题目
(2005年)有一流体以3m/s的速度通过7.62cm直径的管路进入动力机,进口处的焓为2558.6kJ/kg,内能为2326kJ/kg,压力为p1=689.48kPa,而在动力机出口处的焓为1395.6kJ/kg。若过程为绝热过程,忽略流体动能和重力位能的变化,该动力机所发出的功率是( )kW。A.4.65B.46.5C.1163D.233
(2005年)有一流体以3m/s的速度通过7.62cm直径的管路进入动力机,进口处的焓为2558.6kJ/kg,内能为2326kJ/kg,压力为p1=689.48kPa,而在动力机出口处的焓为1395.6kJ/kg。若过程为绝热过程,忽略流体动能和重力位能的变化,该动力机所发出的功率是( )kW。A.4.65
B.46.5
C.1163
D.233
B.46.5
C.1163
D.233
题目解答
答案
B
动力机发出的功率为p=mw。由焓的定义式h=pv+u,利用进口处的已知条件得v=0.3373m3/kg。管道截面积为f=
=0.0045m2,流体的质量流量为m=cf/v=0.04kg/s。动力机因进出口的高度差一般很小,进出口的流速变化也不大,工质在动力机中停留的时间很短,动能与势能的变化可忽略,由稳态稳流能量方程可得:w=q-△h,又因为绝热流动q=0,所以ws=h1-h2=1163kJ,有p=mw=46.5kW。
动力机发出的功率为p=mw。由焓的定义式h=pv+u,利用进口处的已知条件得v=0.3373m3/kg。管道截面积为f=
=0.0045m2,流体的质量流量为m=cf/v=0.04kg/s。动力机因进出口的高度差一般很小,进出口的流速变化也不大,工质在动力机中停留的时间很短,动能与势能的变化可忽略,由稳态稳流能量方程可得:w=q-△h,又因为绝热流动q=0,所以ws=h1-h2=1163kJ,有p=mw=46.5kW。解析
本题考查流体力学中稳态稳流能量方程在绝热过程中的应用,解题的关键在于利用焓的定义式求出比体积,进而得到质量流量,再结合绝热过程的能量方程计算动力机发出的功率。
- 根据焓的定义式求出比体积 $v$:
已知焓的定义式为 $h = pv + u$,其中 $h$ 为焓,$p$ 为压力,$v$ 为比体积,$u$ 为内能。
在进口处,$h_1 = 2558.6\ kJ/kg$,$p_1 = 689.48\ kPa = 689480\ Pa$,$u_1 = 2326\ kJ/kg$,将其代入焓的定义式可得:
$v=\frac{h_1 - u_1}{p_1}=\frac{2558.6\times10^3 - 2326\times10^3}{689480}$
$=\frac{232600}{689480}\approx0.3373\ m^3/kg$ - 计算管道截面积 $f$:
已知管路直径 $d = 7.62\ cm = 0.0762\ m$,根据圆的面积公式 $f = \frac{\pi d^2}{4}$,可得:
$f=\frac{\pi\times(0.0762)^2}{4}$
$=\frac{3.14\times0.00580644}{4}\approx0.0045\ m^2$ - 计算流体的质量流量 $m$:
已知流体速度 $c = 3\ m/s$,根据质量流量公式 $m = \frac{cf}{v}$,可得:
$m=\frac{3\times0.0045}{0.3373}\approx0.04\ kg/s$ - 根据稳态稳流能量方程计算动力机对外做功 $w$:
稳态稳流能量方程为 $w = q - \Delta h$,其中 $w$ 为单位质量工质对外做的功,$q$ 为单位质量工质与外界交换的热量,$\Delta h$ 为焓变。
因为过程为绝热过程,所以 $q = 0$,则 $w = -\Delta h = h_1 - h_2$。
已知 $h_1 = 2558.6\ kJ/kg$,$h_2 = 1395.6\ kJ/kg$,可得:
$w = 2558.6 - 1395.6 = 1163\ kJ/kg$ - 计算动力机所发出的功率 $P$:
根据功率公式 $P = mw$,将 $m = 0.04\ kg/s$,$w = 1163\ kJ/kg$ 代入可得:
$P = 0.04\times1163 = 46.52\ kW\approx46.5\ kW$