工程热力学作业[教育材料].doc
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1、1-1 一立方形刚性容器,每边长1m,将其中气体的压力抽至1000Pa,问其真空度为多少毫米汞柱?容器每面受力多少牛顿?已知大气压力为0.1MPa。解:p = 1 000 Pa = 0.001 MPa真空度容器每面受力FpVA = 9 900 Pa1m2 =9.9104 N1-2 试确定表压力为0.01 MPa时U形管压力计中液柱的高度差。(1)U形管中装水,其密度为1 000 kg/m3;(2) U形管中装酒精,其密度为789 kg/m3。解: 因为表压力可以表示为pg=gz,所以有既有(1) (2) 1-7 从工程单位制热力性质查得,水蒸气在500、100at时的比体积和比焓分别为v=0.
2、03347m3/kg、h=806.6kcal/kg。在国际单位制中,这时水蒸气的压力和比热力学能各为多少?解:水蒸气压力p=100at9.80665104Pa/at = 9.80665106Pa=9.80665MPa 比热力学能u=h-pv=806.6kcal4.1868kJ/kcal)/kg-9806.65kPa0.03347m3/kg = 3377.073kJ-328.228kJ =3048.845kJ2-1 冬季,工厂某车间要使室内维持一适宜温度。在这一温度下,透过墙壁和玻璃等处,室内向室外每一小时传出0.7106kcal的热量。车间各工作机器消耗的动力为是500PS(认为机器工作时将全
3、部动力转变为热能)。另外,室内经常点着50 盏100W 的电灯,要使该车间的温度保持不变,问每小时需供给多少kJ的热量?解:要使车间保持温度不变,必须使车间内每小时产生的热量等散失的热量Q = Q机Q灯Q散Q补 = 0Q机 = 500PSh = 5002.647796103 kJ = 1.32106 kJQ灯 = 50100W3600s = 1.8107J = 1.8104 kJQ散 = -0.7106kcal =- 0.71064.1868kJ = -2.93106 kJQ补 = -Q机-Q灯Q散 = -1.32106 kJ-1.8104 kJ+2.93106 kJ = 1.592106 k
4、J2-2 某机器运转时,由于润滑不良产和摩擦热,使质量为150kg的钢制机体在30min内温度升高50。试计算摩擦引起的功率损失(已知每千克钢每升高1需热量0.461kJ)。 解:由于功损转变为热产,所以W损Q损0.461kJ/(kg)50150kg = 3457.5 kJP损 = Q损/t = 3457.5kJ/(3060)s = 1.92 kW2-3 气体在某一过程中吸入热量12kJ,同时热力学能增加20kJ。问此过程是膨胀过程还是压缩过程?对外所作功是多少J(不考虑考虑摩擦)?解: 取气体为系统,据闭口系能量方程式 Q= U+WW=QU=12kJ20kJ = 8kJ所以过程是压缩过程,外
5、界对气体作功8kJ。2-7 已知汽轮机中蒸汽的流量qm=40 t/h,汽轮机进口蒸汽焓h1=3442 kJ/kg,出口蒸汽焓h2=2448 kJ/kg,试计算汽轮机的功率(不考虑汽轮机的散热以及进、出口气流的动能差和位能差)。如果考虑到汽轮机每小时散失热量0.5106kJ,进口流速为70 m/s,出口流速为120m/s,进口比出口高1.6 m,那么汽轮机的功率又是多少? 解: 稳定流动的能量方程 (1)不考虑汽轮机的散热以及进、出口气流的动能差和位能差 wsh = wT = -h = h1-h2 = 3442kJ/kg-2448kJ/kg = 994 kJ/kg功率PT=qmwT = 4010
6、3kg/3600s994kJ/kg = 1.104104 kW(2)考虑汽轮机的散热以及进、出口气流的动能差和位能差 h = -994 kJ/kg=gz=-9.807m/s21.6m=-15.69J/kg=-15.6910-3 kJ/kg所以 功率PT=qmwsh= 40103kg/3600s976.77kJ/kg=1.085104 kW2-8 一汽车以45km/h的速度行驶,每小时耗油34.110-3m3。已知汽油的密度为0.75g/cm3,汽油的发热量为44000 kJ/kg,通过车轮输出的功率为87 PS。试求每小时通过排气及水箱散出的总热量。 解: 汽油总发热量 Q=34.1103m3
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