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第二章热力学第一定律英文习题
1.CoolingofahotfluidinatankArigidtankcontainsahotfluidthatiscooledwhilebeingstirredbyapaddlewheel.Initiallytheinternalenergyofthefluidis800kJ.Duringthecoolingpro__ssthefluidloses500kJofheatandthepaddlewheeldoes100kJofworkonthefluid.Determinethefinalinternalenergyofthefluid.Neglecttheenergystoredinthepaddlewheel.
2.Heatingofagasbyaresistan__heaterApiston-cylinderdevi__initiallycontains
0.5m3ofnitrogengasat400kPaand27℃.Anelectricheaterwithinthedevi__isturnedonandisallowedtopassacurrentof2Afor5minfroma120-Vsour__.Nitrogenexpandsatconstantpressureandaheatlossof2800Joccursduringthepro__ss.Determinethefinaltemperatureofnitrogen.
3.CoolingofanironblockbywaterA50-kgironblockat80℃isdroppedintoaninsulatedtanksthatcontains
0.5m3ofliquidwaterat25℃.Determinethetemperaturewhenther__lequilibriumisreached.
4.De__lerationofairinadiffuserAirat10℃and80kPaenterthediffuserofajetenginesteadilywithavelocityof200m/s.Theinletareaofthediffuseris
0.4m
2.Theairle__esthediffuserwithavelocitythatisvery__allcomparedwiththeinletvelocity.Determineathe__ssflowrateoftheairandbthetemperatureoftheairle__ingthediffuser.
5.Energybalan__inturbineConsideragasturbinepowerplantwithairastheworkingfluidAirentersat100kPa20ºCρ=
1.19kg/m3withavelocityof130m/sthroughanopening
0.112m2cross-sectionalarea.Afterbeingcompressedheatedandexpandedthroughaturbinetheairle__esat180kPa150ºCρ=
1.48kg/m3throughanopeningof
0.100m2cross-sectionalarea.Thepoweroutputoftheplantis375kW.TheinternalenergyandenthalpyoftheairaregiveninkJ/kgbyU=
0.717Tandh=
1.004TwhereTistemperatureontheKelvinscale.DeterminethenetamountofheataddedtotheairinkJ/kg.
6.Airiscompressedinafrictionlesssteady-flowpro__ssAiriscompressedinafrictionlesssteady-flowpro__ssfrom90kPa150ºCv=
0.918m3/kgto130kPainsucha__nnerthatpv+
0.250=constantwherevisinm3/kginletvelocityisnegligible__allanddischargevelocityis110m/s.Calculatetheworkrequiredperkilogramofair.
7.Mixturepro__ssAmixtureofairandwatervaporwithanenthalpyof120kJ/kgentersthedehumidifyingsectionofanair-conditioningsystematarateof320kg/hrliquidwaterdrainsoutofthedehumidifierwithanenthalpyof42kJ/kgatarateof
7.0kg/hr.Anairvapormixturele__eswithanenthalpyof47kJ/kg.Determinetherateofheatremovalfromthefluidspassingthroughthedehumidifier.
8.ReviewsproblemApiston-cylinderdevi__containsheliumgasinitiallyat150kPa20℃and
0.5m
3.Theheliumisnowcompressedinapolytropicpro__ssPVn=constantto400kPaand140℃.Determinetheheatlossorgainduringthispro__ss.
9.Tworigidtanksareconnectedbyavalve.TankAcontains
0.2m3ofwaterat400kPaand80per__ntquality.TankBcontains
0.5m3ofwaterat200kPaand250℃.Thevalveisnowopenedandthetwotankseventuallycometothesamestate.Determinethepressureandtheamountofheattransferwhenthesystemreachesther__lequilibriumwiththesurroundingat25℃.
10.Considerawell-insulatedhorizontalrigidcylinderthatisdividedintotwocompartmentsbyapistonthatisfreetomovebutdoesnotalloweithergastoleakintotheotherside.Initiallyonesideofthepistoncontains1m3ofN2gasat500kPaand80℃whiletheothersidecontains1m3ofHegasat500kPaand25℃.Nowther__lequilibriumisestablishedinthecylinderasaresultofheattransferthroughthepiston.Usingconstantspecificheatsatroomtemperaturedeterminethefinalequilibriumtemperatureinthecylinder.Whatwouldyouranswerbeifthepistonwerenotfreetomove工程热力学与传热学第二章热力学第一定律习题
1.一绝热刚性容器,中间用隔板分为两部分,左边盛有空气,右边为真空,抽掉搁板,空气将充满整个容器问
(1)空气的热力学能如何变化?
(2)空气是否作了功?
(3)能否在坐标图上表示此过程?___?
2.下列说法是否正确
(1)气体膨胀时一定对外作功
(2)气体被压缩时一定消耗外功;
(3)气体膨胀时必须对其加热;
(4)气体边膨胀边放热是可能的;
(5)气体边被压缩边吸入热量是不可能的;
(6)对工质加热,其温度反而降低,这种情况不可能
3.“任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确?
4.是比较如图所示的过程1-2与过程1-a-2中下列各量的大小
(1)W12与W1a2;
(2)∆U12与∆U1a2;
(3)Q12与Q1a
25.说明下列各式的应用条件;
6.膨胀功,轴功,技术功,流动功之间有何区别与__?流动功的大小与过程特性有无关系?
7.某热机每完成一个循环,工质由高温热源吸热2000kJ,向低温热源放热1200kJ在压缩过程中工质得到外功650kJ试求在膨胀过程中工质所作的功
8.如图示,某闭口系统,工质沿a-c-b由状态a变化到状态b时,吸热100kJ,对外作功40kJ当工质沿过程a-d-b变化到状态b时,对外作功20kJ,试求过程a-d-b中工质与外界交换的热量当工质沿曲线从b返回到状态a时,外界对系统作功30kJ,试求此过程中工质与外界交换的热量;如果Ua=0kJ,Ud=40kJ,求过程a-d,d-b与外界交换的热量
9.如图示,汽缸内充有空气,活塞截__为100cm2,活塞距底面高度为10cm,活塞及其上负载的总质量为195kg,当大气压力为771mmHg,环境温度t0=27℃,汽缸内气体此时恰与外界处于热力平衡若将活塞上的负载取去100kg,活塞将突然上升,最后重新达到热力平衡假设活塞与汽缸壁无摩擦,气体可通过汽缸壁与外界充分换热求活塞上升的距离及气体与外界交换的热量
10.空气在某压缩机中被压缩,压缩前空气的参数为p1=
0.1MPa,v1=
0.845m3/kg,压缩后为p2=
0.8MPa,v2=
0.175m3/kg若在压缩过程中每千克空气的热力学能增加为
146.5kJ,同时向外界放热为50kJ,压缩机每分钟产生压缩空气10kg,试求
(1)压缩过程中每千克空气所作的压缩功;
(2)生产1kg压缩空气所需的轴功
(3)带动此压缩机所需功率至少为多少(kW)?
11.8kg气体在塑性容器内从1MPa,1m3膨胀到
0.5MPa过程中气体热力学能的变化量为-40kJ/kg,pv
1.2=定值,试求气体与外界交换的热量
12.某稳定流动系统,已知进口处的空气参数为p1=
0.62MPa,v1=
0.37m3/kg,u1=2100kJ/kg,cf1=300m/s;出口参数为p2=
0.13MPa,v2=
1.2m3/kg,u2=1500kJ/kg,cf2=150m/s气体的质量流量为qm=4kg/s,流过系统时向外传出的热量为30kJ/kg假设气体流过系统时重力位能的变化忽略不计,求气体通过系统时对外输出的功率习题课理想气体状态方程的应用
13.一活塞汽缸设备内装有5kg的水蒸气,由初态的热力学能u1=
2709.0kJ/kg膨胀到u2=
2659.6kJ/kg,过程中加给水蒸气的热量为80kJ,通过搅拌器的轴输入系统
18.5kJ的轴功若系统无动能,位能的变化,试求通过活塞所作的功
14.如图所示,一刚性汽缸,一端受热,其他部分绝热,内有一不透热的活塞,活塞与缸壁间无摩擦现自容器一端传热,Q=20kJ,由于活塞__对B作功10kJ求
(1)B中气体的热力学能变化ΔUB;
(2)A和B总的热力学能变化ΔUA+B
15.由生物力学测定可知,一个人在静止时向环境的散热率为400kJ/h在一个容纳2000人的礼堂里,由于空调系统发生故障,求
(1)故障后20min内,礼堂中空气的热力学能增加量;
(2)假定礼堂和环境无热量交换,将礼堂和所有的人取为热力系,该系统热力学能变化为多少?
16.一闭口系统从状态1沿1-2-3途径到状态3,传递给外界的热量为
47.5kJ,而系统对外作功为30kJ,如图示
(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
(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
(3)若UA=175kJ,UB=
87.5kJ,求过程2-3传递的热量及状态1的热力学能稳定流动能量方程式的应用
17.某一蒸汽轮机,进口蒸汽参数为p1=
9.0MPa,t1=500℃,h1=3___.8kJ/kg,cf1=50m/s,出口蒸汽参数为p2=
4.0kPa,h2=
2226.9kJ/kg,cf2=140m/s,进出口高度差为12m,每kg蒸汽经汽轮机散热损失为15kJ.试求
(1)单位质量蒸汽流经汽轮机对外输出的功;
(2)不计进出口动能的变化,对输出功的影响;
(3)不计进出口位能差,对输出功的影响;
(4)不计散热损失,对输出功的影响;
(5)若蒸汽流量为220t/h,汽轮机功率有多大
18.某燃气轮机装置,如图已知压缩机进口处空气的比焓h1=290kJ/kg经压缩后空气升温使比始增为h2=580kJ/kg在截面2处空气和燃料的混合物以cf2=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’h3=800kJ/kg流速增加到cf3此燃气进入动叶片推动转轮回转作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Cf4=100m/so求:
(1)若空气流量为100kg/s压气机消耗的功率为多大
(2)若燃气的发热值qB=43960kJ/kg燃料的耗量为多少
(3)燃气在喷管出口处的流速Cf3是多少
(4)燃气轮机的功率为多大
(5)燃气轮机装置的总功率为多少
19.空气在某压气机中被压缩压缩前空气的参数是p1=
0.1MPav1=
0.845m3/kg,压缩后的参数是p2=
0.8MPav2=
0.175m3/kg假定在压缩过程中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作的功;
(2)每生产1kg的压缩气体所需的功;
(3)带动此压气机至少要多大功率的电动机?
20.现有两股温度不同的空气,稳定地流过如图所示的设备进行绝热混合以形成第三股所需温度的空气流各股空气的已知参数如图中所示设空气可按理想气体计,其焓仅是温度的函数按|h|kJ/kg=
1.004|T|K计算,理想气体的状态方程为pv=RgTRg=287J/kg.K若进出口截面处的动、位能变化可忽略试求出口截面的空气温度和流速一般开口系统能量方程式的应用(不稳定流动)
21.某输气管内气体的参数为p1=4MPat1=30℃h1=303kJ/kg设该气体为理想气体,它的热力学能与温度之间的关系为u=
0.72|T|kJ/kg,气体常数Rg=287J/kg.K现将1m3的真空容器与输气管连接,打开阀门对容器充气,直至容器内压力达4MPa为止充气时输气管中气体参数保持不变,问充入容器的气体量为多少千克?(设气体满足状态方程pV=mRgT)1答
(1)空气的热力学能U1=U2;
(2)向真空自由膨胀,空气不对外作功;
(3)不能在坐标图中表示该过程,过程为不可逆过程2答
(1)×;
(2);
(3)×;
(4);
(5)×;
(6)×3答不正确任何没有体积变化的饿过程一定不对外作膨胀功4答
(1)W12W1a2;
(2)∆U12=∆U1a2;
(3)Q12Q1a25答
(1)任何气体任何过程;
(2)任意气体可逆过程;
(3)任意气体可逆定压过程;
(4)任意气体可逆定压过程;6答
(1)膨胀功,轴功,技术功,流动功的__为
(2)流动功的大小与过程的特性无关,只有进出口的状态有关7答膨胀过程中工质缩作的功为1450kJ8答
(1)a-d-b过程交换热量80kJ;
(2)b-a过程交换热量-90kJ放热;
(3)a-d过程交换热量60kJ;
(4)d-b过程交换热量20kJ9答水在汽化过程中热力学能变化∆u=2088kJ/kg;焓变化∆h2257kJ/kg10答活塞上升的距离∆l=
4.5cm;与外界交换的热量Q=90J11答
(1)所作的压缩功-
196.5kJ/kg;
(2)所需的轴功-252kJ/kg;
(3)所需功率P=42kW12答气体与外界交换热量
2.25×105J13答对外输出的功率
2708.6kW习题课14解通过活塞所作的功15解
(1)取B容器为热力系统,为闭口系统QB=ΔUB+WBQB=0B中气体热力学能变化ΔUB=0
(2)取A+B为热力系统,QA+B=ΔUA+B+WA+BWA+B=0ΔUA+B=20kJ=16解
(1)取礼堂为热力系,ΔU=
2.67x105kJ;
(2)取礼堂+观众为热力系,ΔU=0=17解1Q143=-
62.5kJ2Q31=
71.5kJ3Q23=-
87.5kJU1=165kJ=18解选汽轮机为开口系统,
(1)根据开口稳定流动的能量方程式Ws=
1.136x105kJ/kg;2进出口动能变化,
(3)进出口位能差
(4)散热损失
(5)汽轮机功率19解取压缩机开口系为热力系,
(1)压缩机消耗功率29000kW;
(2)燃料的消耗
1.52kg/s;
(3)燃气在喷管出口处流速949m/s;
(4)燃气轮机的功率44530kW;
(5)燃气轮机装置的总功率:15530kW20解
(1)压缩过程的功-196kJ/kg;
(2)生产压缩空气需功-
251.5kJ/kg;
(3)至少需电动机功率
41.9kW21解取混合室为热力系,出口截面空气温度为
26.4℃;流速为
10.8m/s22解充入容器的气体量为
33.13kg习题5kgQ=80kJu1=
2709.0kJ/kgu2=
2659.6kJ/kgWpeddle=-
18.5kJWpiston=ABQ=20kJpV04123cf1=10m/sA1=
0.1m2t1=5℃p1=105Pacf2=15m/sA2=
0.15m2t2=37℃p2=105Pap3=105PaA3=
0.3m2cf3=t3=绝热p1=4MPat1=30℃习题解答。