《工程熱力學(xué) 第五版 童鈞耕 課后習(xí)題答案.pdf》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《工程熱力學(xué) 第五版 童鈞耕 課后習(xí)題答案.pdf（128頁珍藏版）》請在匯文網(wǎng)上搜索。

1、第一章 基本概念 1 第一章 基本概念 11 華 氏溫 標(biāo)規(guī) 定在 標(biāo)準 大氣壓 （101325 Pa ） 下純 水的冰 點 是 32 F ， 汽 點 是 212 F （ F 是華氏 溫標(biāo) 溫度 單位 的符 號） 。 試推 導(dǎo)華 氏溫 度與 攝 氏溫度 的換 算關(guān) 系。 提示和答案： C F 0 32 212 32 100 0 t t ， FC 9 32 5 tt 。 12 英 制系 統(tǒng)中 的 蘭氏 溫標(biāo) （ 蘭氏 溫標(biāo) 與 華氏 溫標(biāo)的 關(guān) 系相 當(dāng)于 熱 力學(xué) 溫標(biāo)與 攝 氏溫 標(biāo) 的關(guān)系 ） ， 其溫 度以 符號 R 表示 。 蘭氏 溫 度與 華氏 溫度 的關(guān)系 為T R = t F +

2、 459.67 。 已 知開 爾文溫標(biāo)及朗肯溫標(biāo)在純水冰點的讀數(shù)分別是 273.15K 和 491.67 R ； 汽 點 的 讀 數(shù) 分 別 是 373.15K 和 671.67 R。（ 1 ） 導(dǎo)出蘭氏 溫 度和 開爾 文溫 度的關(guān) 系式 ； （2 ）開 爾文 溫標(biāo)上 絕對 零 度在蘭氏 溫 標(biāo)上 是多 少度 ？（3 ）畫 出攝 氏溫 標(biāo)、 開 爾文溫 標(biāo)、 華氏 溫標(biāo) 和蘭氏 溫標(biāo) 之間 的對 應(yīng)關(guān)系 。 提示和答案： R K 491.67 671.67 491.67 373.15 273.15 273.15 T T 。 RK 1.8 TT ； R 0 R T ； 略 13 設(shè)一 新的 溫

3、標(biāo) ，用 符號 N 表 示 溫度 單位 ，它 的絕對 溫標(biāo) 用 Q 表 示溫 度單 位。規(guī) 定 純水的 冰點 和汽 點分 別是 100 N 和 1000 N ，試求：（ 1 ） 該新溫 標(biāo)和 攝氏 溫標(biāo) 的關(guān) 系； （2 ） 若該溫 標(biāo)的 絕對 溫度 零度 與熱力 學(xué)溫 標(biāo)零 度相 同， 則該溫 標(biāo)讀 數(shù) 為 0 N 時， 其 絕對溫 標(biāo)讀 數(shù) 是多少 Q ？ 提 示 和 答 案 ： （ 1 ） NC 100 0 1000 100 100 0 tt ； NC 9 100 tt （ 2 ） Q N C 9 100 T t t 常 數(shù) 常 數(shù) ，T K = 0 K 時， Q 0 Q T 解得式中常

4、 數(shù)， 代 回原式 。 ； QN 2358.35 Tt ， Q 2358.385 N T 14 直 徑為 1m 的球 形剛 性容器 ，抽 氣后 真空 度為 752.5mmHg，（ 1 ）求容 器 內(nèi)絕對 壓力 為多 少 Pa ； （ ） 若 當(dāng)?shù)?大氣壓 力 為 0.101MPa ，求 容器表 面受 力多 少 ? 提示和答案： bv 691.75Pa p p p ； 6 0 0.315 10 N F A p 。 15 用 U 型壓 力計 測量 容器中 氣體 壓力 ，在 水銀 柱上加 一段 水， 測得 水柱 高 1020mm, 水銀柱 高 900mm ，如圖 1 1 所示 。若 當(dāng)?shù)?大氣 壓為

5、 755mmHg ，求 容器 中氣 體 壓力 （MPa）。 第一章 基本概念 2 提示和答案： eb 0.231MPa p p p 1-6 容 器中 的真 空度 為 v 600mmHg p ， 氣壓計 上水 銀柱 高度 為 755mm ， 求容器 中的 絕 對壓力 （ 以 MPa 表 示） 。 如果容 器中 的絕 對壓 力不 變， 而氣 壓計 上水 銀柱 高 度為 770mm ，求 此時真 空表 上的 讀數(shù) （ 以 mmHg 表示 ）是 多少？ 提示和答案： bv 0.0207MPa p p p ； v 615mmHg p 。 1-7 用 斜管 壓力 計測 量鍋 爐煙道 煙氣 的真 空度 （如

6、 圖 1-2） 管子 的傾 斜角 30 ， 壓力 計 中 使 用 密 度 33 0.8 10 kg/m 的 煤 油 ， 斜 管 中 液 柱 長 度 l=200mm 。當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?b 745mmHg p 。求煙 氣的 真空 度（ 以 mmH 2 O 表示 ）及 絕對 壓力 （以 Pa 表 示） 提示和答案： v2 sin 80 9.81Pa 80mmH O p l g ； 5 2 bv 10048.3mmH O 0.9857 10 Pa p p p 。 18 壓力 鍋因 其內(nèi) 部壓 力 和溫度 比普 通鍋 高而 縮短 了蒸煮 食物 的時 間。 壓力 鍋的蓋 子密 封良好 ， 蒸 汽只 能從 蓋

7、子 中間的 縫隙 逸出 ， 在 縫隙 的上方 有一 個可 移動 的小 柱塞， 所以 只有 鍋 內(nèi)蒸汽 的壓 力超 過了 柱塞 的壓力 后蒸 汽才 能逸 出， 見圖 1-3。 蒸汽 周期 性逸 出 使鍋內(nèi) 壓力 近似 可認為 恒定 ， 也 防止 了鍋 內(nèi)壓力 過高 產(chǎn)生 的危 險。 若蒸汽 逸出 時壓 力鍋 內(nèi)壓 力應(yīng)達 到 201kPa ， 壓力鍋 蓋縫 隙的 橫截 面積 為 4mm 2 ，當(dāng)?shù)卮髿?壓力 平 均為 101kPa ， 試求 小柱 塞 的質(zhì)量 。 提示和答案： eb 100kPa p p p ； e 0.0408kg pA m g 。 19 容 器被 分隔 成 AB 兩 室，如

8、圖 14 所 示， 已知 當(dāng)場大 氣壓 b 0.1013MPa p ，氣 壓表 2 讀為 e2 0.04MPa p ， 氣 壓表 1 的 讀數(shù) e1 0.294MPa p ， 求氣壓 表 3 的讀 數(shù) （ 用 MPa 表示 ） 。 提示和答案：表 1 的 和表 3 當(dāng)?shù)?大氣 壓等 于即 為 b p ，表 2 的 當(dāng)?shù)?大 氣 壓等 于 B 室壓力 。 e3 b 0.254MPa B p p p 。 110 起 重機 以每 秒 2m 的 恒速提 升總 質(zhì)量 為 450kg 的水泥 塊， 試求 所需 功率 。 提示和答案： 功 率等 于力與 速度 的乘 積 ， 因 恒 速提升 ， 加速 度為 零

9、 。 8.83kW P Fc 。 111 電 阻加 熱器 的電 阻 1 5 ，現(xiàn) 有 10A 的電 流流 經(jīng) 電阻絲 ，求 功率 。 提示和答案： 2 1.5kW P Ei Ri 。 112 氣 缸中 密封 有空 氣， 初態(tài)為 3 11 0.2MPa 0.4m pV ， ，緩 慢脹 到 3 2 0.8m V 。（ 1）第一章 基本概念 3 過程中 pV 持 不變 ； （2 ） 過程中 氣體 先循 3 MPa m 0.4 0.5 pV 膨脹 到 3 m 0.6m V ，再維持 壓力不 變， 膨脹 到 3 2 0.8m V 。分別 求出兩 過程 中氣 體作 出的 膨脹功 。 提示和答案： （1）

10、2 4 1 d 5.54 10 J W p V ； （2） 2 5 1 d d 0.15 10 J m m w p V p V 。 113 某種 理想 氣 體在 其狀 態(tài)變化 過程 中服 從 n pv 常數(shù)的 規(guī)律， 其中 n 是 定值 ，p 是壓 力；v 是比 體積 。試據(jù) 2 1 d w p v 導(dǎo)出 氣體在 該過 程中 做功 為 1 1 1 2 1 1 1 n n p v p w np 提示和答案： 2 2 2 11 11 1 1 2 1 1 1 1 d d d ( ) 1 n n n n n nn pv pv v w p v v p v v v v v n 114 測 得某 汽油 機氣

11、 缸內(nèi) 燃氣的 壓力 與容 積對 應(yīng)值 如下表 所示 ， 求燃 氣在 該 膨脹過 程中 所作的 功。 p/MPa 1.655 1.069 0.724 0.500 0.396 0.317 0.245 0.193 0.103 V /cm 3 114.71 163.87 245.81 327.74 409.68 491.61 573.55 655.48 704.64 提示和答案： 2 1 1 1 d 304.7J () 2 ii ii W p V p V pp VV 115 有 一絕 對真 空的 鋼瓶 ， 當(dāng)閥 門的 打開 時， 在大 氣壓 5 b 1.013 10 Pa p 的作用 下， 有 體積

12、為 3 0.1m 的空 氣被 輸入 鋼瓶 ，求大 氣對 輸入 鋼瓶 的空 氣所作 功。 提示和答案： 大氣 壓力 恒 定， 0 10.13kJ W p V 。 116 某 種氣 體在 氣缸 中進 行一緩 慢膨 脹過 程。 其體 積由 0.1m 3 增加 到 0.25 m 3 。 過程 中氣 體壓力 依 3 MPa m 0.24 0.4 pV 變化。 若過 程中 氣缸與 活塞 的摩 擦保 持 為 1200 N ；當(dāng) 地大 氣壓力 為 0.1MPa ； 氣缸 截 面積為 0.1m 2 ， 試 求： （1 ） 氣 體所 作的 膨脹 功W ；（ 2 ） 系 統(tǒng)輸 出 的 有用功 u W ；（ 3 ）若

13、 活塞 與氣 缸無摩 擦， 系統(tǒng) 輸出 的有 用功 u,re W 。 提示和答案： 氣 體 膨脹 作 功 2 2 2 6 2 1 2 1 1 d 0.24( ) 0.2( ) 0.0255 10 J W p V V V V V ；扣 除排斥 大氣 功和 摩擦 耗功 為有用 功， u 8700J W W W W ； u,re 10500J W W W 。 117 某 蒸汽 動力 廠加 入鍋 爐的每 1MW 能量 要從 冷 凝器排 出 0.58MW 能 量， 同時水 泵要 消耗 0.02MW 功 ，求 汽輪 機輸出 功率 和電 廠的 熱效 率。 第一章 基本概念 4 圖 1 5 提示和答案： 循

14、環(huán)凈 功率 等凈換 熱率 ， net T C 1 2 ( ) 0.44MW P P P ； t 0.42 。 118 汽 車發(fā) 動機 的熱 效率 為 35% ， 車 內(nèi)空 調(diào)器 的工 作性能 系數(shù) 為 3 ， 求每 從車 內(nèi)排 除 1kJ 熱量消 耗燃 油能 量。 提示和答案：空 調(diào)器 耗功由 發(fā)動 機輸出 ， ac = c Q W e 1 t WQ ， 1 t 0.952kJ c Q Q 。 119 據(jù) 統(tǒng)計 資料 ，某 地各 發(fā)電廠 平均 每生 產(chǎn) 1 kW h 電耗 標(biāo)煤 372 g。 若標(biāo) 煤的 熱 值是 29 308 kJ/kg ， 試求 電廠 平 均熱效 率 t 是多少 ？ 提示和

15、答案： net t 1 33.0% W Q 120 某 空調(diào) 器輸 入功 率 1.5kW 需向 環(huán)境介 質(zhì)輸 出熱 量 5.1kW ， 求空 調(diào)器 的制 冷系數(shù) 。 提示和答案： 2 C 2.4 P 。 121 某 房間 冬季 通過 墻壁 和窗子 向外 散 熱 70 000 kJ/h ， 房內(nèi) 有 2 只 40W 電 燈照 明 ， 其 他家電 耗電 約 100W ， 為 維 持房內(nèi) 溫度 不變 ， 房主 購 買供暖 系數(shù) 為 5 的熱 泵 ， 求熱泵 最小 功率 。 提示和答案： 1 3.85kW P 122 一 所房 子利 用供 暖系 數(shù)為 2.1 熱 泵供 暖維 持 20 ， 據(jù)估 算室

16、外大 氣溫 度 每低于 房內(nèi) 溫度 1 ， 房子 向外 散熱 為 0.8kW ， 若室 外溫 度為-10， 求驅(qū) 動熱 泵所 需的 功率。 提示和答案： 維持 房子內(nèi) 溫度 需使 散熱 與熱 泵供熱 平衡 ， 1 11.43kW P 123 若 某種 氣體 的狀 態(tài)方 程為 g pv R T ， 現(xiàn)取 質(zhì)量 1kg 的該 種氣體 分別 作兩 次循 環(huán) ， 如 圖 1-5 中循 環(huán) 1231 和 循環(huán) 4564 所示， 設(shè)過 程 1 2 和過 程 4 5 中溫 度 不 變都 等于 a T ， 過 程 23 和 56 中 壓力 不變 ， 過 程 3 1 和 46 中體 積不 變 。 又 設(shè)狀 態(tài)

17、3 和狀 態(tài) 6 溫 度相等 ， 都 等于 b T 。 試 證明 兩個 循環(huán) 中 1kg 氣 體對 外界 所作 的循 環(huán) 凈功相 同。 提示和答案： 注 意到 兩 循 環(huán)中過 程12 和45 都是 等溫 過 程，T = a T ，13 和46 都是等 容過 程 ，23 和56 都是等 壓過 程， 據(jù) 2 1 12 d v v w p v 結(jié)合理 想氣體 狀態(tài) 方程 ， g pv R T ，可證。 第二章 熱力學(xué)第二定律 5 第二章 熱 力 學(xué) 第一 定 律 2-1 一 汽車 在 1h 內(nèi) 消耗 汽油 34.1L ，已知汽 油的 發(fā)熱量 為 44 000kJ/kg ，汽 油密度 為 750kg/

18、m 3 。 測得 該車 通過 車輪輸 出的 功率 為 64kW ， 試求汽 車通 過排 氣、 水箱 散熱等 各種 途 徑所放 出的 熱量 。 提示和答案：汽車 輸 出功率 等于 凈 換 熱率 ， out 3600 894 900kJ/h Q Q W 。 22 質(zhì)量 為 1 275 kg 的 汽 車在 以 60 000 m /h 的速 度 行駛時 被踩 剎車 止動 ， 速度 降至 20 000 m/h ，假定 剎車 過程 中 0.5kg 的剎 車帶和 4kg 鋼剎車 鼓均 勻加 熱， 但與 外界沒 有傳 熱， 已知剎 車帶 和鋼 剎車 鼓的 比熱容 分別 是 1.1 kJ/(kg K) 和 0.

19、46 kJ/(kg K) ， 求剎車 帶和 剎車 鼓 的溫升 。 提示和答案： 沒 有 傳 熱， 也沒 有作 功 ， 速度 降 低， 動能 轉(zhuǎn)化 為剎 車帶 和 剎車鼓 的熱 力學(xué) 能， 22 car 2 1 , , 2 1 () ( )( ) 0 2 s V s b V b m c c m c m c t t ， 21 ( ) 65.9 C tt 。 23 1 kg 氧 氣置 于 圖 2-1 所示 氣缸 內(nèi)， 缸壁 能充分 導(dǎo)熱 ， 且 活塞 與缸 壁無摩 擦。 初始 時氧氣 壓力 為 0.5MPa ， 溫 度為 27 。 若氣 缸長 度 為 2 l ， 活塞 質(zhì)量 為 10kg ， 試計算

20、 拔除 銷 釘后， 活塞 可能 達到 的最 大速度 。 提示和答案： 氣體 可逆 膨脹 對外 界作 功最 大， 與排斥 大氣 功的 差 轉(zhuǎn) 化為 活塞動能 ， 達 到 最大 速度 ， 2 87.7m/s c 。 24 氣體 在某 一過 程中 吸 收了 50J 的 熱量 ，同 時熱 力學(xué)能 增加 了 84J ， 問此 過程是 膨 脹過程 還是 壓縮 過程 ？對 外作功 是多 少 J ？ 提示和答案： 取氣 體 為 閉口 系，據(jù) 能 量方 程式 34J W Q U ，是壓 縮過 程 。 25 在冬季，某加工車間每小時經(jīng)過墻壁和玻璃等處損失熱 量 3 10 6 kJ ，車間中各 種 機床的 總功 率

21、 是 375kW ， 且全部 動力 最終 變成 了熱 能。 另外 ， 室內(nèi) 經(jīng)常 點 著 50 盞 100W 的 電燈。 為使 該車 間溫 度保 持不變 ，問 每小 時需 另外 加入多 少熱 量？ 提 示 和 答 案 ： 車 間 內(nèi) 產(chǎn) 生 的 熱 量 等 散 失 的 熱 量 ， 即 保 持 溫 度 不 變 ， 1632000kJ loss m E Q Q Q Q 補 。 26 夏 日為 避免 陽光 直射 ， 密閉 門窗 ， 用 電 風(fēng) 扇取 涼， 電 風(fēng)扇 功率 為 60W 。 假定房 間 內(nèi)初溫 為 28 ， 壓 力 為 0.1MPa ； 太 陽照 射傳 入的 熱量 為 0.1kW ， 通

22、過 墻壁 向外 散 熱 1800 kJ/h 。 若室內(nèi) 有 3 人， 每人 每小 時向環(huán) 境散 發(fā)的 熱量 為 418.7kJ ， 試求 面積 為 15m 2 ，高度為 3.0m第二章 熱力學(xué)第二定律 6 的室內(nèi) 每小 時溫 度的 升高 值。已 知空 氣的 熱力 學(xué)能 與溫度 的關(guān) 系為 K 0.72 kJ/kg uT 。 提示和答案：取 室內(nèi) 空氣 為系統(tǒng) ，考慮到 W = 0 并 g pV m RT ， 0.86K 0.72 Q T m 。 27 一 飛機 的彈 射裝 置如圖 2-15 所示 ， 在氣 缸內(nèi) 裝 有壓縮 空氣 ， 初 始體 積 為 0.28m 3 ， 終了體 積 為 0.9

23、9m 3 ，飛機 的發(fā)射 速度 為 61m/s ，活塞、連 桿和 飛機 的總 質(zhì)量 為 2 722kg 。設(shè) 發(fā)射過 程進 行很 快， 壓縮 空氣和 外界 間無 傳熱 現(xiàn)象 ， 若 不計 摩擦 損耗 ， 求 發(fā) 射過程 中壓 縮空 氣熱力 學(xué)能 的變 化量 。 提 示 和 答 案 ： 取 壓 縮 空 氣 為 系 統(tǒng) ， Q U W ， 考 慮 到 絕 熱 及 排 斥 大 氣 功 ， 23 0 2 1 2 ( ) 5135 10 J 2 m U p V V c 。 28 如圖 216 所 示， 氣缸 內(nèi)空氣 的體積為 0.008 m 3 ， 溫度 為 17 。 初始 時空 氣壓力 為 0.101

24、3 MPa ， 彈簧 處于 自 由狀態(tài) 。 現(xiàn)向 空氣 加熱 ， 使其壓 力升 高 ， 并 推動 活 塞上升 而壓 縮彈 簧。已知活塞面積為 0.08 m 2 ，彈簧剛度 k = 400 N/cm ，空氣熱力學(xué)能變化關(guān)系式為 K 0.718 kJ/kg uT 。環(huán)境 大氣 壓 力 p b = 0.1 MPa ， 試求 使氣 缸內(nèi) 的空 氣壓力 達 到 0.15 MPa 所 需的 熱量 。 提示和答案： 先 求活 塞質(zhì) 量 及初終 態(tài)參 數(shù)。 初 始時 彈簧 呈自由 狀態(tài) ， b1 m g p A p A 活 ， 1b () 10.61kg p p A m g 活 。 空 氣 質(zhì) 量 3 11

25、a g1 9.73 10 kg pV m RT ， 1 0.1m V h A ； 終 態(tài) 時 ， 據(jù) 力平衡 2 b 2 () p p A m g kx 活 ，求得 2 0.0974m x ， 3 2 0.0158m V ， 2 848.26K T ， 3.90kJ U 。 取 空 氣 為 系 統(tǒng) ， b 22 11 ( g ) d d( ) 0.98kJ m kx W p V p Ax A 活 ， 4.88kJ Q U W 。 29 有 一橡 皮氣 球 ， 當(dāng) 其 內(nèi)部氣 體的 壓力 和大 氣壓 相同 并 為 0.1MPa 時 呈自由 狀態(tài) ， 體 積為 0.3m 3 。氣球受 火焰 照 射

26、，體 積膨 脹 1 倍， 壓力 上升為 0.15MPa ，設(shè)氣 球 內(nèi)的壓 力變化 和體積 成正 比。 試求 ： （1 ） 該過程 中氣 體作 的功 ； （2 ） 用于克 服橡 皮氣 球彈 力所 作的功 ； （3 ） 若初始時氣體溫度為 17 ，求球內(nèi)氣體的吸熱量。 已知 該氣體 的常數(shù) g 287J/(kg K) R ， 熱力學(xué) 能 K 0.72 kJ/kg uT 。 提 示 和 答 案 ： 令 0 () p p p kV b ， 據(jù) 3 1 0.3m V ， 0 p ； 3 2 0.6m V ， 第二章 熱力學(xué)第二定律 7 0.05MPa p 。解得 b = 0.05 、k = 0.166

27、 。所以 0.1667 0.05 pV 。 （1） 2 1 2 0 1 d ( )d V V W p V p p V 37.5kJ ； （2） 0 2 1 ( ) 30kJ W p V V 斥 ， 7.5kJ W W W 彈 斥 ； （3） 21 ( ) 188.1kJ Q m u u W 。 2-10 空 氣在 壓氣 機中 被壓 縮，壓 縮前 空氣 的參 數(shù)是 ：p 1 = 0.1 MPa、v 1 = 0.845 m 3 /kg ； 壓縮后 的參 數(shù) 是 p 2 = 0.8 MPa 、v 2 = 0.175 m 3 /kg 。設(shè) 在壓縮 過程 中 1 kg 空氣的熱力學(xué)能增加 139.0kJ

28、 ， 同時 向外 放出 熱 量 50 kJ 。 壓氣 機每 分鐘 產(chǎn) 生壓縮 空 氣 10 kg 。 試 求： （1 ） 壓 縮過 程 中對 1 kg 空氣 作的 功； （2 ） 每生 產(chǎn) 1 kg 壓 縮空 氣所 需的功 （技 術(shù)功 ） ； （3 ） 帶 動此壓 氣機 要 用多大 功率 的電 動機 ？ 提示和答案： （ 1 ） 壓 縮 過 程 氣 缸 內(nèi) 氣 體 質(zhì) 量 不 變 ， 閉 口 系 能 量 方 程 ， 189.5kJ/kg w q u ； （2） 壓氣 機 吸 進低 壓氣體 排出 高壓 氣體 ， 是 開口熱 力系 ，生 產(chǎn) 1kg 空 氣需 要的 是技 術(shù)功 t w ， t 24

29、4.5kJ/kg w q h ；（ 3 ） t 40.8kW m N q w 。 2-11 某 建筑 物的 排氣 扇每 秒能 把 2.5kg/s 壓力 為 98kPa ， 溫度 為 20 的 空氣 通 過直徑 為 0.4m 的排氣 孔排 出， 經(jīng)過 排氣扇 后氣 體壓 力升 高 50mmH 2 O ， 但 溫度 近似 不變 ， 試求 排氣 扇 的功率 和排 氣速 度。 提示和答案：由 g 2 g 2 f / VV m qq Ac q v R T p R T p 求 得 排氣 速度 g f2 2 2 4 17.0m/s m q R T c pD 。 本題 穩(wěn)態(tài) 穩(wěn)流 能量 方程 可 簡化為 2

30、f2 2 2 1 1 2 m c P q p v p v ，得 0.365 kW P 。 212 進入 蒸汽 發(fā)生 器中 內(nèi) 徑為 30mm 管子的壓力 水 的參數(shù) 為 10MPa、30 ， 從管子 輸 出 時參 數(shù) 為 9MPa、 400 ， 若 入口 體積 流量 為 3L/s ， 求加熱 率 。 已 知初 態(tài)時 134.8kJ/kg h 、 3 0.0010m /kg v ，終態(tài) 時 3117.5kJ/kg h 、 3 0.0299m /kg v 。 提示和答案： 由 初態(tài) （即 入 口） 參數(shù) 及質(zhì) 量守 恒 1 f1 4.244m/s V q c A ， 1 1 3kg/s V m q

31、 q v ， 2 f2 126.9m/s V q c A 。據(jù)穩(wěn) 流開 系 能 量方 程 22 2 1 f 2 f1 1 ( ) 8972.2kW 2 m q h h c c 。 213 某蒸 汽動 力廠 中鍋 爐 以 40 T/h 蒸汽 供入 蒸汽 輪 機。 蒸汽 輪機 進口 處壓 力 表上讀 數(shù) 是 9 MPa， 蒸汽 的焓 是 3441 kJ/kg ； 出口 處真 空表 上 的讀數(shù) 是 0.097 4 MPa ， 出 口蒸汽 的焓 是 2 248 kJ/kg 。 汽輪 機對 環(huán) 境散熱 為 6.81 10 5 kJ/h 。 求： （1 ）進 出口 處蒸 汽的 絕對壓 力（ 當(dāng)場第二章 熱

32、力學(xué)第二定律 8 大氣壓 力 是 101 325 Pa ） ； （2） 不計 進出 口動 能差 和 位能差 時汽 輪機 的功 率； （3）進 口處 蒸 汽速度 為 70m/s 、 出口 處速 度為 140 m/s 時對汽 輪機 的 功率有 多大 影響 ？ （4 ） 蒸 汽進 、 出口 高度差 為 1.6m 時對汽 輪機 的功率 又有 多大 影響 ？ 提示和答案： （1） 1 e,1 b 9.1MPa p p p ， 2 2 b v,2 0.3925 10 MPa p p p ； （2） 據(jù)穩(wěn) 流能 量方 程 ， H P ， 13066.7kW m H q h P ； （3） 計及 進出 口動

33、能差 ， 則 22 f 2 f1 ( ) ( ) 12985kW 2 m im q P q h c c （4） 計及 位能 差， 則 ( ) 13066.9kW i mm P q h q g z 214 500 kPa 的 飽和 液氨 進入鍋 爐加 熱成 干飽 和氨 蒸氣 ， 然 后進 入壓 力同 為 500 kPa 的 過熱器 加熱 到 283 K ，若 氨的質(zhì) 量流 量 為 0.005 kg/s ，求鍋 爐和 過熱 器中 的換 熱率。 已知 ： 氨進入 和離 開鍋 爐時 的焓 分別為 12 199.3kJ/kg 1446.4kJ/kg hh 、 ， 氨 離開 過熱 器時 的 焓為 3 14

34、70.7kJ/kg h 。 提示和答案： 鍋爐 ： b 2 1 ( ) 6.236kW m q h h ； 換熱器 ： s 3 2 ( ) 0.122kW m q h h 。 215 向大 廈供 水的 主管 線 在地 下 5m 進入時 管內(nèi) 壓 力為 600kPa 。 經(jīng)水 泵加 壓 ， 在 距地 面 150m 高處的 大廈 頂層 水壓仍 有 200kPa 。假 定水 溫為 10 ， 流量 為 10kg/s ，忽略 水熱 力 學(xué)能差 和動 能差 ，假 設(shè)水 的比體 積 為 0.001m 3 /kg ，求水泵 消耗 的功 率。 提 示 和 答 案 ： ： 水 管 系 統(tǒng) 能 量 方 程 22 f

35、 1 f 2 1 1 2 2 s 0 22 cc q h gz h gz w ，據(jù) 題意， 1 2 1 2 0 q t t u u 、 、 ，所 以 s 2 2 1 1 ( ) 11.2kW mm P q w p v p v g z q 。 216 用一 臺水 泵將 井水 從 6m 深的井 里泵 到比 地 面高 30m 的水塔 中 （ 見圖 2-4） ， 水 流 量為 25m 3 /h 。水泵 消耗 功 率為 12kW 。 冬天 井水 的 溫度為 3.5 。為 防止 冬天 結(jié)冰， 要求 進 入水塔 的水 溫不 低 于 4 。 整個系 統(tǒng)及 管道 均包 有一 定厚度 的保 溫材 料， 問是 否有

36、必 要在 管 道中設(shè) 置一 加熱 器？ 如有 必要的 話 ， 需 加入 多少 熱量 ？設(shè)管 道中 水進 出口 的動 能差可 忽略 不 計； 水的比 熱容 取定 值并為 4.187 kJ/(kg K) p c ， 水的焓 差 p h c t ； 水的 密度 取 1 000 kg/m 3 。 提示和答案： 據(jù) 能量 方程計 算 熱 量后 進行 判斷 。 忽略 管道 中水 進出 口動 能差 ， 能量 方程 2 1 s () m H q g z z P 2 1 2 1 s ( ) ( ) p m q c t t g z z P 4 4.99kJ/s 1.8 10 kJ/h ， 有必第二章 熱力學(xué)第二定

37、律 9 要加入 加熱 器， 加熱 量最 小為 4 1.8 10 kJ/h 。 217 一 種 工具 ， 利 用 從噴 嘴 射 出 的 高 速水 流 進 行切 割 ， 供 水 壓 力為 200kPa、溫度為 20 ， 噴 嘴內(nèi) 徑為 0.002 m ， 射 出水 流溫 度為 20 ， 流速 為 1 000 m/s ， 假 定噴 嘴兩側(cè) 水的 熱 力學(xué)能 變 化 可略 去不 計， 求水泵 功率 。 已知 200kPa 、20 時 水的 比體 積 3 0.001002m /kg v 提示和答案： 能 量 方 程 22 f 1 f 2 1 1 2 2 s 0 22 cc q h gz h gz w 。

38、 據(jù) 題意， 1 2 1 2 2 1 0 q t t u u z z 、 、 、 ， f 3.135kg/s V m q cA q vv 。 忽略 水比 體積 變化 ， 射 出水流 壓力與 大氣 壓平 衡， 所以 22 f 2 f 2 s 2 2 1 1 2 1 ( ) ( ) 22 cc w p v p v p p v 500.0kJ/kg ， s 1567.2kW m P q w 。 218 一剛 性絕 熱容 器 ， 容 積 V = 0.028 m 3 ， 原先 裝有壓 力 為 0.1MPa， 溫度 為 21 的空 氣。 現(xiàn)將 連接 此容器 與輸 氣管道 的閥 門打 開， 向容 器內(nèi)快 速

39、充 氣 。 設(shè)輸 氣管 道內(nèi)氣 體的 狀 態(tài) 參數(shù)保 持 p = 0.7 MPa、t = 21 不變。 當(dāng)容 器中 壓力 達到 0.2 MPa 時 閥門 關(guān)閉 ， 求容 器內(nèi) 氣 體 可 能 達 到 最 高 溫 度 。 設(shè) 空 氣 可 視 為 理 想 氣 體 ， 其 熱 力 學(xué) 能 與 溫 度 的 關(guān) 系 為 K 0.72 kJ/kg uT ，焓與 溫度 的關(guān) 系為 K 1.005 kJ/kg hT 提示和答案：容 器內(nèi) 原有 氣體質(zhì) 量 11 1 g1 0.0332kg pV m RT 。 取剛 性容 器為 控制體 ，則 22 CV 2 f 2 2 2 1 f1 1 1 i 11 d ( )

40、 () 22 Q E h c gz m h c gz m W 。 據(jù)題 意 ， 0 Q 、 i 0 W 、 2 0 m 、 1 2 f 2 c 和 21 () g z z 可忽略 不計 ， 所以 CV 1 1 in in d d E h m h m ， 積 分有 CV in in E h m 。 而 CV 2 2 1 1 E U m u m u ， in 2 1 m m m ，所以 2 2 1 1 2 1 in () m u m u m m h ， in 2 1 1 1 in 2 1 1 1 2 22 () () pV VV c T m m m c T h m m m u T m c m c

41、（a ） 充氣 后 容器 內(nèi)氣 體質(zhì) 量 6 22 2 g 2 2 2 KK 3 0.2 10 Pa 0.028m 19.5 287J/(kg K) pV m R T T T （b ） 聯(lián)立求 解 式 （a ） 、 （b ）得 2 0.0571kg m ， 2 342.69K T 。 第二章 熱力學(xué)第二定律 10 2-19 醫(yī) 用氧 氣袋 中空 時呈 扁平狀 態(tài)， 內(nèi)部 容積 為零 。 接在壓 力 為 14 MPa， 溫度 為 17 的鋼質(zhì) 氧氣 瓶上 充氣 。 充 氣后氧 氣袋 隆起 ， 體 積為 0.008 m 3 ， 壓力 為 0.15 MPa ， 由于 充氣 過 程很快 ， 氧 氣袋

42、與大 氣換 熱可以 忽略 不計 ， 同 時因 充入氧 氣袋 內(nèi) 的 氣體 質(zhì)量 與鋼瓶 內(nèi) 的 氣體 質(zhì)量相 比甚 少 ， 故可 以認 為鋼瓶 內(nèi)氧 氣參 數(shù)不 變。 設(shè)氧氣 可視 為理 想氣 體， 其熱力 學(xué)能 可 表 示為 K 0.657 kJ/kg uT ， 焓 與溫 度 的關(guān) 系為 K 0.917 kJ/kg hT ， 求 充入 氧氣 袋 內(nèi)氧 氣 的 質(zhì)量 ？ 提示和答案：與題 2-18 同為 非穩(wěn) 態(tài)問 題， 但氧 氣袋 體積變 化。 能量 方程 22 ff CV out in i d ( ) () 22 cc Q E h gz m h gz m W 據(jù)題意 ， 0 Q ， out

43、 0 m ， CV dd EU ，忽略 2 f,in 2 c 及 in gz ，則 in in i d 0 U h m W 因 i0 d W p V ，且 氧氣 袋內(nèi) 氧氣 質(zhì)量 即充入 氧氣 的質(zhì) 量， 所以 積分后 2 2 in 2 0 2 1 ( ) 0 m u h m p V V 2 2 in 0 2 ( ) 0 m u h p V （a ） 又 22 2 g2 pV m RT （b ） 據(jù) 題 意 ， 3 2 2 g 0.15MPa 0.008m 260J/(kg K) p V R ， ， ， 22 0.657 uT ， in in 0.917 hT 代入 式 （a ）和 （b） ，

44、解得 2 313.20K T ， 2 0.0147kg m 。 2 20 兩個 體重 都是 80 kg 的男子 每天 吃同 樣的 食物 ，完成 相同 的工 作， 但 A 每天上 下 班步 行 60 min，而 B 則每 天駕駛 汽 車 20 min 上下 班 ， 另 40 min 用于看 電視 ， 試確 定 100 個 工作日 后這 兩人 的體 重差 。 提示和答案： 查 工 程 熱 力 學(xué) 第 5 版表 2 3 ， 每 個 工 作 日 男子 A 比 B 多 消 耗 能 量 1598.0kJ Q ，少 消耗 的能 量轉(zhuǎn) 化為 脂肪 4.04kg m 。 221 一間 教室 通過 門窗 散 發(fā)熱 量 25 000 kJ/h ，教 室 內(nèi)有 30 名 師生 ，15 臺計 算機， 若 平均每 人散 發(fā)的 熱量 是 180 W ， 每 臺計 算機 的功 率 120W ， 問為 了保 持室 內(nèi)溫 度是否 有必 要 打開取 暖器 ？ 第二章 熱力學(xué)第二定律 11 提示和答案： 取 室 內(nèi)空 氣為 系統(tǒng) ， 0 U ， 0 W ， 0 Q ， 2 1 0.26kW Q QQ 2 22 一位 55 kg 的女 士經(jīng) 不住美 味的 誘惑 多吃 了 0.25 L 的冰激凌 。為了 消耗 這 些額外 的冰激 凌的 能量 ， 她決 定 以 7.2 km/