答:与理想气体方程相对照,范得瓦尔方程引入b考虑分子本身体积的修正项。b表示气体分子体积影响的修正值。它的存在使气体分子自由运动空间减小为(v-b)。引入考虑分子间相互作用力的修正项。由于分子间吸引力的作用使分子作用于壁面的压力减小,压力的减小正比于气体密度的平方,此外还与分子类型有关。以a表示分子间作用力强弱的特性常数,则压力减小量为:
。
3、门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行,若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。于是有人就想通过敞开冰箱大门降低室内温度的目的,你认为这种想法可行吗?请以门窗紧闭的房间为系统,利用热力学第一定律进行分析。 答:这种想法不可行的。根据热力学第一定律,选择房间为闭口系统,因为门窗紧闭,固可认为与外界之间没有热量交换,是绝热闭口系。由Q=ΔU+W,Q=0,电冰箱工作消耗电功,W<0,可以得到ΔU>0。可见,在打开电冰箱后,房间内的空气温度最终会上升,因此通过敞开冰箱大门降低室内温度的想法是不可行的。 4、已知湿空气的温度t和相对湿度φ。试说明根据已知条件计算求解该湿空气露点的方法。
答:根据湿空气的温度t,查饱和水蒸气表求得该温度下的饱和压力ps,根据pv=φ·ps求得水蒸气分压力pv,然后查饱和水蒸气表求得该压力下的饱和温度即为该湿空气的露点温度td。
5、气体在喷管中流动,欲使超音速气流加速应采用什么形式的喷管?为什么? 答:气体在喷管中流动,则流速增大,即dc>0。气体在喷管中以超音速流动,则马赫数M>1。由管道截面变化与气流速度的变化关系式该喷管截面变化df>0,即选用渐扩喷管。
五. 计算题(4小题,共40分)
1、有一绝热刚性容器,有隔板将它分成A、B两部分,开始时,A中盛有
的空气,B中盛有
,
可知:
的空气。求打开隔板后两容器达到平衡时的温度和压力。
(8分)
解:取A与B容器中的气体为系统,为闭口系统。由热力学第一定律Q=ΔU+W。由题意可知Q=0,W=0,故:ΔU=0 即:ΔUA+ΔUB=0
设空气终态温度为T,空气比热为定值。则有:
而,代入上式可得:
终态压力
2、绝热封闭容器中装有空气0.8kg,初温T1=300K,现通过叶轮搅拌由外界输入功30kJ,终态变为2。求容器中空气的熵变化及熵流和熵产。已知:cp = 1.005kJ /(kg·K),cv =0.718kJ/(kg·K)。(10分)
解:以绝热封闭容器中空气为系统,由热力学第一定律可得:Q=ΔU+W。 由题意可知Q=0,故:ΔU=-W
即:
0.8×0.718×(T2-300)=-(-30) 解得:T2=352.23K
空气的熵变为:
熵流为:由
,所以空气的熵产为:
3、某蒸汽压缩式制冷机,用氨作致冷剂。致冷量为105kJ/h。冷凝器出口氨饱和液的温度为300K,压力为1.06MPa;节流后温度为260K,压力为0.255 MPa。经查表得:h1=1570kJ/kg,h2=1770 kJ/kg,h3=450 kJ/kg。试求:
(1)每千克氨的吸热量;(2)氨的质量流量;(3)压气机消耗的功率;(4)冷却水带走的热量;(5)致冷系数;(6)相同温度范围内逆向卡诺循环的致冷系数。(12分)
解:(1)每千克氨的吸热量:
q2=h1-h4=1570-450=1120(kJ/kg) (2)氨的质量流量:
(3)压气机消耗的功率:
(4)冷却水带走的热量为:
(5)致冷系数为:
(6)逆向卡诺循环的致冷系数
4、空调系统将温度为5℃,相对湿度为40%的室外空气加热至25℃;然后,在保持空气温度不变的同时,向空气流中喷入压力为400kPa的水蒸气,从而将最终的相对湿度又提高至40%。已知:B=101325Pa。问:(1)如果室外空气进入空调系统时的体积流量为60m3/min,求加热空气所需的热流量,(2)计算喷入水蒸气的流量。(10分)(h-d图见附表) 解:由
,从h-d图查得:h1=11 kJ/kg(a),d1=2.2 g/kg(a)
将室外空气加热至t2=25℃,可知;d2=d1,从h-d图查得:h2=31 kJ/kg(a) 向空气流中喷入水蒸气后,因温度保持不变,从h-d图查得:h3=45.5 kJ/kg(a),d3=8 g/kg(a) 室外空气的质量流量:
,
则干空气的质量流量:
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