第五章 水蒸汽的热力性质和热力过程(4)

解：过程1：因为是定容过程所以w=0， 由

pv?RT，可得压强为0.5 Mpa时的温度为T2?386.58K

R?8314K) 所以?287J/（Kg.k） cM,p?cM?29.3KJ/(Kmol.k) c=1.01kJ/(kg·

29q?cv?T??u?1.01??386.58?500?273.15???390.44KJ

?h??u??p2v2?p1v1?,v?RT?0.22m3,??h??455.5KJ p10．一封闭的气缸如图4-3所示，有一无摩擦的绝热活塞位于中间，两边分别充以氮气和氧气，初态均为p1=2MPa，t1=27?C。若气缸总容积为1000cm3，活塞体积忽略不计，缸壁是绝热的，仅在氧气一端面上可以交换热量。现向氧气加热使其压力升高到4MPa，试求所需热量及终态温度，并将过程表示在p-v图及T-s图上。

解：氧气加热后气体的

对于氮气：Cp1=29.3/28=1.05, Cv1= Cp—R=1.058.314/28=0.75,k= Cp1/ Cp1=1.4 对于氧气：Cp2=0.92，Cv2=0.66

p1 v1氮气原来的体积为V=500 cm,氮气进行的是可逆绝热n=k=1.4所以=（）

p1kv3

V1=304.8 cm3,所以氮气的体积变化量为ΔV=304.8—500=—195.2 cm3，氧气的体积变为V2=500+195.2=695.2 cm3

p1k?1T1对氮气=（）,所以T1=365.9K又由pv=mRT所以T2=834.7K

kpT终态氮气的温度为365.9K，氧气的温度为834.7K，由pv=mRT，m1=11.22kg,m2=12.8kg 取汽缸内的整个气体为闭口系，因过程不产生功：

Q=ΔU=ΔU1+ΔU2=m1 Cv1(T1—T)+m2 Cv2(T2—T)=553.2+4520.9=5074.1KJ 故所需要的热量为5074.1 KJ.

?1=120kg/h；另一股的温度11．如图4-4所示，两股压力相同的空气流，一股的温度为t1=400℃，流量m?2=210kg/h；在与外界绝热的条件下，它们相互混合形成压力相同的空气流。已知比为t2=150℃，流量m热为定值，试计算混合气流的温度，并计算混合过程前后空气的熵的变化量是增加、减小或不变？为什么？

解：

12．如图4-5所示，理想气体进行了一可逆循环1-2-3-1，已知1-3为定压过程，v3=2v1；2-3为定容过程，p2=2p3；1-2为直线线段，即p/v=常数。(1)试论证q1?2?q1?3?q3?2；(2)画出该循环的T-s图，并证明

v

?s1?2??s1?3??s3?2；(3)若该理想气体的c=1.013kJ/(kg·K)，c=0.724kJ/(kg·K)，试求该循环的热

p

效率。 证明：（1）

q1?2??1?2?w1?2，q1?3?q1?2??u1?3??3?2?w1?3?w3?2

?u1?3??u3?2??u1?2 由体积功的定义可得

w1?2?(w1?3?w3?2)?S?123?所以证得

1p1v1?0 2 即

q1?2?q1?3?q3?2?S?123?0q1?2?q1?3?q3?2

（2）由图可得证明?s1?2

??s1?3??s3?2

13．1kmol理想气体从初态p1=500kPa，T1=340K绝热膨胀到原来体积的2倍。设气体Mcp=33.44kJ/(kmol·K)，Mcv=25.12kJ/(kmol·K)。试确定在下述情况下气体的终温，对外所做的功及熵的变化量。（1）可逆绝热过程；（2）气体向真空进行自由膨胀。

第五章 水蒸汽的热力性质和热力过程

一．基本概念 饱和温度： 饱和压力：

饱和水：水温t等于水压p所对应的饱和温度ts 干饱和蒸汽： 湿蒸汽：

过热蒸汽： 干度： 绝热效率： 二．习题

1．根据给顶的水蒸汽的压力和比体积，如何用蒸汽表确定它是湿蒸汽还是过热蒸汽？湿蒸汽的状态参数如何利用蒸汽表求出？

2．由于?hp=cp,m?T是普遍适用于任意工质的，饱和水在定压下汽化变为干饱和蒸汽时，温度不变，因此，

h???h???hp?cp,m?0?0=?hp=cp,m?0=0。这一推论错误在哪里？

3．（1）在p?pc时，定压下蒸汽发生过程的三个阶段是 ， 和 ；（2）蒸汽的上界线是 的连线，下界线是 的连线； （3）当 时，定压下的蒸汽发生过程不再有三个阶段； （4）试将图5-1 中状态点A、B和C、D的名称写出。

A ； B ； C ； D ；

图5-1

4．给水在温度t1=60℃、压力p=3.5 MPa下进入蒸汽锅炉的省煤器，并在锅炉中加热成t2=350℃的过热蒸汽。试把该过程表示在T-s图上，并求加热过程中水的平均吸热温度。

5．在一台蒸汽锅炉中，烟气定压放热，温度从1500℃降低到250℃，所放出的热量用以生产水蒸汽。压力

为9MPa、温度为30℃的锅炉给水被加热、汽化、过热成pl=9Mpa、t1=450℃的过热蒸汽。将烟气近似为空气，取比热为定值。且cp=1.079kJ／(kgK)。试求：（1）产生1kg过热蒸汽需要多少kg烟气？（2）生产1kg过热蒸汽时，烟气熵的减小以及过热蒸汽熵的增大各为多少?（3）将烟气和水蒸汽作为孤立系，求生产1kg过热蒸汽时孤立系熵的增大为多少?设环境温度为15℃。

6．某刚性容器内有湿蒸汽5kg，其中饱和水为0.5kg，压力为0.2MPa。对容器加热，求使其中湿蒸汽完全变为饱和蒸汽所需的热量。

7．按水蒸汽表和h-s图，求压力为p=3MPa、干度x=0.98的湿蒸汽的状态参数。

8．已知水蒸汽的压力p=0.5Mpa、比体积v=0.836m3/kg，试确定其所处的状态，并求其比焓，比熵和比热力学能。

9．压力p=1.5MPa，t=120?C的未饱和水进入锅炉，在其中定压加热为x=0.98的湿蒸汽离开锅炉，蒸发量为qm=4000kg/h，设燃料的发热量为41868kJ/kg，锅炉效率为?B=79%。试求每小时燃料消耗量。

10．1kg水蒸汽初态为p1=3MPa, t1=400?C，在气轮机中绝热膨胀到p2=0.006MPa。 （1） 当过程可逆时，试求终态的干度x2和气轮机所做的技术功wt；

（2） 当过程不可逆，即?oi=0.9时，试求终态的干度x2’和气轮机所做的技术功wt’，以及由于过程不可

逆而引起的技术功的减少量?wt=wt-wt’。

六 理想混合气体和湿空气

一．基本概念

理想混合气体： 道尔顿分压定律： 分体积定律：

质量分数： 体积分数： 摩尔分数： 湿空气： 饱和空气： 未饱和空气： 露点： 含湿量： 相对湿度： 湿空气的焓： 二．习题

1．用什么方法可使未饱和空气变为饱和空气？请在p-v图和T-s图上画出相应的过程曲线。如果把20℃时的饱和空气在定压下加热到30℃,它是否还是饱和空气？

2．零下10℃的空气中为什么还含有水蒸汽？这些水蒸汽为何不结成冰呢？

3．当湿空气的相对湿度??100%时，干球温度t、湿球温度tw和露点温度td的大小关系为 ，当?=100%时，三者间的大小关系为 。

4．未饱和空气中水蒸汽的状态如图6-1中A所示，试在该图上定性表示出湿空气的露点温度td。

图6-1

5．设大气压力为0.1MPa，温度为34?C，相对湿度为80%。如果利用空调设备使湿空气冷却去湿至10?C，然后再加热到20?C，且通过空调设备的干空气量为20kg，试确定：（1）终态空气的相对湿度；（2）湿空气在空调装置中除去的 …… 此处隐藏：2009字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……