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四、计算题1、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表，如图1所示。压力表B上的读数为75kPa, 压力表C上的读数为0.11MPa。如果大气压力为97kPa，试确定压力表A上的读数及容器两部分内空气的绝对压力。解：A、B、C的读数均为表压，分别记为、PgA、PgB、PgC容器1和2的绝对压力记为P1和P2，大气压力Pa依题意：PgB=75kPaPgC=0.11MPa=110kPaPa=97kPa根据压力表的位置可知：P1=PgC+PaP1=PgB+P2P2=PgA+Pa将PgB、PgC和Pa的数值代入上式得：P1=207kPaP2=132kPaPgA=35kPa图12、如图2所示。气缸内充以空气，活塞及负载重100kg，气缸壁充分导热，取走60kg负载，其系统完全平衡后，试求：（1）活塞上升的高度L；（2）热力学内的变化U；（3）气体在过程中所做的功。（已知ukJ/kg=0.72TK）图21)由力平衡：p1=pb+F1/A=771*133.32+100*98100/100=2.009105PaV1=A*L=100*10*10-6=10-3m3p2=pb+F2/A=771*133.32+40*98100/100=1.420105PaT2=T1V2=A*(L+L)=100*(10+L )*10-6=(10+L )*10-4m3过程中质量不变：m1= p1 V1/(RgT1)= m2= p2 V2/(RgT2)V2= p1 V1/ p2=2.009105*10-3/1.420105=1.4145 *10-3m3=(10+L )*10-4m3L=4.145cm2) U= m2u2- m1 u1因为m1= m2，已知ukJ/kg=0.72TK，而T2=T1；所以U=03）此过程为不可逆过程：W= p2*A*L=1.420105*10010-4*4.14510-2=58.859 J3、一绝热刚体气缸，被一导热的无摩擦活塞分成两部分，如图3所示。最初活塞被固定在某一位置上，气缸的一侧储有压力为0.2MPa、温度为300K的0.01m3的空气，另一侧储有同容积、同温度的空气，其压力为0.1MPa。去除销钉，放松活塞任其自由移动，最后两侧达到平衡。设空气的比热容为定值。试求：（1）平衡时的温度为多少？（2）平衡时的压力为多少？（3）两侧空气的熵变值及整个气体的熵变值是多少？图3解：（本题13分）1）取整个气缸为闭口系，因为气缸绝热，所以Q=0；又因为活塞导热而无摩擦，W=0，且平衡时A、B两侧温度相等，即TA2=TB2=T2。有闭口系能量方程得：因为，TA1=TB1=T1=300K，于是终态平衡时，两侧的温度均为： T1=T2=300K2) 取整个气缸为闭口系，当终态平衡时，两侧压力相等，设为p2，则：3）整个气缸绝热系的熵变：4、某蒸汽动力厂按一级再热理想循环工作，新蒸汽参数为P1=15MPa，t1=600，再热压力PA=1.4MPa，再热温度tR= t1=600，背压P2=0.005MPa，功率为15000KW。试求：（1）定性画出循环的T-S图；（2）求循环热效率；（3）每小时所需蒸汽量。解：1）再热循环在T-S图上的表示如图所示。2）循环吸热量2）根据：5、如图4为一烟气余热回收方案。设烟气比热容Cp=1.4kJ/(kg.K)，Cv=1.14kJ/(kg.K)。试求：（1）烟气流经换热器时传给热机工质的热；（2）热机放给大气的最小热量；（3）热机输出的最大功W。图4解： 1）烟气放热为：2）若使Q2最小，热机为可逆机，由卡诺定理得：即：3）输出的最大功为：6、压力为0.1MPa，温度为20的空气进入压缩机，绝热压缩至0.6MPa后排入贮气筒。试求：（1）问压缩机空气出口温度能否是180？（2）若将空气绝热压缩至0.6MPa，250，试问绝热效率是多少？可用能（作功能力）损失为多少？并用T-S图表示之（环境温度t0=20）；（3）压缩机在吸气状态下的吸气量为100m3/h，试求在2）情况下的压缩机功率是多少？解：1）若压缩机出口温度为180，则绝热压缩过程的熵产：可见，压缩机空气出口温度不可能是180。2）3）7、 空气从T1 = 300 K、p1 = 0.1 MPa压缩到p2 = 0.6 MPa。试计算过程的膨胀功（压缩功）、技术功和热量，设过程是(1) 定温的、(2) 定熵的、(3) 多变的（n=1.25），按定比热容理想气体计算，不考虑摩擦。按附表1取空气的定值比热容为：kJ/(kgK)， kJ/(kgK)气体常数 kJ/(kgK)（1）定温过程对等温过程：，则：（2）定熵过程对定熵过程：q0，wu；wt h由等熵过程的过程方程知kJ/kgkJ/kg（3）多变过程kJ/kgkJ/kg kJ/kg8、 已知活塞式内燃机定容加热循环的进气参数为 p1=0.1 MPa、t1=50 ，压缩比，加入的热量q1=750 kJ/kg。试求循环的最高温度、最高压力、压升比、循环的净功和理论热效率。认为工质是空气并按定比热容理想气体计算。解：活塞式内燃机定容加热循环的图示见a)、b)图示(a)(b)，理论热效率由(6-5)式得： 循环净功 最高温度须先求出，因过程是等熵过程，由(3-89)式得 因为 所以 最高压力须先求出和过程是定容过程，因此 即 所以 而 则 9、空气在气缸中由初状态T1=300 K、p1=0.15 MPa进行，则先定温膨胀，然后再在定容下使压力增到 0.15 MPa，温度升高到 480 K。试求：（1）将这过程画在压容图和温熵图中；（2）利用空气的热力性质表计算这过程中的膨胀功、热量，以及热力学能和熵的变化。解：(2) 对11 2即先定温膨胀，然后再定容压缩过程有对 11 定温膨胀过程： 所以 对 12定容压缩过程：Wv = 0 图 a 图 b10、某燃气轮机装置，已知其流量、增压比、升温比，大气温度为 295 K。试求理论上输出的净功率及循环的理论热效率（注：认为工质是空气并按定比热容理想气体计算）。解：，燃气轮机膨胀作功 压气机压缩耗功 理论循环净功率 理论循环热效率 11、某氨蒸气压缩制冷装置（图5），已知冷凝器中氨的压力为 1 MPa，节流后压力降为 0.2 MPa，制冷量为 ，压气机绝热效率为 80%，已知冷却水经过氨冷凝器后温度升高 8 K，水的比定压热容为 4.187 kJ/(kgk)。试求： （1）氨的流量； （2）压气机出口温度及所耗功率；（3）制冷系数；（4）冷却水流量。图5解：参考图8-10、8-11及8-12，由 ，查图 得由 沿等熵线向上与线交于点 查得 因为： 则 （查lgP-h图）(1)氨的流量： (2)压气机出口温度及耗功率： ：由等焓线与等压线交点，查lgP-h图可得： (3)制冷系数理论： 实际： (4)冷却水流量冷却水带走的热量应等于氨气放出的热量，即由热平衡方程得： 可见所需冷却水量是相当大的。 13、 由三层材料组成的加热炉炉墙。第一层为耐火砖。第二层为硅藻土绝热层，第三层为红砖，各层的厚度及导热系数分别为d1230mm ，l11.10 W/(mK)， d250mm, l2=0.10W/(mK)，d3240mm, l3=0.58W/(mK)。炉墙内侧耐火砖的表面温度为500。炉墙外侧红砖的表面温度为50。试求通过炉墙的导热热流密度。14、初温为100的热水，流经内径为16mm、壁厚为1mm的管子，出口温度为80；与管外冷水的总换热量为350kW，试计算管内平均换热系数。准则方程：
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