工程热力学作业研讨.doc

1-1 一立方形刚性容器，每边长1m，将其中气体的压力抽至1000Pa，问其真空度为多少毫米汞柱？容器每面受力多少牛顿？已知大气压力为0.1MPa。 解：p = 1 000 Pa = 0.001 MPa 真空度 容器每面受力F＝pVA = 9 900 Pa×1m2 =9.9×104 N0.01 MPa时U形管压力计中液柱的高度差。(1)U形管中装水，其密度为1 000 kg/m3；(2) U形管中装酒精，其密度为789 kg/m3。 解： 因为表压力可以表示为pg=ρgΔz，所以有 既有（1） （2） 1-7 从工程单位制热力性质查得，水蒸气在500℃、100at时的比体积和比焓分别为v=0.03347m3/kg、h=806.6kcal/kg。在国际单位制中，这时水蒸气的压力和比热力学能各为p=100at×9.80665×104Pa/at = 9.80665×106Pa=9.80665MPa　0.03347m3/kg = 3377.073kJ-328.228kJ =3048.845kJ 2-1 冬季，工厂某车间要使室内维持一适宜温度。在这一温度下，透过墙壁和玻璃等处，室内向室外每一小时传出0.7×106kcal的热量。车间各工作机器消耗的动力为是500PS(认为机器工作时将全部动力转变为热能)。另外，室内经常点着50 盏100W 的电灯，要使该车间的温度保持不变，问每小时需供给多少kJ的热量？ Q = Q机＋Q灯＋Q散＋Q补Q机 = 500PSh = 500×2.647796×103 kJ = 1.32×106kJ Q灯 = 50×100W×3600s = 1.8×107J = 1.8×104 kJQ散 = 0.7×106kcal =- 0.7×106×4.1868kJ = -2.93×106 kJ Q补 = -Q机-Q灯＋Q散 = -1.32×106 kJ-1.8×104 kJ+2.93×106 kJ = 1.592×106 kJJ，同时热力学能增加20kJ。问此过程是膨胀过程还是 压缩过程？对外所作功是多少J（不考虑考虑摩擦）？ 解: 取气体为系统，据闭口系能量方程式 Q= ΔU+W W=Q?ΔU=12kJ?20kJ = ?8kJ 所以过程是压缩过程，外界对气体作功8kJ。 2-7 已知汽轮机中蒸汽的流量qm=40 t/h，汽轮机进口蒸汽焓h1=3442 kJ/kg，出口蒸汽焓h2=2448 kJ/kg，试计算汽轮机的功率(不考虑汽轮机的散热以及进、出口气流的动能差和位能差)。 如果考虑到汽轮机每小时散失热量0.5×106kJ，进口流速为70 m/s，出口流速为120m/s，进口比出口高1.6 m，那么汽轮机的功率又是多少? 解： 稳定流动的能量方程 （1）不考虑汽轮机的散热以及进、出口气流的动能差和位能差 wsh = wT = -Δh = h1-h2 = 3442kJ/kg-2448kJ/kg = 994 kJ/kg 功率PT=qmwT = 40×103kg/3600s×994kJ/kg = 1104×104 kW （2）考虑汽轮机的散热以及进、出口气流的动能差和位能差 Δh = -994 kJ/kg = gΔz=-9.807m/s2×1.6m=-15.69J/kg=-15.69×10-3 kJ/kg 所以 功率PT=qmwsh= 40×103kg/3600s×976.77kJ/kg=1.085×104 Q=34.1×10?3m3×750kg/m3×44000kJ/kg=1125300kJ 输出功　Ws=87PS·h=2.647796×103×87=230358kJ 汽车散发热量 1125300kJ -230358kJ =894942 kJ 2-9有一热机循环，在吸热过程中工质从外界获得热量1800J，在放热过程中向外界放出热量1080 J，在压缩过程中外界消耗功700 J。试求膨胀过程中工质对外界所作的功。 解：由循环净热量＝循环净功 即q0=w0 得1800-1080＝W-700 故膨胀过程中工质对外界所作的功W＝1420 J 3-1 已知氖的相对分子质量为20.183，在25℃时比定压热容为 1.030 kJ／(kg.K)。试计算(按理想气体)： (1)气体常数； (2)标准状况下的比体积和密度； (3)25℃时的比定容热容和热容比。 解：（1）气体常数 　　　 　　（2）由理想气体状态方程 得 比体积 密度 　　　　（3）由迈耶分式 　　　　　得 　　　　　比定容热容 热容比 3-2 容积为2.5 m3的压缩空气储气罐，原来压力表读数为0.5 MPa，温