單值函數(shù)，過(guò)程中內(nèi)能不變，故終溫，由狀態(tài)方程可求出終壓為：熵的變化為：35 解：由于活塞和氫氣側(cè)氣缸均是絕熱的，所以氫氣在過(guò)程中沒(méi)有從外界吸入熱量，可看可逆絕熱過(guò)程，所以氫氣的終溫為：根據(jù)狀態(tài)方程可得到終態(tài)時(shí)氫氣的體積：所以，空氣終態(tài)的體積為：故空氣的終溫為：把空氣和氧氣作為熱力學(xué)系統(tǒng)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得到外界加入的熱量為：36 解：選取氣缸中的空氣作為研究的熱力學(xué)系統(tǒng)，系統(tǒng)的初壓為：當(dāng)去掉一部分負(fù)載，系統(tǒng)重新達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，其終壓為：過(guò)程可看作可逆絕熱膨脹過(guò)程，所以：所以，活塞的上升距離為：37 解：⑴ 定溫：，由理想氣體的狀態(tài)方程可得到初終態(tài)的體積：所以氣體對(duì)外所作的功和吸收的熱量分別為：⑵ 定熵：相當(dāng)于可逆絕熱過(guò)程，氣體對(duì)外所作的功和熱量分別為： 終溫為：⑶ n=：為多方過(guò)程，根據(jù)過(guò)程方程可得到氣體的終溫為：氣體對(duì)外所作的功和熱量分別為：3－7解：（1）如果放氣過(guò)程很快，瓶?jī)?nèi)氣體來(lái)不及和外界交換熱量，同時(shí)假設(shè)容器內(nèi)的氣體在放氣過(guò)程中，時(shí)時(shí)處于準(zhǔn)平衡態(tài)，過(guò)程可看作可逆絕熱過(guò)程，所以氣體終溫為：瓶?jī)?nèi)原來(lái)的氣體質(zhì)量為：放氣后瓶?jī)?nèi)氣體的質(zhì)量為：所以放出的氧氣質(zhì)量為：（2）閥門關(guān)閉后，瓶?jī)?nèi)氣體將升溫，直到和環(huán)境溫度相同，即,壓力將升高，根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可得到，最終平衡時(shí)的壓力為：（3）如果放氣極為緩慢，以至瓶?jī)?nèi)氣體與外界隨時(shí)處于熱平衡，即放氣過(guò)程為定溫過(guò)程，所以放氣后瓶?jī)?nèi)的氣體質(zhì)量為：故所放的氧氣比的一種情況多。在相同的初態(tài)和終態(tài)下，不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率。5. 若工質(zhì)從同一初態(tài)出發(fā)，分別經(jīng)歷可逆絕熱過(guò)程與不可逆絕熱過(guò)程膨脹到相同的終壓力，兩過(guò)程終態(tài)的熵哪個(gè)大？對(duì)外作的功哪個(gè)大？試用坐標(biāo)圖進(jìn)行分析.答：不可逆過(guò)程熵大，可逆過(guò)程作功大6. 如果工質(zhì)從同一初態(tài)出發(fā)，分別經(jīng)歷可逆定壓過(guò)程與不可逆定壓過(guò)程，從同一熱源吸收了相同的熱量，工質(zhì)終態(tài)的熵是否相同？為什么？答： 不相同，因?yàn)槎邔?duì)外所作的功不同，而它們從同一熱源吸收了相同的熱量，所以最終二者內(nèi)能的變化不同，故此二者的終態(tài)不同，由于熵是狀態(tài)參數(shù)，它們從同一初態(tài)出發(fā)，故終態(tài)的熵不同。5. 適用于任何工質(zhì)的定壓過(guò)程。11. 早晨有霧，為什么往往是好天氣？答：早晨有霧，說(shuō)明濕空氣中含有許多小水滴，濕空氣為飽和濕空氣，當(dāng)溫度逐漸上升后，小水滴逐漸汽化，所以往往是好天氣。3. 蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)熱效率不高的原因是冷凝器放熱損失太大，如取消冷凝器而用壓縮機(jī)將乏氣直接升壓送回鍋爐是否可以？答：乏氣如果是水汽混合的，則不能進(jìn)行壓縮。C，所以效率比較低。C 得：h1=, s1=()a點(diǎn)：由sa=s1, Pa=2MPa 得：ha=2點(diǎn)：由s2=sa,P2= 得：h2=, x=3(4)點(diǎn)：由P3=P2 得：h3=5(6)點(diǎn)：由P5=Pa 得：h5=抽汽量： 熱效率： 軸功：ws=(h1h5) h=() =65 解：（1）循環(huán)熱效率為：（2）1到2為可逆絕熱過(guò)程，所以有：2到3為定容吸熱過(guò)程，所以有：3到5為可逆絕熱過(guò)程，又因?yàn)椋? 所以有：放熱過(guò)程為定壓過(guò)程，所以循環(huán)的放熱量為： 所以循環(huán)的熱效率為：之所以不采用此循環(huán)，是因?yàn)閷?shí)現(xiàn)氣體定容放熱過(guò)程較難。4. 空氣壓縮制冷循環(huán)能否用節(jié)流閥代替膨脹機(jī)，為什么？答：蒸汽制冷循環(huán)所以采用節(jié)流閥代替膨脹機(jī)，是因?yàn)橐后w的膨脹功很小，也就是說(shuō)液體的節(jié)流損失是很小的，而采用節(jié)流閥代替膨脹機(jī)，成本節(jié)省很多，但是對(duì)于空氣來(lái)說(shuō)，膨脹功比液體大的多，同時(shí)用節(jié)流閥使空氣的熵值增加很大，從Ts圖上可以看出，這樣使吸熱量減少，制冷系數(shù)減少。9. 在圖715(b)中，有人企圖不用冷凝器，而使?fàn)顟B(tài)2的工質(zhì)直接進(jìn)行絕熱膨脹降溫，然后去冷庫(kù)吸熱制冷，這是否可行？為什么？答：不可行，直接進(jìn)行絕熱膨脹降溫，如果是定熵過(guò)程，那么回到了初態(tài)，當(dāng)然不可能去冷庫(kù)吸熱制冷了。 解：解：由傅立葉導(dǎo)熱定律： 熱阻 m 熱流量 熱流密度 82. 空氣在一根內(nèi)徑50mm，已知空氣平均溫度為80℃，管內(nèi)對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 W/(m2 試求玻璃窗的散熱損失及空氣夾層的導(dǎo)熱熱阻。解：傳熱系數(shù) 熱流通量為： 由得到： 86. 如果冬季室外為大風(fēng)天氣，室外空氣和外墻之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為 W/(m2 C和80 176。標(biāo)準(zhǔn)試件的厚度 mm，熱導(dǎo)率 W/(mK)；待測(cè)試件的厚度 mm。解：根據(jù)題意： 得到： 95 有一3層平壁，各層材料熱導(dǎo)率分別為常數(shù)。已知鋼管外壁面溫度為400 176。試求：（1）各層導(dǎo)熱熱阻；（2） 每米長(zhǎng)蒸汽管道的散熱損失；（3）各層間的接觸面溫度。試求每小時(shí)金屬桿與周圍流體間的對(duì)流換熱量。解: 忽略測(cè)溫套管橫截面上的溫度變化，并認(rèn)為套管端部絕熱，則套管可以看成是等截面直肋，測(cè)溫誤差為 根據(jù)（2－47） 套管截面面積，套管換熱周長(zhǎng)， 查附錄13得到： 911 同上題，若改用熱導(dǎo)率 W/(mK)、 mm的不銹鋼套管，其它條件不變，試求其測(cè)溫誤差。C、流速為12 m/s的風(fēng)道中冷卻，5分鐘后紫銅棒的表面溫度降為34 176。解：這是一個(gè)一維平板非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱的問(wèn)題，由得到: ，可以用集總參數(shù)法計(jì)算。C；上邊維持均勻的溫度400 176。解：此題用數(shù)值計(jì)算方法進(jìn)行計(jì)算。 當(dāng)時(shí)， 當(dāng)時(shí)， 當(dāng)時(shí)， 當(dāng)時(shí)，103如果將上題中的水改為空氣，其它參數(shù)保持不變，試計(jì)算整個(gè)平板的平均表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)以及單位寬度平板的換熱量，并對(duì)比這兩種情況的計(jì)算結(jié)果。解：假定出口溫度為700C，則有： ， 查附錄水的物性表有: , , , 采用紊流換熱關(guān)系式： 所以， 校核： 重新假定出口溫度為1000C，則有： ， 查附錄水的物性表有: , , , 采用紊流換熱關(guān)系式： 所以， 校核： 可見(jiàn)Q1和Q2相差很小，所以106 m、 m的不銹鋼管進(jìn)行管內(nèi)對(duì)流換熱實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)直接對(duì)不銹鋼管通以直流電加熱，電壓為5V，電流為900A，水的進(jìn)口溫度為20 176。C ，試求管內(nèi)對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)。已測(cè)得圓管外壁面的平均溫度為100 176。C，管間最窄通道處的煙氣流速 m/s。試求每小時(shí)煙囪與室內(nèi)空氣間的對(duì)流換熱量。用一些事情，總會(huì)看清一些人。學(xué)習(xí)參考