热工基础课后题答案(作业)

整套热工基础课后题答案

1-1 解：

pb 755 133.3 10

5

1.006bar 100.6kPa

1. 2. 3. 4. 2-1

1370.06kPa p pb pg 100.6 13600

pg p pb 2.5 1.006 1.494bar 149.4kPa p pb pv 755 700 55mmHg 7.3315kPa pv pb p 1.006 0.5 0.506bar 50.6kPa

解：W Q ΔU 50 80 30kJ ，所以是压缩过程

3-2解：设气体的初态参数为p1、V1、T1和m1，阀门开启时气体的参数为p2、V2、T2和m2，阀门重新关闭时气体的参数为p3、V3、T3和m3，考虑到刚性容器有：V1 V2 V3，且

m1 m2。

⑴当阀门开启时，贮气筒内压力达到8.75 105Pa，所以此时筒内温度和气体质量分别为：

T2 T1

p2p1

293

8.757

366.25K

5

m1 m2

p1V1RgT1

7 10 0.027287 293

0.225kg

⑵阀门重新关闭时，筒内气体压力降为 8.4 105Pa，且筒内空气温度在排气过程中保持不

变，所以此时筒内气体质量为： m3

p3V3RgT3

p3V38.4 10 0.027RgT2

287 366.25

5

0.216kg

所以，因加热失掉的空气质量为：

3-7解：⑴ 定温：T1 T2 303K，由理想气体的状态方程可得到初终态的体积：

Δm m2 m3 0.225 0.216 0.009kgV1 V2

mRgT1

p1mRgT2

p2

6 287 3030.3 10

6

1.73922m

3

3

6 287 3030.1 10

6

5.21766m

所以气体对外所作的功和吸收的热量分别为：

W

V2

V1

pdV mRgT1ln

V2V1

6 287 303 ln

5.217661.73922

573.22kJ

Q W 573.22kJ

⑵ 定熵：相当于可逆绝热过程，气体对外所作的功和热量分别为：

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W

V2

V1

pdV

kk 1

p1V1[1 (

p2p1

k 1

)

k

]

1.4 11.4

] 351kJ

13

6 0.287 10 303 [1 ()

1.4 13Q 0

1.4

终温为： T2 T1(

p2p1p2p1

k 1

)

k

303 (

0.10.30.10.3

1.4 1

)

1.4

221.41K

⑶ n=1.2：为多方过程，根据过程方程可得到气体的终温为：

n 1

T2 T1(

)

n

303 ()

0.2/1.2

252.3K

气体对外所作的功和热量分别为： W

mRgT1n 1

[1 (

p2p1

n 1

)

n

]

6 287 303

1.2 1

[1 ()

3

1

1.2 11.2

] 436.5kJ

1.2 1.41.2 1

218.11kJ

Q mcV(T2 T1)

n kn 1

6 0.717 (252.3 303)

3-17 解：混合后各成分的质量分数为：

com10.14 50

co 0.056

2

2

m1 m2

2

50 75

o

2

o,1m1 o,2m2

2

0.06 50 0.232 75

50 75

m1 m2

0.1632

H

2O

H

2O

m10.05 50

m1 m250 75

50 75

0.02

0.761

ωN2

0.75 50 0.768 75

折合分子量为：

1

M

i0.056

1

0.16332

0.0218

0.76128

28.85

RM

Mi

831428.85

44

Rg

288.2J/(kg.K)

4－1 解: 由热量守恒

Q2 Q1 W 1000 450 550J 由克劳休斯不等式：

Q1T1

Q2T2

1000550

0.0185JK 0 540300

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它的设计是不合理的

4－2 解：采用电炉取暖时， Pef

2 103600

4

5.56KW

当采用电动机带动卡诺热泵时， T1 T2

Ppump Q1 T

1

20 5

5.56 0.474kW

293

100% 8.53%

PpumpPef

0.4745.56

6-1 解：①1点：P1=4MPa, t1=400 C

查表得：h1=3215.71kJ/kg, s1=6.773kJ/(kg.K) 2点：s2=s1=6.773kJ/(kg.K), P2=4KPa 查表得：h2=2040.13kJ/kg, x =0.789 3(4)点：由P3=P2=4KPa 查表得：h3=121.29kJ/kg

吸热量：q1=h1-h3=3215.71－121.29=3094.42kJ/kg 净功量：wnet=h1-h2=3215.71－2040.13=1175.58kJ/kg 热效率： =

wnetq1

=

1175.583094.42

=37.99%

干度：x=0.789

②1点：由P1=4MPa, t1=550 C

查表得：h1=3558.58kJ/kg, s1=7.233kJ/(kg.K)

2点：由s2=s1=7.233kJ/(kg.K), P2=4kPa 查表得：h2=2179.11kJ/kg, x=0.846 3(4)点：由P3=4kPa, 查表得: h3=121.29kJ/kg

吸热量：q1=h1－h3=3558.58－121.29=3437.29kJ/kg 净功量：wnet=h1－h2=3558.58-2179.11=1379.47kJ/kg 热效率： =干度：x=0.846

6-6 解: (1)k=1.4 循环热效率为： 1

1

wnetq1

=

1379.473437.29

=40.13%

k 1

1

17.5

1.4 1

55.33%

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压缩过程为可逆绝热过程，所以有：

v1

T2 T1 v

2

k 1

T1

k

k 1

＝285 7.5

1.4－1

＝638K

v1 k1.4

P2 P1 P 98 7.5 1645kPa 1 v 2

(2)k=1.3

循环热效率为：

7.5

压缩过程为可逆绝热过程，所以有：

v1

T2 T1 v

2

k 1

1

1

k 1

1

1

1.3 1

45.36%

T1

k

k 1

＝285 7.5

1.3－1

＝522K

v1 k1.3

P2 P1 P 98 7.5 1345kPa 1 v 2

9-3 有一炉墙，厚度为20 cm，墙体材料的热导率为1.3 W/(m K)，为使散热损失不超过1500 W/m2 ,紧贴墙外壁面加一层热导率为0.1 W/(m K)的保温层。已知复合墙壁内外两侧壁面温度分别为800 C和50 C，试确定保温层的厚度。 解：根据多层复壁导热计算公式: q

tw1 tw2

＝

800 500.201.3

＋

1500W/m

2

1 1

＋

2 2

2

0.1

得到：

2 34.6mm

9-7 某过热蒸汽管道的内、外直径分别为150 mm和160 mm ，管壁材料的热导率为45

W/(m K)。管道外包两层保温材料：第一层厚度为40 mm，热导率为0.1 W/(m K)；第二层厚度为50 mm，热导率为0.16 W/(m K)。蒸汽管道内壁面温度为400 C，保温层外壁面温度为50 C。试求：（1）各层导热热阻；（2） 每米长蒸汽管道的散热损失；（3）各层间的接触面温度。 解： R1

12 1

12

2

ln

d2d1ln

12 45

1

ln

160150

0.00022K8 m/W

R2

d3d2

2 0.1

ln

240160

0.645K m/W

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R3

12 3

ln

d4d3

12 0.16

ln

340240

0.346K m/W

根据圆筒壁稳态导热计算公式： l

tw1 tw4R1 R2 R3

＝

400 50

0.000228 0.645 0.346

tw1 tw2

R1

tw2 tw3

R2

353.1W/m

由 l

tw1 tw4R1 R2 R3

＝

tw3 tw4

R3

得到：

tw2 tw1 l R1 400 401.27 0.000228 399.9C

tw3 tw1 l (R1 R2) 400 401.27 (0.000228 0.645) 141.1C

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