练习题热工

11．有1kg空气，初始状态为p1=0.5MPa、t1=150℃，膨胀到终了状态p2=0.1MPa，膨胀过程有三种形式：（1）定温过程；（2）绝热过程；（3）多变过程，多变指数1.2。试将各过程画在pv图和Ts图上，并求出各种过程熵的变化量。设过程可逆，且比热为定值。2．某车间在冬季每小时经过四周散出外界环境的热量为3×105kJ。已知该车间各种工作机器所耗的功率中有50kW将转化为热量，室内还经常点着50盏100W的电灯，问该车间在冬季为了维持恒定的室温，是否还需要外加采暖设备？如要，则每小时需供多少热量？3．某电厂的发电量为2500kw，已知煤的发热量为29000kJ/kg，发电厂效率为37%。问该发电厂每昼夜要消耗多少煤？4．开水房烧开水，用1大气压下100℃的水蒸气和20℃的水混合，问欲得到2000kg开水，需要用多少蒸汽（设水的汽化潜热为520kJ/kg）。5．100kg温度为0℃的冰，在20℃的环境中融化为水后升温至20℃。已知冰的溶解热为335kJ/kg，水的比热容为=4.187kJ/(kg.K)，求:冰融化为水的熵变化量；（8分）6．空气流经喷管作定熵流动，初始流速为0，进口空气参数为p16bar、t1700℃，若使出口处空气温度t2500℃，试确定喷管的形式7．试证明比热为定值的理想气体，定熵地流过喷管时，滞止温度T0与任一点的温度T、流速c及马赫数M之间的关系为:TMkccTTp)211(22208．两物体A和B的质量及比热相同温度各为T1和T2，且T1T2。设环境温度为T0。（1）按一系列微元卡诺循环工作的可逆机以A为热源，以B为冷源，循环进行后A物体的温度逐渐降低，B物体的温度逐渐升高，直至两物体的温度相同，同为Tf为止，试证明：21TTTf；（2）若A和B直接传热，热平衡时的温度为Tm，求Tm。9．有一循环发动机，工作于热源=1000K及冷源=400K之间，若该热机从热源吸热1360kJ作功833kJ.问该热机循环是可逆的？不可逆的？还是根本不能实现的？（8分）10．内燃机混合加热循环，如图所示，已知t190℃，t2400℃，t3590℃，t5300℃，工质视为空气，比热为定值。求循环热效率。11．内燃机定容加热循环1-2-3-4-1如图1，如果绝热膨胀的终点不在点4，而是一直膨胀pv123452到点5，使4点与5点压力相等，试在T-S图上表示循环1-2-3-4-5-1，并根据T-S图上两个图形比较它们哪个循环的热效率更高。图112．一制冷机工作在245K和300K之间，吸热量为9kW，制冷系数是同温限卡诺逆循环制冷系数的75%，试计算：(1)向热源放热量;(2)制冷系数。13．已知房间内墙表面温度为16℃，对应的饱和状态下的含湿量为11g/kg，当房间内空气温度为22℃，含湿量为11g/kg时对应的相对湿度为0.6，为防止墙表面发生水珠凝结，问室内空气的相对湿度最大不能超过多少，为什么。14.在内径为50cm的圆管，流体在管内流动，若流体只占圆管的一半，试计算当量直径。15、一炉子的炉墙厚13cm，总面积为20m2，平均导热系数为1.04w/m·k，内外壁温分别是520℃及50℃。试计算通过炉墙的热损失。如果所燃用的煤的发热量是2.09×104kJ/kg，问每天因热损失要用掉多少千克煤？16、有一厚度为20mm的平面墙，其导热系数为CmW./3.1，为使墙的每平方米热损失不超过1500W，在外侧表面覆盖了一层导热系数为CmW./1.0的隔热材料。已知复合壁两侧表面温度分别为Ct7501和Ct552，试确定隔热层的厚度。1、解：p1=0.5MPa、t1=150℃，p2=0.1MPa，（1）定温过程：46.05ln286.0ln21ppRsg（2）绝热过程；ΔS=0（3）多变过程，多变指数1.2：1221121212lnlnlnlnlnppncncppncppcvvcppcspvpvpv=1926.051ln2.1004.1717.0*2.132、解：Q=-3×105kJ+(50+50*100/1000)*3600=-102000kJ需外加采热102000kJ/小时，即28.33kw。4、解：设需要水mkgMcΔt=(2000-m)rM*80*4.18=520*(2000-m)M=520*2000/(80*4.18+520)=1217.23kg，需要蒸汽为782.77kg5、解：100kg0℃的冰融化所需热量；水的熵变kkjs/71.122273/1035.346、解：定熵流动过程，则122111kkkkpTpT，4469.0)973773()(5.311212kkTTpp0.528，则该气流在管道中流动为超音速，采用缩放型喷管8、解：（1）可逆热机循环完成后系统总熵增为零02121ffTTmTTmdsds，2121TTTTffTdqTdq，fpfpTTcTTc21lnln，21TTTf（2）物体1放热量等于物体2的吸热量，系统总吸放热等于零02121ffTTTTdqdq，)()(21TTcTTcmpmp，)(2121TTTm9、解：pvTsp2112s2s2T2n2n2Tp2410、解：514332sss514332TTvTTpTTvTdTcTdTcTdTc153423lnlnlnTTcTTcTTcvpvkTTTTTTk1001863*16.1863*231.1863*)863*363573*673()(7143.04.113131524t4=728℃)()()(15342321TTcTTcTTcqqvpv=153423)()(TTTTkTT=(190+1.4*131)/210=1.825452.0825.111112qq或解:122111kkvTvT,111221)(kTTvv14、解：湿周周长为：P=πd/2+d=1.57*50+50=128.5cm面积：A=πr*r/2=3.14*25*25/2=981.25当量直径为：d’=4A/p=4*981.25/128.5=30.54cm15、解：根据傅利叶公式kwtAQ2.7513.0)50520(2004.1每天用煤dkg/9.3101009.22.75360024416、解：1500)1.0/()3.1/02.0(55750rtq0448.01.0*)3.102.01500695(m=45mmpv1234551、如左图所示。气缸内充以空气，活塞及负载重100kg，气缸壁充分导热，取走60kg负载，其系统完全平衡后，求：1）活塞上升的高度ΔL；2）热力学内的变化ΔU；3）气体在过程中所做的功。（已知空气定容比热为0.72）1.解：1)由力平衡：p1=pb+F1/A=771*133.32+100*98100/100=2.009×105PaV1=A*L=100*10*10-6=10-3m3p2=pb+F2/A=771*133.32+40*98100/100=1.420×105PaT2=T1V2=A*(L+ΔL)=100*(10+ΔL)*10-6=(10+ΔL)*10-4m3过程中质量不变：m1=p1V1/(RgT1)=m2=p2V2/(RgT2)V2=p1V1/p2=2.009×105*10-3/1.420×105=1.4145*10-3m3=(10+ΔL)*10-4m3ΔL=4.145cm2)ΔU=m2u2-m1u1因为m1=m2，已知{u}kJ/kg=0.72{T}K，而T2=T1；所以ΔU=03）此过程为不可逆过程：W=p2*A*ΔL=1.420×105*100×10-4*4.145×10-2=58.859J1、一绝热刚体气缸，被一导热的无摩擦活塞分成两部分。最初活塞被固定在某一位置上，气缸的一侧储有压力为0.2MPa、温度为300K的0.01m3的空气，另一侧储有同容积、同温度的空气，其压力为0.1MPa。去除销钉，放松活塞任其自由移动，最后两侧达到平衡。设空气的比热容为定值。试计算：1）平衡时的温度为多少？2）平衡时的压力为多少？3）两侧空气的熵变值及整个气体的熵变值是多少？1、解：（本题13分）1）取整个气缸为闭口系，因为气缸绝热，所以Q=0；又因为活塞导热而无摩擦，W=0，且平衡时A、B两侧温度相等，即TA2=TB2=T2。有闭口系能量方程得：6001212)TT(cm)TT(cmUUUBVBAVABA即：因为，TA1=TB1=T1=300K，于是终态平衡时，两侧的温度均为：T1=T2=300K2)取整个气缸为闭口系，当终态平衡时，两侧压力相等，设为p2，则：MPa.)VV(TT)VpVp(VVTR)TRVpTRVp(VTR)mm(pBABBAABAggBBgAAgBA150111211111121111112223）K/J.pplnTVppplnRmSAAAAAgAA91812111112K/J.pplnTVppplnRmSBBBBBgBB35212111112整个气缸绝热系的熵变：K/J.SSSBA5660