热工基础第二版张学学著高等教育出版社课后答案全

第一章思考题1平衡状态与稳定状态有何区别热力学中为什幺要引入平衡态的概念答平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。2表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化答不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。3当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小答真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。4准平衡过程与可逆过程有何区别答无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。5不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确答不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。6没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因答水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。7用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响答严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。习题11解KPABRPB1061037551G3762KRBG49423PAMHGPV155704KBRB606112图18表示常用的斜管式微压计的工作原理。由于有引风机的抽吸，锅炉设备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角，管内水3解根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差MHGPAGHP5798051028910SIN3水柱GPB67456水柱13解BARAB021901P3572RBC6214解KPAHPB2GM157460汞柱真空室A3621真空室KB92PAPC10真空室KNAPFB85437452真空室14解BARMHGPB1180/1906汞柱水柱15解由于压缩过程是定压的，所以有KJVPDWV20456212116解改过程系统对外作的功为05330123115032580VWKJVPDPD17解由于空气压力正比于气球的直径，所以可设，式中C为常数，D为气球的直径，由题中给定的初始条件，可以得到5031DPC该过程空气对外所作的功为KJDCDCCDPVWDD36404508181216412332121218解（1）气体所作的功为03146107D12JVV（2）摩擦力所消耗的功为LFW03摩擦力所以减去摩擦力消耗的功后活塞所作的功为J416摩擦力活塞19解由于假设气球的初始体积为零，则气球在充气过程中，内外压力始终保持相等，恒等于大气压力009MPA，所以气体对外所作的功为JVPW561082109111解确定为了将气球充到2M3的体积，贮气罐内原有压力至少应为（此时贮气罐的压力等于气球中的压力，同时等于外界大气压）BPPAVP5512121108209前两种情况能使气球充到2M3JWB551情况三3092MPVVB贮气罐贮气罐气球贮气罐所以气球只能被充到的大小，故气体对外作的功为3123MV气球JW5510209第二章思考题绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满整个容器。问空气的热力学能如何变化空气是否作出了功能否在坐标图上表示此过程为什么答（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。（2）空气对外不做功。（3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。2下列说法是否正确气体膨胀时一定对外作功。错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。气体被压缩时一定消耗外功。对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。气体膨胀时必须对其加热。错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。气体边膨胀边放热是可能的。对，比如多变过程，当N大于K时，可以实现边膨胀边放热。气体边被压缩边吸入热量是不可能的。错，比如多变过程，当N大于K时，可以实现边压缩边吸热。对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。错，比如多变过程，当N大于1，小于K时，可实现对工质加热，其温度反而降低。4“任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确答不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面张力功等等，如果只考虑体积功的话，那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。5试比较图26所示的过程12与过程1A2中下列各量的大小W12与W1A2；2U12与U1A2；3Q12与Q1A2答（1）W1A2大。2一样大。（3）Q1A2大。6说明下列各式的应用条件WUQ闭口系的一切过程PDV闭口系统的准静态过程12UQ开口系统的稳定流动过程，并且轴功为零12VP开口系统的稳定定压流动过程，并且轴功为零；或者闭口系统的定压过程。7膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系流动功的大小与过程特性有无关系答膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备（开口系统）时，热力设备与外界交换的机械功，由于这个机械功通常是通过转动的轴输入、输出，所以工程上习惯成为轴功；而技术功不仅包括轴功，还包括工质在流动过程中机械能（宏观动能和势能）的变化；流动功又称为推进功，1KG工质的流动功等于其压力和比容的乘积，它是工质在流动中向前方传递的功，只有在工质的流动过程中才出现。对于有工质组成的简单可压缩系统，工质在稳定流动过程中所作的膨胀功包括三部分，一部分消耗于维持工质进出开口系统时的流动功的代数和，一部分用于增加工质的宏观动能和势能，最后一部分是作为热力设备的轴功。对于稳定流动，工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。如果工质进、出热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽略不计，则技术功等于轴功。图26思考题4附图习题21解，所以是压缩过程KJUQW308522解KJ14502652压压23解HJ/71324解状态B和状态A之间的内能之差为KJWQUAB6041所以，ADB过程中工质与外界交换的热量为ABBDA82工质沿曲线从B返回初态A时，工质与外界交换的热量为KJUQABBA9036根据题中给定的A点内能值，可知B点的内能值为60KJ，所以有DAD240由于DB过程为定容过程，系统不对外作功，所以DB过程与外界交换的热量为KJUQDBBDB所以ADB过程系统对外作的功也就是AD过程系统对外作的功，故AD过程系统与外界交换的热量为KJWUBDADADA602425过程QKJWKJUKJ12139001390230395395341000010004105525解由于汽化过程是定温、定压过程，系统焓的变化就等于系统从外界吸收的热量，即汽化潜热，所以有KGJQH/257内能的变化为KGJVPHVHU/2081674012572226解选取气缸中的空气作为研究的热力学系统，系统的初压为PAAGPB5451110293108028当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为B54522由于气体通过气缸壁可与外界充分换热，所以系统的初温和终温相等，都等于环境温度即021T根据理想气体的状态方程可得到系统的终态体积，为352452110651093MPV所以活塞上升的距离为CAL2650106154632由于理想气体的内能是温度的函数，而系统初温和终温相同，故此过程中系统的内能变化为零，同时此过程可看作定压膨胀过程，所以气体与外界交换的热量为JLPWQ04132605101954228解压缩过程中每千克空气所作的压缩功为KGJUQW/1965450忽略气体进出口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功，所以生产每KG压缩空气所需的轴功为KGJHQ/25108401758146503S所以带动此压气机所需的功率至少为KWWPS2629解是否要用外加取暖设备，要看室内热源产生的热量是否大于通过墙壁和门窗传给外界的热量，室内热源每小时产生的热量为KJQ5109836105热源小于通过墙壁和门窗传给外界的热量为3105KJ，所以必须外加取暖设备，供热量为HKJQ/10298103555210解取容器内的气体作为研究的热力学系统，根据系统的状态方程可得到系统终态体积为3212127850MPV过程中系统对外所作的功为178178201212645KJVPDVDW所以过程中系统和外界交换的热量为KJUQ64580为吸热。211解此过程为开口系统的稳定流动过程，忽略进出口工质的宏观动能和势能变化，则有SMMWQHQH176由稳定流动过程进出口工质的质量守恒可得到176所以整个系统的能量平衡式为S76716HQHQQMM故发电机的功率为KWHWP331676S10524418360724801548307212解由于过程是稳定流动过程，气体流过系统时重力位能的变化忽略不计，所以系统的能量平衡式为SFWCMHQ21其中，气体在进口处的比焓为KGJVPUH/239407106221031气体在出口处的比焓为/16556322气体流过系统时对外作的轴功为KWCHQMCHQWFFS62708270863015239401534222所以气体流过系统时对外输出的功率为KPS67082第三章思考题1理想气体的和之差及和之比是否在任何温度下都等于一个常数PCVPCV答理想气体的和之差在任何温度下都等于一个常数，而和之比不是。PCV2如果比热容是温度T的单调增函数，当时，平均比热容、中哪12T10|T2|T21|TC一个最大哪一个最小答由、的定义可知10|TC2|T21|TC，其中D101TCTTT10T，其中202TTCT2T，其中D121TCTT21TT因为比热容是温度T的单调增函数，所以可知，又因为21|T0|T20211220112021TTTTTTTTCCCCC故可知最大，2|T又因为0DD212211021210121000122111212TCTTCTCTTTTTTCTTTTT所以最小。10|TC3如果某种工质的状态方程式遵循，这种物质的比热容一定是常数吗这种TRPVG物质的比热容仅是温度的函数吗答不一定，比如理想气体遵循此方程，但是比热容不是常数，是温度的单值函数。这种物质的比热容不一定仅是温度的函数。由比热容的定义，并考虑到工质的物态方程可得到GRTUVPTUWUTQCDDDD由此可以看出，如果工质的内能不仅仅是温度的函数时，则此工质的比热容也就不仅仅是温度的函数了。4在图上画出定比热容理想气体的可逆定容加热过程、可逆定压加热过程、可逆VU定温加热过程和可逆绝热膨胀过程。UV1234答图中曲线1为可逆定容加热过程；2为可逆定压加热过程；3为可逆定温加热过程；4为可逆绝热膨胀过程。因为可逆定容加热过程容积V不变，过程中系统内能增加，所以为曲线1，从下向上。可逆定压加热过程有VCUCUVVDCRCPDTDP1221100，所以时，为常数，且考虑到和所以此过程为过原点的射线2，且向上。理想气体的可逆定温加热过程有加，气体对外做功，体积增WQU所以为曲线3，从左到右。可逆绝热膨胀过程有为常数、21211CCVKUDVPDK所以为图中的双曲线4，且方向朝右（膨胀过程）。5将满足空气下列要求的多变过程表示在图图上VPST空气升压，升温，又放热；空气膨胀，升温，又放热；此过程不可能的膨胀过程，并判断、的正负；61NQWU的压缩过程，判断、的正负。3答SVTPNN0N1NK湿球温度露点温度饱和湿空气干球温度湿球温度露点温度8在相同的温度及压力下，湿空气与干空气相比，那个密度大答干空气的密度大。9同一地区阴雨天的大气压力为什么比晴朗天气的大气压力低答阴雨天相对湿度高，水蒸气分压力大。10若两种湿空气的总压力和相对湿度相同，问温度高的湿空气含湿量大还是温度低的湿空气含湿量大为什么答由，在相同相对湿度的情况下，温度高，PS大，所以，温1620SD度高含湿量大。11早晨有雾，为什么往往是好天气答早晨有雾，说明湿空气中含有许多小水滴，湿空气为饱和湿空气，当温度逐渐上升后，小水滴逐渐汽化，所以往往是好天气。习题52解用水蒸气表，37486050192所以为湿饱和蒸汽。91237486XCT05KGJHXH/1SS查HS图得到920XCT715KGJH/6KS38453解1、查表得KM/52703GJH1所以KVV92、当时，比容仍然为MPA0G/5247038016所以为湿饱和蒸汽。3、19585247XKGJH/06X/2812传出的热量为KJMQ20617063792154解查表得KGM/810JH所以346095925VV时，CT08881013所以为湿饱和蒸汽。260193486392XKGJHXH/4传出的热量为PMVUMQ681255解查表得到时CT0351MPA2MPA13MPAKJ/KG1H3157731372315155KJ/KGKS730186957471985理想的绝热过程，熵不变，所以有,MPA052KKGJS/198572查表得到P2时的参数CT032,KKGJS/476KJS/2GHH5611，所以干度为8947203982SX所以出口乏气的焓为KGJHXH/152根据稳定流动的过程方程，可得WS/3962156解查表并插值得到,CTMPA0,54KGKJH/95421,80吸热量为HJHGQ/13920712需要媒量为HTQ/87623057解查表得到当饱和压力为时MPA51，KGKJH/824KGKJH/462791所以KGJHXH/1326941查表得到当时MPA052KKGJS/476KKJS/8过热蒸汽在汽轮机中的理想绝热膨胀过程，熵不变，所以有GX/6017121查图得到当，时，PA5KGJS/607KGJH/2391所以HQ/79158解查表得到当饱和压力为时MPA40，KGKJH/876KGKJ/4238，MV1351MV603所以KX/19531GJHH2KVPU/46811加热后为的干饱和蒸汽MPAKJ/072KGMV93PHU/58222吸热过程为定容过程，所以吸热量为KJMQ712105684780所需时间为MIN92QT59解MPA、430T的蒸汽处于过热状态，K130由临界压力比可得531P5460132121KCRP所以295460PMACR查图表并插值得到KKGJSH/94567321理想绝热过程熵不变，所以有/12查表可得KGJH/65982所以出口速度为SMC/2121510解查表得到时，CT05MPAPS0374所以干空气水蒸气KGPDS/12612620511解由查表得到501，T干空气干空气，KGDKGJH/11加热过程比湿度不变，沿定D线到，CT502干空气干空气，/62在干燥器中经历的是绝热加湿过程，其焓值近似不变，沿定H线到，CT30干空气干空气，KGKGJH/1/533所以干空气的流量为MA250湿空气的流量为KGDA11WET所消耗的热量为JHQA5262512512解由查表得到80,35CTOL干空气KGJ/1干空气D9沿定D线到在沿定到得到CTO2干空气KJH/67干空气G82析出水量为干空气KD/1沿定D线到得到CTO53103干空气KGJH/加热量为干空气Q/423513解查表知对应的饱和压力为CTOG21PAS318对应的饱和压力为TOL6PS59所以7SP514解由查表得到1,2TO干空气KGD/72加入的水蒸气的量为M9102由及得到QPD620KPA65PAQ5331068017651515解查表知对应的饱和压力为CTO8干空气，KGDPAS/82对应的饱和压力为164所以相对湿度为52S加热到40OC,绝对湿度不变，查表得到干空气KGD/68516解由查表得到MPACT2,501,KGJH/8297KGKJSKM/03,/01513所以V4当冷却到300C时,比容仍为,此时为湿蒸汽KG/0152304389X查表得JHKGJH/,/6125KGX/7126KSS4302总传热量为KJHMQ619521环境的熵变为KTSE/307蒸汽熵变为KJSMV/52621金属球的熵变为KKJTCRRTCSPPS/0483LN34LN1212总熵变为KJSSVETO/759第五章思考题12热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安装在热水容器上面，为什么答保证其压力。13锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足WQ的关系为什么答不对，因为水蒸气不能看作是理想气体，其内能不仅是温度的函数，还是压力的函数，故此定温过程内能是改变的，不等于0。U14有无0或低于0的蒸汽存在有无低于0的水存在为什么答有0或低于0的蒸汽存在，只要压力足够低就可能，但是没有低于0的水存在，因为水的三相点温度为001，低于三相点温度，只可能是固态或是气态。1525MPA的水，是否也象1MPA的水那样经历汽化过程为什么答不可以，因为水的临界点压力为2212MPA，故此，当压力高于临界压力时，它的汽化不经过气液两相区，而是由液相连续的到达气相。16适用于任何工质的定压过程。水蒸气定压汽化过程中DT0，由此得DTCHP出结论，水定压汽化时，此结论是否正确为什么0DTCHP答不正确，因为定压汽化过程中发生了相变，上式只适用于不发生相变的过程。17试解释湿空气、湿蒸汽、饱和湿空气。答湿空气含水蒸汽的空气；湿蒸汽含有液态水的水蒸气；饱和湿空气相对湿度为100的湿空气。18对未饱和湿空气与饱和湿空气分别判断干球温度、湿球温度、露点温度三者的大小。答未饱和湿空气干球温度湿球温度露点温度饱和湿空气干球温度湿球温度露点温度19在相同的温度及压力下，湿空气与干空气相比，那个密度大答干空气的密度大。20同一地区阴雨天的大气压力为什么比晴朗天气的大气压力低答阴雨天相对湿度高，水蒸气分压力大。21若两种湿空气的总压力和相对湿度相同，问温度高的湿空气含湿量大还是温度低的湿空气含湿量大为什么答由，在相同相对湿度的情况下，温度高，PS大，所以，温1620SD度高含湿量大。22早晨有雾，为什么往往是好天气答早晨有雾，说明湿空气中含有许多小水滴，湿空气为饱和湿空气，当温度逐渐上升后，小水滴逐渐汽化，所以往往是好天气。习题51试利用水蒸气表确定下列各点的状态,并确定各状态的焓、熵或干度及比体积。MPA，30T；2PMPA，M3/KG；917VMPA，45T；4MPA，9X。1解题号1234MPAP209451CT03003033145017988X0813809V000136050017007163017498/KGKJH13334249153323825756S32072524306879261400状态未饱和水湿饱和汽过热蒸汽未饱和水52已知水蒸气的压力MPA、比体积M3/KG，分别用水蒸气表及SH图确50P50V定其状态并求其它参数。解用水蒸气表，374860192所以为湿饱和蒸汽。91250374865XCTKGJHXH/1SS查HS图得到920XCT715KGJH/6KS38453一体积为1M3的密闭容器内盛有压力为035MPA的干饱和蒸汽，问容器内蒸汽的质量为多少若对蒸汽进行冷却，问当压力降到02MPA时容器内的蒸汽处于什么状态冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少解1、查表得KGM/524703JH1所以KVV92、当时，比容仍然为MPA0G/5247038016所以为湿饱和蒸汽。3、19585247XKGJH/06X/2812传出的热量为KJMQ20617063792154某容器盛有05KG、T120的干饱和蒸汽，在定容下冷却至80，求冷却过程中蒸汽放出的热量。解查表得KGM/892103JH76所以340955VV时，CT088682101293所以为湿饱和蒸汽。209346XKGJHXH/481传出的热量为PMVUMQ61255某汽轮机入口蒸汽的压力MPA、3501T，出口蒸汽压力为1P052PMPA，假定蒸汽在汽轮机内进行理想绝热膨胀，忽略进、出口动能差，求每千克蒸汽流过汽轮机所作的轴功及乏汽排汽的温度和干度。解查表得到时CT0351MPA2MPA13MPAKJ/KG1H3157731372315155KJ/KGKS730186957471985理想的绝热过程，熵不变，所以有,MPA052KKGJS/198572查表得到P2时的参数CT032,KKGJS/476KJS/2GHH5611，所以干度为8947203982SX所以出口乏气的焓为KGJHXH/152根据稳定流动的过程方程，可得KGJHWS/53962156一台锅炉产汽率为20T/H，蒸汽的压力为45MPA，温度为480，在同样的压力下进入锅炉的给水的温度为100，若锅炉效率为09，煤的发热量为23000KJ/KG，求一小时需多少煤锅炉效率等于蒸汽总吸热量与燃料总发热量之比。解查表并插值得到,CTMPA01,54KGKJH/95421,803吸热量为HJHGQ/1920712需要媒量为HTQ/87623057蒸汽在MPA、95X的状态下进入过热器，被定压加热成为过热蒸汽后进51P入汽轮机，理想绝热膨胀至MPA、90X的出口状态，求每KG蒸汽在P过热器中吸热的热量。解查表得到当饱和压力为时MPA51，KGKJH/824KGKJH/462791所以X/3查表得到当时PA052KKGJS/4761KKGJS/98过热蒸汽在汽轮机中的理想绝热膨胀过程，熵不变，所以有X/601721查图得到当，时，MPA5KGJS/6017KGJH/2391所以HQ/79158在蒸汽锅炉的汽锅里储有MPA、4X的汽水混合物共8250KG。如果关4P死出汽阀，炉内燃料燃烧每分钟供给汽锅17000KJ的热量，求汽锅内压力上升到1MPA所需的时间。解查表得到当饱和压力为时MPA40，KGKJH/876KGKJH/492738，MV1351MV603所以KX/1531GJHH29KVPU/46811加热后为的干饱和蒸汽MPAKJ/072KGMV93PHU/58222吸热过程为定容过程，所以吸热量为KJMQ712105684780所需时间为MIN92QT510MPA、430T的蒸汽流经一拉伐尔喷管后压力降为MPA，求理想531P12P情况下喷管出口处汽流的速度。解MPA、T的蒸汽处于过热状态，K130由临界压力比可CRP所以295460PMACR查图表并插值得到KKGJSH/7321理想绝热过程熵不变，所以有/945612查表可得KGJH/82所以出口速度为SMC/21621510测得大气的相对湿度60、5T，已知大气压力为01MPA，试求大气的含湿量D。解查表得到时，CT025MPAPS03174所以干空气水蒸气KGPDS/261620511进入烘干装置的空气温度为10，相对湿度50，在加热器里被加热到50，从干燥室排出时的温度为30。求每蒸发1KG水分所需的空气流量及所消耗的热量。解由查表得到2501，CT干空气干空气，KGDKGJH/2/11加热过程比湿度不变，沿定D线到，CT502干空气干空气，/62在干燥器中经历的是绝热加湿过程，其焓值近似不变，沿定H线到，CT30干空气干空气，KGKGJH/1/533所以干空气的流量为MA250湿空气的流量为KGDA11WET所消耗的热量为JHQA5262512512为了保证精密仪表的精度及电绝缘的质量，要求保管及使用场所的大气不能太潮湿。如果大气温度为35，相对湿度80，则需进行去湿处理，现将其冷却到10，问每千克干空气的湿空气将有多少水分被分离出来当这种含湿量已降低的湿空气再次被加热到25时，相对湿度为多少加热量为多少解由查表得到,35CTOL干空气KGJH/10干空气D529沿定D线到在沿定到得到1CTO干空气KJ/672干空气G8析出水量为干空气KD/1沿定D线到得到CTO25303干空气KGJH/加热量为干空气KGJHQ/423513已知房间墙壁的温度为16。如果室内空气的温度为21，试问为防止在墙壁上发生凝结现象，空气允许的最大相对湿度为多少解查表知对应的饱和压力为CTOG21PAS318对应的饱和压力为L6PS4529所以73SP514一刚性容器，装有07KG的干空气，开始的压力和温度分别为105PA和22，然后向容器内引入水蒸气，直至成为22的饱和湿空气。求加入了多少水蒸气混合气体的总压力为多少解由查表得到1,2CTO干空气KGD/72加入的水蒸气的量为M9102由及得到QPD620KPA65PAQ5331068017651515已知湿空气的温度T18、露点8DT，试求其相对湿度、绝对湿度及含湿量。如将上述湿空气加热到40，其相对湿度、绝对湿度各为多少已知大气压力为01MPA。解查表知对应的饱和压力为CTO8干空气，KGDPAS/6581072对应的饱和压力为164所以相对湿度为52S加热到40OC,绝对湿度不变，查表得到干空气KGD/68516一个空心钢球，内径为M，壁厚MM，内盛MPA、250的过热水蒸气。这个盛502水蒸气的钢球系统最终被冷却到环境温度30。求该系统及环境在此冷却过程中的总熵变。已知钢的比热容KJ/KGK、密度KG/M3。4C740解由查表得到MPACT,21,KGJH/897KGKJSKG/6,/015213所以KGVM34当冷却到300C时,比容仍为,此时为湿蒸汽/015204389X查表得KGJHKGJH/3,/6125X/7126KSS402总传热量为KJHMQ9521环境的熵变为TSE/3076蒸汽熵变为KKJSMV/5221金属球的熵变为KJTCRRTCSPPS/0483LN34LN1212总熵变为KSSVETO/759第六章思考题1试画出简单蒸汽动力装置的系统图、简单蒸汽动力循环的PV图与TS图。2既然利用抽气回热可以提高蒸汽动力装置循环的热效率，能否将全部蒸汽抽出来用于回热为什么回热能提高热效率答采用回热措施，虽然对每KG蒸汽来说做功量减少，但抽汽在凝结时所放出的潜热却全部得到的利用，进入锅炉给水温度提高了，使每KG工质在锅炉中吸收的热量大为减少，因此，提高了循环效率。但抽汽量不是越多越好，是根据质量守恒和能量守恒的原则确定的。3蒸汽动力装置循环热效率不高的原因是冷凝器放热损失太大，如取消冷凝器而用压缩机将乏气直接升压送回锅炉是否可以答乏气如果是水汽混合的，则不能进行压缩。如果全部是气体进行压缩，则体积流量太大，需要采用大尺寸的机器设备，是不利的。4卡诺循环优于相同温度范围的其它循环，为什么蒸汽动力循环不采用卡诺循环答与郎肯循环相同温限的卡诺循环，吸热过程将在气态下进行，事实证明气态物质实现定温过程是十分困难的，所以过热蒸汽卡诺循环至今没有被采用。那么，能否利用饱和区定温定压的特性形成饱和区的卡诺循环，从原理上看是可能的，但是实施起来，有两个关键问题，一是，汽轮机出口位于饱和区干度不高处，湿度太大使得高速运转的汽轮机不能安全运行，同时不可逆损失增大，其二，这样的卡诺循环，压缩过程将在湿蒸汽区进行，气液混和工质的压缩会给泵的设计和制造带来难以克服的困难，因此迄今蒸汽动力循环未采用卡诺循环。5如果柴油机在使用过程中，喷油嘴保养不好，致使燃油雾化不良，燃烧延迟，问此时柴油机的经济性如何答燃烧延迟，没有充分膨胀便开始排气，这将使热效率显著降低，且排气冒黑烟，这是很不好的。6今有两个内燃机的混合加热循环，它们的压缩比、初态、总的加热量相同，但两者的定容升压比不同，（1）请在PV图与TS图上表示出这两个循环的相对位置；（2）利用TS图定性地比较这两个循环的热效率。7燃气轮机装置循环与内燃机循环相比有何优点为什么前者的热效率低于后者答燃气轮机与内燃机相比，没有往复运动机构，可以采用很高的转速，并且可以连续进气，因而可以制成大功率的动力装置。但要保持燃气轮机长期安全运行，必须限制燃气进燃气轮机时的最高温度，目前为700800C，所以效率比较低。8试述动力循环的共同特点。答有工质在高温热源吸热，在低温热源放热，并对外输出功。习题61某朗肯循环新蒸汽的参数为P14MPA、T1400C，乏气的压力P24KPA，忽略泵功，试计算此循环的循环净功、加热量、热效率及乏气的干度X。如果T1550C呢解1点P14MPA,T1400C查表得H1321571KJ/KG,S16773KJ/KGK2点S2S16773KJ/KGK,P24KPA查表得H2204013KJ/KG,X078934点由P3P24KPA查表得H312129KJ/KG吸热量Q1H1H332157112129309442KJ/KG净功量WNETH1H2321571204013117558KJ/KG热效率37991QNET4309587干度X07891点由P14MPA,T1550C查表得H1355858KJ/KG,S17233KJ/KGK2点由S2S17233KJ/KGK,P24KPA查表得H2217911KJ/KG,X084634点由P34KPA,查表得H312129KJ/KG吸热量Q1H1H335585812129343729KJ/KG净功量WNETH1H2355858217911137947KJ/KG热效率40131QNET9347干度X084662某蒸汽动力装置，气轮机入口蒸汽的参数为P113MPA,T1535C,在气轮机内膨胀做功至干饱和蒸汽后被送入再热器，在定压下重新加热到535C，再进入气轮机后半部继续膨胀至乏气压力7KPA,如蒸汽流量为200T/H，忽略泵功，计算气轮机的轴功、循环效率及乏气干度X。设煤的发热量为2104KJ/KG,求理论煤耗量。解1点由P113MPA,T1535C得H1343018KJ/KG,S16559KJ/KGK5点由S5S16559KJ/KGK,得P51082MPA，H5277907KJ/KG点由得CT3151，/827/01KKGJSKGJH，2点由，P27KPA得12SH2243067KJ/KG，X2094134点由P3P2得H316338KJ/KG吸热量KGJHQ/2340107295381640531净功量KGJHHWNET/94173672430507291825热效率904320171QWNETHTQ/4102煤耗率63某船用理想蒸汽动力装置，气轮机入口新蒸汽参数为P16MPA、T1560C,冷凝器内蒸汽压力为6KPA,忽略泵功，求循环热效率。若该装置的功率为10MW，求每小时耗汽量为多少解1点由P16MPA,T1560C得H1356268KJ/KG,S17057KJ/KGK2点由S2S1,P26KPA得H2217335KJ/KG,X0836934点由P3P2得H31515KJ/KG吸热量Q1H1H33562681515341118KJ/KG净功量WNETH1H2356268217335138933KJ/KG热效率407318391QNETHTWNET/2560气耗量64某蒸汽动力装置采用一次抽汽回热循环，气轮机入口的参数为P110MPA,T1400C,冷凝器压力P2005MPA,当蒸汽膨胀至2MPA时抽出KG蒸汽进入混合式加热器，定压放热以加热来自冷凝器的（1）KG冷凝水，使其成为抽汽压力下的饱和水，经水泵加压后送回锅炉。求此循环的热效率机1KG工质所作的轴功。解1点由P110MPA,T1400C得H1309993KJ/KG,S16218KJ/KGKA点由SAS1,PA2MPA得HA273962KJ/KG2点由S2SA,P2005MPA得H2215795KJ/KG,X078834点由P3P2得H334058KJ/KG56点由P5PA得H590857KJ/KG抽汽量236805346279081353535HHA热效率71590832168011532H轴功WSH1H5309993908570367180445KJ/KG65一内燃机定容加热循环12341，如图630所示。已知P101MPA、T160C、6，工质为空气，比热容为定值，循环中吸热量Q1880KJ/KG,求此循环的热效率。如果绝热膨胀不在点4停止，而是让其一直膨胀到点5，使P5P1,试求循环123451的热效率，后一循环使工质达到了充分膨胀，从经济性考虑是有利的，为什么汽油机不采取这一方案解（1）循环热效率为51614K（2）1到2为可逆绝热过程，所以有KTVTKK6823141122MPAPKK90411122到3为定容吸热过程，所以有KCQTV1907862123MPAP4392333到5为可逆绝热过程，又因为105所以有KPTK695413901355放热过程为定压过程，所以循环的放热量为KGJCQP/083152所以循环的热效率为587403612Q之所以不采用此循环，是因为实现气体定容放热过程较难。66压缩比为75的奥图循环，吸气状态为98KPA和285K，试分别计算绝热指数K13和K14两种情况下，压缩冲程终了时的压力和温度以及循环热效率。解1K14循环热效率为537114K压缩过程为可逆绝热过程，所以有KTVTKK6828141122KPAPVKK164579812122K13循环热效率为36547113K压缩过程为可逆绝热过程，所以有KTVTKK228131122KPAPKK457931121267一压缩比为6的奥图循环，进气状态为P1100KPA、T1300K，在定容过程中吸热540KJ/KG,空气的质量流率为100KG/H,已知K14,CV071KJ/KGK,试求输出功率及热效率。解循环热效率为51614K每KG空气对外所作的功为KGJQW/27051所以输出功率为WHMW6/62768某内燃机混合加热循环，吸热量为2600KJ/KG,其中定容过程与定压过程的吸热量各占一半，压缩比14,压缩过程的初始状态为P1100KPA、T127C,试计算输出净功及循环热效率。解1到2为可逆绝热过程，所以有KTVTKK86214301122KPAPKK3411122到3为定容过程，所以有KTCQV26758710323KPAP44233所以定容增压比为1038627532TP3到4为定压过程，所以有KCQTV39705041343KPAP2834所以预胀比为4126759034TV所以循环热效率为63148103410341KK所以循环的净功为KGJQW/6526169某内燃机混合加热循环，如图631所示。其中T190C、T2400C、T3590C、T5300C,工质可视为空气，比热容为定值，求循环的热效率及相同温度范围卡诺循环的热效率。解首先求出压缩比、定容增压比和预胀比1到2为绝热压缩过程，所以有684371121212KKTTV2到3为定容加热过程，所以有283167232323TPT5到1为定容过程，所以有16328154515KKTT3到4为定压过程，所以有KV06334所以循环热效率为245162831428316461KK相同温度范围卡诺循环的热效率为740814T610内燃机混合加热循环，已知P101MPA、T127C、16、15,循环加热量Q11298KJ/KG,工质可视为空气，比热容为定值，求循环热效率及循环最高压力。若保持与Q1不变，而将定容增压比分别提高到175与225，试再求这两种情况下循环的热效率。解115由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有KTVTKK90163041122MPAPKK854112122V由2到3的过程为定容加热过程，所以23VKTPPA2784123MAX由于循环的加热量已知，所以有KCTQTCPVV230419367298136423134421由3到4为定压过程，所以有MPA27534344TV所以预胀比为71364234V所以热效率为63901754151614KK2175由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有KTVTKK90163041122MPAPKK854112122V由2到3的过程为定容加热过程，所以23VKTPT1597902323MPAP487575123MAX由于循环的加热量已知，所以有KCTQTCPVV23970415972981523134421由3到4为定压过程，所以有MPA4873434TV所以预胀比为50719234V所以热效率为1065071541751614KK3225由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有KTVTKK90163041122MPAPKK854112122V由2到3的过程为定容加热过程，所以23VKTPT04592323MPA1284523MAX由于循环的加热量已知，所以有KCTQTCPVV25704192729804523134421由3到4为定压过程，所以有MPA8734344TV所以预胀比为25104734V所以热效率为46123541251614KK611某柴油机压缩前的空气温度为90C，柴油的着火温度为400C，试问，为了引燃柴油，最低压缩比为多少已知空气的加热指数K140。解压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有684371121122KKKTTVT612某燃气轮机的进气状态为P101MPA、T122C,循环增压比8,工质为空气，比热容是常数，定压吸热后的温度为600C。计算压气机所消耗的轴功、燃气轮机所作的轴功、燃气轮机装置输出的净功及循环热效率。解根据理想绝热过程得过程方程，可得KTK385429112987343所以压气机所耗轴功KGJTCHWP/4620545102121燃气轮机所作轴功P/839817343432输出净功KGJWNET/3615240823912热效率8411K613某燃气轮机装置的进气状态为P101MPA、T127C,循环增压比4,在燃烧室中的加热量为333KJ/KG，经绝热膨胀到01MPA。设比热容为定值，试求循环的最高温度和循环的热效率。解根据理想绝热过程得过程方程，可得KTK84530112所以有CQP37045123MAX热效率为327411K第七章思考题1什么情况下必须采用多级压缩多级活塞式压缩机为什么必须采用级间冷却答为进一步提高终压和限制终温,必须采用多级压缩。和绝热压缩及多变压缩相比，定温压缩过程，压气机的耗功最小，压缩终了的气体温度最低，所以趋近定温压缩是改善压缩过程的主要方向，而采用分级压缩、中间冷却是其中一种有效的措施。采用此方法，同样的压缩比，耗功量比单级压缩少，且压缩终温低，温度过高会使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质。理论上，分级越多，就越趋向于定温压缩，但是无限分级会使系统太复杂，实际上通常采用24级。同时至于使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质,必须采用级间冷却。2从示功图上看，单纯的定温压缩过程比多变或绝热压缩过程要多消耗功，为什么还说压气机采用定温压缩最省功答这里说的功是技术功，而不是体积功，因为压缩过程是可看作稳定流动过程，不是闭口系统，在PV图上要看吸气、压缩和排气过程和P轴围成的面积，不是和V轴围成的面积。3既然余隙不增加压气机的耗功量，为什么还要设法减小它呢答有余隙容积时，虽然理论压气功不变，但是进气量减少，气缸容积不