例题答案
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例1.1:已知甲醇合成塔上压力表的读数150kgf/cm 2,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300mmH 2O ,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?504mmH 2O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;p A =35kPa , p Ⅰ=207kPa , p Ⅱ=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p A =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(p 1、V 1)可逆地膨胀到状态2(p 2、V 2)。
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p 1V 1试:分别求两过程中气体的膨胀功。
答案:(a )()()2221212b W a V V V V =---;(b )2111ln V W p V V =例2.2:如图所示,一定量气体在气缸内体积由0.9m 3可逆地膨胀到1.4m 3,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p 0=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。
Q 143=-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。
Q 31=71.5kJ(3)若U 2=175kJ ,U 3=87.5kJ ,求过程2-3传递的热量及状态1的内能。
U 1=165kJ例2.4:某稳定流动系统与外界传递的热量Q= -12kJ ,焓的变化ΔH= -111 kJ ,动能变化ΔE k =4kJ.问该系统对外所做的轴功和技术功分别是多少? w t =99 kJ w s =95 kJ例2.5:某燃气轮机装置,如图所示。
已知压气机进口处空气的焓h 1=290kJ/kg 。
经压缩后,空气升温使焓增加为h 2=580kJ/kg 。
在截面2处空气和燃料的混合物以c 2=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c 3’,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c 4=100m/s 。
求:(1)若空气流量为100kg/s ,压气机消耗的功率为多大?N s1=-29000kW(2)若燃料发热值q B =43960kJ/kg ,燃料的耗量为多少?q m2=1.524m/s(3)燃气在喷管出口处的流速是多少? c 3’=949m/s(4)燃气轮机的功率是多大?N s2=45209kW(5)燃气轮机装置的总功率为多少?N s =16209kW例 2.6:空气在某压气机中被压缩。
压缩前空气参数:p 1=0.1MPa ,v 1=0.845m 3/kg ;压缩后p 2=0.8MPa ,v 2=0.175m 3/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 ,w s = -251.5kJ/kg ,N s == -41.9kW例2.7:某热机从t 1=1000℃的热源吸热1000kJ ,又向t 2=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;668kJ③ 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2.8: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2.9(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 4.186/()c kJ kg K =⋅。
孤立系统ΔS iso =0.0265mkJ/K>0,所以该设备可以实现。
例2.9:某热机工作于T 1=2000K ,T 2=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)Q 1=1kJ ,W net =0.9kJ ;(2)Q 1=2kJ ,Q 2=0.3kJ ;(3)Q 2=0.5kJ ,W net =1.5kJ 。
解:(1)方法一 在T 1、T 2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。
213001185%2000c T T η=-=-= Q 2=Q 1-W net =1-0.9=0.1kJ 10.990%1net t c W Q ηη===> 所以不可能实现 方法二:克劳修斯不等式121210.10.000167/02000300Q Q QkJ K T T T δ-=+=+=>⎰ 不可能实现 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 12121210.10.000167/02000300iso Q Q S S S kJ K T T --∆=∆∆=+=+=-<+,不可能实现 (2)能实现,是可逆循环;(3)能实现,是不可逆循环例2.10:某热机工作于T 1=2000K ,T 2=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)Q 1=1kJ ,W net =0.9kJ ;(2)Q 1=2kJ ,Q 2=0.3kJ ;(3)Q 2=0.5kJ ,W net =1.5kJ 。
(1)不能实现;(2)能实现,是可逆循环;(3)能实现,是不可逆循环例2.11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2.12:5kg 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 4.186/()c kJ kg K =⋅ 8.19kJ例 2.13: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()0.289kJ/kg ks ∆=-,外界对气体作功165kJ/kg ,过程中气体只与环境交换热量,环境温度300K ,问该过程是否能实现?该过程能够实现。
例2.14: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c Fe =480 kJ/(kg·K),水的比容c H2O =4.2 kJ/(kg·K)0.252kJ/K ,不可逆过程例 3.1:体积为0.0283m 3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73m 3(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m b =3000kg 的重物,气缸内盛有温度为T 1=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p b =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0.5m 3/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。