本文格式為Word版，下載可任意編輯——清華大學(xué)工程熱力學(xué)習(xí)題課分解工程熱力學(xué)課程習(xí)題

第一章

1-1試將1物理大氣壓表示為以下液體的液柱高(mm)，(1)水，(2)酒精，(3)液態(tài)鈉。它們的密度分別為1000kg/m3，789kg/m3和860kg/m3。

1-4人們假定大氣環(huán)境的空氣壓力和密度之間的關(guān)系是p=cρ1.4，c為常數(shù)。在海平面上空氣的壓力和密度分別為1.013×105Pa和1.177kg/m3，假使在某山頂上測得大氣壓為5×104Pa。試求山的高度為多少。重力加速度為常量，即g=9.81m/s2。

1-7如圖1-15所示的一圓筒容器，表A的讀數(shù)為360kPa，表B讀數(shù)為170kPa，表示室Ⅰ壓力高于室Ⅱ的壓力。大氣壓力為760mmHg。試求(1)真空室以及Ⅰ室和Ⅱ室的絕對壓力；(2)表C的讀數(shù)；(3)圓筒頂面所受的作用力。

圖1-15

1-8若某溫標(biāo)的冰點為20°，沸點為75°，試導(dǎo)出這種溫標(biāo)與攝氏度溫標(biāo)的關(guān)系(一般為線性關(guān)系)。1-10若用攝氏溫度計和華氏溫度計測量同一個物體的溫度。有人認(rèn)為這兩種溫度計的讀數(shù)不可能出現(xiàn)數(shù)值一致的狀況，對嗎？若可能，讀數(shù)一致的溫度應(yīng)是多少？1-14一系統(tǒng)發(fā)生狀態(tài)變化，壓力隨容積的變化關(guān)系為pV1.3=常數(shù)。若系統(tǒng)初態(tài)壓力為600kPa，容積為0.3m3，試問系統(tǒng)容積膨脹至0.5m3時，對外作了多少膨脹功。

1-15氣球直徑為0.3m，球內(nèi)充滿壓力為150kPa的空氣。由于加熱，氣球直徑可逆地增大到0.4m，并且空氣壓力正比于氣球直徑而變化。試求該過程空氣對外作功量。

1-161kg氣體經(jīng)歷如圖1-16所示的循環(huán)，A到B為直線變化過程，B到C為定容過程，C到A為定壓過程。試求循環(huán)的凈功量。假使循環(huán)為A-C-B-A則凈功量有何變化？

1

圖1-16

其次章

2-2水在760mmHg下定壓汽化，溫度為100℃，比容從0.001m3/kg增加到1.1763m3/kg，汽化潛熱為2250kJ/kg。試求工質(zhì)在汽化期間(1)內(nèi)能的變化；(2)焓的變化。

2-3定量工質(zhì)，經(jīng)歷了一個由四個過程組成的循環(huán)，試填充下表中所缺的數(shù)據(jù)，并寫出根據(jù)。過程12233441Q/kJ00

2-51kg空氣由p1=1.0MPa，t1=500℃膨脹到p1=0.1MPa，t1=500℃，得到的熱量506kJ，作膨脹功506kJ。又在同一初態(tài)及終態(tài)間作其次次膨脹僅參與熱量39.1kJ。求：(1)第一次膨脹中空氣內(nèi)能增加多少？(2)其次次膨脹中空氣作了多少功？(3)其次次膨脹中空氣內(nèi)能增加多少？2-6圖2-10所示的氣缸內(nèi)充以空氣。氣缸截面積為100cm2，活塞距底面高度為10cm，活塞及其上負(fù)載的總質(zhì)量為195kg，當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?71mmHg，環(huán)境溫度t0=27℃，氣缸內(nèi)氣體恰與外界處于熱力平衡。倘使把活塞上的負(fù)載取去100kg，活塞將突然上升，最終重新達(dá)到熱力平衡。設(shè)活塞與氣缸壁之間無摩擦，氣體可通過氣缸壁充分和外界換熱，求活塞上升的距離和氣體的換熱量。

圖2-10

2-7上題中若氣缸壁和活塞都是絕熱的，但兩者之間不存在摩擦，此時活塞上升距

W/kJ03950ΔU/kJ1390－10002

離如何？氣體的最終狀態(tài)又如何？已知⊿u=cv⊿T，空氣的cv=0.71kJ/(kg·K)。2-121m3容器內(nèi)的空氣，壓力為p0，溫度為T0。高壓管路(p,T)與之相通，使容器內(nèi)壓力達(dá)到p時關(guān)上閥門。設(shè)高壓管路、閥門與容器均絕熱，但有一冷卻水管通過容器。若欲在充氣過程中始終維持容器中的空氣保持T0，則需向冷卻水放出的熱量為Q，求Q。已知空氣的R，cp和cv。2-13一臺鍋爐給水泵，將冷水壓力由p1=6kPa升高至p2=2.0MPa，若冷凝水(水泵進(jìn)口)流量為2×105kg/h，水密度ρH2O=1000kg/m3。假定水泵效率為0.88，問帶動此水泵至少要多大功率的電機(jī)。2-14一燃?xì)廨啓C(jī)裝置如圖2-11所示。空氣由1進(jìn)入壓氣機(jī)升壓后至2，然后進(jìn)入回?zé)崞鳎諒娜細(xì)廨啓C(jī)排出的廢氣中的一部分熱量后，經(jīng)3進(jìn)入燃燒室。在燃燒室中與油泵送來的油混合并燃燒，產(chǎn)生的熱量使燃?xì)鉁囟壬撸?jīng)4進(jìn)入燃?xì)廨啓C(jī)(透平)作功。排出的廢氣由5送入回?zé)崞鳎罱K由6排至大氣。其中壓氣機(jī)、油泵、發(fā)電機(jī)均由燃?xì)?/p>

?輪機(jī)帶動。(1)試建立整個系統(tǒng)的能量平衡式；(2)若空氣質(zhì)量流量m1=50t/h，進(jìn)口焓

?h1=12kJ/kg，燃油流量m7=700kg/h，燃油進(jìn)口焓h7=42kJ/kg，油發(fā)熱量q=41800kJ/kg，排出廢氣焓h6=418kJ/kg，求發(fā)電機(jī)發(fā)出的功率。

圖2-11

2-15某電廠一臺國產(chǎn)50000kW汽輪機(jī)發(fā)電機(jī)組，鍋爐蒸汽量為220t/h，汽輪機(jī)進(jìn)口處壓力表上的讀數(shù)為10.0MPa，溫度為540℃。汽輪機(jī)出口處真空表的讀數(shù)為715.8mmHg。當(dāng)時當(dāng)?shù)氐拇髿鈮簽?60mmHg，汽輪機(jī)進(jìn)、出口的蒸汽焓各為3483.4kJ/kg和2386.5kJ/kg。試求：(1)汽輪機(jī)發(fā)出的軸功率為多少千瓦？(2)若考慮到汽輪機(jī)進(jìn)口處蒸汽速度為70m/s，出口處速度為140m/s，則對汽輪機(jī)功率的計算有多大影響？(3)如已知凝汽器出口的凝結(jié)水的焓為146.54kJ/kg，而1kg冷卻水帶走41.87kJ的熱量，則每小時需多少噸冷卻水？是蒸汽量的幾倍？

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2-16空氣在某壓氣機(jī)中被壓縮，壓縮前空氣的參數(shù)為p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg；壓縮后為p2=0.8MPa，v1=0.175m3/kg，若在壓縮過程中每千克空氣的內(nèi)能增加146.5kJ，同時向外界放出熱量50kJ；壓氣機(jī)每分鐘生產(chǎn)壓縮空氣10kg。試求：(1)壓縮過程中對1kg空氣所作的壓縮功；(2)每產(chǎn)生1kg壓縮空氣所需的軸功；(3)帶動此壓氣機(jī)所需功率至少要多少千瓦？

2-18某燃?xì)廨啓C(jī)裝置如圖2-12所示。已知壓氣機(jī)進(jìn)口處空氣的焓h1=290kJ/kg，經(jīng)

壓縮后，空氣升溫使比焓增為h2=580kJ/kg，在截面2處與燃料混合，以c2=20m/s的速度進(jìn)入燃燒室，在定壓下燃燒，使工質(zhì)吸入熱量q=670kJ/kg。燃燒后燃?xì)饨?jīng)噴管絕熱膨脹到狀態(tài)3'，h3'=800kJ/kg，流速增至c3'，燃?xì)庠龠M(jìn)入動葉片，推動轉(zhuǎn)輪回轉(zhuǎn)作功。若燃?xì)庠趧尤~中熱力狀態(tài)不變，最終離開燃?xì)廨啓C(jī)速度為c4=100m/s。求：

(1)若空氣流量為100kg/s，壓氣機(jī)消耗的功率為多少？(2)若燃料發(fā)熱量q=43960kJ/kg，燃料耗量為多少？(3)燃?xì)庠趪姽艹隹谔幍牧魉賑3'是多少？(4)燃?xì)馔钙?3'4過程)的功率為多少？(5)燃?xì)廨啓C(jī)裝置的總功率為多少？

圖2-12

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第三章

3-1容量為0.027m3的剛性儲氣筒，裝有7×105Pa，20℃的空氣，筒上裝有一排氣閥，壓力達(dá)到8.75×105Pa時就開啟，壓力降為8.4×105Pa時才關(guān)閉。若由于外界加熱的原因造成閥門的開啟，問：(1)當(dāng)閥門開啟時，筒內(nèi)溫度為多少？(2)因加熱而失掉多少空氣？設(shè)筒內(nèi)空氣溫度在排氣過程中保持不變。

3-2壓氣機(jī)在大氣壓力為1×105Pa，溫度為20℃時，每分鐘吸入空氣為3m3。如經(jīng)此壓氣機(jī)壓縮后的空氣送入容積為8m3的儲氣筒，問需若干時間才能使筒內(nèi)壓力升高到7.8456×105Pa，設(shè)筒內(nèi)空氣的初溫、初壓與壓氣機(jī)的吸氣狀態(tài)一致。筒內(nèi)空氣溫度在空氣壓入前后并無變化。3-93kg空氣，p1=1.0MPa，T1=900K，絕熱膨脹到p2=0.1MPa，試按氣體熱力性質(zhì)表計算：(1)終態(tài)參數(shù)v2和T2；(2)膨脹功和技術(shù)功；(3)內(nèi)能和焓的變化。

3-10某理想氣體(其M已知)由已知的p1，T1定熵壓縮到p2，又由定溫壓縮到同一個p2，這兩個終態(tài)的熵差⊿s也已知，求p2。3-11圖3-11所示的兩室，由活塞隔開。開始時兩室的體積均為0.1m3，分別儲有空氣和H2，壓力各為0.9807×105Pa，溫度各為15℃，若對空氣側(cè)壁加熱，直到兩室內(nèi)氣體壓力升高到1.9614×105Pa為止，求空氣終溫及外界參與的Q，已知cv,a=715.94J/(kg·K)，kH2=1.41，活塞不導(dǎo)熱，且與氣缸間無摩擦。

圖3-11

3-126kg空氣由初態(tài)p1=0.3MPa、t1=30℃，經(jīng)以下不同過程膨脹到同一終態(tài)p2=0.1MPa：(1)定溫；(2)定熵；(3)n=1.2。試比較不同過程中空氣對外作功，交換的熱量和終溫。3-13一氧氣瓶容量為0.04m3，內(nèi)盛p1=147.1×105Pa的氧氣，其溫度與室溫一致，即t1=t0=20℃，求：(1)如開啟閥門，使壓力迅速下降到p2=73.55×105Pa，求此時氧的溫度

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T2和所放出的氧的質(zhì)量⊿m；(2)閥門關(guān)閉后，瓶內(nèi)氧的溫度與壓力將怎樣變化；(3)如放氣極為緩慢，以致瓶內(nèi)氣體與外界隨時處于熱平衡。當(dāng)壓力也自147.1×105Pa降到73.55×105Pa時，所放出的氧較(1)為多還是少？3-142kg某種理想氣體按可逆多變過程膨脹到原有體積的三倍，溫度從300℃降到60℃，膨脹期間作膨脹功418.68kJ，吸熱83.736kJ，求cp和cv。3-16試證理想氣體在T-s圖上任意兩條定壓線(或定容線)之間的水平距離相等。

3-17空氣為p1=1×105Pa，t1=50℃，V1=0.032m3，進(jìn)入壓氣機(jī)按多變過程壓縮至p2=32×105Pa，V2=0.0021m3，試求：(1)多變指數(shù)；(2)所需壓縮功(軸功)；(3)壓縮終了空氣溫度；(4)壓縮過程中傳出的熱量。

3-19壓氣機(jī)中氣體壓縮后的溫度不宜過高，取極限值為150℃，吸入空氣的壓力和溫度為p1=0.1MPa，t1=20℃，求在單級壓氣機(jī)中壓縮250m3/h空氣可能達(dá)到的最高壓力。若壓氣機(jī)缸套中流過465kg/h的冷卻水，在氣缸套中水溫升高14℃，再求壓氣機(jī)必需的功率。3-20試驗室需要壓力為6.0MPa的壓縮空氣，應(yīng)采用一級壓縮還是兩級壓縮？若采用兩級壓縮，最正確中間壓力應(yīng)等于多少？設(shè)大氣壓力為0.1MPa，大氣溫度為20℃，n=1.25，采用間冷器將壓縮空氣冷卻到初溫，試計算壓縮終了空氣的溫度。

3-21三臺壓氣機(jī)的余隙比均為0.06，進(jìn)氣狀態(tài)均為0.1MPa，27℃，出口壓力均為0.5MPa，但壓縮過程的指數(shù)分別為n1=1.4，n=1.25，n=1，試求各壓氣機(jī)的容積熱效率(設(shè)膨脹過程與壓縮過程的多邊指數(shù)一致)。

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第四章

4-1試用熱力學(xué)其次定律證明，在p-v圖上，兩條可逆絕熱線不可能相交。4-2(1)可逆機(jī)從熱源T1吸熱Q1，在熱源T1與環(huán)境(溫度為T0)之間工作，能作出多少功？(2)根據(jù)卡諾定理降低冷源溫度可以提高熱效率，有人設(shè)想用一可逆制冷機(jī)造成一個冷源T2(T2

9-8濕空氣的溫度為30℃，壓力為0.9807×105Pa，相對濕度為70%，試求：(1)比濕度；(2)水蒸氣分壓力；

(3)相對于單位質(zhì)量干空氣的濕空氣焓值；

(4)由h-d圖查比濕度、水蒸氣分壓力，并和(1)與(2)的答案對照。

(5)假使將其冷卻到10℃，在這個過程中會分出多少水分？放出多少熱量？(用h-d圖)。

9-9t1=20℃及φ=60%的空氣作枯燥用。空氣在加熱器中被加熱到t2=50℃，然后進(jìn)入枯燥器，由枯燥器出來時，相對濕度為φ3=80%，設(shè)空氣的流量為5000kg干空氣/h，試求：

(1)使物料蒸發(fā)1kg水分需要多少干空氣？(2)每小時蒸發(fā)水分多少千克？

(3)加熱器每小時向空氣參與的熱量及蒸發(fā)1kg水分所花費的熱量。

9-10試用h-d圖分別確定以下參數(shù)：h/kJ/d/kg/t/℃φpv/Pa0.035?105tw/℃2815td/℃20kg干空氣kg干空氣56

9-11為滿足某車間對空氣溫、濕度的要求，需將t1=10℃，φ1=30%的空氣加熱后再送入車間。設(shè)加熱后空氣的溫度t2=21℃，處理空氣過程的角系數(shù)ε=3500，試求空氣終

0.020.013035－1075%70%75%ps15

態(tài)及處理過程的熱、濕變化。

9-13某設(shè)備的容積V=60m3，內(nèi)裝飽和水蒸氣及溫度為50℃的干空氣的混合物，容器內(nèi)的真空為0.3×105Pa。經(jīng)一段時間后，由外界漏入1kg質(zhì)量的干空氣。此時，容器中有0.1kg的水蒸氣被凝結(jié)。設(shè)大氣壓力為1×105Pa，試求終態(tài)時容器內(nèi)工質(zhì)的壓力和溫度。

9-14t1=32℃，p=105Pa及φ1=65%的濕空氣送入空調(diào)機(jī)后，首先被冷卻盤管冷卻和冷凝除濕，溫度降為t2=10℃；然后被電加熱器加熱到t3=20℃(參看圖9-14)，試確定：(1)各過程中濕空氣的初、終態(tài)參數(shù)；(2)相對于單位質(zhì)量干空氣的濕空氣在空調(diào)機(jī)中除去的水分mω；(3)相對于單位質(zhì)量干空氣的濕空氣被冷卻而帶走的熱量Q12和從電加熱器吸入的熱量Q23(用h-d圖計算)。

圖9-14

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第10章

10-3試證在h-s圖上定溫線的斜率等于T???T?Tv?p10-2試證???cp??p?s1?p；定容線的斜率等于

T??cp?cv??c?v??，并確定定壓線的斜率，比較孰大孰小。

p

10-4試證理想氣體具有以下關(guān)系：1、?p?f?T?,?T?f?p?；2、u?f?T?,h?f?T?；3、cp?cv?R。

10-5設(shè)理想氣體經(jīng)歷了參數(shù)x保持不變的可逆過程，該過程的比熱容為cx，試證明

其過程方程為pvf?c,f?

cx?cpcx?cv。

10-6試證狀態(tài)方程為p?v?b??RT的氣體（其中b為常數(shù)）：(1)其內(nèi)能只與T有關(guān)；

(2)其焓除與T有關(guān)外，還與p有關(guān)；(3)其?cp?cv?為常數(shù)；

(4)其可逆絕熱過程的過程方程為p?v?b??const；

k(5)當(dāng)狀態(tài)方程中的b值為正時，這種氣體經(jīng)絕熱節(jié)流后溫度升高。

10-7試證范德瓦爾氣體：

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(1)du?cvdT?advv2??u?(2)???0

??v?T

(3)cp?cv?1?R2a?v?b?RTv32

?11?(4)定溫過程的焓差為?h2?h1?T?p2v2?p1v1?a???；