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工程热力学 课后习题答案 可打印 第三版 第二章.docxVIP

工程热力学 课后习题答案 可打印 第三版 第二章.docx

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第二章热力学第二定律

6

第二章热力学第一定律

2-1一辆汽车1小时消耗汽油34.1升,已知汽油发热量为44000kJ/kg,汽油密度0.75g/cm3。

测得该车通过车轮出的功率为64kW,试求汽车通过排气,水箱散热等各种途径所放出的热量。解:汽油总发热量Q=34.1×10?3m3×750kg/m3×44000kJ/kg=1125300kJ

汽车散发热量Qou=Q-W×3600=(1125300-64×3600)kJ/h=894900kJ/h

2-21kg氧气置于图2-13所示气缸内,缸壁能充分导热,且活塞与缸壁无磨擦。初始时氧气压

力为0.5MPa,温度为27℃,若气缸长度2l,活塞质量为10kg。试计算拔除钉后,活塞可能

达到最大速度。

P?=0.1MPat?-27℃

P?=0.1MPat?-27℃

p-0.5MPat=27℃

销钉

21

=54.09kJ/kg

(a)

V?=2V?=0.3122m3

代入(a)

c?=√2×(54.09J/kg×1kg×103-0.1×10?Pa×0.1561m3)/10kg=87.7m/s(2-3)气体某一过程中吸收了50J的热量,同时,热力学能增加84J,问此过程是膨胀过程还是压缩过程?对外作功是多少J?

解取气体为系统,据闭口系能量方程式Q=△U+W

W=Q-△U=50J-84J=-34J

所以过程是压缩过程,外界对气体作功34J。

2-4在冬季,工厂车间每一小时经过墙壁和玻璃等处损失热量3×10?kJ,车间中各种机床的总

功率是375kW,且最终全部变成热能,另外,室内经常点着50盏100W的电灯,若使该车间温度保持不变,问每小时需另外加入多少热量?

解要使车间保持温度不变,必须使车间内每小时产生的热量等散失的热量即Q=Qm+QE+Q补+Qess=0

Qm=375kJ/s×3600s=1.35×10?kJ;Qg=50×0.1kJ/s×3600s=18000kJ

Qes=-3×10?kJ

Q补=-Q-Qm-Q=3×10?kJ-1.35×10?kJ-18000kJ=1632000kJ

第二章热力学第二定律

7

2-5)夏日,为避免阳光直射,密闭门窗,用电扇取凉,若假定房间内初温为28℃,压力为0.1MPa,电扇的功率为0.06kW,太阳直射传入的热量为0.1kW,若室内有三人,每人每小

时向环境散发的热量为418.7kJ,通过墙壁向外散热1800kJ/h,试求面积为15m2,高度为3.0m的室内空气每小时温度的升高值,已知空气的热力学能与温度关系为△u=0.72△TkJ/kg。

解室内空气总质量

取室内空气为系统Q=△U+W因W=0所以△U=Q

2-6)有一飞机的弹射装置,如图2-14,在气缸内装有压缩空气,初始体积为0.28m3,终了体

积为0.99m3,飞机的发射速度为61m/s,活塞、连

杆和飞机的总质量为2722kg。设发射过程进行很快,压缩空气和外界间无传热现象,若不计磨擦力,求发射过程中压缩空气的热力学能变化。

解取压缩空气为系统Q=△U+W

其中Q=0

=-499.3×103J=-499kJ

2-7)如图2-15所示,气缸内空气的体积为0.008m3,温度为17℃。初始时空气压力为0.1013MPa,环境大气压力pb=0.1MPa,弹簧呈自由状态。现向空气加热,使其压力升高,

并推动活塞上升而压缩弹簧。已知活塞面积为0.08m2,弹簧刚度为K=40000N/m,空气

热力学能变化关系式为△{u}kg=0.718△{T}k。试求,使气缸内空

气压力达到0.15MPa所需的热量。

解:先求活塞质量,初始时弹簧呈自由状态,

m活×g+Pb×A=P?×A

第二章热力学第二定律

8

g空气质量

g

终态时

(P?-Pb)×A-m

P?=0.3MPa

活×g=xK

V?=A(h+x)=0.08m2×(0.1+0.0974)m=0.0158m3

△U=mcv(T?-T?)=9.73×10-3kg×0.718kJ/(kg·K)×(848.26-290.15)K=3.90kJ

2

=979J=0.98kJ

Q=△U+W=3.90kJ+0.98kJ=4.88kJ

(2-8)有一橡皮球,当其内部气体的压力和大气压相同,为0.1MPa时呈自由状态,体积为0.3m3。气球受火焰照射而受热,其体积膨胀一倍,压力上升为0.15MPa,设气球的压力与体积成正比。试求:(1)该过程中气体作的功;(2

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