工程热力学复习题 - 07

气体对外所做的功及交换的热量为

Ws?11(p1V1?p2V2)?mR(T1?T2')=390.3kJ k?1k?1Qs'?0

过程中内能、焓、熵的变化量为

?U12'?mcv(T2'?T1)??390.1kJ

或?U12'??W2??390.3kJ

?H12'?mcp(T2'?T1)??546.2kJ ?S12'=0

6. 气体在气缸中被压缩，气体的热力学能和熵的变化分别为 45 kJ/kg和

-0.289 kJ/（kg·K）,外界对气体做功170 kJ/kg，过程中气体只与环境交换热量，环境温度为300K。问该过程能否实现？是否可逆？

汽缸内气体与环境共同组成一个孤立系

qsur??u?w?45?170?125 kJkg

kJ/kg，工质放热，环境吸热 kJ/kg

所以该过程可以实现，是不可逆过程。

7. 空气初态为 p1 =0.1MPa、t1 =20℃，经过二级活塞式压气机后，压力提高到

4.9MPa，假定各级压缩过程的多变指数n=1.3。试求：（1）以耗功最小为前提的各级压比；（2）生产1kg 压缩空气理论上消耗的功；（3）各级气缸的出口温度；（4）若采用单级压缩，压气机消耗的功及出口温度。(R=0.287kJ/（kg·k）)

（1）

(2) kJ

(3) K

(4) kJ

K

8. 100℃，600kPa 的空气以n=1.2 多变过程膨胀，如果最终压力为100kPa，

计算过程功量和热量。知空气：cv?0.716kJ?kg?K?，cp?1.004kJ?kg?K?，

R?0.287kJ?kg?K?。

T2?T1?p2p1?n?1n?100??373????600?1.2?11.2?276.7K

v1?RT10.287?373??0.179?m3kg? p1600RT20.287?276.7??0.794?m3kg? p2100v2?w???pv?600?0.179?100?0.794??140?kJkg? n?11.2?1??R?T1?T2?0287??373?276.7???138.2?kJkg?

n?11.2?1或w?q??u?w?cv?T?w?0.716??276.7?373??138.2?69.25?kJkg? 或q?cvn?k1.2?1.4?T?0.716???276.7?373??69?kJkg? n?11.2?1

9. 一台活塞式压气机，其相对余隙容积为0.05，若把空气由压力为0.1MPa，

温度为17℃的环境状态经历多变指数为1.2 的多变压缩过程压缩到0.7 MPa。

（1）求压缩机的容积效率；

（2）求输出1kg 压缩空气所放出的热量。

知空气：cv?0.716kJ?kg?K?，cp?1.004kJ?kg?K?，R?0.287kJ?kg?K?。

?⑴?v?VeVh?1??VcVh???p2p1??n?1n1n1??1.20.7????1??1?0.05????1??0.797 ???0.1?????⑵T2?T1?p2p1??0.7??290????0.1?1.2?11.2?401.1K

R?T1?T2?0287??290?401.1?w????159.4?kJkg?

n?11.2?1q??u?w?cv?T?w?0.716??401.1?290??159.4??79.88?kJkg?

或q?cvn?k1.2?1.4?T?0.716???401.1?290???79.55kJkg n?11.2?1

10. 某卡诺热机每分钟从 500℃的热源吸热5000 kJ,向30℃的环境放热.试求: １）该循环的热效率 ２）该循环的放热量 ３）该卡诺机输出的功率

４）若热源温度为 800℃,工质的吸热温度为500℃,吸热量不变,由温差传热而引起该系统的熵变量为多少? 做功能力损失多少?

1 ）热效率

2 ）放热量 KW

3) 输出功率 KW

4 ）该系统的熵变量 做功能力损失

kJ

kJ/K

11. 某蒸汽动力装置按简单朗肯循环工作，蒸汽进汽轮机初始状态的压力

p1?5MPa，蒸汽的初始温度为t1?500?C；汽轮机乏汽压力为

p2?0.002MPa。不计水泵耗功，要求：（1）画出该循环T-s图；（2）在吸热时吸入的热量；（3）循环净功；（4）向外界放出的热量；（5）该蒸汽动力循环的热效率；（6）该蒸汽动力循环的汽耗率。所需数据如下附表1、附表2。

附表1：未饱和水和过热蒸汽表

2.5MPa 5.0MPa 7.6MPa t v h s v h s v h s (℃) (m3/kg) (kJ/kg) (kJ/kg.K) (m3/kg) kJ/kg) (kJ/kg.K) (m3/kg) (kJ/kg) (kJ/kg.K) 450 0.13004 3351.3 7.1763 0.06325 3317.5 6.8217 0.04035 3280.3 6.5896 500 0.13987 3461.7 7.3240 0.06849 3433.7 6.9770 0.04406 3403.5 6.7545 550 0.14958 3572.9 7.4633 0.07360 3549.0 7.1215 0.04760 3523.7 6.9051 600 0.15921 3685.1 7.5956 0.07862 3664.5 7.2578 0.05105 3642.9 7.0457 附表2：饱和水和饱和蒸汽表 p/kPa 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 t/℃ v′ (m3/kg) v″h′h″s′s″(m3/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg.K) (kJ/kg.K) 29.34 73.46 2514.4 2533.6 0.1060 0.2607 0.3544 0.4225 0.4763 0.5209 8.9760 8.7247 8.5786 8.4755 8.3965 8.3312 6.9828 0.0010001 129.20 17.513 0.0010012 24.100 0.0010027 28.983 0.0010040 32.989 0.0010052 36.183 0.0010064 67.01 45.67 34.80 28.19 23.74 101.00 2545.6 121.41 2554.5 137.77 2561.6 151.50 2567.5

1. 该循环T-s图如图所示：

?h?3433.7kJ/kg(2) ?1

?s1?s2?6.9770kJ/kg.K's2?s26.9970?0.2607x2?'''??0.7959

s2?s28.7247?0.2607??x2?h2???h2???73.46?0.7959??2533.6?73.46??2031.5kJkgh2?h2??73.46kJkg h3?h2忽略泵功，则： h4?h3?73.46m3kg

吸入热量为：q1?h1?h4?h1?h3?3433.7?73.46?3360.24kJkg 循环净功：w0?h1?h2?3433.7?2031.5?1402.2kJ/kg 放出热量为：q2?h2?h3?2031.5?73.46?1958.04kJkg 循环热效率：?t?w01402.2??0.42 q13360.24汽耗率：d?36003600?=2.57 kg/(kW?h) w01402.2

12. 空气在某压气机中被压缩，压缩前空气压力为1×105Pa，温度为20?C，压缩

终了的压力为8×105Pa，压缩过程的多变指数为1.25，空气Cp＝1.004 kJ/lg·k，k＝1.4.试求：（1）压缩终了空气的温度；（2）压缩空气产量为90 kg/min时，压气机消耗的功率为多少？

13.空气在压气机中被压缩，压缩前空气压力为0.1 MPa，温度为20?C，压缩终了时压力为6.0 MPa，压缩过程的多变指数为n＝1.25，采用理想的中间定压冷却措施。试问：（1）应采用几级压缩？（2）压缩终了空气的温度。