热工过程自动调节,课后习题答案,1到6章

（完整版）热⼯基础课后题答案⼆零⼀七年，秋第⼀章热⼒学第⼀定律1-1⽤⽔银压⼒计测量容器中的压⼒，在⽔银柱上加⼀段⽔，若⽔柱⾼1020mm ，⽔银柱⾼900mm ，当时⼤⽓压⼒计上的度数为b 755mmHg p =。

求容器中⽓体的压⼒。

解：查表可知：21mmH O=9.80665Pa 1mmHg=133.3224Pa 由题中条件可知2H O Hg b1020 mm 9.80665 Pa 900mm 133.3224Pa 755mm 133.3224Pa 230.651 KPa 0.231MPap p p p =++=?+?+?=≈容器即容器中⽓体的压⼒为0.231MPa 。

1-2容器中的真空度为600mmHg v p =，⽓压计上的⾼度是b 755mmHg p =，求容器中⽓体的绝对压⼒（⽤Pa 表⽰）。

如果容器中的绝对压⼒不变，⽽⽓压计上⾼度为b 770mmHg p =，求此时真空表的度数（以mmHg 表⽰）.解：因为600mmHg=600mm 133.3224Pa=79993.4Pa v p =? b 755mmHg=755mm 133.3224Pa=100658.4Pa p =?容器中⽓体的绝对压⼒为b v 100658.479993.420665Pa p p p =-=-=若以mmHg 表⽰真空度，则2066520665Pa=mmHg 155mmHg 133.3224p ==则当⽓压计⾼度为b 770mmHg p =时，真空表的读数为770mmHg 155mmHg 615mmHg vb p p p '=-=-=1-3⽤斜管压⼒计测量锅炉烟道⽓的真空度，管⼦倾斜⾓30α=?，压⼒计使⽤密度30.8g/cm ρ=的煤油，斜管中液柱长200mm l =，当地⼤⽓压⼒b 745mmHg p =。

求烟⽓的真空度（mmHg ）及绝对压⼒。

解：压⼒计斜管中煤油产⽣的压⼒为33sin 0.810kg /m 9.80.2m sin30=784Pa j p gl ρα==当地⼤⽓压为b 745mmHg=745mm 133.3224Pa/mm=99325.2Pa p =?则烟⽓的绝对压⼒为b j 99325.2Pa 784Pa 98541.2Pa p p p =-=-=若压⼒计斜管中煤油产⽣的压⼒⽤mmH 2O 表⽰，则烟⽓的真空度为22784=784Pa=mmH O=79.95mmH O 9.80665j p1-6⽓体初态为3110.3MPa, 0.2m p V ==，若在等压条件下缓慢可逆地膨胀到320.8m V =，求⽓体膨胀所做的功。

热工基础答案第一章1-1 解：kPa bar p b 100.61.00610133.37555==⨯⨯=-1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+=2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-=3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-=4. kPa bar p p p b v 6.50506.05.0006.1==-==-1-2图1-8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︒=30α， 管内水 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 mmHg Pa gh p 35.79805.0102008.91000sin 3==⨯⨯⨯⨯=-αρ＝水柱mmHg p p p b 65.74835.7756=-=-=水柱1-3解：bar p p p a b 07.210.197.01=+=+= bar p p p b 32.075.107.212=-=-= bar p p p b C 65.032.097.02=-=-=1－4 解：kPa H p p p b 2g mm 15745760＝＝－＝＝汞柱真空室- kPa p p p a 36236021=+=+=真空室kPa p p p b 19217036212=-=-= kPa p p p b c 1902192=-=-=真空室kN A p p F b 8.150.45π41133.3745)(2=⨯⨯⨯⨯=-=真空室1-4 解：bar mmHg p p p p b 11.215828003.133/81.9300760=⨯+=＝＋＋＝＋汞柱水柱1-5解：由于压缩过程是定压的，所以有KJ V V p pdV W V V 200)4.08.0(105.0)(62121=-⨯⨯=-==⎰1-6解：改过程系统对外作的功为⎰⎰=--===--0.50.33.013.023.1111.33.115.03.02585.)(0.3VW 1kJ V V V p dV V p pdV1-7 解：由于空气压力正比于气球的直径，所以可设cD p =，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：5000003.015000011====D p D p c该过程空气对外所作的功为kJD D c dD D c D cDd pdV W D D D D V V 36.34)3.04.0(500000081)(8121)61(44414233212121=-⨯⨯=-====⎰⎰⎰ππππ1-8 解：（1）气体所作的功为：⎰⨯=⨯+=0.30.146101.76d 100.04)(0.24J V V W（2）摩擦力所消耗的功为：J L f W 10000.1)(0.32.01000Δ=-⨯=＝摩擦力所以减去摩擦力消耗的功后活塞所作的功为： J W W W 41066.1⨯-＝＝摩擦力活塞1-9 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0.09MPa ，所以气体对外所作的功为：J V p W 56108.121009.0⨯=⨯⨯==∆1-11 解：确定为了将气球充到2m 3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b p ）Pa V V p V V p p 551121121101.822)(2100.92)(2)(⨯=+⨯⨯=+=+=前两种情况能使气球充到2m 3J V p W b 55101.82100.9Δ⨯=⨯⨯==情况三:3333.309.0215.0m p V p V b=⨯=贮气罐贮气罐气球＋贮气罐＝所以气球只能被充到3333.12333.3m V ＝－＝气球的大小，故气体对外作的功为：J W 55101.231.33100.9⨯=⨯⨯=第二章 习 题2-1 解：kJ U Q W 308050Δ-=-=-= ，所以是压缩过程 2-2 解：kJ Q W Q W 145012006502000放压吸膨=-+=-+= 2-3 解：h J Q U /107.23600102Δ63⨯=⨯⨯== 2－4解：状态b 和状态a 之间的内能之差为：kJ W Q U U U a b ab 6040100Δ=-=-=-=所以，a-d-b 过程中工质与外界交换的热量为：kJ W U Q ab b d a 802060Δ=+=+=--工质沿曲线从b 返回初态a 时，工质与外界交换的热量为：kJ W U W U U Q ab b a a b 903060Δ-=--=+-=+-=-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:kJ U U U d b ad 204060=-=-=∆由于d-b 过程为定容过程，系统不对外作功，所以d-b 过程与外界交换的热量为：kJ U U U Q db b d b d 20=∆=-=-所以a-d-b 过程系统对外作的功也就是a-d 过程系统对外作的功，故a-d 过程系统与外界交换的热量为：kJ W U W U U Q b d a ad d a a d d a 60)20(40=--=-∆=--=----2－52-5 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：kg kJ q h /2257Δ==内能的变化为：kgkJ v v p h pv h u /20881.674)(0.001101.012257)()(Δ212=-⨯⨯+=--∆=∆-∆=2-6 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：Pa A G p p b 54511102.939101009.8195101.028⨯=⨯⨯+⨯=+=-当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为：Pa AG p p b 54522101.959101009.895101.028⨯=⨯⨯+⨯=+=-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 T T ==根据理想气体的状态方程可得到系统的终态体积，为：335245211210261.5101.959101010100102.939m p V p V ---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯==所以活塞上升的距离为： cm m AV V L 26.5260.0510100101010010261.5Δ46312==⨯⨯⨯-⨯=-=---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：J L A p W Q 04.103260.0510100101.959Δ452=⨯⨯⨯⨯===-2-8 解：压缩过程中每千克空气所作的压缩功为：kg kJ u q w /196.5146.550Δ-=--=-=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：kg kJ h q w /252100.845)0.10.175(0.8146.550Δ3s -=⨯⨯-⨯---=-=所以带动此压气机所需的功率至少为：kW w P s 426010=⨯-=2-9 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：kJ q 51098.13600)1005050000(⨯⨯⨯＝＋＝热源小于通过墙壁和门窗传给外界的热量为3⨯105 kJ ，所以必须外加取暖设备，供热量为：h kJ Q /101.021098.1103555⨯=⨯-⨯=2-10 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：32.112.112112 1.78)5.01(1)(m p p V V =⨯==过程中系统对外所作的功为： ⎰⎰=--===--1.7811.7812.012.021.2111.21.2116.4540.2)(kJ V V Vp dV VV p pdV W所以过程中系统和外界交换的热量为：kJ W U Q 6.4506.45440Δ=+-=+=为吸热。

陈绍炳于向军编著《热工自动控制原理》习题参考答案长沙理工大学能源与动力工程学院 自动化教研室 石阳春E-mail: shiyc_110@第2章 线性自动控制系统的数学描述2－1 系统框图如图2－44所示，求输入为给定函数时的输出响应。

图2－44 系统框图解：(a) 212111)()(+=⋅+=S SS S U S Y ， 21)(SS U = 225.025.05.0)2(1)(22++−=+=S S S S S S Y ， ∴ te t t y 225.025.05.0)(−+−= (b)221212)()(+=⋅+=S S S S U S Y ， S S U 1)(=22)(+=S S Y ， ∴ te t y 22)(−=(c) )41)(21(1414212)()(++=+⋅+=S S S S S U S Y ， S S U 1)(=41162188)41)(21(1)(+−++=++=S S S S S S S Y ,∴421688)(tt e e t y −−−+=(d) 15225121512)()(+=⋅+++=S SS S U S Y ， S S U 1)(=(a) 输入u(t) = t(b) 输入u(t) = 1(t)(c) 输入u(t) = 1(t)(d) 输入u(t) = 1(t)(e) 输入u(t) = 1(t)(f) 输入u(t) = 1(t)15252)1(52)(+−=+=S S S S S Y ， ∴t e t y −−=5252)( (e) 01.0)1.0(01.01)110(1)101(11)101(1)()(2222++=++=+++=S S S S S U S Y ， S S U 1)(=01.0)1.0(1.05.001.0)1.0()1.0(5.05.0]01.0)1.0[(01.0)(222++×−+++−=++=S S S S S S S Y ∴ 10sin 5.010cos 5.05.0)(1010te t et y t t −−−−=或 )2(5.0)02.02.0(02.05.0]01.0)1.0[(01.0)(2002222ωζωω++×=++×=++=S S S S S S S S S Y ∴ )4510sin(21(5.0)(10°+−=−tet y t(f))1(3)13(2131212)()(++=+⋅+=S S S S U S Y ， S S U 1)(=13432)1(3)13(2)(++=++=S S S S S S Y ， ∴t e t y −+=3432)(2－2 由电阻R 和电容C 组成如图2－45所示的电路：图2－45 系统电路图⑴建立传递函数)()()(12S U S U S G =的表达式，说明为何种环节；⑵当输入u 1为单位阶跃函数时，画出输出u 2(t)响应曲线，并标出特征参数。

第五章习题5-1 求输入信号为)30sin(︒+t 的单位反馈系统的稳态输出，已知系统的开环传递函数为：110)(+=s s G k 解：闭环系统的传递函数为：G(s)=10/(s+11) 频率特性G(jw)=10/(jw+11)由w=1，得 G(j1)=10/(j1+11)= o19.5905.0111122101-∠=∠*-tg故C （t ）=0.905sin(t+oo19530⋅-)=0.905sin(t+o81.24)5-2 自动调节系统的传递函数为)1)(1()(21s T s T ks G ++=写出系统的幅频特性和相频特性的表达式。

解：1112()22221212()(1)(1)11j tg T tg T k kG j e j T j T T T ωωωωωωω---+==++++幅频特性222212()11kM TT ωωω=++相频特性1112()()tg T tg T θωωω--=-+5-3 已知各系统的开环传递函数，试用奈魁斯特判断各闭环系统的稳定性。

1) )1)(1()(21++=s T s T ks G k2) )1)(1)(1()(321+++=s T s T s T ks G k解：1) T 1、T 2为正 所以求出的开环特征根均落在S 平面的左半部，开环系统稳定。

观察图知没过（－1，j0）点，则系统稳定。

2) T 1、T 2、T 3均为正 所以求出的开环特征根均落在S 平面的左半部，开环系统稳定。

观察图知过（－1，j0）点，则系统不稳定，且有两个正实数根。

5-4 已知各系统的开环传递函数，试图用奈魁斯特判断各闭环系统的稳定性。

1)36)1(4)(+=s s G k2) )1(1)(6+=s s G k 2s e -解，1）三个开环特征根均为－1/6，所以开环系统稳定()1(36)33244()(16)136j tg k G j e j ωωωω--==→++令()324()1136M ωω==+得ω＝36rad/s 此时得()θω= -π考虑到随ω值增加，开环系统频率特性的模单调减小，在模为1时，相角为-π，所以曲线过 （－1，j0）点,系统边界稳定。

1-4 前馈调节系统和反馈调节系统有哪些本质上的区别？答：反馈调节系统是依据于偏差进行调节的，由于反馈回路的存在，形成一个闭合的环路，所以也称为闭环调节系统。

其特点是：（1）在调节结束时，可以使被调量等于或接近于给定值；（2）当调节系统受到扰动作用时，必须等到被调量出现偏差后才开始调节，所以调节的速度相对比较缓慢。

而前馈调节系统是依据于扰动进行调节的，前馈调节系统由于无闭合环路存在，亦称为开环调节系统。

其特点是：(1)由于扰动影响被调量的同时，调节器的调节作用已产生，所以调节速度相对比较快；(2)由于没有被调量的反馈，所以调节结束时不能保证被调量等于给定值。

1-7 基本的自动调节系统除被调对象外还有哪几个主要部件？它们各自的职能是什么？答：组成自动调节系统所需的设备主要包括：（1）测量单元：用来测量被调量，并把被调量转换为与之成比例（或其他固定函数关系）的某种便于传输和综合的信号y。

（2）给定单元：用来设定被调量的给定值，发出与测量信号y同一类型的给定值信号r。

（3）调节单元：接受被调量信号和给定值信号比较后的偏差信号，发出一定规律的调节指令μ给执行器。

（4）执行单元：根据调节单元送来的调节指令μ去推动调节机构，改变调节量。

or2—8 答案第三章3-1 什么是有自平衡能力对象和无自平衡能力对象？答案: 所谓有自平衡能力对象，就是指对象在阶跃扰动作用下，不需要经过外加调节作用，对象的输出量经过一段时间后能自己稳定在一个新的平衡状态。

所谓无自平衡能力对象，就是指对象在阶跃扰动作用下，若没有外加调节作用，对象的输出量经过一段时间后不能自己稳定在一个新的平衡状态。

3-2 试分析P、PI、PID规律对系统调节质量的影响？答案：P调节器，有一个相对较大的超调量，有较长的调节时间，存在静态误差。

PI调节器，综合了P调节器和I调节器两者的性质。

它的超调量及调节时间与P调节器差不多，但没有静态误差。

PID调节器兼有比例、积分和微分作用的特点，只要三个调节作用配合得当就可以得到比较好的调节效果，它具有比PD调节还要小的超调量，积分作用消除了静态误差，但由于积分作用的引入，调节时间比PD调节器要长。

热工课后题答案习题及部分解答第一篇工程热力学第一章基本概念 1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量：答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。

2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。

3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。

若水柱高200mm，水银柱高800mm，如图2-26所示。

已知大气压力为735mmHg，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa？解：根据压力单位换算pH2O?200???103??800???105Pa??pb?(p H2O?pHg)??(?)? 4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。

若已知斜管倾角??30?，压力计中使用??/cm3的煤油，斜管液体长度L?200mm，当地大气压力pb?，求烟气的绝对压力解：p?L?gsin??200??????10?6MPap?pb?pv???10?6? 5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C为压力表，读数为110kPa，B为真空表，读数为45kPa。

若当地大气压pb?97kPa，求压力表A的读数pgA?155kPa 6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。

.取水为系统；.取电阻丝、容器和水为系统；.取图中虚线内空间为系统。

答案略。

7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为706mmHg。

若大气压力为，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力p1? 7P;ap2?测得容器的真空度pv?550mmHg，大气压力pb?，求容器??，求此时真空表上的读内的绝对压力。

若大气压变为pb?? 数为多少mmMPa？p?,pv9.如果气压计压力为83kPa，试完成以下计算：.绝对压力为时的表压力；.真空计上的读数为70kPa时气体的绝对压力；.绝对压力为50kPa时的相应真空度；.表压力为时的绝对压力。

热工要点复习题Q、什么是被调对象、被调量、给定值、扰动、调节作用量、调节机关？答：被调对象：被调节的生产设备或生产过程。

被调量：通过调节需要维持的物理量。

给定值：根据生产要求，被调量的规定数值。

扰动：引起被调量变化的各种原因。

调节机关：在调节作用下，用来改变进入被调对象的物质或能量的装置。

调节作用量：在调节作用下，控制被调量变化的物理量Q、自动调节系统按给定值如何分类？按结构又如何分类？答：按给定值：恒值调节系统、程序调节系统、随机调节系统按结构：反馈调节系统、前馈调节系统、复合调节系统Q、调节系统的性能指标有哪些？答：稳定性、准确性、快速性Q、什么是静态特性、动态特性、传递函数？答：静态特性：在平衡状态时，输出信号和引起它变化的输入信号之间的关系。

动态特性：在不平衡状态时，输出信号和引起它变化的输入信号之间的关系。

传递函数：线性定常系统在零初始条件下，系统（或环节）输出信号的拉普拉斯变换与输入信号的拉普拉斯变换之比。

Q、什么是有自平衡能力对象？无自平衡能力对象？内扰？外扰？答：（1）有自平衡能力对象：指对象在阶跃扰动作用下，不需要经过外加调节作用，对象的输出量经过一段时间后能自己稳定在一个新的平衡状态。

（2）无自平衡能力对象：指对象在阶跃扰动作用下，不经过外加调节作用，对象的输出量不能自己稳定在一个新的平衡状态。

（3）内扰：经过调节通道作用到对象上的扰动（4）外扰：经过干扰通道作用到对象上的扰动Q、工程上常用的调节系统的分析方法有哪两种？答：时域分析法和频域分析法Q、分析比例带δ、积分时间Ti、微分时间TD,对调节质量的影响（静态指标、动态指标、衰减率）？答：（1）比例带δ对调节质量的影响1、减小比例带可以获得较小的静态偏差和动态偏差；2、比例带减小，调节作用越强，会使系统震荡剧烈，衰减率减小，降低稳定型。

（2）积分时间Ti 对调节质量的影响1、积分作用使静态偏差为零，积分时间越小，积分作用越强；2、积分作用的增强使衰减率减小；3、积分作用的增强使动态偏差减小。

第四章习题热工过程自动调节答案第四章习题热工过程自动调节答案第四章习题4-1 调节系统如图4-13所示，试分别求当K =10和K =20时，系统的阻尼比 ζ、无阻尼自然振荡频率ωn 、单位阶跃响应的超调量M p 、峰值时间t p 、衰减率ψ、调节时间t s 和稳态误差e (∞)，并讨论K 的大小对过渡过程性能指标的影响。

解:系统的闭环传递函数为2()10()()1010C s KG s R s S S K==++二阶系统传递函数的通用形式为'222()2nn nK G s S S ωζωω=++二式比较，可得, K ’=1 10n Kω 510K ζ=K =10时，10010nω==51000.5ζ== 由此可以求得：阻尼振荡频率2211010.5538.66(/)d rad s ωωζ=-=-==峰值时间 0.363()8.66p d t s ππω=== 超调量 210.57716.3%p M ee πζζπ---===衰减率 221 1.1541197.3%e e πζζπψ---=-=-=调节时间采用2%的误差带 ：440.8()5s nt s ζω≈==采用5%的误差带 ： 330.6()5s nt s ζω===稳态误差0'2220()1()1()lim 11[()]lim 1lim 21'0S S nS n n e c SC s S G s SK S S K ωζωω→→→∞=-∞=-=-⋅=-++=-=K =20时，200102nω==520024ζ==阻尼振荡频率2110210.12513.23(/)d rad s ωωζ=-=-=峰值时间 0.237()13.23p d t s ππω=== 超调量 210.25839.3%p M e e πζζπ---===衰减率 2210.5161180.4%e e πζζπψ---=-=-=调节时间采用2%的误差带 ： 440.8()5s nt s ζω≈==采用5%的误差带 ： 330.6()5s nt s ζω===稳态误差()1'0e K ∞=-=4-2 调节系统如图4-14所示，试分别求出当系统的瞬态响应为ψ=0.75和ψ=0.9时的 δ 值。

热工过程自动调节习题答案热工过程自动调节习题答案热工过程是工程热力学中的重要内容之一，它研究的是能量的传递和转化过程。

在热工过程中，自动调节是实现系统稳定运行的关键。

下面将针对热工过程自动调节的习题进行答案解析。

1. 热工过程的自动调节是什么意思？热工过程的自动调节是指通过自动控制系统对热工过程中的参数进行调节，以实现系统的稳定运行。

自动调节可以通过传感器感知系统的状态，再通过控制器对执行器进行控制，从而实现对热工过程的自动调节。

2. 什么是控制系统的闭环？控制系统的闭环是指在自动调节过程中，通过反馈信号将实际输出与期望输出进行比较，再根据比较结果对控制器进行调节，以实现系统的稳定运行。

闭环控制系统可以根据实际输出对控制器进行修正，从而提高系统的稳定性和精度。

3. 热工过程中常见的自动调节器件有哪些？热工过程中常见的自动调节器件包括温度传感器、压力传感器、流量传感器、阀门、执行器等。

温度传感器可以感知系统的温度变化，压力传感器可以感知系统的压力变化，流量传感器可以感知流体的流量变化，阀门和执行器可以根据控制信号对流体进行调节。

4. 热工过程中的控制策略有哪些？热工过程中常见的控制策略有比例控制、积分控制和微分控制。

比例控制是根据系统输出与期望输出的差异来调节控制器输出信号的大小，积分控制是根据系统输出与期望输出的累积差异来调节控制器输出信号的大小，微分控制是根据系统输出与期望输出的变化率来调节控制器输出信号的大小。

这些控制策略可以单独使用，也可以组合使用，以实现更精确的控制效果。

5. 热工过程中的控制器有哪些类型？热工过程中常见的控制器类型包括比例控制器、积分控制器、微分控制器和PID控制器。

比例控制器根据系统输出与期望输出的差异来调节控制器输出信号的大小，积分控制器根据系统输出与期望输出的累积差异来调节控制器输出信号的大小，微分控制器根据系统输出与期望输出的变化率来调节控制器输出信号的大小，而PID控制器则是将比例控制、积分控制和微分控制三种控制策略综合起来，以实现更精确的控制效果。

第一章 习 题1-1 解：kPa bar p b 100.61.00610133.37555==⨯⨯=-1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+=2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-=3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-=4. kPa bar p p p b v 6.50506.05.0006.1==-==-1-2 图1-8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︒=30α， 管内水 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mmHg Pa gh p 35.79805.0102008.91000sin 3==⨯⨯⨯⨯=-αρ＝水柱mmHg p p p b 65.74835.7756=-=-=水柱1-3解：bar p p p a b 07.210.197.01=+=+= bar p p p b 32.005.107.212=-=-= bar p p p b C 65.032.097.02=-=-=1－4 解：kPa H p p p b 2g mm 15745760＝＝－＝＝汞柱真空室-kPa p p p a 36236021=+=+=真空室kPa p p p b 19217036212=-=-= kPa p p p b c 1902192=-=-=真空室kN A p p F b 8.150.45π41133.3745)(2=⨯⨯⨯⨯=-=真空室1-4 解：bar mmHg p p p p b 11.215828003.133/81.9300760=⨯+=＝＋＋＝＋汞柱水柱1-5解：由于压缩过程是定压的，所以有KJ V V p pdV W V V 200)4.08.0(105.0)(62121=-⨯⨯=-==⎰1-6 解：改过程系统对外作的功为⎰⎰=--===--0.50.33.013.023.1111.33.115.03.02585.)(0.3V W 1kJ V V V p dV V p pdV1-7解：由于空气压力正比于气球的直径，所以可设cD p =，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：5000003.015000011====D p D p c 该过程空气对外所作的功为kJ D D c dD D c D cDd pdV W D D D D V V 36.34)3.04.0(500000081)(8121)61(44414233212121=-⨯⨯=-====⎰⎰⎰ππππ1-8 解：（1）气体所作的功为：⎰⨯=⨯+=0.30.146101.76d 100.04)(0.24J V V W（2）摩擦力所消耗的功为：J L f W 10000.1)(0.32.01000Δ=-⨯=＝摩擦力 所以减去摩擦力消耗的功后活塞所作的功为：J W W W 41066.1⨯-＝＝摩擦力活塞1-9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0.09MPa ，所以气体对外所作的功为：J V p W 56108.121009.0⨯=⨯⨯==∆1-11 解：确定为了将气球充到2m 3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b p ）Pa V V p V V p p 551121121101.822)(2100.92)(2)(⨯=+⨯⨯=+=+=前两种情况能使气球充到2m 3J V p W b 55101.82100.9Δ⨯=⨯⨯==情况三:3333.309.0215.0m p V p V b =⨯=贮气罐贮气罐气球＋贮气罐＝所以气球只能被充到3333.12333.3m V ＝－＝气球的大小，故气体对外作的功为：J W 55101.231.33100.9⨯=⨯⨯=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。

答案及分析第一章自动调节得基本概念1-1 试列举生产过程或生活中自动调节得例子,并分别说出它们各自得被调量,调节作用量以及可能受到得各种扰动、。

答:汽包锅炉给水自动调节系统被调量汽包水位H 调节量W 扰动蒸汽量D 锅炉燃烧率过热蒸汽温度自动控制系统过热蒸汽温度减温水流量变化扰动:蒸汽流量变化烟气量变化再热蒸汽温度自动控制系统再热蒸汽出口温度烟气量扰动:受热面机会给水温度得变化燃料改变过量空气系数得变化燃烧过程自动控制气压Pt 过剩空气系数a 炉膛负压S1 调节量: 燃烧量B 送风量V 引风量G 扰动:燃烧率负荷(汽轮机调节门开度汽轮机进气流量)以电厂锅炉运行中炉膛压力得人工控制为例,被调量就是炉膛压力,调节量就是引风量,各种扰动包括内扰与扰,如炉膛负荷送风量等。

在锅炉过热蒸汽温度控制系统中,被调量就是过热器出口过热蒸汽温度。

在锅炉负荷控制系统中,被调量就是主蒸汽压力,调节粮食锅炉燃料量,扰动就是汽机进汽量。

1-2 实际生产过程中常采用哪几种类型得自动调节系统答:按给定值信号得特点分类,有:恒值调节系统,程序调节系统与随机调节系统、按调节系统得结构分类,有:反馈调节系统,前馈调节系统与前馈-反馈得复合调节系统、按调节系统闭环回路得树木分类:单回路调节系统多回路调节系统按调节作用得形式分类:连续调节系统离散调节系统按系统特性分类:线性调节系统非线性调节系统1-3 为什么在自动调节系统中经常采用负反馈得形式答:自动调节系统采用反馈控制得目得就是消除被凋量与绐定值得偏差、所以控制作用得正确方向应该就是:被调量高于绐定值时也就就是偏差为负时控制作用应向减小方向,当被调量低于给定值时也就就是偏差为正时控制作用应向加大方向,因此:控制作用得方向与被调量得变化相反,也就就是反馈作用得方向应该就是负反馈、负反馈就是反馈控制系统能够完成控制任务得必要条件、1-4 前馈调节系统与反馈调节系统有哪些本质上得区别答:反馈调节系统就是依据于偏差进行调节得,由于反馈回路得存在,形成一个闭合得环路,所以也称为闭环调节系统、其特点就是:(1)在调节结束时,可以使被调量等于或接近于给定值;(2)当调节系统受到扰动作用时,必须等到被调量出现偏差后才开始调节,所以调节得速度相对比较缓慢、而前馈调节系统就是依据于扰动进行调节得,前馈调节系统由于无闭合环路存在,亦称为开环调节系统、其特点就是:(1)由于扰动影响被调量得同时,调节器得调节作用已产生,所以调节速度相对比较快;(2)由于没有被调量得反馈,所以调节结束时不能保证被调量等于给定值、1-5 如何用衰减率来判断调节过程得稳态性能答:衰减率ψ作为稳定性指标比较直观形象,在系统得调节过程曲线上能够很方便地得到它得数值、ψ=1就是非周期得调节过程,ψ=0就是等幅振荡得调节过程,0<ψ<1就是衰减振荡得调节过程, ψ<0就是渐扩振荡得调节过程、1-6 从系统方框图上瞧,调节系统得调节过程形态取决于什么答:取决于被调对象与调节器得特性、1-7 基本得自动调节系统除被调对象外还有哪几个主要部件它们各自得职能就是什么答:组成自动调节系统所需得设备主要包括:(1)测量单元:用来测量被调量,并把被调量转换为与之成比例(或其她固定函数关系)得某种便于传输与综合得信号、(2)给定单元:用来设定被调量得给定值,发出与测量信号同一类型得给定值信号、(3)调节单元:接受被调量信号与给定值信号比较后得偏差信号,发出一定规律得调节指令给执行器、(4)执行器:根据调节单元送来得调节指令去推动调节机构,改变调节量、第二章自动调节系统得数学模型2-1 求下列函数得拉普拉斯反变换 (1)4)2)((3)1)(()(++++=S S S S S s F (2) )1(1)(2+=S S s F(3)23)(23++=S S S s F (4)1)(2)(3)(4)(2+++=S S S s F解: (1) 3/81/43/8(s)24F S S S =++++ ∴24313()848t t f t e e --=++ (2) 21(s )1SF S S =-+ ∴()1cos f t t =-(3)81(s)321F S S S -=-++++ ∴'2()()3()8t t f t t t e e δδ--=-+- (4) 2122(s)4(2)2(1)F S S S ⎡⎤--=++⎢⎥+++⎣⎦∴22()488t t t f t te e e ---=--+ 2-2 试求下图所示环节得动态方程、静态方程与传递函数。

习题及部分解答第一篇 工程热力学第一章 基本概念1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量：答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。

2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。

3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。

若水柱高mm 200，水银柱高mm 800，如图2-26所示。

已知大气压力为mm 735Hg ，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ？解：根据压力单位换算kPa p p p p kPaPa p kPap Hg O H b Hg O H 6.206)6.106961.1(0.98)(6.10610006.132.133800.96.110961.180665.92002253=++=++==⨯=⨯==⨯=⨯=4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。

若已知斜管倾角 30=α，压力计中使用3/8.0cm g =ρ的煤油，斜管液体长度mm L 200=，当地大气压力MPa p b 1.0=，求烟气的绝对压力（用MPa 表示）解：MPa Pa g L p 6108.7848.7845.081.98.0200sin -⨯==⨯⨯⨯==αρMPa p p p v b 0992.0108.7841.06=⨯-=-=-5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C 为压力表，读数为kPa 110，B 为真空表，读数为kPa 45。

若当地大气压kPa p b 97=，求压力表A 的读数（用kPa 表示） kPa p gA 155=6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。

（1）.取水为系统；（2）.取电阻丝、容器和水为系统；（3）.取图中虚线内空间为系统。

答案略。

7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为MPa 4.13；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为mmHg 706。

第六章习题6-2串级调节系统和单回路调节系统在系统结构上有什么不同？串级调节系统一般在什么情况下采用？答：串级调节系统和单回路调节系统在结构和组成上相比多了一个测量单元、一个调节单元和一个闭合回路。

测量单元测量到的物理量作为系统的辅助被调量，增加的一个调节单元作为系统的辅助调节器(称为副调节器)，增加一个较小的闭合回路作为系统的副回路(也称为内回路)。

串级调节系统的调节任务仍然是使被调量等于给定值，系统中的执行器和调节机构都仍然只有一个.对于那些被调对象本身就很复杂，对自动调节的性能指标要求乂十分严格的，单回路调节系统已不能满足要求,可考虑采用串级调节系统。

6-3已知单回路调节系统中，被调对象的传递函数为G°($) =丄水"当调节器分别釆用p、PI、PID时，试用临界比例带法计算调节器的整2s定参数(整定指标＜1)=0. 75)。

解：设调节器只有比例作用时的传递函数为：G R(S)=丄此时，系统的特征方程式为：d1+G R(S)G°(S)=1+丄= 0系统为边界稳定时，特征方程式有根在虚轴上.以25ss = 代入上式，得：-J =丄广皿=_L e~J，r2^而: jlco 2co6 =——由此得到加龙=—+ 2血2解得：^ = - = 0.637,而^= — = 8071 CDT lt和①就是调节器只用比例作用而使系统处于边界稳左时，瞬态响应的振荡周期和比例带值。

(1) 调节器为比例作用时：G R(S)=丄调节器的整泄参数：3 = 24=1.27。

6(2) 调节器为比例积分作用时：G R(S)=云(1 +不一) o l\s调节器的整定参数:J = 2.2J =1.4； T=i = 6.67o1.2(3) 调节器为比例一积分-微分作用时：1 1 TG R($)=—(1 +——+ 7»调节器的整定参数为：J = 1.6J fl=1.02 : 7＞上=4；5 Js 27； = 0.257； =16-4已知单回路调节系统中，被调对象的传递函数为G°(s) = —当调节器分别采用P、PI. PID时，试计算出调巧器的整左参数(整立指标“(仏，+1)二0. 75)o解：系统用比例调节器［G R G)= ］时的特征方程式为：1+——!一=o •边界稳定时，"1+神〃宀而溶尹宀由此得岀:(1)调节器为比例作用时，调节器的整定参数:& = 迥 =0.5⑵调右器为比例.积分作用时，调节器的整左参数:》=2・2戈=0・55;=5・23兀・(3)调节器为比例■积分一微分作用时, 调审器的整定参数:希= 6.2%资料内容仅供您学习参考.如有不半之处，请联系改正或者删除J = 1 阴=0.4 7>¥ =3.14人；7；=0.257； =0.797；.。