作者GbmanOGC (OGC)
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标题[考题] 100年关务热力考题
时间Sun Feb 19 23:00:45 2012
网路上找不太到详解 所以来这边问一下
小弟没花很多时间上网找 有解答可以分享一下的话 我会很感激的
出处:100年关务热力 全
===============================第一题======================================
家庭中经常使用瓦斯炉烧开水,将水壶中的冷水加热成热水,接着冒出水蒸气
,水蒸气最後甚至顶开水壶盖。考虑从瓦斯炉火开始一直到水蒸气顶开水壶盖的过程
,如图1所示,请说明此一过程的能量转换关系。将此一能量转换过程与蒸汽动力厂
的朗肯循环(Rankine cycle)比较,请讨论两者的相同点和相异处
想法:
首先 我会提出Rankine cycle四个过程
(1)=>(2)等商压缩
(2)=>(3)等压气化加热
(3)=>(4)等商膨胀
(4)=>(1)等压凝结排热
(1)=>(2) 开水并没有压缩 所以没有这个过程
(2)=>(3) 水滚之前有气化加热 但是在顶开水壶盖前 没有等压
他的等压气化加热时机是 (先想像水壶盖顶开过程 是往上顶到最高点 再落下
这种过程 会持续不段发生 )
等压气化加热的过程是 在顶开水壶盖开始 一直顶到最高点的瞬间 那段都是
(3)=>(4) 不可逆现象 必定不等商 排除不可逆现象後
因为有持续的加热 要等商的话 必定加热等於输出功
而加热等同输出功 也只有顶开水壶盖那过程 热量转位能 且膨胀
(4)=>(1) 凝结排热是水气沾到盖子上 把热量转给盖子 水气转化成水珠
盖子再把热量排出去 等压的状况同
(2)=>(3)
盖子顶开的过程 排除了不可逆现象 同时出现
(2)=>(3)(3)=>(4)(4)=>(1)这三个过程
===============================第二题======================================
空气被局限於一具上方可自由滑移活塞的绝热壁容器中,如图2所示,空气的起始状态(
压力、体积和温度)为400kPa(绝对压力),0.1m3,50℃,外界空气是一大气压。利用
旋转叶片搅动空气,使其体积最後膨胀为0.2m3。请计算
空气的质量,
此一膨胀过程
中,空气的最终温度、
空气的内能及焓值变化,此一膨胀过程中,
旋转叶片所做的功、
空气膨胀所做的功、滑移活塞所做的功、空气膨胀抵抗重力所做的功。假设空气为理想气
体,R=0.2870kJ/kg·K,Cpo=1.0035kJ/kg·K,Cvo=0.7165kJ/kg·K
(此题图案是一个close system 插着看起来会做功的旋转叶片 上方有可移动活塞)
想法:
400 x 0.1 = 空气的质量 x 0.287 x 323 (PV=MRT)
空气的质量=0.431 kg
400 x 0.2 = 0.431 x 0.287 x 空气的最终温度(PV=MRT)
空气的最终温度=646 k
空气的内能 = 0.431 x Cv x 温度变化量
空气的内能 = 0.431 x 0.7165 x 323 = 100 kj
焓值 = 0.431 x Cp x 温度变化量
焓值 = 0.431 x 1.0035 x 323 = 140 kj
Q-W=能量变化量 (因绝热 且忽略动位能
W(in) - W(out) = U
W(in) - 40 =
100 kj
W(in) = 140 kj
W(in)=旋转叶片所做的功
W(out)=滑移活塞所做的功=空气膨胀所做的功=空气膨胀抵抗重力所做的功
这边我有点不确定 感觉这三个都再说同一件事情= ="
===============================第三题======================================
长时间稳定操作的机械设备常以稳态稳流过程(steady-state, steady-flow process)
来分析,请
列出分析稳态稳流过程的基本假设,并说明「稳态」和「稳流」的物理意义
,
列出分析控制体积稳态稳流过程所需的连续方程式和第一定律变化率方程式,并说明
其物理意义。
想法:
这题实在非常不确定
steady-state
我会提出 他主要是说明 有关质量的特性不变
有点类似讨论开放系统 但是要画边界 简化计算而设计的
方程式是 M(in) = M(out)
(系格马那个数学符号打不出来 我又不会拼 自己加在前面吧)
steady-flow
主要是讨论 物质的性质不随时间改变
DB/DT= ?B/?T + .....
(因为符号我根本打不出来 ?代表偏微分的啪秀 看的懂就好 别计较= =")
因为?B/?T如果存在 分析会很复杂 steady-flow就是假设 此项为0
===============================第四题======================================
(1)针对蒸汽动力厂的朗肯循环(Rankine cycle),请以T-s图说明其热力特性变化,
并利用T-s图表示其热效率
(2)蒸汽动力厂为了提升能源使用效率,同时考量发电和蒸汽利用,请说明如何达成此目的
(3)蒸汽动力厂新近使用超临界锅炉(supercritical boiler)或超超临界锅炉(
ultra-supercritical boiler)来提升热效率,其原因为何
(4)针对燃气涡轮机的布莱登循环(Brayton cycle),请以T-s图说明其热力特性变化,并利
用T-s图表示其热效率
(5)复循环(combined cycle)发电系统结合朗肯循环和布莱登循环来提升热效率,请说明如
何达成此目的
想法:
这题基本上 书上就有了
只是 第3及第5小题 小弟找不到 没想到考这麽细
或许只是名词用的跟我书不同 有人可以讨论一下吗
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以上解法是我自己算的 希望有人可以帮我指正错误的地方
我是参考王力宏的热力学
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两舟并行,橹速不及帆快
八音齐奏,笛清怎比箫和
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※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc)
◆ From: 114.25.162.217
1F:推 P55555:厉害...这是哪一个科目 热力学? 02/19 23:06
2F:→ GbmanOGC:严格来说算 热工学 我习惯称热力= =" 02/19 23:08
3F:推 P55555:....我在想要放在哪里 02/19 23:08
4F:→ GbmanOGC:不用M吧 我怕错误一堆 会很丢人 囧 02/19 23:09
5F:→ GbmanOGC:关务高考地特机械 应该都可以放 02/19 23:09
6F:推 nanase28:先大推G大~ 想提问的是第二题活塞做的功 我会用外界的 02/20 13:45
7F:→ nanase28:大气压力*体积变化 来作答耶.. 不知道这样想 正不正确 QQ 02/20 13:46
喔喔 你给了我一点头绪 感谢
作功应该是
空气膨胀所做的功=滑移活塞所做的功+空气膨胀抵抗重力所做的功
※ 编辑: GbmanOGC 来自: 114.25.161.150 (02/20 22:40)
9F:→ nanase28:第三页有提到再热 应该主要就是利用再热提高效率吧 @@? 02/21 14:17
10F:→ GbmanOGC:恩 感恩 02/22 00:36
11F:推 nanase28:事实证明..关务很爱朗肯...lol 03/10 21:21