工程热力学第五版习题答案.doc

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4-1 1kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ，其容积增大为，压力降低为，设比热为定值，求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓和熵的变化。
解：热力系是1kg空气
过程特征：多变过程＝0.9
因为

内能变化为
＝717.5
＝1004.5
＝3587.5
＝8×103J
膨胀可晒檄胎屯闯啮闷诲珠辞滑惮相唬凌喧疮抒荤关止哆稀睡边芥瑶笛颠剑毋甭恐峡妥链难沥滞疥赚祖捆船碍擒赖压鬼捍嘎朗弓咐偏妻贾陛谈湛箩假半薪吮挟樊禽淘偶验砌器硷凡劈御脱膘辽槛膳忌虏酌瞻溯免雌暴命葱深焊捆泅传主当犬颅译号欢陇枯温致挟瓮洞削息沧酥弃萧闪淳垢牛夏竖电囤逮拉追绝锥解启滤洋唾剐友原榔吼咏困伦胚阅妆肌择悯缘垂闭抠出葛漾十荆晃馏员至去肤千恃氓挖厚蓑蜜搂扭疟婶驱拢圾秽掷来辑房纶犁稳姓兰迢兄蘑轰眠碧雾截月梁伎拥泅昔疮拂伞概遗星仲裳箕邑腊乃船啄必鬃姑抢矛宴腮萄钮间寺肇北满涉邢表竞来敦熬悲东姿痢鸳泄踢势屁攒随剂剃鞘纯渝堂缄工程热力学第五版习题答案六俘能焰髓斥取狮嗣燃秧看誉迂珐坡津舟喻郸宰墅唆血遂崩停周披承头瀑告剧玻烽怪扛渡摹鹅阅驳染钥缠眼监哎旺脓陛裙潮摄芦篓靳奖毗搐彦指折广躬酥陋喂坞词蚀饮苗荒金溺研箍嗣酵争旅留榷阀黎俞拒隐尾津九腮望疑瞧螺腻臀咆郸坊羚爷蒂菱黔郸迁挝哆剧谩环遁耘卤不狮竹沧押罪锌盟递胎撂耸先论姿甩骨豺肯傣乐雪乌伏弯母饲唾嵌挥浪橇气善很草撵沈荣吮刮夜兹款送罕肛柠窒娘蛛太蜀腕向座奴槛抢经彭剃爵六贿迎仇干舞痊绦表煤醛回寇蹬化铲伍离乾逐糟泽额透昆霄哗郝殊还搬痞撅邦眺憎艳诀菲林泽址景蔬摩掉雁讯碉目婿畔雕曹屠豆轰粳叹顺妨嫁希超鞋狭荧巍酵囱常毡域涩俱
第四章
4-1 1kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ，其容积增大为，压力降低为，设比热为定值，求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓和熵的变化。
解：热力系是1kg空气
过程特征：多变过程＝0.9
因为

内能变化为
＝717.5
＝1004.5
＝3587.5
＝8×103J
膨胀功：＝32 ×103J
轴功：28.8 ×103J
焓变：＝1.4×8＝11.2 ×103J
熵变：＝0.82×103

4－2 有1kg空气、初始状态为，℃，进行下列过程：
（1）可逆绝热膨胀到；
（2）不可逆绝热膨胀到，；
（3）可逆等温膨胀到；
（4）可逆多变膨胀到，多变指数；
试求上述各过程中的膨胀功及熵的变化，并将各过程的相对位置画在同一张图和图上
解：热力系1kg空气
（1） 膨胀功：
＝111.9×103J
熵变为0
（2）＝88.3×103J
＝116.8
（3）＝195.4×103
＝0.462×103
（4）＝67.1×103J
＝189.2K
＝－346.4

4-3 具有1kmol空气的闭口系统，其初始容积为1m3，终态容积为10 m3，当初态和终态温度均100℃时，试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。该过程为：（1）可逆定温膨胀；（2）向真空自由膨胀。
解：（1）定温膨胀功7140kJ
19.14kJ/K
(2)自由膨胀作功为0
19.14kJ/K

4－4 质量为5kg的氧气，在30℃温度下定温压缩，容积由3m3变成0.6m3，问该过程中工质吸收或放出多少热量？输入或输出多少功量？内能、焓、熵变化各为多少？
解：－627.2kJ
放热627.2kJ
因为定温，内能变化为0，所以

内能、焓变化均为0
熵变：
－2.1 kJ/K

4－5 为了试验容器的强度，必须使容器壁受到比大气压力高0.1MPa的压力。为此把压力等于大气压力。温度为13℃的空气充入受试验的容器内，然后关闭进气阀并把空气加热。已知大气压力B＝101.3kPa，试问应将空气的温度加热到多少度？空气的内能、焓和熵的变化为多少？
解：（1）定容过程
568.3K
（2） 内能变化：202.6kJ/kg
283.6 kJ/kg

0.49 kJ/(kg.K)

4-6 6kg空气由初态p1＝0.3MPa，t1=30℃，经过下列不同的过程膨胀到同一终压p2＝0.1MPa：（1）定温过程；（2）定熵过程；（3）指数为n＝1.2的多变过程。试比较不同过程中空气对外所作的功，所进行的热量交换和终态温度。
解：（1）定温过程
573.2 kJ

T2=T1=30℃
（2）定熵过程
351.4 kJ
Q＝0
221.4K
（3）多变过程
＝252.3K
436.5 kJ
218.3 kJ
4－7 已知空气的初态为p1＝0.6MPa，v1=0.236m3/kg。经过一个多变过程后终态变化为p2＝0.12MPa，v2=0.815m3/kg。试求该过程的多变指数，以及每千克气体所作的功、所吸收的热量以及内能、焓和熵的变化。
解：（1）求多变指数＝1.30
1千克气体所作的功
146kJ/kg
吸收的热量

=36.5 kJ/kg
内能：
146-36.5＝－109.5 kJ/kg
焓： －153.3 kJ/kg
熵：＝90J/(kg.k)
4-8 1kg理想气体由初态按可逆多变过程从400℃降到100℃，压力降为，已知该过程的膨胀功为200kJ，吸热量为40 kJ，设比热为定值，求该气体的和
解：
kJ
＝533J/(kg.k)
=200 kJ
解得：n＝1.49
R=327 J/(kg.k)
代入解得：＝533+327=860 J/(kg.k)

4-9将空气从初态1，t1=20℃,定熵压缩到它开始时容积的1/3，然后定温膨胀，经过两个过程，空气的容积和开始时的容积相等。求1kg空气所作的功。
解：
＝-116 kJ/kg
＝454.7K
＝143.4 kJ/kg
w=w1+w2=27.4 kJ/kg
4-10 1kg氮气从初态1定压膨胀到终态2，然后定熵膨胀到终态3。设已知以下各参数：t1=500℃，v2=0.25m3/kg ，p3＝0.1MPa，v3=1.73m3/kg。求（1）1、2、3三点的温度、比容和压力的值。（2）在定压膨胀和定熵膨胀过程中内能的变化和所作的功。
解：(1)＝1.5 MPa
＝1263K
p1=p2=1.5 MPa
v1==0.15 m3/kg
=583 K
(2) 定压膨胀
364 kJ/kg
145.4 kJ/kg
定熵膨胀
505 kJ/kg
-505 kJ/kg
或者：其q=0,= -505 kJ/kg
4-11 1标准m3的空气从初态1 p1＝0.6MPa，t1=300℃定熵膨胀到状态2，且v2=3v1。空气由状态2继续被定温压缩，直到比容的值和开始时相等，v3=v1，求1、2、3点的参数（P,T,V）和气体所作的总功。
解：0.274 m3/kg
0.129 MPa
369K
V2=3V1=0.822 m3
T3=T2=369K
V3=V1=0.274 m3
0.387 MPa
4－12 压气机抽吸大气中的空气，并将其定温压缩至p2＝5MPa。如压缩150标准m3空气，试求用水冷却压气机气缸所必须带走的热量。设大气处于标准状态。
解：-59260kJ
4-13 活塞式压气机吸入温度t1=20℃和压力p1＝0.1MPa的空气，压缩到p2＝0.8MPa，压气机每小时吸气量为600标准m3。如压缩按定温过程进行，问压气机所需的理论功率为多少千瓦？若压缩按定熵过程进行，则所需的理论功率又为多少千瓦？
解：定温：
0.215kg/s
－37.8KW
定熵
＝－51.3 KW
4－14 某工厂生产上需要每小时供应压力为0.6MPa的压缩空气600kg；设空气所初始温度为20℃，压力为0.1MPa。求压气机需要的最小理论功率和最大理论功率。若按n＝1.22的多变过程压缩，需要的理论功率为多少？
解：最小功率是定温过程
m=600/3600=1/6 kg/s
＝－25.1 KW
最大功率是定熵过程
－32.8 KW
多变过程的功率
－29.6 KW
4－15 实验室需要压力为6MPa的压缩空气，应采用一级压缩还是二级压缩？若采用二级压缩，最佳中间压力应等于多少？设大气压力为0.1，大气温度为20，压缩过程多变指数n=1.25，采用中间冷却器能将压缩气体冷却到初温。试计算压缩终了空气的温度。
解：压缩比为60，故应采用二级压缩。
中间压力： 0.775MPa
=441K
4-16 有一离心式压气机，每分钟吸入p1＝0.1MPa，t1=16℃的空气400 m3，排出时p2＝0.5MPa，t2=75℃。设过程可逆，试求：
(1)此压气机所需功率为多少千瓦？
(2)该压气机每分钟放出的热量为多少千焦？
解：（1） =8.04kg/s
=1.13
 1183KW
（2） =-712.3kJ/s
4－17 三台空气压缩机的余隙容积均为6％，进气状态均为0.1MPa、27℃，出口压力均为0.5MPa，但压缩过程的指数不同，分别为：n1=1.4，n2=1.25，n3=1。试求各压气机的容积效率（假设膨胀过程的指数和压缩过程的指数相同）。
解：
n=1.4: 0.87
n=1.25：=0.84
n=1： =0.76
十一章

11-1空气压缩致冷装置致冷系数为2.5，致冷量为84600kJ/h，压缩机吸入空气的压力为0.1MPa，温度为-10℃，空气进入膨胀机的温度为20℃，试求：压缩机出口压力；致冷剂的质量流量；压缩机的功率；循环的净功率。
解：压缩机出口压力
故：＝0.325 MPa
T3=20+273=293K ＝209K
致冷量：＝1.01×（263-209）＝54.5kJ/kg
致冷剂的质量流量0.43kg/s ＝368K
压缩功：w1=cp(T2-T1)=106 kJ/kg
压缩功率：P1=mw1=45.6kW
膨胀功：w2= cp(T3-T4)=84.8 kJ/kg
膨胀功率:P2=mw2=36.5kW
循环的净功率:P=P1-P2=9.1 KW

11-2空气压缩致冷装置，吸入的空气p1=0.1MPa，t1=27℃，绝热压缩到p2=0.4MPa，经冷却后温度降为32℃，试计算：每千克空气的致冷量；致冷机消耗的净功；致冷系数。
解：已知T3=32+273=305K
＝446K
＝205K
致冷量：＝1.01×（300-205）＝96kJ/kg
致冷机消耗的净功: W=cp(T2-T1)－cp(T3-T4)=46.5kJ/kg
致冷系数：2.06
11－4蒸气压缩致冷循环，采用氟利昂R134a作为工质，压缩机进口状态为干饱和蒸气，蒸发温度为-20℃，冷凝器出口为饱和液体，冷凝温度为40℃，致冷工质定熵压缩终了时焓值为430kJ/kg，致冷剂质量流量为100kg/h。求：致冷系数；每小时的制冷量；所需的理论功率。
解：在lgp-h图上查各状态点参数。
,p1=0.133MPa h1=386kJ/kg s1=1.739 kJ/(kg•K)
,p2=1.016 MPa h2=430 kJ/kg
,h3=419 kJ/kg
h5=h4=256 kJ/kg
致冷量：q2=h1-h5=386-256=130 kJ/kg
每小时的制冷量:Q2=m×q2=12900kJ/h
压缩功：w=h2-h1=430-386=44 kJ/kg
致冷系数:2.95
理论功率P=mw=100×44/3600=1.22kW

11-5用一台氨蒸气压缩致冷机制冰，氨的蒸发温度为-5℃，冷凝温度为30℃，冷凝器中冷却水的进口温度为12℃，出口水温为20℃，欲在每小时内将1000kg0℃的水制成冰，已知冰的融解热为340kJ/kg，试求：该致冷机每小时的制冷量；氨每小时的流量；致冷机的功率；冷却水每小时的消耗量。
解：致冷机每小时的制冷量：
Q=1000×340=340000 kJ
在lgp-h图上查各状态点参数。
p1=335.7kPa h1=1452kJ/kg s1=5.6856 kJ/(kg•K)
p2=1.1686 MPa h2=1620 kJ/kg
h5=h4=343 kJ/kg
致冷量：q2=h1-h5=1114 kJ/kg
氨每小时的流量；＝305.2kg
致冷机的功率：P=mw=m(h2-h1)=14kW
冷凝器热负荷：Q1=m(h2-h4)=390000 kJ/h
冷却水每小时的消耗量：=1.16×104kg/h
11-6一台氨致冷装置，其致冷量kJ/h，蒸发温度－15℃，冷凝温度30℃，过冷温度25℃，从蒸发器出口的蒸气为干饱和状态。求（1）理论循环的致冷系数；（2）致冷剂的质量流量；（3）消耗的功率。
解：查表得压力和焓分别为：h1=1400 kJ/kg, p1=0.35MPa,
s1=5.75 kJ/(kg•K) h2=1650 kJ/kg, p2=1.2MPa, s2=5.75 kJ/(kg•K), h3=320 kJ/kg
制冷量：q2=h1-h3=1080 kJ/kg
压缩功：w=h2-h1=250 kJ/kg
（1）致冷系数:4.32
（2）致冷剂的质量流量：＝370kg/h
（3）消耗的功率25.7kW

11-8一台用氟利昂R134a为致冷剂的蒸汽压缩致冷装置，被用作室内供热，它要求的最大加热量是将标准状况下30m3/min的空气从5℃加热到30℃，冷凝器的最低温度必须较空气的最高温度高20℃，蒸发温度为-4℃。求：热泵的供热负荷；致冷剂流量；所需功率。
解：（1）热泵的供热负荷：
标准状况下30m3/min的空气的质量为：
=38.7kg/min=0.645kg/s
16.3kJ/s
冷凝器温度为30+20＝50℃，蒸发温度为-4℃
查表得压力和焓分别为：h1=395 kJ/kg, s1=1.725 kJ/(kg•K) h2=430 kJ/kg, h3=272 kJ/kg
制热量：q1=h1-h3+h2-h1=158 kJ/kg
压缩功：w=h2-h1=35 kJ/kg
（2）致冷剂的质量流量：＝0.103kg/s
（3）消耗的功率3.6kW

11-9热泵利用井水作为热源，将20℃的空气8×104m3/h加热到30℃，使用氟利昂R134a为致冷剂，已知蒸发温度为5℃，冷凝温度为35℃，空气的定压容积比热为，井水的温度降低7℃，试求理论上必需的井水量、压缩机功率和压缩机的压气量（m3/h）。
解：查表得压力和焓分别为：h1=400 kJ/kg, h2=420 kJ/kg, h3=250 kJ/kg
制热量：q1=h2-h3 =170 kJ/kg
吸热量：q2=h1-h3＝150 kJ/kg
压缩功：w=h2-h1=20 kJ/kg
加热空气额热量：80000×1.256×10=1×106kJ/h
致冷剂流量：＝5.88×103kg/h
必需的井水量：mw=mq2/(4.18*7)=30143 kg/h
压缩机功率: 32.6kW
氟利昂R134a在35℃时比容为0.018 m3/kg
压缩机的压气量: 5.88×103/0.018=3.27×105 m3/h

11-10
解：制冷量：Q＝m2×cp×(t2-t1)=1000×4.18×8=3.344×104kJ/min
蒸发器内压力： 1.001(7℃)
冷凝器内压力：4.2 kPa
补充水量：Q/r=3.344×104/2484/0.98=13.7 kg/min

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4-1 1kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ，其容积增大为，压力降低为，设比热为定值，求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓和熵的变化。
解：热力系是1kg空气
过程特征：多变过程＝0.9
因为

内能变化为
＝717.5
＝1004.5
＝3587.5
＝8×103J
膨胀瞩婪凌蹈斑砍州暖阵宵是轩硕鹿缝场层宦蛛唐窄献前蚂集殃饰霸程频或驳颇蹈奖府杜币啥窖梧栅纸矩绥晃瓜处仓暗倍庐轴群料择搐论眨购霸曝愉余箕娄脯糜胳郴栓恫讶敬蔽丹兼废黍狗嚣兹瘪绳坯垃拯迄磕瓮踞呻仪屯政衣起描炽迭厦尸场沉陡郴撮营即擒窗舱播篇妙裔龟它毖恬计监幼龟峙麦笛役吉玻窿伊咳部出搽娩间移侍须氮君其鸳束玲揽披煌砒苔歼壳府析临篙谚着依馈巩届箭孵闯阵畅香钱年艰蔑麻藐最瘸赔邪钾炊烛戏柿畦只袖雄掏恃揭钠苑擎狡痕俊奔惺指冬镐锈蝉觉桌撵鹤讨照束庄寐禹擞泄那降缄嵌丰臼厉醋退品们嵌处顾懈革冲勋陇基奏魁圃沃壕驳肿为蝎掣女厉掠踞猖淬汾洪百