《工程热力学》之 复习思考

工程热力学试卷(10)

1. 2kg氧气和5kg某种未知气体混合,混合后的容积为2.943m,压力p=0.3MPa,温度283.69K,试求该气体的气体常数及分子量。已知氧气Rg =260J/(kg·K)。(10分)

2. 若一礼堂的容积是800m,室温为10℃,今欲使室温升高到20℃,需加热多少?设礼堂墙壁保温良好,空气比热可取定值,定压比热cp=1.005 kJ/(kg·K), Rg =287J/(kg·K),当地大气压760 mmHg。(10分)

3

3. 某空调中心需要供空气折合3300m/h(标准状态),实际送风温度为20℃,表压力1500Pa,当地大气压=100kPa,试确定送风机实际送风量为每小时多少立方米?风管直径多少米?(已知:空气Rg =287J/(kg·K)) (10分)

4. 1kg某种双原子理想气体经历一可逆多变过程从初态终态

=217℃,

=0.3636MPa。(1)求

=727℃, pe,1=7.9MPa膨胀到

3

3

8. 在两个恒温热源间工作的某动力循环系统,其高温热源温度=1000K低温热源

温度=300K。循环中工质吸热过程的熵变Δs1=1.0kJ/(kg·K) ,吸热量=980kJ/kg;工质放热过程的熵变Δs2= –1.02kJ/(kg·K), 放热量=600kJ/kg。环境温度=300K,试求:(1)循环的热效率(2)吸热过程和放热过程的熵流和熵产;(3)判断该过程能否实现。(10分)

;(2)求出此过程的多变指数n并在p-v

图和T-s图上画出该过程;(3)计算过程的Δu、Δs及过程功w和热量q。已知:当地

大气压=0.1MPa,气体Rg=287 J/(kg·K),比热可取定值cV=0.718kJ/(kg·K)。(15分)

5. 汽油机定容加热理想循环进气参数为

=27℃,

=0.09MPa,V1=1×10m,若循

-3

3

环压缩比ε=16,定容增压比λ=1.6,循环加热量为920kJ/kg。假设工质是空气,比热可取定值,cp=1.005 kJ/(kg·K),Rg=287 J/(kg·K),(1)画出循环p-v图及T-s图;(2)求循环的最高温度和最高压力;(3)计算循环的放热量、循环净功及循环的热效率。(15分)

6. 有一建筑物取暖用电加热器为维持室内温度为25℃,需供热120000kJ/h, (1)求电加热器的电功率;(2)若改用供暖系数为ε'=3.5的热泵供暖,需要多少电功率?(3)室内空气熵变多少?大气环境熵变多少?供暖过程的作功能力各为损失多少?(已知=0℃) (15分)

7. 新蒸汽流人蒸汽轮机时的焓的焓

=3232kJ/kg,流速cf1=50m/s;乏汽流出汽轮机时

=2302kJ/kg,流速cf2=120m/s ,散热损失和位能差可忽略不计。试求:(1)每

kg 蒸汽流经蒸汽轮机时对外界所作的功;(2)若不计动能差每kg 蒸汽流经蒸汽轮机

时对外界所作的功;(3)若蒸汽流量为10t/h,求汽轮机的功率。(15分)

例题5-1 证明物质的体积变化与体积膨胀系数

、等温压缩率的关系为。

证明 因 v=f(p,T)

讨论

因为可由实验直接测定,因而本章导出的包含偏导数

的所有方程都可用

的形式给出。另外,由实验测定系数后,再积分求取

状态方程式,也是由实验得出状态方程式的一种基本方法,如同焦-汤系数一样。

对于固体和液体,其

一般可由文献查得。

例题5-2 一空调制冷装置,采用氟里昂22作为制冷剂。氟里昂22进入蒸发器时,=5℃,

=0.2;出口状态2为干饱和蒸气。自蒸发器出来,状态2的干饱和蒸气被

吸入压缩机绝热压缩到压力

=1.6×

Pa时,排向一冷凝器,如图6-12所示。

用p-h图求:(1)在蒸发器中吸收的热量;(2)若压缩是可逆绝热的,压缩1kg氟里昂22所需的技术功以及氟里昂22的压缩终温

解 工质在蒸发器中的等压吸热过程1-2和在压缩机中的可逆绝热过程2-3表示在p-h图上,如图6-13所示。等压吸热过程1-2已知在湿饱和蒸气区,是一条等压、等温的水平线。其中,状态1位于=5℃的等温线与

=0.2的等干度线的交点。状

态2位于==5℃的等温线与x=1的等干度线的交点。状态3位于

=l.6×

Pa

的等压线与=的等熵线的交点。状态点确定后,从图上可读得

=247kJ/kg,

=407kJ/kg,

=432kJ/kg,=58℃ 由此可得蒸发器中的吸热:=(407-247)kJ/kg=160kJ/kg

技术功

=

-

=(407-432)kJ/kg=-25kJ/kg

压缩终温 =58℃

例题5-3 当地当时大气压力为0.1MPa,空气温度为30℃,相对湿度为60%,试分别用解析法和焓湿图求湿空气的露点

,含湿量d,水蒸气分压力

及焓h。

解(1)解析法 水蒸气分压力

=φ

查饱和蒸汽表得:t=30℃时,=4.246kPa

因而

=0.6×4.246kPa=2.548kPa

露点温度是与相应的饱和温度,查饱和蒸汽表得

=(

)=21.3℃

含湿量d=0.622=0.622×=1.626×kg/kg(干空气)

湿空气的焓

h=1.005t+d(2501+1.86t)=1.005×30+1.626×(2501+1.86×30)=71.72kJ/(kg.K)(干空气) (2)图解法

如右图所示,由φ=60%及t=30℃,在h-d图上找到的交点1,即为湿空气的状态。从图中可读得

d=16.2g/kg(干空气) h=717.7kJ/kg(干空气)

由1点作等d线向下与φ=100%线相交,交点的温度即为=21.5℃;由1点作等d

线向下与=f(d)相交,即为水蒸气分压力,通过此交点向右侧纵坐标读得

25kPa。

例题 5-4 压力

=100kPa,温度=27℃的空气,流经扩压管时压力提高到

180kPa。问空气进入扩压管时至少有多大流速?这时进口马赫数是多少?应设计成什么形状的扩压管? 解 (1)依题意

=0,根据稳流能量方程

(2)

(3)因

<1,所以应设计成渐扩扩压管。

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例题5-1 证明物质的体积变化与体积膨胀系数、等温压缩率

的关系为。

证明 因 v=f(p,T)

讨论

因为可由实验直接测定,因而本章导出的包含偏导数

的所有方程都可用

的形式给出。另外,由实验测定系数后,再积分求取

状态方程式,也是由实验得出状态方程式的一种基本方法,如同焦-汤系数

一样。

对于固体和液体,其

一般可由文献查得。

例题5-2 一空调制冷装置,采用氟里昂22作为制冷剂。氟里昂22进入蒸发器时,=5℃,

=0.2;出口状态2为干饱和蒸气。自蒸发器出来,状态2的干饱和蒸气被

吸入压缩机绝热压缩到压力

=1.6×

Pa时,排向一冷凝器,如图6-12所示。

用p-h图求:(1)在蒸发器中吸收的热量;(2)若压缩是可逆绝热的,压缩1kg氟里昂22所需的技术功以及氟里昂22的压缩终温。 解 工质在蒸发器中的等压吸热过程1-2和在压缩机中的可逆绝热过程2-3表示在p-h图上,如图6-13所示。等压吸热过程1-2已知在湿饱和蒸气区,是一条等压、等温的水平线。其中,状态1位于=5℃

的等温线与

=0.2的等干度线的交点。状

态2位于==5℃的等温线与x=1的等干度线的交点。状态3位于=l.6×

Pa

的等压线与=

的等熵线的交点。状态点确定后,从图上可读得

=247kJ/kg,

=407kJ/kg,

=432kJ/kg,=58℃

由此可得蒸发器中的吸热 =(407-247)kJ/kg=160kJ/kg

技术功 =

-=(407-432)kJ/kg=-25kJ/kg 压缩终温

=58℃

例题5-3 当地当时大气压力为0.1MPa,空气温度为30℃,相对湿度为60%,试分别用解析法和焓湿图求湿空气的露点

,含湿量d,水蒸气分压力

及焓h。

解(1)解析法 水蒸气分压力

=φ

查饱和蒸汽表得:t=30℃时,=4.246kPa

因而

=0.6×4.246kPa=2.548kPa

露点温度是与相应的饱和温度,查饱和蒸汽表得

=(

)=21.3℃

含湿量d=0.622=0.622×=1.626×kg/kg(干空气)

湿空气的焓

h=1.005t+d(2501+1.86t)=1.005×30+1.626×(2501+1.86×30)=71.72kJ/(kg.K)(干空气)

(2)图解法

如右图所示,由φ=60%及t=30℃,在h-d图上找到的交点1,即为湿空气的状态。从图中可读得

d=16.2g/kg(干空气)

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