发布时间 : 星期六 文章工程热力学课件例题更新完毕开始阅读808315e4524de518964b7d5a
65例1.1：已知甲醇合成塔上压力表的读数150kgf/cm2，这时车间内气压计上的读数为780mmHg。试求合成塔内绝对压力等于多少kPa？ 14819kPa
例1.2：在通风机吸气管上用U型管压力计测出的压力为300mmH2O，这时气压计上的读数750mmHg。 试：（1）求吸气管内气体的绝对压力等于多少kPa？ 103kPa
（2）若吸气管内的气体压力不变，而大气压下降至735mmHg，这时U型管压力计的读数等于多少？
504mmH2O
例1.3：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计，如图所示。压力表A、C位于大气环境中，B位于室Ⅱ中。设大气压力为97KPa：
（1）若压力表B、表C的读数分别为75kPa、0.11MPa，试确定压力表A上的读数及容器两部分内气体的绝对压力； pA=35kPa， pⅠ=207kPa， pⅡ=132kPa
（2）若表C为真空计，读数为24kPa，压力表B的读数为36kPa，试问表A是什么表？读数是多少？ A为真空计，且pA=60kPa
例1.4：判断下列过程中哪些是①可逆的②不可逆的③不确定是否可逆的，并扼要说明不可逆的原因。 （1）对刚性容器内的水加热，使其在恒温下蒸发；是不确定的。 （2）对刚性容器内的水作功，使其在恒温下蒸发；是不可逆的。
（3）对刚性容器中的空气缓慢加热。使其从50℃升温到100℃。是不确定的。
（4）一定质量的空气，在无摩擦、不导热的汽缸和活塞中被缓慢压缩。是可逆的。 （5）50℃的水流与25℃的水流绝热混合。是不可逆的。
例2.1：如图所示，某种气体工质从状态1（p1、V1）可逆地膨胀到状态2（p2、V2）。膨胀过程中：
（a）工质的压力服从p=a-bV，其中a、b为常数； （b）工质的pV值保持恒定为p1V1 试：分别求两过程中气体的膨胀功。
答案：（a）W?a?V2?V1??Vb22V2?V1?；（b）W?p1V1ln2 ?V12
例2.2：如图所示，一定量气体在气缸内体积由0.9m3可逆地膨胀到1.4m3，过程中气体压力保持定值，且p=0.2MPa，若在此过程中气体内能增加12000J，试求：
（1）求此过程中气体吸入或放出的热量；112000J
（2）若活塞质量为20kg，且初始时活塞静止，求终态时活塞的速度
（已知环境压力p0=0.1Mpa）。70.7m/s
例2.3：一封闭系统从状态1沿1-2-3途径到状态3，传递给外界的热量为47.5kJ，系统对外作功为30kJ，如图。（1）若沿1-4-3途径变化时，系统对外作功15kJ，求过程中系统与外界传递的热量。
Q143=-62.5kJ
（2）若系统从状态3沿图示曲线途径到达状态1，外界对系统作功6kJ，求该过程中系统与外界传递的热量。Q31=71.5kJ
（3）若U2=175kJ，U3=87.5kJ，求过程2-3传递的热量及状态1的内能。U1=165kJ
例2.4：某燃气轮机装置，如图所示。已知压气机进口处空气的焓h1=290kJ/kg。经压缩后，空气升温使焓增加为h2=580kJ/kg。在截面2处空气和燃料的混合物以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。燃烧后燃气进入喷管绝热膨胀到状态3’，h’3=800kJ/kg，流速增加到c3’，此燃气进入动叶片，推动转轮回转做功。若燃气在动叶片中的热力状态不变，最后离开燃气轮机的速度c4=100m/s。
求：（1）若空气流量为100kg/s，压气机消耗的功率为多大？Ns1=-29000kW （2）若燃料发热值qB=43960kJ/kg，燃料的耗量为多少？qm2=1.524m/s （3）燃气在喷管出口处的流速是多少？ c3’=949m/s （4）燃气轮机的功率是多大？Ns2=45209kW
（5）燃气轮机装置的总功率为多少？Ns=16209kW
例2.5：空气在某压气机中被压缩。压缩前空气参数：p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg；压缩后p2=0.8MPa，v2=0.175m3/kg。在压缩过程中1kg空气的热力学能增加146kJ，同时向外放出热量50kJ，压气机每分钟生产压缩空气10kg。求：①压缩过程中对每公斤气体所做的功；②每产生1kg的压缩气体所需的功；③带动此压气机至少需要多大功率的电动机？ w=-196kJ/kg，ws= -251.5kJ/kg，Ns== -41.9kW
例2.6：某热机从t1=1000℃的热源吸热1000kJ，又向t2=150℃的冷源放热。 ① 求该热机可能达到的最高热效率；66.8% ② 最多可产生多少循环净功；668kJ
③ 若在传热时存在温差，吸热时有200℃温差，放热时有100℃温差，试求其热效率和循环净功。
51.3% ， 513kJ
例2.7：利用逆向卡诺循环作为热泵向房间供热，设室外温度为-5℃，室内温度保持20℃。要求每小时向室内供热2.5×104kJ，试问：（1）每小时从室外吸收多少热量？（2）此循环的供暖系数多大？（3）热泵由电动机驱动，如电动机效率为95%，电动机的功率多大？（4）如果直接用电炉取暖，每小时耗电多少kW·h？
2.3×104kJ/h，11.72，0.585kW，6.94kW
例2.8（2-9）：有人声称设计了一套热力设备，可将65℃的热水的20%变成100℃的水，而其余的80%将热量传给15℃的大气，最终水温为15℃，试判断该设备是否可能。水的比热容为
c?4.18k6J。 /k?(gK孤立系统ΔSiso=0.0265mkJ/K>0，所以该设备可以实现。
例2.9：某热机工作于T1=2000K，T2=300K的两个恒温热源之间，试问下列几种情况能否实现，是否是可逆循环？（1）Q1=1kJ，Wnet=0.9kJ；（2）Q1=2kJ，Q2=0.3kJ；（3）Q2=0.5kJ，Wnet=1.5kJ。
解：（1）方法一 在T1、T2之间工作的可逆循环的热效率是最高的，等于卡诺循环的热效率。
T2300?1??85% T12000W0.9?90%??c 所以不可能实现 Q2=Q1-Wnet=1-0.9=0.1kJ ?t?net?Q11?c?1?方法二：克劳修斯不等式
??QT?Q1Q21?0.1????0.000167kJ/K?0 不可能实现 T1T22000300?Q1Q2?10.1?????0.000167kJ/K?0，不可能实现 T1T22000300方法三：孤立系统熵增原理。取高温热源和低温热源为孤立系统，高温热源放热，低温热源吸热，则熵变
?Siso??S1＋?S2?（2）能实现，是可逆循环；（3）能实现，是不可逆循环
例2.10：欲设计一热机，使之能从温度为973K的高温热源吸热2000kJ，并向温度为303K的冷源放热800kJ。
（1）问此循环能否实现；欲使之从高温热源吸热2000kJ，该热机最多能向外做多少功？
（2）若把此热机当制冷机用，从温度为303K的冷源吸热800kJ，向温度为973K的热源放热，该过程与外界交换的功为1200kJ，该过程能否实现？欲使之从冷源吸热800kJ，至少需耗多少功？ （1）此循环能实现，1377kJ；（2）该过程不能实现，-1769kJ
例2.11：5kg的水起初与温度为295K的大气处于热平衡状态，用一制冷机在这5kg的水和大气之间工作，使水定压冷却到280K，求所需的最小功是多少？水的比热容为c?4.186kJ/(kg?K) 8.19kJ
例2.12：气体在气缸中被压缩，气体的内能和熵的变化分别为45kJ/kg和，外界对气体作功165kJ/kg，过程中气体只与环境交?s??0.289kJ/?kgk???换热量，环境温度300K，问该过程是否能实现？该过程能够实现。
例2.13：将200℃10g的铁块浸入20℃1L的水中，整个系统的熵变是多少？该过程是否为可逆过程？已知铁的比容cFe=480 kJ/(kg·K)，水的比容cH2O=4.2 kJ/(kg·K) 0.252kJ/K，不可逆过程
例3.1：体积为0.0283m3的瓶内装有氧气，压力为6.865×105Pa，温度为294K。发生泄漏后，压力降至4.901×105Pa才被发现，而温度未变。问至发现为止，共漏去多少kg氧气？0.073kg
例3.2：某电厂有三台锅炉合用一个烟囱，每台锅炉每秒产生烟气73m3（已折算成标准状态下的体积），烟囱出口处的烟气温度为100℃，压力近似为101.33kPa，烟气流速为30m/s，求烟囱的出口直径。3.56m
例3.3：在直径为d=40cm的活塞上放置mb=3000kg的重物，气缸内盛有温度为T1=18℃、质量为m=2.12kg的空气。对汽缸加热后，气体容积增加到原来的2倍。设大气压力为pb=0.1MPa，求空气的初态比体积、终态比体积、终态压力和终态温度。空气按理想气体计算，且其气体常数R=0.287kJ/(kg·K)。 比体积0.5m3/kg，0.33MPa，302℃
例3.4：在燃气轮机装置中，用从燃气轮机中排出的乏气对空气进行加热（加热在空气回热器中进行），然后将加热后的空气送入燃烧室进行燃烧。若空气在回热器中，从127℃定压加热到327℃。试按下列比热容值计算对每kg空气所加入的热量。
（1）按真实比热容计算（经验公式）； 207.546kJ/kg （2）按平均比热容表计算； 206.03kJ/kg （3）按定值比热容计算； 200.8kJ/kg （4）按空气的热力性质计算。 206.04kJ/kg
例3.5：已知某理想气体的比定容热容cv=a+bT，其中a、b为常数，T为绝对温度。试导出其内能、焓、熵的计算式。
答案：内能?u?a?T2?T1??b2bT2?T12?；焓?h??a?R??T2?T1???T22?T12?； ?22熵 ?s?alnT2v?b?T2?T1??Rln2 T1v1
例3.6：0.25kg的CO在闭口系统中由p1=0.25MPa、t1=120℃膨胀到p2=0.125MPa、t2=25℃，做出膨胀功W=8.0kJ。已知环境温度t0=25℃，CO的气体常数R=0.297kJ/(kg·K)，定容比热容cv=0.747kJ/(kg·K)，试计算过程热量，并判断该过程是否可逆。 -9.74kJ，不可逆
例3.7：空气是氧和氮的混合物，其组成近似为1kmol氧对应于3.1894kmol氮，求空气的摩尔质量，气体常数及质量分数。M=28.95kg/kmol；R=0.287kJ/(kg/K)；xO2=0.2638，xN2=0.7362
例3.8：烟囱每秒排出绝对压力为0.11MPa、温度为300℃的烟气30m3，由烟气分析仪测得烟气体积分数为VCO2?0.104，VO2?0.052，VH2O?0.099，VN2?0.745。试求每秒排出烟气的质量以及各组成气体的质量。m=38.19kg/s；mCO2=6.051kg/s，mO2=2.2kg/s，mH2O=2.356kg/s，mN2=27.583kg/s
例3.8：管路中输送9.5MPa、55℃的乙烷，若乙烷在定压下温度升高到110℃，为保证原来输送的质量流量，试用压缩因子图计算乙烷气的流速应提高多少？ 2.09倍
例3.9：试利用压缩因子图计算正丁烷在460K、1.5MPa下的比体积，并与实验值比较。已知实验值为0.0384m3/kg。v=0.0392m3/kg，与实验值的偏差为2.08%
例3.10：利用水蒸汽表判断下列各点的状态，并确定其h、s、x值。
（1）p?2MPa，t?300?C； 过热蒸汽；h=3024.2kJ/kg；s=6.8022kJ/(kg?K) （2）p?9MPa，v?0.017m/kg； x=0.8166；h=2491.3kJ/kg；s=5.2427kJ/(kg?K) （3）p?0.5MPa，x?0.9； h=2536.8kJ/kg；s=6.3233kJ/(kg?K)
（4）p?1MPa，t?175?C； 未饱和水；h=741.2kJ/kg；s=2.0904kJ/(kg?K) （5）p?1MPa，v?0.2404m/kg。 过热蒸汽；h=2976.0kJ/kg；s=6.988kJ/(kg?K)
例3.11：某锅炉每小时生产10000kg的蒸汽，蒸汽的表压力pg=2.4MPa，温度t1=350℃。设锅炉给水的温度为t2=40℃，锅炉效率ηB=0.78。煤的发热量（热值）为qP=2.97×104kJ/kg。求每小时锅炉的煤耗量是多少？汽锅内水的加热和汽化、以及蒸汽的过热都在定压下进行。 1278kg/h
例3.12：压力为100kPa，温度为30℃，相对湿度为60%的湿空气经绝热节流至50kPa。试求节流后空气的相对湿度（湿空气按理想气体处理）。30%
例3.13：有100m3的湿空气，其参数为大气压力p=0.1MPa，温度t1=35℃，φ=0.7。 （1）试求其td、d、ma、mst；28.66℃，25.48g/kg(干空气)，108.68kg，2.769kg （2）将空气定压冷却至t2=5℃，试确定被冷凝的水蒸汽量△mst。2.174kg
例3.14：房间的容积为50m3，室内空气温度为30℃，相对湿度为60%，大气压力pb=0.1013MPa。求湿空气的露点温度td，含湿量d，干空气的质量ma，水蒸汽的质量mst及湿空气的焓值H。若湿空气定压冷却到10℃，求冷凝水量△mst和放热量Q。21.1℃，16.03g/kg(干空气)，56.78kg，0.477kg，2372.8kJ
例4.1：一容积为0.15m3的储气罐，内装氧气，其初态压力p1=0.55MPa、温度t1=38℃。若对氧气加热，其温度、压力都升高。储气罐上装有压力控制阀，当压力超过0.7MPa时，阀门便自动打开，放走部分氧气，即储气罐中维持的最大压力为0.7MPa。问：当储气罐中氧气温度为285℃时，对罐内氧气共加入多少
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