工程熱力學01章習題提示與答案.doc

5第一章 基本概念及定義習題提示與答案第一章 基本概念及定義1-1 試確定表壓力為0.1kPa時U形管壓力計中的液柱高度差。(1)液體為水，其密度為1000kg/m3；(2)液體為酒精，其密度為789kg/m3。提示：表壓力數值等于U形管壓力計顯示的液柱高度的底截面處液體單位面積上的力，。答案：(1) (2) 。圖1-17 斜管壓力計工作示意圖1-2 測量鍋爐煙道中真空度時常用斜管壓力計。如圖1-17所示，若=30，液柱長度l200mm，且壓力計中所用液體為煤油，其密度為800kg/m3 ，試求煙道中煙氣的真空度為多少mmH2O(4)。提示：參照習題1-1的提示。真空度正比于液柱的“高度”。答案：。1-3 在某高山實驗室中，溫度為20，重力加速度為976cm/s2，設某U形管壓力計中汞柱高度差為30cm，試求實際壓差為多少mmHg(0)。提示：描述壓差的“汞柱高度”是規(guī)定狀態(tài)溫度t=0及重力加速度g=980.665cm/s2下的汞柱高度。答案：p=297.5 mmHg(0)。1-4 某水塔高30m，該高度處大氣壓力為0.0986MPa，若水的密度為1000kg/m3 ，求地面上水管中水的壓力為多少MPa。提示：地面處水管中水的壓力為水塔上部大氣壓力和水塔中水的壓力之和。答案：。1-5 設地面附近空氣的溫度均相同，且空氣為理想氣體，試求空氣壓力隨離地高度變化的關系。又若地面大氣壓力為0.1MPa，溫度為20 ，求30m高處大氣壓力為多少MPa。提示： ，為地面壓力。答案：。1-6 某煙囪高30m，其中煙氣的平均密度為0.735kg/m3。若地面大氣壓力為0.1MPa，溫度為20，現假設空氣密度在煙囪高度范圍內為常數，試求煙囪底部的真空度。提示：煙囪底部真空度為該處壓力與大氣壓力之差；煙囪頂部處的內部煙氣壓力與該處外部空氣壓力相等。不同高度處流體的壓差為hg。答案：煙囪內底部的真空度。圖1-181-7設一容器被剛性壁分為兩部分，如圖1-18示，在容器不同部位裝有壓力表，若壓力表A的讀數為0.19MPa，壓力表B的讀數為0.12MPa，大氣壓力為0.1MPa，試確定壓力表C的讀數以及容器兩部分內氣體的絕對壓力。提示: 壓力表B位于容器中，其“當地大氣壓”為容器的壓力。答案：pg,C=0.07MPa，p=0.29MPa，p=0.29MPa。1-8 某容器中儲有氮氣，其壓力為0.6MPa，溫度為40。設實驗消耗1kg氮氣，且溫度降為30時容器中壓力降為0.4MPa。試求該容器的容積。提示：實驗前后容器內的氣體均為理想氣體狀態(tài)。答案：V=0.497 3 m3。1-9 利用真空泵為某設備抽真空，真空泵每分鐘的吸氣量為0.5m3。若設備中空氣壓力已達到0.1mmHg，溫度為-30，試求每分鐘真空泵可吸出空氣的質量。提示：真空泵吸入氣體的狀態(tài)可看做與設備中的空氣狀態(tài)相同，且氣體為理想氣體。答案：m=0.095 5 g。1-10 有兩個容器，容器A的容積為0.3m3，其中充有壓力為0.6MPa、溫度為60的氮氣；容器B為真空。連通兩容器，使氮氣由容器A流入容器B，并且容器B中壓力達到0.15MPa、溫度為20時，容器A中的壓力降到0.4MPa，溫度為50。試求容器B的容積。提示：連通后容器B中的氣體質量應為連通前后容器A的氣體質量之差，且連通前后兩容器內的氣體均可看做理想氣體。答案：VB=0.33 m3。1-11 有一儲氣筒，其容積為9.5m3，筒內空氣壓力為0.1MPa、溫度為17?，F用壓氣機向筒內充氣，壓氣機每分鐘吸氣0.2m3，大氣溫度為17，壓力為0.1MPa，試求筒內壓力達到0.7MPa、溫度仍為17時所需的時間。提示：充氣前后儲氣筒內的氣體均可當做理想氣體處理，且壓氣機入口處的空氣狀態(tài)可看做與大氣狀態(tài)相同。答案：。1-12 輸氣管道采用壓氣機加壓，設進氣的壓力為0.1MPa、溫度為20，而要求每分鐘輸出壓力為0.3MPa、溫度不高于60的氣體80m3，現有吸氣量為每分鐘8m3的壓氣機，問需用多少臺？提示：壓氣機輸出氣體的質量取決于其氣體進口狀態(tài)。答案：n=26.4，取整數為27臺。1-13 一剛性容器內儲有壓縮空氣0.1m3，其壓力為0.4MPa。一橡皮氣球內儲有0.1m3的壓力為0.15MPa的空氣。兩者的溫度和環(huán)境溫度相同，均為25?，F把兩者連通，使剛性容器內的空氣流入橡皮氣球，直至兩者壓力相同。若橡皮氣球的壓力正比于其容積，試求空氣溫度仍為25時的最終平衡壓力及氣球的容積。提示：剛性容器與橡皮氣球連通前后其中空氣質量不變；橡皮氣球的壓力正比于其容積，即；初始時刻剛性容器與橡皮氣球的容積相等。答案：，V=0.148 m3。1-14 上題中，若容器也為彈性，且容積正比于其中的壓力。試求最終的平衡壓力及氣球、容器兩者各自的容積。提示：參照1-13題提示。答案： p=0.245MPa，。1-15 壓氣機氣缸中有0.05kg氮氣，在壓縮過程中其壓力由0.1MPa升高到0.5MPa，且氮氣溫度始終保持為50。試求壓縮過程中所消耗的功。提示：；過程中溫度不變，有pV=p1V1。答案：。1-16 有一皮革制的無彈性的氣球，原來氣球呈折疊狀態(tài)，其內部無任何氣體。若用儲氣罐中的壓縮空氣給氣球充氣，充滿時氣球的容積為2m3。設儲氣罐內氣體壓力遠高于大氣壓力，而現大氣壓力為0.9atm，試求充氣過程中氣體所作的功。提示：過程為不可逆過程，外界得到的功量等于氣體所作的功。答案：。1-17 若氣缸中氣體在進行一準靜態(tài)過程時，其狀態(tài)變化關系為pp1常量，試證明氣體所作容積變化功為w1-2(p1v1p2v2)提示：。1-18 若氣缸中CO2氣體的初始壓力為0.25MPa、溫度為200，氣體經歷了一個膨脹過程后溫度為100。設過程中氣體的狀態(tài)變化規(guī)律為pp1常量，試求膨脹過程中氣體所作的膨脹功。提示：參照習題1-17的結論，氣體為理想氣體。答案：。1-19 某種氣體在氣缸中進行一個膨脹過程，其容積由0.1m3增加到0.3m3。已知膨脹過程中氣體的壓力與容積變化關系為。試求：(1)氣體所作的膨脹功；(2)當活塞和氣缸的摩擦力保持為1000N而活塞面積為0.2m2時，扣除摩擦消耗后活塞所輸出的功。提示：；活塞輸出功為氣體膨脹功與摩擦耗功之差。答案：（1）W1-2=1.76104 J，（2）W=1.66104 J。1-20 有一橡皮氣球，當它內部的氣體壓力和大氣壓力同為0.1MPa時，氣球處于自由狀態(tài)，其容積為0.3m3。當氣球受太陽照射其內部氣體受熱時，容積膨脹10%，壓力升高為0.15MPa。設氣球壓力增加和容積的增加成正比，試求：(1)該膨脹過程在p-v圖上的過程曲線；(2)該過程中氣體所作的功；(3)用于克服橡皮球彈力所作的功。提示：(1)p=c+kV。(2)氣體的過程功量： 。(3)氣體克服氣球彈力的耗功：，為橡皮氣球內氣體壓力與大氣壓力之差。此外，p-V圖中面積代表功量。答案：(1) ； (2) W1-2=3.75103 J ；(3) W=750 J。1-21 設某種氣體的狀態(tài)方程式為，試導出定溫過程中該氣體所作容積變化功的計算公式，并分析有相同容積變化時理想氣體定溫變化的容積變化功是大于還是小于該種氣體的功。提示：。答案：；理想氣體定溫過程，當時，；當時，。圖1-19 壓縮空氣驅動升降 工作臺示意圖1-22 圖1-19所示為壓縮空氣驅動的升降工作臺示意圖。由儲氣罐來的壓縮空氣經閥門調節(jié)氣體的壓力后送入氣缸，在壓縮空氣的推動下活塞上升舉起工作臺。已知活塞面積為0.02m2，活塞及工作臺重5000N?；钊仙?00mm后