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工程热力学(第五版_)课后习题答案

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工程热力学（第五版 ）课后习题答案
2-2.已知的M＝28，求（1）的气体常数；（2）标准状态下的比容和密度；（3），℃时的摩尔容积。
解：（1）的气体常数
＝296.9
（2）标准状态下的比容和密度
＝0.8
＝1.25
（3），℃时的摩尔容积
＝＝64.27

2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力kPa，终了表压力Mpa，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO2的质量。当地大气压B＝101.325 kPa。
解：热力系：储气罐。
应用理想气体状态方程。

压送前储气罐中CO2的质量

压送后储气罐中CO2的质量

根据题意
容积体积不变；R＝188.9
（1）
（2）
（3）
（4）
压入的CO2的质量
（5）
将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得
m=12.02kg

2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kPa，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？
解：同上题
＝41.97kg

2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1MPa的空气3 m3，充入容积8.5 m3的储气罐内。设开始时罐内的温度和压力与外界相同，问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到0.7MPa？设充气过程中气罐内温度不变。
解：热力系：储气罐。
使用理想气体状态方程。
第一种解法：
首先求终态时需要充入的空气质量
kg
压缩机每分钟充入空气量
kg
所需时间
19.83min
第二种解法
将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为0.1MPa一定量的空气压缩为0.7MPa的空气；或者说0.7MPa、8.5 m3的空气在0.1MPa下占体积为多少的问题。
根据等温状态方程

0.7MPa、8.5 m3的空气在0.1MPa下占体积为
m3
压缩机每分钟可以压缩0.1MPa的空气3 m3，则要压缩59.5 m3的空气需要的时间
19.83min

2－8 在一直径为400mm的活塞上置有质量为3000kg的物体，气缸中空气的温度为18℃，质量为2.12kg。加热后其容积增大为原来的两倍。大气压力B＝101kPa，问：（1）气缸中空气的终温是多少？（2）终态的比容是多少？（3）初态和终态的密度各是多少？
解：热力系：气缸和活塞构成的区间。
使用理想气体状态方程。
（1）空气终态温度
582K
（2）空气的初容积
p=3000×9.8/(πr2)+101000=335.7kPa
0.527 m3
空气的终态比容
＝0.5 m3/kg
或者
0.5 m3/kg
（3）初态密度
＝4 kg /m3
2 kg /m3

2-9
解：（1）氮气质量
＝7.69kg
（2）熔化温度
＝361K

2－14 如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为其质量成分为，。试求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比容和密度。
解：折合分子量
＝28.86
气体常数
＝288
容积成分
＝20.9％
1－20.9％＝79.1％
标准状态下的比容和密度
＝1.288 kg /m3
＝0.776 m3/kg

2-15 已知天然气的容积成分，，，，，。试求：
（1） 天然气在标准状态下的密度；
（2） 各组成气体在标准状态下的分压力。
解：（1）密度

＝16.48

（2）各组成气体在标准状态下分压力
因为：
98.285kPa
同理其他成分分压力分别为：（略）

3－1 安静状态下的人对环境的散热量大约为400KJ/h，假设能容纳2000人的大礼堂的通风系统坏了：（1）在通风系统出现故障后的最初20min内礼堂中的空气内能增加多少？（2）把礼堂空气和所有的人考虑为一个系统，假设对外界没有传热，系统内能变化多少？如何解释空气温度的升高。
解：（1）热力系：礼堂中的空气。
闭口系统
根据闭口系统能量方程

因为没有作功故W=0；热量来源于人体散热；内能的增加等于人体散热。
＝2.67×105kJ
（1）热力系：礼堂中的空气和人。
闭口系统
根据闭口系统能量方程

因为没有作功故W=0；对整个礼堂的空气和人来说没有外来热量，
所以内能的增加为0。
空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收，导致的空气内能增加。

3－5，有一闭口系统，从状态1经a变化到状态2，如图，又从状态2经b回到状态1；再从状态1经过c变化到状态2。在这个过程中，热量和功的某些值已知，如表，试确定未知量。

过程
热量Q（kJ）
膨胀功W（kJ）
1-a-2
10
x1
2-b-1
-7
-4
1-c-2
x2
2
解：闭口系统。
使用闭口系统能量方程
(1)对1-a-2和2-b-1组成一个闭口循环，有

即10＋（－7）＝x1+（－4）
x1=7 kJ
(2)对1-c-2和2-b-1也组成一个闭口循环
x2＋（－7）＝2+（－4）
x2=5 kJ
(3)对过程2-b-1，根据
－3 kJ

3-6 一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环，试填充表中所缺数据。
过程
Q（kJ）
W（kJ）
ΔE（kJ）
1～2
1100
0
1100
2～3
0
100
-100
3～4
-950
0
-950
4～5
0
50
-50
解：同上题

3-7 解：热力系：1.5kg质量气体
闭口系统，状态方程：
＝90kJ
由状态方程得
1000＝a*0.2+b
200=a*1.2+b
解上两式得：
a=-800
b=1160
则功量为
＝900kJ
过程中传热量
＝990 kJ

3－8 容积由隔板分成两部分，左边盛有压力为600kPa，温度为27℃的空气，右边为真空，容积为左边5倍。将隔板抽出后，空气迅速膨胀充满整个容器。试求容器内最终压力和温度。设膨胀是在绝热下进行的。
解：热力系：左边的空气
系统：整个容器为闭口系统
过程特征：绝热，自由膨胀
根据闭口系统能量方程

绝热
自由膨胀W＝0
因此ΔU=0
对空气可以看作理想气体，其内能是温度的单值函数，得

根据理想气体状态方程
＝100kPa

3-9 一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，为500 kPa，25℃。充气开始时，罐内空气参数为100 kPa，25℃。求充气终了时罐内空气的温度。设充气过程是在绝热条件下进行的。
解：开口系统
特征：绝热充气过程
工质：空气（理想气体）
根据开口系统能量方程，忽略动能和未能，同时没有轴功，没有热量传递。

没有流出工质m2=0
dE=dU=(mu)cv2-(mu)cv1
终态工质为流入的工质和原有工质和m0= mcv2-mcv1
mcv2 ucv2- mcv1ucv1=m0h0 (1)
h0=cpT0
ucv2=cvT2
ucv1=cvT1
mcv1=
mcv2 =
代入上式(1)整理得
=398.3K

3－10 供暖用风机连同加热器，把温度为℃的冷空气加热到温度为℃，然后送入建筑物的风道内，送风量为0.56kg/s，风机轴上的输入功率为1kW，设整个装置与外界绝热。试计算：（1）风机出口处空气温度；（2）空气在加热器中的吸热量；（3）若加热器中有阻力，空气通过它时产生不可逆的摩擦扰动并带来压力降，以上计算结果是否正确？
解：开口稳态稳流系统
（1）风机入口为0℃则出口为1.78℃
℃
空气在加热器中的吸热量
＝138.84kW
(3)若加热有阻力，结果1仍正确；但在加热器中的吸热量减少。加热器中，p2减小故吸热减小。

3－11 一只0.06m3的罐，与温度为27℃、压力为7MPa的压缩空气干管相连接，当阀门打开，空气流进罐内，压力达到5MPa时，把阀门关闭。这一过程进行很迅速，可认为绝热。储罐的阀门关闭后放置较长时间，最后罐内温度回复到室温。问储罐内最后压力是多少？
解：热力系：充入罐内的气体
由于对真空罐充气时，是焓变内能的过程

罐内温度回复到室温过程是定容过程
＝3.57MPa

3－12 压力为1MPa和温度为200℃的空气在一主管道中稳定流动。现以一绝热容器用带阀门的管道与它相连，慢慢开启阀门使空气从主管道流入容器。设（1）容器开始时是真空的；（2）容器装有一个用弹簧控制的活塞，活塞的位移与施加在活塞上的压力成正比，而活塞上面的空间是真空，假定弹簧的最初长度是自由长度；（3）容器装在一个活塞，其上有重物，需要1MPa的压力举起它。求每种情况下容器内空气的最终温度？
解:（1）同上题
662K=389℃
（2）
h=cpT0
L=kp

T=552K=279℃
同（2）只是W不同

T=473K＝200℃

3－13 解：
对理想气体

3－14 解：（1）理想气体状态方程
＝586K
（2）吸热：
＝2500kJ

3-15 解：烟气放热等于空气吸热
1m3空气吸取1.09 m3的烟气的热
＝267kJ
＝205℃
t2=10+205=215℃

3-16 解：

代入得：
＝582K
＝309℃

3－17 解：等容过程
1.4
＝37.5kJ

3-18 解：定压过程
T1==216.2K
T2=432.4K
内能变化：
＝156.3kJ
焓变化：
218.8 kJ
功量交换：
＝62.05kJ
热量交换： =218.35 kJ

p73
4-1 1kg空气在可逆多变过程中吸热40kJ，其容积增大为，压力降低为，设比热为定值，求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓和熵的变化。
解：热力系是1kg空气
过程特征：多变过程
＝0.9
因为

内能变化为
＝717.5
＝1004.5
＝3587.5
＝8×103J
膨胀功：＝32 ×103J
轴功：28.8 ×103J
焓变：＝1.4×8＝11.2 ×103J
熵变：＝0.82×103

4－2 有1kg空气、初始状态为，℃，进行下列过程：
（1）可逆绝热膨胀到；
（2）不可逆绝热膨胀到，；
（3）可逆等温膨胀到；
（4）可逆多变膨胀到，多变指数；
试求上述各过程中的膨胀功及熵的变化，并将各过程的相对位置画在同一张图和图上
解：热力系1kg空气
（1） 膨胀功：
＝111.9×103J
熵变为0
（2）＝88.3×103J
＝116.8
（3）＝195.4×103
＝0.462×103
（4）＝67.1×103J
＝189.2K
＝－346.4

4-3 具有1kmol空气的闭口系统，其初始容积为1m3，终态容积为10 m3，当初态和终态温度均100℃时，试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。该过程为：（1）可逆定温膨胀；（2）向真空自由膨胀。
解：（1）定温膨胀功
7140kJ
19.14kJ/K
(2)自由膨胀作功为0
19.14kJ/K

4－4 质量为5kg的氧气，在30℃温度下定温压缩，容积由3m3变成0.6m3，问该过程中工质吸收或放出多少热量？输入或输出多少功量？内能、焓、熵变化各为多少？
解：－627.2kJ
放热627.2kJ
因为定温，内能变化为0，所以

内能、焓变化均为0
熵变：
－2.1 kJ/K

4－5 为了试验容器的强度，必须使容器壁受到比大气压力高0.1MPa的压力。为此把压力等于大气压力。温度为13℃的空气充入受试验的容器内，然后关闭进气阀并把空气加热。已知大气压力B＝101.3kPa，试问应将空气的温度加热到多少度？空气的内能、焓和熵的变化为多少？
解：（1）定容过程
568.3K
（2） 内能变化：202.6kJ/kg
283.6 kJ/kg
0.49 kJ/(kg.K)

4-6 6kg空气由初态p1＝0.3MPa，t1=30℃，经过下列不同的过程膨胀到同一终压p2＝0.1MPa：（1）定温过程；（2）定熵过程；（3）指数为n＝1.2的多变过程。试比较不同过程中空气对外所作的功，所进行的热量交换和终态温度。
解：（1）定温过程
573.2 kJ

T2=T1=30℃
（2）定熵过程
351.4 kJ
Q＝0
221.4K
（3）多变过程
＝252.3K
436.5 kJ
218.3 kJ
4－7 已知空气的初态为p1＝0.6MPa，v1=0.236m3/kg。经过一个多变过程后终态变化为p2＝0.12MPa，v2=0.815m3/kg。试求该过程的多变指数，以及每千克气体所作的功、所吸收的热量以及内能、焓和熵的变化。
解：（1）求多变指数
＝1.30
1千克气体所作的功
146kJ/kg
吸收的热量

=36.5 kJ/kg
内能：
146-36.5＝－109.5 kJ/kg
焓： －153.3 kJ/kg
熵：＝90J/(kg.k)
4-8 1kg理想气体由初态按可逆多变过程从400℃降到100℃，压力降为，已知该过程的膨胀功为200kJ，吸热量为40 kJ，设比热为定值，求该气体的和
解：
kJ
＝533J/(kg.k)
=200 kJ
解得：n＝1.49
R=327 J/(kg.k)
代入解得：＝533+327=860 J/(kg.k)
4-9 将空气从初态1，t1=20℃,定熵压缩到它开始时容积的1/3，然后定温膨胀，经过两个过程，空气的容积和开始时的容积相等。求1kg空气所作的功。
解：
＝-116 kJ/kg
＝454.7K
＝143.4 kJ/kg
w=w1+w2=27.4 kJ/kg
4-10 1kg氮气从初态1定压膨胀到终态2，然后定熵膨胀到终态3。设已知以下各参数：t1=500℃，v2=0.25m3/kg ，p3＝0.1MPa，v3=1.73m3/kg。求（1）1、2、3三点的温度、比容和压力的值。（2）在定压膨胀和定熵膨胀过程中内能的变化和所作的功。
解：(1)＝1.5 MPa
＝1263K
p1=p2=1.5 MPa
v1==0.15 m3/kg
=583 K
(2) 定压膨胀
364 kJ/kg
145.4 kJ/kg
定熵膨胀
505 kJ/kg
-505 kJ/kg
或者：其q=0,= -505 kJ/kg
4-11 1标准m3的空气从初态1 p1＝0.6MPa，t1=300℃定熵膨胀到状态2，且v2=3v1。空气由状态2继续被定温压缩，直到比容的值和开始时相等，v3=v1，求1、2、3点的参数（P,T,V）和气体所作的总功。
解：0.274 m3/kg
0.129 MPa
369K
V2=3V1=0.822 m3
T3=T2=369K
V3=V1=0.274 m3
0.387 MPa
4－12 压气机抽吸大气中的空气，并将其定温压缩至p2＝5MPa。如压缩150标准m3空气，试求用水冷却压气机气缸所必须带走的热量。设大气处于标准状态。
解：-59260kJ
4-13 活塞式压气机吸入温度t1=20℃和压力p1＝0.1MPa的空气，压缩到p2＝0.8MPa，压气机每小时吸气量为600标准m3。如压缩按定温过程进行，问压气机所需的理论功率为多少千瓦？若压缩按定熵过程进行，则所需的理论功率又为多少千瓦？
解：定温：
0.215kg/s
－37.8KW
定熵
＝－51.3 KW
4－14 某工厂生产上需要每小时供应压力为0.6MPa的压缩空气600kg；设空气所初始温度为20℃，压力为0.1MPa。求压气机需要的最小理论功率和最大理论功率。若按n＝1.22的多变过程压缩，需要的理论功率为多少？
解：最小功率是定温过程
m=600/3600=1/6 kg/s
＝－25.1 KW
最大功率是定熵过程
－32.8 KW
多变过程的功率
－29.6 KW
4－15 实验室需要压力为6MPa的压缩空气，应采用一级压缩还是二级压缩？若采用二级压缩，最佳中间压力应等于多少？设大气压力为0.1，大气温度为20，压缩过程多变指数n=1.25，采用中间冷却器能将压缩气体冷却到初温。试计算压缩终了空气的温度。
解：压缩比为60，故应采用二级压缩。
中间压力： 0.775MPa
=441K
4-16 有一离心式压气机，每分钟吸入p1＝0.1MPa，t1=16℃的空气400 m3，排出时p2＝0.5MPa，t2=75℃。设过程可逆，试求：
(1)此压气机所需功率为多少千瓦？
(2)该压气机每分钟放出的热量为多少千焦？
解：（1） =8.04kg/s
=1.13
 1183KW
（2） =-712.3kJ/s
4－17 三台空气压缩机的余隙容积均为6％，进气状态均为0.1MPa、27℃，出口压力均为0.5MPa，但压缩过程的指数不同，分别为：n1=1.4，n2=1.25，n3=1。试求各压气机的容积效率（假设膨胀过程的指数和压缩过程的指数相同）。
解：
n=1.4: 0.87
n=1.25：=0.84
n=1： =0.76

第七章水蒸气
7-1当水的温度t=80℃，压力分别为0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa时，各处于什么状态并求出该状态下的焓值。
解：查表知道 t=80℃时饱和压力为0.047359MPa。
因此在0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa时状态分别为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。焓值分别为2649.3kJ/kg，334.9 kJ/kg，335 kJ/kg，335.3 kJ/kg，335.7 kJ/kg。
7－2已知湿蒸汽的压力p=1MPa干度x=0.9。试分别用水蒸气表和h-s图求出hx，vx，ux，sx。
解：查表得：h``＝2777kJ/kg h`=762.6 kJ/kg
v``＝0.1943m3/kg v`＝0.0011274 m3/kg
u``= h``－pv``=2582.7 kJ/kg u`＝h`－pv`=761.47 kJ/kg
s``=6.5847 kJ/(kg.K) s`＝2.1382 kJ/(kg.K)
hx＝xh``+(1-x)h`=2575.6 kJ/kg
vx＝xv``+(1-x)v`=0.1749 m3/kg
ux＝xu``+(1-x)u`=2400 kJ/kg
sx＝xs``+(1-x)s`=6.14 kJ/(kg.K)
7-3在V＝60L的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定其温度t＝210℃，干饱和蒸汽的含量mv=0.57kg，试求此湿蒸汽的干度、比容及焓值。
解：t＝210℃的饱和汽和饱和水的比容分别为：
v``＝0.10422m3/kg v`＝0.0011726 m3/kg
h``＝2796.4kJ/kg h`=897.8 kJ/kg
湿饱和蒸汽的质量：

解之得：
x=0.53
比容：vx＝xv``+(1-x)v`=0.0558 m3/kg
焓：hx＝xh``+(1-x)h`=1904kJ/kg
7－4将2kg水盛于容积为0.2m3的抽空了的密闭刚性容器中，然后加热至200℃试求容器中（1）压力；（2）焓；（3）蒸汽的质量和体积。
解：（1）查200℃的饱和参数
h``＝2791.4kJ/kg h`=852.4 kJ/kg
v``＝0.12714m3/kg v`＝0.0011565m3/kg
饱和压力1.5551MPa。
刚性容器中水的比容：
＝0.1 m3/kg<v``
因此是湿蒸汽。
压力是饱和压力1.5551MPa。
干度：＝0.78
焓：hx＝xh``+(1-x)h`=2364.8kJ/kg
蒸汽的质量和体积：
mv=x×m=0.78×2=1.56kg
V= mv×v``＝0.19834m3
7-5已知8 m3的湿蒸汽，在p＝0.9 MPa时，其湿度（1－x）＝0.65，求此湿蒸汽的质量与焓。
解：p＝0.9 MPa的饱和参数
h``＝2773kJ/kg h`=742.6 kJ/kg
v``＝0.21484m3/kg v`＝0.0011213m3/kg
湿蒸汽的质量：
0.0759 m3/kg
＝105.4kg
焓：h=mhx＝x(h``+(1-x)h`)=105.4×1453.24kJ =1.53×103 kJ
7-6有一台采暖锅炉，每小时能生产压力p＝1 MPa（绝对）、x＝0.95的蒸汽1500kg。当蒸汽的流速c≮25m/s时，管道中的压力损失可以不计，求输汽管的内径最小应多大？
解：p＝1 MPa、x＝0.95的比容
查表饱和参数v``＝0.1943m3/kg v`＝0.0011274m3/kg
0.18464 m3/kg
蒸汽体积流量： ＝0.077m3/s
输汽管的半径最小为 ＝0.0313m
内径：0.0626m
7-7某空调系统采用p＝0.3 MPa、x＝0.94的湿蒸汽来加热空气。暖风机空气的流量为每小时4000标准m3，空气通过暖风机（从0℃）被加热到120℃。设蒸汽流过暖风机后全部变为p＝0.3 MPa的凝结水。求每小时需要多少千克蒸汽（视空气的比热为定值）。
解：空气吸收的热量：
＝619000kJ/h
p＝0.3 MPa的饱和参数：
h``＝2725.5kJ/kg h`=561.4 kJ/kg
p＝0.3 MPa、x＝0.94蒸汽的焓
hx＝xh``+(1-x)h`=2595.7kJ/kg
需要蒸汽
304.28 kg /h
法二：
湿蒸汽中起加热作用的仅为干饱和蒸汽

＝306.6 kg /h
7-8气缸中盛有0.5kg、t＝120℃的干饱和蒸汽，在定容下冷却至80℃。求此冷却过程中蒸汽放出的热量。
解：t＝120℃的干饱和蒸汽参数：
v``＝0.89202m3/kg h``＝2706.6kJ/kg p1=0.19854MPa
容积：V=mv``=0.44601 m3
t＝80℃的饱和蒸汽参数
v`＝0. 0010292m3/kg v``＝3.4104m3/kg
h``＝2643.8kJ/kg h`=334.92 kJ/kg p2=0.047359MPa
比容：＝0.89202 m3/kg
干度：＝0.26
焓：hx＝xh``+(1-x)h`=935.2kJ/kg
放出的热量：q=m(h``120-hx-vx(p2-p1))=817 kJ
7－9有一刚性容器，用一薄板将它分隔为A、B两部分。在A中盛有1kg、压力pA＝0.5 MPa的干饱和蒸汽，B中盛有2kg pB＝1 MPa，x＝0.80的湿蒸汽。当隔板抽去后，经过一段时间容器中的压力稳定在p3＝0.7 MPa。求（1）容器的总容积及终了时蒸汽的干度；（2）由蒸汽传给环境的热量。
解：（1）容器的总容积
pA＝0.5 MPa的干饱和蒸汽参数
v``＝0.37481m3/kg h``＝2748.5kJ/kg uA＝2561.1kJ/kg
A占容积：VA=mAv``=0.37481 m3
pB＝1 MPa的饱和蒸汽参数
v``＝0.1943m3/kg v`＝0.0011274m3/kg
h``＝2777kJ/kg h`＝762.6kJ/kg
vB=xv``+(1-x)v`=0.155 m3/kg
hB＝xh``+(1-x)h`=2374kJ/kg
uB＝2219kJ/kg
B占容积：VA=mBv=0.31 m3
总容积:V=VA+VB=0.685 m3
0.7MPa的饱和蒸汽参数
v``＝0.27274m3/kg v`＝0.0011082m3/kg
h``＝2762.9kJ/kg h`＝697.1kJ/kg
蒸汽比容：0.228 m3/kg
蒸汽干度：＝0.84
（2）由蒸汽传给环境的热量
终了时的焓：hx＝xh``+(1-x)h`=2502kJ/kg
ux＝2342.4kJ/kg
＝-193.7 kJ
7－10将1kgp1=0.6MPa，t1=200℃的蒸汽在定压条件下加热到t2=300℃，求此定压加热过程加入的热量和内能的变化量。若将此蒸汽再送入某容器中绝热膨胀至p3=0.1MPa，求此膨胀过程所作的功量。
解：查表p1=0.6MPa，t1=200℃
h1=2850kJ/kg v1=0.352 m3/kg （u1=2639 kJ/kg）
查表p2=0.6MPa，t2=300℃
h2=3061kJ/kg v2=0.4344 m3/kg
s2=7.372 kJ/(kg.K) （u2=2801 kJ/kg）
查表p3=0.1MPa，s=7.372
h3=2680kJ/kg v3=1.706 m3/kg （u3=2509 kJ/kg）
定压过程加入的热量和内能变化量
q=h2-h1=211kJ/kg
=162 kJ/kg
绝热膨胀过程所作的功量
＝292 kJ/kg
7-11汽轮机进汽参数为：p1=3MPa，t1=450℃，蒸汽在汽轮机中绝热膨胀到p2=5kPa后排入冷凝器。求：（1）可逆绝热膨胀时蒸汽的终参数及汽轮机所作的功；（2）若蒸汽在汽轮机中为不可逆绝热膨胀，引起的熵产为0.25kJ/(kg.K)，则汽轮机作的功将为多少？
解：查表p1=3MPa，t1=450℃的参数
h1=3344kJ/kg s1=7.083 kJ/(kg.K)
则绝热膨胀到p2=5kPa，s2=7.083 kJ/(kg.K)
时蒸汽的终参数
t2=32.88℃ h2=2160kJ/kg v2=23.52 m3/kg
汽轮机所作的功
1184 kJ/kg
（2）不可逆绝热膨胀后的熵为
s3=7.083 +0.25＝7.333kJ/(kg.K)
p3=5kPa蒸汽的终参数：h3=2236kJ/kg
汽轮机所作的功 1108 kJ/kg

7-12有一台工业锅炉，每小时能生产压力p1=1.4MPa，t1=300℃的过热蒸汽10t。已知给水的温度25℃；从锅筒引出的湿蒸汽的干度x＝0.96；湿蒸汽在过热蒸汽中再加热至300℃；煤的发热值为29400kJ/kg。试求（1）若锅炉的耗煤量B＝1430kg/h，求锅炉效率；（2）湿蒸汽在过热器中所吸收的热量及内能的变化量。
解：（1）煤的总发热量42.042MkJ/h
p1=1.4MPa，t1=300℃的过热蒸汽的参数：
h1=3040kJ/kg v1＝0.1823m3/kg
取水为定值比热，其的焓值：h0＝25×4.1868＝104 kJ/kg
单位蒸汽吸热量：q=h1-h0=2936 kJ/kg
总吸热量：29.36 MkJ/h
锅炉效率：69.84％
（2）湿蒸汽的参数
v2＝0.136 m3/kg
h2＝2708kJ/kg
定压过程吸收的热量
q=m(h1-hx)= 3.32MkJ
内能的变化:
=2.65MkJ

7-13有一废热锅炉，进入该锅炉的烟气温度为ty1=600℃排烟温度为ty2=200℃。此锅炉每小时可产生ts=100℃的干饱和蒸汽200kg，锅炉进水温度为20℃，锅炉效率为60％。（1）求每小时通过的烟气量；（2）试将锅炉中烟气的放热过程与蒸汽的吸热过程定性的表示在同一t-s图上。
解：ts=100℃的干饱和蒸汽的焓：h=2676.3kJ/kg
20℃水的焓：h0=20*4.186=83.7 kJ/kg
水的吸热量：q1=200*(2676.3-83.7)=518520kJ/h
烟气的放热量：
q=864200 kJ/h
烟气量：
＝2139kg/h
=1.93m3/kg
V=4128 m3/h

7-14湿蒸汽进入干度计前的压力p1=1.5MPa，经节流后的压力p2=0.2MPa，温度t2=130℃。试用焓熵图确定湿蒸汽的干度。
解：节流前后焓不变
查h-s图得：x=0.97
第八章 湿空气
8-1 温度20℃，压力0.1MPa，相对湿度70％的湿空气2.5m3。求该湿空气的含湿量、水蒸气分压力、露点、水蒸气密度、干空气质量、湿空气气体常数。如该湿空气在压力不变的情况下，被冷却为10℃的饱和空气，求析出的水量。
解：（1）水蒸气分压力：
根据20℃，查水蒸气表得对应的饱和压力为 MPa
0.00163576 MPa
含湿量：＝10.34
露点：查水蒸气表，当0.00163576 MPa时，饱和温度即露点
14.35℃

水蒸气密度：
干空气质量：2.92㎏
求湿空气质量2.95㎏
湿空气气体常数：288.8
查在10℃，查水蒸气表得对应的饱和压力为1.228 kPa

含湿量：＝7.73
析出水量：＝7.62g

8-2 温度25℃，压力0.1MPa，相对湿度50％的湿空气10000kg 。求该湿空气的露点、绝对湿度、含湿量、湿空气密度、干空气密度、湿空气容积。
解：水蒸气分压力：
根据25℃，查水蒸气表得对应的饱和压力为3.169kPa
0.5×3.169=1.58kPa
露点：查水蒸气表，当1.58kPa时，饱和温度即露点
13.8℃
25℃,＝43.36
绝对湿度：＝0.0115
含湿量：＝9.985
湿空气密度：
＝0.867
1.16
干空气密度：1.15
湿空气容积：8600 m3

8-3查表题
8－4 压力B为101325Pa的湿空气，在温度1＝5℃，相对湿度1＝60％的状态下进入加热器，在2＝20℃离开加热器。进入加热器的湿空气容积为＝10000 m3。求加热量及离开加热器时湿空气的相对湿度。
解：查饱和空气状态参数
1＝5℃，＝872Pa
2＝20℃，＝2.337kPa
分别计算状态参数：
1＝5℃， 1＝60％时
＝872×60％＝523.2 Pa
3.2g/kg(a)
13.08kJ/kg(a)
在加热器中是等湿过程：3.2g/kg(a)
28.32 kJ/kg(a)
查图得湿空气相对湿度：
2＝23％
干空气的质量：
12634kg
加热量：
1.9×105kJ

8－5 有两股湿空气进行绝热混合，已知第一股气流的1＝15m3/min，1＝20℃，1＝30％；第二股气流的2＝20m3/min，2＝35℃，2＝80％。如两股气流的压力均为1013×102Pa，试分别用图解法及计算法求混合后的焓、含湿量、温度、相对湿度。
解：图解法略。
计算法：
查饱和空气状态参数
1＝20℃，＝2.337kPa，h1= 31.14kJ/kg(a)
2＝35℃，＝5.622kPa，h2=109.4 kJ/kg(a)
4.37g/kg(a)
28.9g/kg(a)
17.65 kg
21.75 kg
焓：＝74.34 kJ/kg(a)
=17.9 g/kg(a)
查图得：28.5℃
＝73％

8-6已知湿空气的60kJ/kg(a) ，t=25℃，试用B＝0.1013MPa的焓湿图，确定该湿空气的露点、湿球温度、相对湿度、水蒸气分压力。
解：露点19℃
湿球温度20.8℃
相对湿度69％
3.167kPa
水蒸气分压力＝2185Pa

8-7 在容积＝60℃的房间内，空气的温度和相对湿度分别为21℃及70％。问空气的总质量及焓kg值各为多少？设当地大气压为B＝0.1013MPa。
解：空气21℃对应的饱和压力：2.485kPa
水蒸气的分压力：＝1.7295 kPa
温度21℃和相对湿度分别为70％的空气焓：48.77kJ/kg(a)
干空气的质量：70.8kg
空气的含湿量： 10.8g/kg(a)
空气的总质量：＝71.5 kg
空气的焓值： 70.8×48.77＝3452.9 kJ

8-8将温度1＝15℃，1＝60％的空气200m3加热到2＝35℃，然后送入到干燥器。空气在干燥器总与外界绝热的情况下吸收物料总的水份，离开干燥器的相对湿度增至3＝90％。设当地大气压力B＝0.1013MPa。试求(1)空气在加热器中的吸热量；（2）空气在干燥器中吸收的水份。
解：查表
1＝15℃，＝1.704 kPa
2＝35℃，＝5.622kPa
计算状态参数：
1＝15℃，1＝60％时
＝1.02 kPa
6.33g/kg(a)
31.15kJ/kg(a)
在加热器中是等湿过程：6.3g/kg(a)
51.5 kJ/kg(a)
查图得湿空气相对湿度：
2＝18％
干空气的质量：
242.6kg
加热量：
4937.8kJ
干燥器中是绝热过程h3=h2=51.5 kJ/kg(a)
由3＝90％查表得＝12.64g/kg(a)
吸收的水份：
＝1538.4g

8-9某空调系统每小时需要c＝21℃，c＝60％的湿空气12000m3。已知新空气的温度1＝5℃，1＝80％，循环空气的温度2＝25℃，2＝70％。新空气与循环空气混合后送入空调系统。设当时的大气压力为0.1013MPa。试求（1）需预先将新空气加热到多少度？（2）新空气与循环空气的流量各为多少（kg/h）？
解：已知：1＝5℃，1＝80％，
2＝25℃，2＝70％
查h-d图可得：
h1=15.86 kJ/kg(a)
d1=4.32g/kg(a) ，
h2=60.63 kJ/kg(a)
d2=13.93 g/kg(a)
求c＝21℃，c＝60％的水蒸气分压力
hc＝44.76 kJ/kg(a)，dc=9.3g/kg(a)，＝2.485kPa，＝1.49kPa，
求干空气质量：14195kg/h
根据混合空气的焓和含湿量计算公式可得：
6839 kg/h
7356 kg/h
h=27.7 kJ/kg(a)
根据d=d1=4.32 g/kg(a)查图得
t=17℃

8-10为满足某车间对空气温度及相对湿度的要求，需将1＝10℃，1＝30％的空气加热加湿后再送入车间，设加热后空气的温度2＝21℃，处理空气的热湿比＝3500。试求空气终了时的状态参数d2、h2、2。
解：由1＝10℃，1＝30％，＝3500查图得：
h2＝56 kJ/kg(a)，d2=13.5g/kg(a)，2＝85％

8-11某空调系统每小时需要2＝21℃，2＝60％的湿空气若干（其中干空气质量4500 kg/h）。现将室外温度1＝35℃，1＝70％的空气经处理后达到上述要求。（1）求在处理过程中所除去的水分及放热量；（2）如将35℃的纯干空气4500 kg冷却到21℃，应放出多少热量。设大气压力B＝101325Pa。
解：（1）查h-d图
2＝21℃，2＝60％
1＝35℃，1＝70％得
h1=99.78 kJ/kg(a) d1=25.17 g/kg(a)
h2=44.76 kJ/kg(a) d2=9.3 g/kg(a)
处理过程除去的水分=71.4 kg/h
放热量：＝247.6 kJ/h
（2）将35℃的纯干空气4500 kg冷却到21℃，放出热量