.工程热力学课程习题第一章1-1 试将1物理大气压表示为以下液体的液柱高(mm)，(1) 水，(2) 酒精，(3) 液态钠。它们的密度分别为1000kg/m3，789kg/m3和860kg/m3。1-4 人们假定大气环境的空气压力和密度之间的关系是p=c1.4，c为常数。在海平面上空气的压力和密度分别为1.013105Pa和1.177kg/m3，如果在某山顶上测得大气压为5104Pa。试求山的高度为多少。重力加速度为常量，即g=9.81m/s2。1-7 如图1-15 所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa，表B读数为170kPa，表示室压力高于室的压力。大气压力为760mmHg。试求(1) 真空室以及室和室的绝对压力；(2) 表C的读数；(3) 圆筒顶面所受的作用力。图 1-151-8 假设某温标的冰点为20，沸点为75，试导出这种温标与摄氏度温标的关系(一般为线性关系)。1-10 假设用摄氏温度计和华氏温度计测量同一个物体的温度。有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值一样的情况，对吗.假设可能，读数一样的温度应是多少.1-14 一系统发生状态变化，压力随容积的变化关系为pV1.3=常数。假设系统初态压力为600kPa，容积为0.3m3，试问系统容积膨胀至0.5m3时，对外作了多少膨胀功。1-15 气球直径为0.3m，球内充满压力为150kPa的空气。由于加热，气球直径可逆地增大到0.4m，并且空气压力正比于气球直径而变化。试求该过程空气对外作功量。1-16 1kg气体经历如图1-16所示的循环，A到B为直线变化过程，B到C为定容过程，C到A为定压过程。试求循环的净功量。如果循环为A-C-B-A那么净功量有何变化. 图 1-16第二章2-2 水在760mmHg下定压汽化，温度为100，比容从0.001m3/kg增加到1.1763m3/kg，汽化潜热为2250kJ/kg。试求工质在汽化期间 (1) 内能的变化；(2) 焓的变化。2-3 定量工质，经历了一个由四个过程组成的循环，试填充下表中所缺的数据，并写出根据。过程Q/ kJW/ kJU/ kJ120139023039534010004102-5 1kg空气由p1=1.0MPa，t1=500膨胀到p1=0.1MPa，t1=500，得到的热量506kJ，作膨胀功506kJ。又在同一初态及终态间作第二次膨胀仅参加热量39.1kJ。求：(1) 第一次膨胀中空气内能增加多少.(2) 第二次膨胀中空气作了多少功.(3) 第二次膨胀中空气内能增加多少.2-6 图2-10所示的气缸内充以空气。气缸截面积为100cm2，活塞距底面高度为10cm，活塞及其上负载的总质量为195kg，当地大气压为771mmHg，环境温度t0=27，气缸内气体恰与外界处于热力平衡。倘使把活塞上的负载取去100kg，活塞将突然上升，最后重新到达热力平衡。设活塞与气缸壁之间无摩擦，气体可通过气缸壁充分和外界换热，求活塞上升的距离和气体的换热量。图2-102-7 上题中假设气缸壁和活塞都是绝热的，但两者之间不存在摩擦，此时活塞上升距离如何.气体的最终状态又如何.u=cvT，空气的cv=0.71kJ/(kgK)。2-12 1m3容器内的空气，压力为p0，温度为T0。高压管路( p, T )与之相通，使容器内压力到达p时关上阀门。设高压管路、阀门与容器均绝热，但有一冷却水管通过容器。假设欲在充气过程中始终维持容器中的空气保持T0，那么需向冷却水放出的热量为Q，求Q。空气的R，cp和cv。2-13 一台锅炉给水泵，将冷水压力由p1=6kPa升高至p2=2.0MPa，假设冷凝水(水泵进口)流量为2105kg/h，水密度H2O=1000kg/m3。假定水泵效率为0.88，问带动此水泵至少要多大功率的电机。2-14 一燃气轮机装置如图2-11所示。空气由1进入压气机升压后至2，然后进入回热器，吸收从燃气轮机排出的废气中的一局部热量后，经3进入燃烧室。在燃烧室中与油泵送来的油混合并燃烧，产生的热量使燃气温度升高，经4进入燃气轮机(透平)作功。排出的废气由5送入回热器，最后由6排至大气。其中压气机、油泵、发电机均由燃气轮机带动。(1) 试建立整个系统的能量平衡式；(2)假设空气质量流量=50t/h，进口焓h1=12kJ/kg，燃油流量=700kg/h，燃油进口焓h7=42kJ/kg，油发热量q=41800kJ/kg，排出废气焓h6=418kJ/kg，求发电机发出的功率。图 2-112-15 某电厂一台国产50000kW汽轮机发电机组，锅炉蒸汽量为220t/h，汽轮机进口处压力表上的读数为10.0MPa，温度为540。汽轮机出口处真空表的读数为715.8mmHg。当时当地的大气压为760mmHg，汽轮机进、出口的蒸汽焓各为3483.4kJ/kg和2386.5kJ/kg。试求：(1) 汽轮机发出的轴功率为多少千瓦.(2) 假设考虑到汽轮机进口处蒸汽速度为70m/s，出口处速度为140m/s，那么对汽轮机功率的计算有多大影响.(3) 如凝汽器出口的凝结水的焓为146.54kJ/kg，而1kg冷却水带走41.87kJ的热量，那么每小时需多少吨冷却水.是蒸汽量的几倍.2-16 空气在某压气机中被压缩，压缩前空气的参数为p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg；压缩后为p2=0.8MPa，v1=0.175m3/kg，假设在压缩过程中每千克空气的内能增加146.5kJ，同时向外界放出热量50kJ；压气机每分钟生产压缩空气10kg。试求：(1) 压缩过程中对1kg空气所作的压缩功；(2) 每产生1kg压缩空气所需的轴功；(3) 带动此压气机所需功率至少要多少千瓦.2-18 某燃气轮机装置如图2-12所示。压气机进口处空气的焓h1=290kJ/kg，经压缩后，空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在截面2处与燃料混合，以c2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，使工质吸入热量q=670kJ/kg。燃烧后燃气经喷管绝热膨胀到状态，=800kJ/kg，流速增至，燃气再进入动叶片，推动转轮回转作功。假设燃气在动叶中热力状态不变，最后离开燃气轮机速度为c4=100m/s。求：(1) 假设空气流量为100kg/s，压气机消耗的功率为多少.(2) 假设燃料发热量q=43960kJ/kg，燃料耗量为多少.(3) 燃气在喷管出口处的流速是多少.(4) 燃气透平(过程)的功率为多少.(5) 燃气轮机装置的总功率为多少. 图 2-12第三章3-1 容量为0.027m3的刚性储气筒，装有7105Pa，20的空气，筒上装有一排气阀，压力到达8.75105Pa时就开启，压力降为8.4105Pa时才关闭。假设由于外界加热的原因造成阀门的开启，问：(1) 当阀门开启时，筒内温度为多少.(2) 因加热而失掉多少空气.设筒内空气温度在排气过程中保持不变。3-2 压气机在大气压力为1105Pa，温度为20时，每分钟吸入空气为3m3。如经此压气机压缩后的空气送入容积为8m3的储气筒，问需假设干时间才能使筒内压力升高到7.8456105Pa，设筒内空气的初温、初压与压气机的吸气状态一样。筒内空气温度在空气压入前后并无变化。3-9 3kg空气，p1=1.0MPa，T1=900K，绝热膨胀到p2=0.1MPa，试按气体热力性质表计算：(1) 终态参数v2和T2；(2) 膨胀功和技术功；(3) 内能和焓的变化。3-10 某理想气体(其M)由的p1，T1定熵压缩到p2，又由定温压缩到同一个p2，这两个终态的熵差s也，求p2。3-11图3-11所示的两室，由活塞隔开。开场时两室的体积均为0.1m3，分别储有空气和H2，压力各为0.9807105Pa，温度各为15，假设对空气侧壁加热，直到两室内气体压力升高到1.9614105Pa为止，求空气终温及外界参加的Q，cv,a=715.94J/(kgK)，kH2=1.41，活塞不导热，且与气缸间无摩擦。图3-113-12 6kg空气由初态p1=0.3MPa、t1=30，经以下不同过程膨胀到同一终态p2=0.1MPa：(1)定温；(2)定熵；(3)n=1.2。试比拟不同过程中空气对外作功，交换的热量和终温。3-13 一氧气瓶容量为0.04m3，内盛p1=147.1105Pa的氧气，其温度与室温一样，即t1=t0=20，求：(1) 如开启阀门，使压力迅速下降到p2=73.55105Pa，求此时氧的温度T2和所放出的氧的质量m；(2) 阀门关闭后，瓶内氧的温度与压力将怎样变化；(3) 如放气极为缓慢，以致瓶内气体与外界随时处于热平衡。当压力也自147.1105Pa降到73.55105Pa时，所放出的氧较(1)为多还是少.3-14 2kg某种理想气体按可逆多变过程膨胀到原有体积的三倍，温度从300降到60，膨胀期间作膨胀功418.68kJ，吸热83.736kJ，求cp和cv。3-16 试证理想气体在T-s图上任意两条定压线(或定容线)之间的水平距离相等。3-17 空气为p1=1105Pa，t1=50，V1=0.032m3，进入压气机按多变过程压缩至p2=32105Pa，V2=0.0021m3，试求：(1)多变指数；(2)所需压缩功(轴功)；(3)压缩终了空气温度；(4)压缩过程中传出的热量。3-19 压气机中气体压缩后的温度不宜过高，取极限值为150，吸入空气的压力和温度为p1=0.1MPa，t1=20，求在单级压气机中压缩250m3/h空气可能到达的最高压力。假设压气机缸套中流过465kg/h的冷却水，在气缸套中水温升高14，再求压气机必需的功率。3-20 实验室需要压力为6.0MPa的压缩空气，应采用一级压缩还是两级压缩.假设采用两级压缩，最正确中间压力应等于多少.设大气压力为0.1MPa，大气温度为20，n=1.25，采用间冷器将压缩空气冷却到初温，试计算压缩终了空气的温度。3-21 三台压气机的余隙比均为0.06，进气状态均为0.1MPa，27，出口压力均为0.5MPa，但压缩过程的指数分别为n1=1.4，n=1.25，n=1，试求各压气机的容积热效率(设膨胀过程与压缩过程的多边指数一样)。第四章4-1 试用热力学第二定律证明，在p-v图上，两条可逆绝热线不可能相交。4-2 (1) 可逆机从热源T1吸热Q1，在热源T1与环境(温度为T0)之间工作，能作出多少功.(2) 根据卡诺定理降低冷源温度可以提高热效率，有人设想用一可逆制冷机造成一个冷源T2(T2T0)，另可逆热机在T1与T2间工作，你认为此法是否有效.为什么.4-3 温度为T1，T2的两个热源间有两个卡诺机A与B串联工作(即中间热源承受A机的放热同时向B机供应等量热)。试证这种串联工作的卡诺热机总效率与工作于同一T1，T2热源间的单个卡诺机效率一样。4-4 如图4-26所示的循环，试判断以下情况哪些是可逆的.哪些是不可逆的.哪些是不可能的 图 4-26a. QL=1000kJ，W=250kJb. QL=2000kJ，QH=2400kJc. QH=3000kJ，W=250kJ4-5 试判断如图4-27所示的可逆循环中Q3的大小与方向、Q2的方向及循环净功W的大小与方向。4-6 假设封闭系统经历一过程，熵增为25kJ/K，从300K的恒温热源吸热8000kJ，此过程可逆.不可逆.还是不可能.4-8 空气在轴流压气机中被绝热压缩，增压比为4.2，初、终态温度分别为20和200，求空气在压缩过程中熵的变化。4-