西南科技大学热工基础试题库复习题答案

西南科技大学制造科学与工程学院西南科技大学热工基础试题库答案1、某容器被一刚性壁分成两部分，在容器的不同部位安装有压力表，如图1所示。压力表B上的读数为75kPa,压力表C上的读数为0.11MPa。如果大气压力为97kPa，试确定压力表A上的读数及容器两部分内空气的绝对压力。解：A、B、C的读数均为表压，分别记为、PgA、PgB、PgC容器1和2的绝对压力记为P1和P2，大气压力Pa依题意：PgB=75kPaPgC=0.11MPa=110kPaPa=97kPa根据压力表的位置可知：P1=PgC+PaP1=PgB+P2P2=PgA+Pa将PgB、PgC和Pa的数值代入上式得：P1=207kPaP2=132kPaPgA=35kPa图12、如图2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，试求：（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{u}kJ/kg=0.72{T}K）图21)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：CBA12西南科技大学制造科学与工程学院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=58.859J3、一绝热刚体气缸，被一导热的无摩擦活塞分成两部分，如图3所示。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。试求：（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？图3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：001212)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西南科技大学制造科学与工程学院整个气缸绝热系的熵变：K/J.SSSBA56604、某蒸汽动力厂按一级再热理想循环工作，新蒸汽参数为P1=15MPa，t1=600℃，再热压力PA=1.4MPa，再热温度tR=t1=600℃，背压P2=0.005MPa，功率为15000KW。试求：（1）定性画出循环的T-S图；（2）求循环热效率；（3）每小时所需蒸汽量。解：1）再热循环在T-S图上的表示如图所示。2）循环吸热量%...qqkg/kJ...hhqkg/kJ.)..()..()hh()hh(qtAR5463742312222631122226391371124013742318289283694915333582123224112）根据：Pqqtm1h/ts/kg...qPqtm2742476465037423115000015、如图4为一烟气余热回收方案。设烟气比热容Cp=1.4kJ/(kg.K)，Cv=1.14kJ/(kg.K)。试求：（1）烟气流经换热器时传给热机工质的热1Q；（2）热机放给大气的最小热量2Q；西南科技大学制造科学与工程学院（3）热机输出的最大功W。图4解：1）烟气放热为：KJ)tt(mCQp41161212）若使Q2最小，热机为可逆机，由卡诺定理得：121211TTQQt即：TdTmCTTQTQp0102kJ.TTlnmCTTdTmCTQpTTp2238912002213）输出的最大功为：8172621.QQW6、压力为0.1MPa，温度为20℃的空气进入压缩机，绝热压缩至0.6MPa后排入贮气筒。试求：（1）问压缩机空气出口温度能否是180℃？（2）若将空气绝热压缩至0.6MPa，250℃，试问绝热效率是多少？可用能（作功能力）损失为多少？并用T-S图表示之（环境温度t0=20℃）；（3）压缩机在吸气状态下的吸气量为100m3/h，试求在2）情况下的压缩机功率是多少？解：1）若压缩机出口温度为180℃，则绝热压缩过程的熵产：西南科技大学制造科学与工程学院00770106028702732027318000411212)K.kg(kJ...ln.ln.pplnRTTlnCsgpg可见，压缩机空气出口温度不可能是180℃。2）K.)pp(TTkks948811212202502732094881212)(.)TT(C)TT(CpspC)K.kg(kJ...ln.ln.pplnRTTlnCsgpg06780106028702732027325000411212kg/kJ..sTig866190678029303）KW.)(..)TT(CTRqp)TT(CqPpgvpm672025029328701001010312111127、空气从T1=300K、p1=0.1MPa压缩到p2=0.6MPa。试计算过程的膨胀功（压缩功）、技术功和热量，设过程是(1)定温的、(2)定熵的、(3)多变的（n=1.25），按定比热容理想气体计算，不考虑摩擦。按附表1取空气的定值比热容为：kJ/(kg·K)，kJ/(kg·K)气体常数kJ/(kg·K)（1）定温过程对等温过程：，则：西南科技大学制造科学与工程学院（2）定熵过程对定熵过程：q＝0，w＝Δu；wt＝Δh由等熵过程的过程方程知kJ/kgkJ/kg（3）多变过程kJ/kgkJ/kgkJ/kg8、已知活塞式内燃机定容加热循环的进气参数为p1=0.1MPa、t1=50℃，压缩比6，加入的热量q1=750kJ/kg。试求循环的最高温度、最高压力、压升比、循环的净功和理论热效率。认为工质是空气并按定比热容理想气体计算。解：活塞式内燃机定容加热循环的图示见a)、b)图示西南科技大学制造科学与工程学院01.4，理论热效率由(6-5)式得：0,11.41111151.16%6tv循环净功017500.5116387.7/tvWqkJkg最高温度3T须先求出2T，因12过程是等熵过程，由(3-89)式得011.41212(273.1550)6661.71VTTKV因为11032()vvqqCTT所以13max20750661.711706.280.718vqTTTKC最高压力3P须先求出2P和23过程是定容过程，因此3322PTPT即1706.282.5786661.71所以3max2PPP而01.412121612.2860VPPbarV则32.578612.286031.6807Pbar9、空气在气缸中由初状态T1=300K、p1=0.15MPa进行，则先定温膨胀，然后再在定容下使压力增到0.15MPa，温度升高到480K。试求：（1）将这过程画在压容图和温熵图中；(b)(a)西南科技大学制造科学与工程学院（2）利用空气的热力性质表计算这过程中的膨胀功、热量，以及热力学能和熵的变化。解：(2)对1→1′→2即先定温膨胀，然后再定容压缩过程有对1→1′定温膨胀过程：'1211lnlnTTVVWqRTRTVV3222287.14800.91872/0.15106RTVmkgP3111287.19000.5742/0.15106RTVmkgP所以0.918720.2871300ln40.48/0.5742TWkJkg0Tu'11'001112''1111lnlnlnln0.918720.2871ln()0.13494/()0.5742TTTPPVVsssRRRRPPVVkJkgK对1′→2定容压缩过程：Wv=021344.70914.07130.63/vquuukJkg图a图b10、某燃气轮机装置，已知其流量skgqm/8、增压比12、升温比4，大气温度为295K。试求理论上输出的净功率及循环的理论热效率（注：认为工质是空气并按定比热容理想气体计算）。西南科技大学制造科学与工程学院[解]：01.4，329541180TTK燃气轮机膨胀作功001.411.4103011.4110.28711180111.4112602.73/TSWRTkJkg压气机压缩耗功001.4101.41101.40.2871295112111.412370.11CSWRTkW理论循环净功率8602.73306.472370.11kWsTscspmww理论循环热效率0011.411.4111150.83%12tp11、某氨蒸气压缩制冷装置（图5），已知冷凝器中氨的压力为1MPa，节流后压力降为0.2MPa，制冷量为kJ/h1012.06，压气机绝热效率为80%，已知冷却水经过氨冷凝器后温度升高8K，水的比定压热容为4.187kJ/(kgk)。试求：（1）氨的流量；（2）压气机出口温度及所耗功率；（3）制冷系数；（4）冷却水流量。图5西南科技大学制造科学与工程学院[解]：参考图8-10、8-11及8-12，由'10.2PMPa，查logPh图得'1560/hkJkg由'10.2PMPa沿等熵线向上与'21PMPa线交于'2点查得'21800/shkJkg因为：''''2121sCShhWWhh理则2'1'2'1'1800156015701860/0.80scshhhhkJkg34'440/hhkJkg（查lgP-h图）(1)氨的流量：62221'4'0.1210/36000.02980/1560440QQmkgsqhh(2)压气机出口温度及耗功率：'2T：由2'1860/hkJkg等焓线与'21PMPa等压线交点，查lgP-h图可得：'2386TK2'1'/()/0.2980(18001560)/0.808.94CcscsscsPmwmhhkW(3)制冷系数理论：21'4'2'1'15604404.661718001560cssqhhWhh实际：'4.6