工程热力学 严家騄 完整答案
第一章 基本概念
思 考 题
1、如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变，对吗？
答：不对。因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力两个因素。因此即使容器中的气体压力保持不变，当大气压力变化时，压力表的读数也会随之变化，而不能保持不变。
2、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系
答：平衡（状态）值的是热力系在没有外界作用（意即热力、系与外界没有能、质交换，但不排除有恒定的外场如重力场作用）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热力系在没有外界作用时的时间特征-与时间无关。所以两者是不同的。如对气-液两相平衡的状态，尽管气-液两相的温度，压力都相同，但两者的密度差别很大，是非均匀系。反之，均匀系也不一定处于平衡态。
但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”又可能是统一的。如对于处于平衡状态下的单相流体（气体或者液体）如果忽略重力的影响，又没有其他外场（电、磁场等）作用，那么内部各处的各种性质都是均匀一致的。
3、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的？
答：“平衡”意味着宏观静止，无变化，而“过程”意味着变化运动，意味着平衡被破坏，所以二者是有矛盾的。对一个热力系来说，或是平衡，静止不动，或是运动，变化，二者必居其一。但是二者也有结合点，内部平衡过程恰恰将这两个矛盾的东西有条件地统一在一起了。这个条件就是：在内部平衡过程中，当外界对热力系的作用缓慢得足以使热力系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。
4、“过程量”和“状态量”有什么不同？
答：状态量是热力状态的单值函数，其数学特性是点函数，状态量的微分可以改成全微分，这个全微分的循环积分恒为零；而过程量不是热力状态的单值函数，即使在初、终态完全相同的情况下，过程量的大小与其中间经历的具体路径有关，过程量的微分不能写成全微分。因此它的循环积分不是零而是一个确定的数值。
习 题
1-1 一立方形刚性容器，每边长 1 m ，将其中气体的压力抽至 1000 Pa ，问其真空度为多少毫米汞柱?容器每面受力多少牛顿？已知大气压力为 0.1MPa 。
[解]：(1) 6(0.110Pa 1000Pa)/133.3224742.56mmHg v b p p p =-=?-=
(2) 1-2 试确定表压为0.01MPa 时U 型管压力计中液柱的高度差。
26()1(0.110Pa 1000Pa)99000N
b F A P A P
P m =?=-=??-=
(1)U 型管中装水，其密度为1000kg/m 3； (2)U 型管中装酒精，其密度为789kg/m 3。
[解]： 由（1-6）式，Pg=ρg ?z ，得到?z=
g
P g
(1) 6
30.0110Z 1.01971019.7109.80665g
P m mm g ρ??====?水
水 (2) 6
0.0110Z 1.24941292.47899.80665
g
P m mm g ρ??====?酒精酒精
*此题目的目的是练习如果通过U 型管压力计的液柱高度差计算表压力。
1-3 用U 型管测量容器中气体的压力。在水银柱上加一段水图(1-12)，测得水柱度850mm ，汞柱度520mm 。当时大气压力为755mmHg ，问容器中气体的绝对压力为若干？
[解] ： 水柱高，汞柱高级大气压力之间之和即为容器中气体的绝对压力，但各种压力单位要经过换算。
bar
Pa B
P P P Hg O H 7832.11783203224.133)955520(806375.98502==?++?=++=
图1-12
1-4 用斜管式压力计测量锅炉管道中烟气的真空度。管子的倾角30α=，压力计中使用密度为800Kg/m 3的煤油。倾管中液柱长度为l=200mm 。当时大气压力B=745mmHg ，问烟气的真空度为若干毫米汞柱？绝对压力为若干毫米汞柱？
[解]： (1) 根据式(1-6)式有
(2) 根据(1-5)式有
3745784.575006210739.12v P B P mHg
-=-=-??=
* 此题目的练习真空度，绝对压力，表压之间的关系及压力单位之间的换算关系。
1-5 气象报告中说，某高压中心气压是1025毫巴。他相当于多少毫米汞柱？它比标准大气压高出多少毫巴？
[解] ：1025 1.025 1.025750.062768.81P mbar bar mmHg ===?=
768.81760=8.81mmHg=8.81/0.750062=11.75mbar P P P ?=-=-标准 或
P P P 1.025 1.013250.01175bar 11.75mbar ?=-=-==标准
V 2P g l sin308009.806650.20.5=784.5Pa=80mmH O ρ==??
?图 1-13
* 此题目的练习压力单位换算
1-6 有一容器，内装隔板，将容器分成A 、B 两部分 (图1-14)。容器两部分中装有不同压力的气体，并在A 的不同部位安装了两个刻度为不同压力单位的压力表。已测得1、2两个压力表的表压依次为 9.82 at 和 4.24 atm 。当时大气压力为 745 mmHg 。试求A 、B 二部分中气体的绝对压力 (单位用MPa)。
[解]：
61745mmHg 133.332410MPa 9.82at 0.0098065MPa 0.0983MPa 0.963MPa 1.0623MPa
A b g P P P -=+=??++=+=
2A g B P P P =+
2 1.0623MPa 4.24atm 0.10325MP =0.6327MPa
B A g P P P ∴=-=-?
1-7 从工程单位制水蒸气热力性质表中查得水蒸汽在500C ,100at 时的比容和
比焓为：V=0.03347m 3/Kg, h=806.6Kcal/Kg 。在国际单位制中，这时水蒸汽的压
力和比内能各为若干?
[解]：在国际单位制中，这时水蒸汽的压力为：
P=100 9.80665 104=9806650Pa=9.80665MPa
由焓的表达式 h u Apv =+得u h aPv =-
4806.6-100 10 0.03347/426.936=728.30kcal/kg =728.30 4.18683049.25/u h APv
kJ kg
=-=?= 或
* 此题目的练习工程制与国际制的单位换算。
1-8 摄氏温标取水在标准大气压力下的冰点和沸点分别为0C 和100C ，而华氏温标则相应地取为32F 和212F 。试导出华氏温度和摄氏温度之间的换算关系，并求出绝对零度(0K 或-273.15C )所对应的华氏温度。
[解]：设以c t 表示摄氏温度，F t 表示华氏温度。
根据摄氏和华氏两种温标的冰点和沸点的取法，可知两者温度之间存在着线性换算关系。
图1-14
-3806.6 4.1868-9806500.0334710=3048.84kJ/kg
u h Pv =-=???
假设 F c t at b =+ 则对冰点可得： 32=0+b 对沸点可得： 212=a ?100+b
所以： 9
325F c t t =+ 或 5
(32)9
c F t t =-
当273.15C C t =-（即0 K ）时，9
(273.1532)459.67F 5
F t =-+=-
第二章 热力学第一定律
思 考 题
1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？
答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。
2. 如果将能量方程写为
d d q u p v δ=+
或
d d q h v p δ=-
那么它们的适用范围如何？
答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h pv =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。
3. 能量方程 δq u pv =+d d （变大） 与焓的微分式 ()d d d h u p v =+（变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？
答：尽管能量方程 q
du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()
d d d h u p v =+（变大）似乎相象，但两者的数学本质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的
形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+??? 因为
0du =?，()0d pv =?
所以
0dh =?，
因此焓是状态参数。
而对于能量方程来说，其循环积分：
q du pdv δ=+???
虽然： 0du =? 但是： 0pdv ≠? 所以： 0q δ≠? 因此热量q 不是状态参数。
4. 用隔板将绝热刚性容器分成A 、B 两部分（图2-13），A 部分装有1 kg 气体，B 部分为高度真空。将隔板抽去后，气体热力学能是否会发生变化？能不能用 d d q u p v δ=+ 来分析这一过程？
答：这是一个有摩擦的自由膨胀过程，相应的第
一定律表达式为q du dw δ=+。又因为容器为绝
热、刚性，所以0q δ=，0w δ=，因而0du =，即21u u =，所以气体的热力学能在在膨胀前后没有变化。
如果用 q du pdv δ=+ 来分析这一过程，因为
0q δ=，必有d u p d v
=-，又因为是膨胀过程0dv >，所以0du <，即21u u <这与前面的分析得出的21u u =矛盾，得出这一错误结论的原因是自由膨胀是自由膨胀是一个非平衡过程，不能采用q du pdv δ=+这个式子来进行分析，否则将要得到错误的结论。
5. 说明下列论断是否正确：
(1) 气体吸热后一定膨胀，热力学能一定增加； (2) 气体膨胀时一定对外作功； (3) 气体压缩时一定消耗外功。
图 2-13
B
A
答：(1)不正确：由q
du pdv δ=+可知，当气体吸热全部变成对外作出的
膨胀功时，热力学能就不增加，即当q pdv δ=时，0du =；又当气体吸热全部用来增加其热力学能时，即当q du δ=时，气体也不膨胀，因为此时，0pdv =，而0P >，所以0dv =。
(2)不正确：上题4就是气体膨胀而不对外做功的实例。
(3)正确：无摩擦时 w pdv δ=
，0P >，压缩时0dv <，故0w δ<消耗
外功；有摩擦时，w pdv δ<，0P >，压缩时0dv <，故0w δ=消耗更多
的外功。所以无论有无摩擦，也不论是否吸热或放热，气体压缩时一定消耗外功的。
习 题
2-1 冬季，工厂某车间要使室内维持一适宜温度。在这一温度下，透过墙壁和玻璃窗等处，室内向室外每小时传出 0.7?106 kcal 的热量。车间各工作机器消耗的动力为 500PS （认为机器工作时将全部动力转变为热能）。另外，室内经常点着 50盏 100 W 的电灯。要使这个车间的温度维持不变，问每小时需供给多少kJ 的热量（单位换算关系可查阅附表10和附表11）？
[解] ： 为了维持车间里温度不变，必须满足能量平衡即
Q Q ??
=∑∑出进
所以有 Q Q Q Q ?
???
=++∑散动电灯加入
因而
66(0.710500632.415500.1859.854) 4.18681.588910/Q Q Q Q kJ h
????
=--∑=?-?-???=?加入散动电灯
PS 为公制马力的符号，1 PS = 75 kgf m/s 。
*此题目的练习能量平衡概念及有关能量单位的换算。
2-2 某机器运转时，由于润滑不良产生摩擦热，使质量为 150 kg 的钢制机体在 30 min 内温度升高 50 ℃。试计算摩擦引起的功率损失(已知每千克钢每升高 1 ℃需热量 0.461 kJ)。
[解] ： 摩擦引起的功率损失就等于摩擦热，故有
0.46115050/(3060)1.9208/ 1.9208P Q C m t kJ s kW
??
==?=???==钢摩擦
*此题目的练习能量平衡
2-3 气体在某一过程中吸入热量 12 kJ ，同时热力学能增加 20 kJ 。问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外所作的功是多少（不考虑摩擦）？
[解] ： 由闭口系能量方程： Q U W =?+ 又不考虑摩擦，故有 21Q U Pdv =?+?
所以 2112208Pdv Q U kW =-?=-=-? 因为 0P > 所以 0dV <
因此，这一过程是压缩过程，外界需消耗功8 kW 。
2-4 有一闭口系，从状态1经过a 变化到状态2（图2-14）；又从状态2经过b 回到状态1；再从状态1经过c 变化到状态2。在这三个过程中，热量和功的某些值已知（如下表中所列数值），某些值未知（表中空白）。试确定这些未知值。
过 程 热量Q / kJ
膨胀功W / kJ
1-a -2 10 （7） 2-b -1 -7 -4 1-c -2
（11）
8
[解] ： 关键在于确定过程 1－2的热力学能变化，再根据热力学能变化的绝对值不随过程而变，对三个过程而言是相同的，所不同的只是符号有正、负之差，进而则逐过程所缺值可求。 根据闭口系能量方程的积分形式：
Q U W =?+
1
2
a
c
b y
2—b —1： 7(4)3U Q W kJ ?=-=---=- 1—a —2： 1037W Q U kJ =-?=-= 1—c —2： 3811Q U W kJ =?+=+= 将所得各值填入上表空中即可
※ 此题可以看出几点： 图 2
－14
1、不同热力过程，闭口系的热量 Q 和功 W 是不同的，说明热量与功是与过程
有关的物理量。 2、 热力学能是不随过程变化的，只与热力状态有关。
2-5 绝热封闭的气缸中贮有不可压缩的液体 0.002 m 3，通过活塞使液体的压力从 0.2 MPa 提高到 4 MPa （图2-15）。试求： (1) 外界对流体所作的功；
(2) 液体热力学能的变化；
(3) 液体焓的变化。
[解] ：
(1)由于液体是不可压缩的，所以外界对流体所作的功为零： W = 0 (2)由闭口系能量方程：Q ＝ΔU + W 因为绝热， Q ＝ 0 又不作功 W = 0
所以 ΔU = 0
即液体的热力学内能没有变化。
(3)虽然液体热力学能未变，但是由于其压力提高了，而容积不变，所以焓增加了 （
6()00.002(40.2)107.6 H U PV kJ ?=?+?=+-?=
2-6 同上题，如果认为液体是从压力为 0.2 MPa 的低压管道进入气缸，经提高压力后排向 4 MPa 的高压管道，这时外界消耗的功以及液体的热力学能和焓的变化如何？
[答案]：W t ＝ －7.6 kJ 外界消耗功 ΔU = 0 ΔH = 7.6 kJ
2-7 已知汽轮机中蒸汽的流量q m =40 t/h ；汽轮机进口蒸汽焓 h 1= 3 442 kJ/kg ；出口蒸汽焓h 2=2 448 kJ/kg ，试计算汽轮机的功率（不考虑汽轮机的散热以及进、出口气流的动能差和位能差）。
如果考虑到汽轮机每小时散失热量 0.5?106 kJ ，进口流速为 70 m/s ，出口流速为 120 m/s ，进口比出口高 1.6 m ，那么汽轮机的功率又是多少？ [解] ：
P V=常数 图2-15
1）不考虑汽轮机散热以及进出口气流的动能差和位能差时，如右下图 因为 0q =, 2/20C ?=, 0zg ?=
根据开口系稳定流动的能量方程，(2-11)式，汽轮机对外作的功等于蒸汽经过汽轮机后的焓降：
1234422448994/sh W h h h kJ kg =-?=-=-= 汽轮机功率 39944010/360011044.44sh P W m kW ?
=?=??=
2）考虑汽轮机散热以及进出口气流的动能和位能差时，
每kg 蒸汽的散热量 5
3
51012.5/4010Q q kJ kg m
?
??===?散
根据(2-11)式有： 22sh C q h zg W ?-=?++?+ 蒸汽作功 221221121()()2
sh W h h q C C z z g =------ 223334422448(12070)/(210) 1.69.81/1012.5976.76/sh W kJ kg =---?+?-=
功率 3976.764010/360010852.95sh P W m kW ?
=?=??=
各种损失及所占比例：
汽轮机散热损失： 12.5/kJ kg 占 12.5/994 1.26%= 蒸汽的进出动能差：
223
1
(12070) 4.75/210
kJ kg -=? 占 4.75/9940.48%= 蒸汽的进出位能差： 31.69.81/100.0156/kJ kg ?= 占 0.0156/9940.002%= 三项合计 17.2656/kJ kg 占1.74%不超过百分之二，一般计算不考虑这三个因素也是足够精确的。
※ 此题的目的练习使用开口系稳定流动的能量方程及其在汽轮机功率计算中的应用和汽轮机有关损失的大致的数量级。
2-8 一汽车以 45 km/h 的速度行驶，每小时耗油 34.1?10-3 m 3。已知汽油的密度为 0.75 g/cm 3，汽油的发热量为 44 000 kJ/kg ，通过车轮输出的功率为 87 PS 。试求每小时通过排气及水箱散出的总热量。
[解]： 根据能量平衡，汽车所消耗的汽油所发出的热量等于其车轮轴输出的功率和通过排汽和水箱散出的热量之和，即有：
333.41100.75104400087612.415 4.186811253000230358.18894941.82/sh
Q Q P kJ h
?
?
--=-=????-??=-=散汽油 ※此题目练习能量平衡及能量单位的换算。
W sh =?
P=?
m
h 2
111
mh c z Q 散
T W sh =?P=?
2-9 有一热机循环，在吸热过程中工质从外界获得热量 1 800 J ，在放热过程中向外界放出热量 1 080 J ，在压缩过程中外界消耗功 700 J 。试求膨胀过程中工质对外界所作的功。
[解] ： 根据能量平衡 in E E =∑∑out
故有 Q 吸+W t ，压缩=Q 放+W t ，膨胀
所以 W t ，膨胀=Q 吸+W t ，压缩―Q 放 =1800+700-1080=1420J
2-10 某蒸汽循环12341，各过程中的热量、技术功及焓的变化有的已知（如下表中所列数值），有的未知（表中空白)。试确定这些未知值，并计算循环的净功w 0和净热量q 0。
过 程 q /（kJ/kg ）
w t /（kJ/kg ）
?h /（kJ/kg ）
1-2 0 18 2-3 0 3-4 0 -1142 4-1
-2094
[答案]：
过程 1－2 W t ＝ －18kJ/kg 过程 2－3 q = 3218 kJ/kg ΔH = 3218 kJ/kg
过程 3－4 W t ＝ 1142kJ/kg 过程 4－1 q = － 2049 kJ/kg
第三章 气体的热力性质和热力过程
思 考 题
1. 理想气体的热力学能和焓只和温度有关，而和压力及比体积无关。但是根据给定的压力和比体积又可以确定热力学能和焓。其间有无矛盾？如何解释？
答：其间没有矛盾，因为对理想气体来说，由其状态方程PV=RT 可知，如果给定了压力和比容也就给定了温度，因此就可以确定热力学能和焓了。
2. 迈耶公式对变比热容理想气体是否适用？对实际气体是否适用？
答：迈耶公式p0v0c c R -=是在理想气体基础上推导出来的，因此不管比热是否变化，只要是理想气体就适用，而对实际气体则是不适用的。
3. 在压容图中，不同定温线的相对位置如何？在温熵图中，不同定容线和不同定压线的相对位置如何？
答：对理想气体来说，其状态方程为：PV=RT ，所以，T 愈高，PV 值愈大，定温线离P-V 图的原点愈远。如图a 中所示，T 2>T 1。实际气体定温线的相对位置也大致是这样
由定比热理想气体温度与熵的关系式 2
ln exp
p S R P C T c ++= 可知，当S 一定时（C 2、R 、C p0都是常数）压力愈高，T 也愈高，所以在T-S 图
中高压的定压线位于低压的定压线上，如图b 所示，P 2>P 1实际气体的定压线也类似的相对位置。
由定比热理想气体温度与熵的关系式
1
ln exp
v S R V C T c -+=
可知，当S 一定时（C 1、R 、C v0都是常数）比容愈大，温度愈低，所以在T-S 图中大比容的定容线位于小比容的定容线下方，如图c 所示，v 2 4. 在温熵图中，如何将理想气体在任意两状态间热力学能的变化和焓的变化表示出来？ 答：对理想气体，任意两状态间内能变化21201v v u C dT q -?==?，所以在温熵图中可用同样温度变化范围内定容过程所吸收的热量表示出来。 如同d ，定容线12’下的面积1342’1即表示1、2在状态间的热力学能变化12u -? 对理想气体来说，任意状态间的焓的变化21201p p h C dT q -?==?，所以可用同样温度变化范围内定压过程所吸收的热量来表示。 如图e ，定压线12’下的面积1342’1即表示1、2在状态间的焓的变化12h -? 5. 定压过程和不作技术功的过程有何区别和联系？ b S T P 1P 2O a V P T 1 T 2 c S T V 1 V 2 O e S T P 2 P 1 O T 1 T 2 12 2'34?h=q p S T V 1 V 2 O d 答：定压过程和不作技术功的过程两者区别在于： 1）定压过程是以热力系在过程中的内部特征（压力不变）来定义热力过程的，不作技术功的过程则是从热力系整体与外界之间没有技术功的传递来定义热力过程的。 2）如果存在摩擦，则t l vdp w w δδ-=+，对定压过程0dp =时, 0t l w w δδ=-<，因此要消耗技术功，所消耗的技术功转变为摩擦热，对不作技术功的过程，0t w δ=，0l vdp w δ-=>，由于v>0，所以dp<0，一定伴随有压降。正如流体在各种管道中的有摩流动，虽无技术功的输出，却有压力的损失（无功有摩压必降）。 3）两个过程热量与焓的关系不同。定压过程只有在无摩擦的情况下，其热量才等于焓的变化，因为21p tp q h h W =-+，当无摩擦时，tp W vdp =-?，又定压时，0dp =,0tp W =，所以有p q h =?。而不作技术功的过程，不管有无摩擦，其热量却总等于焓的变化，由热力学第一定律的能量方程，t q dh W δδ=+可知当 0t W δ=时q dh δ=即q h =?。 定压过程与不作技术功的过程的联系在于当无摩擦时，二者就是完全一致的，即定压无摩擦的过程必定不作技术功，不做技术功的无摩擦过程是定压的，即210tp W VdP =-=? 6. 定熵过程和绝热过程有何区别和联系？ 答：定熵过程与绝热过程两者区别在于： 1）定熵过程是以热力系在过程中内部特征（熵不变）来定义热力过程的，绝热过程则是从热力系整体与外界之间没有热量交换来定义热力过程的。 2）如果存在摩擦0l g Tds du Pdv du w w q q q δδδδδ=+=++=+>=即0Tds >而 0T >则0dS >所以对绝热过程必有熵增。正如流体（蒸汽或燃气）在汽轮机和 燃气轮机流过时，虽然均可以看成是绝热的，但由于摩擦存在，所以总伴随着有熵增。对定熵过程来说，0dS =，熵是不变的。 3）如果没有摩擦，二者是一致的即等熵必绝热无摩，而绝热无摩必等熵，这便是二者的联系，若无摩擦q du Pdv Tds δ=+=，再绝热0q δ=，那么 0Tds =，而0T >，所以0dS =；若定熵0ds =，必无摩又绝热 0g q q q Tds δδδ+===。 7. q h w h w R T p p ==-=--?? ?????????? ???-??;;t t g γγγγ001 2 1 1110 0各适用于什么工质、什么过程？ 答：第一个公式适用于任意工质的不作技术功的过程和无摩擦的定压过 程； 第二个公式适用于任意工质的绝热过程； 第三个公式适用于定比热理想气体的定熵膨胀过程。 8. 举例说明比体积和压力同时增大或同时减小的过程是否可能。如果可能，它们作功（包括膨胀功和技术功，不考虑摩擦）和吸热的情况如何？如果 它们是多变过程，那么多变指数在什么范围内？在压容图和温熵图中位于什么区域？ q P ↑V ↑ f 答：图f 、g 所示的就是比容和压力同时增大或减小的过程，如果不考虑摩擦，内部又是平衡的话，则所作功及吸热情况如图h 、i 所示。 技术功： 膨胀功： 21t W VdP =-? 21W PdV =? 热量： 21q Tds =? 这些过程是多变指数0η-∞<<（中间符号是n ）范围内的多变过程，在P-S 图及T-S 图中所处区域如图j 、k 阴影部分所示 9. 用气管向自行车轮胎打气时，气管发热，轮胎也发热，它们发热的原因各是什么？ 答：用气管向自行车轮胎打气需要外界作功，管内空气被压缩，压力升高，温度也升高，所以金属气管发热；空气经过气管出气嘴和轮胎气门芯时都有节流效应，这也会使空气的温度进一步升高，这些温度较高的空气进入轮胎后导致轮胎也发热了。 习 题 3-1 已知氖的相对分子质量为 20.183，在 25 ℃时比定压热容为 1.030 ()k J /k gK ?。试计算（按理想气体）： (1) 气体常数； (2) 标准状况下的比体积和密度； (3) 25 ℃时的比定容热容和热容比。 q P ↓V ↓ g S T O 2 1q P v 图 i V P O T S n=1n=k n=∞ n=∞ n=0 n=0P ↑ V ↑ P ↓ V ↓ 图 j S T O T S n=1n=k n=∞P V 图 k V P O 21 W t 图 h [解]：(1) 8.31441/20.1830.4120/()R M R kJ kg K M ? ===? (2) 330.4120273.1510/101325 1.1107/std std std RT v m kg P ==??= 31/1/1.11070.9004/std std v kg m ρ=== (3) 00 1.0300.41200.618/()v p C C R kJ kg K =-=-=? 0 1.030 1.66670.618 p vo C C κ= = = 3-2 容积为 2.5 m 3的压缩空气储气罐，原来压力表读数为 0.05 MPa ，温度为 18 ℃。充气后压力表读数升为 0.42 MPa ，温度升为 40 ℃。当时大气压力为 0.1 MPa 。求充进空气的质量。 [解]：在给定的条件下，空气可按理想气体处理，关键在于求出充气前后的容积，而这个容积条件已给出，故有 2121212121215210273.15273.15189.9734g g P V PV P P V m m m RT RT R T T B P B P V R t kg ?? ?=-= -=- ??? ?++?????=-??? ? ?++????????= 3-3 有一容积为 2 m 3的氢气球，球壳质量为 1 kg 。当大气压力为 750 mmHg 、温度为20℃时，浮力为 11.2 N 。试求其中氢气的质量和表压力。 [解]： 如右图所示，氢气球在空气中所受的总浮力为该气球排出同体积的空气的重量，该重量应该等于氢气球所受浮升力，球壳重量以及氢气重量之和，有此可得： shell,g AIR mg mg f m =++ 所以 2-750133.3224211.2 10.2341287.1(273.1520)9.80665 H AIR shell shell AIR f m m m g PV f m R T g kg =+=--??= --=?+ 氢气的表压力由 2222()H g H H H P V P B m R T R T +==， 可得 2255 0.23014124.2293.15 750133.3224100.4150210 H H g m R T P B bar V -????= -= -??=? 3-4 汽油发动机吸入空气和汽油蒸气的混合物，其压力为 0.095 MPa 。混合物中汽油的质量分数为 6%，汽油的摩尔质量为 114 g/mol 。试求混合气体的平均摩尔质量、气体常数及汽油蒸气的分压力。 [解]： 由混合气体平均分子量公式（3-20）式可得： 11222122111 30.3221 //(1)//(10.006)/28.9650.06/114 M g M g M g M g M = ===+-+-+混 8314.41/30.3221274.203/()M mix mix R R J kg K M ===? 221122/0.06/114 0.0950.0015//0.94/28.9650.06/114 mix mix g M P P P MPa g M g M γ=?= ?=?=++汽油蒸汽 3-5 50 kg 废气和 75 kg 空气混合。已知： 废气的质量分数为 w C O 2 =14%， w O 2 =6%， w HO 2 =5 %， w N 2 =75% 空气的质量分数为 w O 2 = 232%.， w N 2 =768%. 求混合气体的：(1) 质量分数；(2) 平均摩尔质量；(3) 气体常数。 [解]：(1) 混合气体的质量成分可由(3-11)式求得： 222()()0.14507 0.0565075125 CO CO mix CO i gm g m g m m m ??= = = ==++∑气气空气 22()0.0650+0.23275 0.1632125O i i mix O i g m g m ???= = =∑ 22()0.0550 0.02125 H O mix H O i g m g m ??== =∑气 22()0.7550+0.76875 0.7608125 N i i mix N i g m g m ???= = =∑ (2) 混合气体的平均分子量可由(3-20)式求得 11 28.8697 /0.056/44.0110.1632/32.000.02/18.0160.7608/28.016 mix i i M g M = ==+++∑ (3)混合气体的气体常数可由(3-21)式求得： 8314.41 287.0037/()28.8697 M mix mix R R J kg K M = ==? 3-6 同习题3-5。已知混合气体的压力为 0.1 MPa ，温度为 300 K 。求混合气体的：(1) 体积分数；(2) 各组成气体的分压力；(3) 体积；(4) 总热力学能（利用附表2中的经验公式并令积分常数C =0）。 [解]：(1)混合气体的容积成份可由(3-18)式求得。 222/0.056/44.0110.001272 0.03670.0560.16320.020.7608/0.034638 44.01132.0018.01628.016 CO CO CO i i g M g M γ= = ==∑+++ 222/0.1632/32 0.1472/0.034638O O O i i g M g M γ= = =∑ 222/0.02/18.106 0.0320/0.034638 H O H O H O i i g M g M γ= = =∑ 222/0.7608/28.016 0.7840/0.034638 N N N i i g M g M γ= ==∑ (2)各组分气体的分压力可由(3-22)式求得： 220.10.03670.00367CO mix CO P P MPa γ=?=?= 220.10.14720.01472O mix O P P MPa γ=?=?= 220.10.0320.0032H O mix H O P P MPa γ=?=?= 220.10.78400.07840N mix N P P MPa γ=?=?= (3)混合气体的总容积可由理想气体的状态方程求得： 3125287.0037300 107.62640.1106 mix mix mix mix mix m R T V m P ??= ==? (4)混合气体在300K 时的总内能可由30000mix mix mix mix i v U m u m g c idT ==∑计算 ()()()423412301326394322341.35900.79550.169712.50.0560.50580.188923001030010300103002340.43410.18100.16320.80560.2598300103002i i i mix mix i i i i a a a U m g a R T T T T =----?? ??=?-+++∑?? ??? ?????? =??-?+??-??+????? ???+?-?+??-()()63943263943263940.027481030010300340.56080.28840.10250.7608 1.03160.29683001030010300103002341.0680.58610.19950.02 1.78950.4615300103001030010300234--------?? ??+???? ???? +?-?+??-??+???? ???+?-?+??-??+????125(0.096149.4030.1632181.7010.7608220.3040.02408.077)26723.625kJ ? ?? ??? =??+?+?+?= 3-7 定比热容理想气体，进行了1 2、4 3两个定容过程以及1 4、2 3两个定压过程（图3-18）。试证明：q 123 > q 143 [证明]： 方法1）把P-V 图上过程移到T-S 图上就容易证明了。 如图3-11所示，可见 1231231q area ba areaA == 143(1431)()q area ba area B == 因为 面积 A > 面积 B 所以 q 123>q 143 方法2） 由图3-11可知 123122312232132 021*******()()()()v p v p vo q q q q q u u h h c T T c T T R T T c T T =+=+=-+-=-+-=-+- 143142314434134 0410344131()()()() p v p v vo q q q q q h h u u c T T c T T R T T c T T =+=+=-+-=-+-=-+- 所以 1231433241()()q q R T T R T T -=--- 又因为工质是理想气体 ，故可将上式改写为： 33224411332441()()()()PV PV PV PV P V V P V V ---=--- 而 3241V V V V -=-（12→定容，43→定容）， 34P P >（图中可见） 所以 332441()()P V V P V V ->- 即 q 123>q 143 3-8 某轮船从气温为 -20 ℃的港口领来一个容积为 40 L 的氧气瓶。当时压力表指示出压力为 15 MPa 。该氧气瓶放于储藏舱内长期未使用，检查时氧气瓶压力表读数为 15.1 MPa ，储藏室当时温度为 17 ℃。问该氧气瓶是否漏气？如果漏气，漏出了多少（按理想气体计算，并认为大气压力p b ≈0.1 MPa ）？ [解]： 333404010400000.04V l cm m ==?== 226.5/()O R Kgf kg K =? ()()4 4121 21212121501101541100.0426.520273.1517273.150.9400PV PV P P V m m m RT RT R T T kg ??+?+????=-=-=-=-?? ?-+-+?????? = 3-9 在锅炉装置的空气预热器中 （图3-19），由烟气加热空气。已知烟气流量 q m = 1 000 kg/h ；空气流量'q m = 950 kg/h 。烟气温度t 1=300 ℃，t 2=150 ℃，烟气成分为 w C O 2 =1580%.，w O 2 =575%.，w H O 2 = 62%.，w N 2 =7225%.。空气初温't 1=30 ℃，空气预热器的散热损失为 5 400 kJ/h 。求预热器出口空气温度（利用气体平均比热容表）。 [解]：根据能量平衡，烟气放出的热量应该等于空气所吸收的热量和预热器散失热量之和即： Q Q Q ? ? ? =+放空吸散 1）烟气放出热量 由热力学第一定律可知烟气放出热量等于烟气经过预热器后的焓降： ( ) ()]212021120210 02 01 1() ()10000.1580.9493000.8881500.0575(0.9503000.929150)0.062(1.919300 1.8835150)0.7225(1.049300 1.0415150)164987i p t t i p i p i p Q H mg c t t m g c t t m g c t g c t kJ =?=-∑?=-=-∑∑∑?=???-?+??-???+??-?+??-?=放/h 2）空气吸收的热量 '1649875400159587/Q Q Q kJ h =-=-=空吸放散 3）空气出口温度'2 t 由热力学第一定律可知，空气吸收的热量等于空气经过预热器后的焓升： ' ' 21'''''002001(||) t t p p Q H m c t c t =?=-空吸 所以 ' ' ' 122''''20010000(/|)/|(159587/950 1.00530)/|t t t p p p t Q m c t c c =+=+?空吸 经多次试凑计算得 ' 02196t C = 3-10 空气从 300 K 定压加热到 900 K 。试按理想气体计算每千克空气吸收的热量及熵的变化： (1) 按定比热容计算； (2) 利用比定压热容经验公式计算； (3) 利用热力性质表计算。 [解] ：(1) 21021() 1.005(900300)603/p p q h h h c T T kJ kg =?=-=-=?-= 201900ln 1005ln 1.1041/()300 p T S c kJ kg K T ?==?=? (2) 2 12233443120 021212121223344()()()()2340.067910.16580.06788 0.9705(900300)(900300)(900300)(900300) 234 582.324.447638.797210.9966634.55/() T p p T a a a q c dT a T T T T T T T T kJ kg K ==-+-+-+-?=?-+-+---=++-=? 2 1 022333220121212113226933ln ()()()23 9000.16580.9755ln 0.06791(900300)10(900300)103002 0.06788 10(900300)3 1.066200.040760.596880.01588391.1508/() p T T c a T a S dT a a T T T T T T T T kJ kg K ---?==+-+-+-?=?+?-?+?-?- ??-=++-=? (3) 由1300T K =，查附表5得： 1300.19/h kJ kg =， 01 1.70203/()T S kJ kg K =? 2900T K =，查附表5得： 2932.93/h kJ kg =， 02 2.84856/()T S kJ kg K =? 所以 21932.93300.19632.74/p q h h h kJ kg =?=-=-= 2 200 1 12100 2211 ln 2.84856 1.70203 1.14653/() p p T T T T T T c c P S S S dT R dT S S T P T kJ kg K ?=-=-==-??=-=? ※在以上三种计算方法中，第二种方法按热力性质表计算较准确，但即便 用最简单的定比热方法计算与之相差也很小5%P q ?<，()4%S ??<，但都超过5%，一般也是满足工程计算精度要求的。 3-11 空气在气缸中由初状态T 1=300 K 、p 1=0.15 MPa 进行如下过程： (1) 定压吸热膨胀，温度升高到480 K ； (2) 先定温膨胀，然后再在定容下使压力增到 0.15 MPa ，温度升高到 480 K 。 试将上述两种过程画在压容图和温熵图中；利用空气的热力性质表计算这两种过程中的膨胀功、热量，以及热力学能和熵的变化，并对计算结果略加讨论。 [解] ： (1)、(2)要求的两个过程在P-V 图和T-S 图中表示如图a 、b 所示。 (1) 空气按理想气体处理，查附表5得： 1300T K =时，1300.19/h kJ kg =，1214.07/u kJ kg =，01 1.70203/()T S kJ kg K =? 1480T K =时，2482.4/h kJ kg =，2344.70/u kJ kg =，02 2.17760/()T S kJ kg K =? 所以 对12→定压吸热膨胀过程有 221211()()0.2871(480300)51.678/p W PdV P V V R T T kJ kg ==-=-=?-=? 21482.49300.19182.30/p q h h h kJ kg =?=-=-= 21344.70214.07130.63/p u u u kJ kg ?=-=-= 2121 000021 ln 2.17760 1.702030.4756/()p T T T T P s s s R s s kJ kg K P ?=--=-=-=? (2) 对1→1′ →2即先定温膨胀，然后再定容压缩过程有 对 1→1′ 定温膨胀过程： '1211 ln ln T T V V W q RT RT V V === 3222 287.14800.91872/0.15106 RT V m kg P ?===? 3111 287.19000.5742/0.15106 RT V m kg P ?===? 所以 0.918720.2871300ln 40.48/0.5742 T W kJ kg =??= 0T u ?= '1 1 '001 112 ''1111ln ln ln ln 0.91872 0.2871ln()0.13494/() 0.5742 T T T P P V V s s s R R R R P P V V kJ kg K ?=--====?=? 对 1′→2定容压缩过程： W v = 0 21344.70914.07130.63/v q u u u kJ kg =?=-=-= 图 a 图 b 因为 1′→2 是定容过程，所以'11 22 T P P T = 因而 21 00 2'10.15 ln 2.17760 1.702030.2871ln 3000.15400 0.34063/() v T T P s s s R P kJ kg K ?=--=--??=? 或 21 21'2 1 00 001 2' 11 0ln ln 2.17760 1.702030.134940.34063/()v T T T T T T T P V s s s R s s R V P s s s kJ kg K ?=--=--=--?=--=? 所以对整个1→1′→2过程来说有： ,40.4851.67592.158/T v T v W W W kJ kg =+=+=（第二项是0，结果：40。 48） ,40.48130.63171.11/T v T v q q q kJ kg =+=+= ,0130.63130.63/T v T v u u u kJ kg ?=?+?=+= ,0.134940.340630.4756/()T v T v s s s kJ kg K ?=?+?=+=? 现将(1)、(2)计算结果列表如下： W q u ? s ? W q 1 (p) 51.678 182.30 130.63 0.4756 0.2835 2 (T-V) 40.48 171.11 130.63 0.4756 0.2366 讨论： 1、(1)、(2)两个过程的状态参数的变化量是相等的：如u ?、s ?与具体过 程无关，而只与始终两状态有关，进一步表明状态参数的特性。 第二章 热力学第一定律 思 考 题 1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？ 答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何？ 答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h pv =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d （变大） 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？ 答：尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大）似乎相象，但两者 的数学本质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+???蜒? 因为 0du =??，()0d pv =?? 所以 0dh =??， 因此焓是状态参数。 而对于能量方程来说，其循环积分： q du pdv δ=+???蜒? 页脚内容1 页脚内容2 1 n c n κ - = - R =，代入上式得 页脚内容3 页脚内容4 页脚内容 6 及内能的变化，并画出p-v 图，比较两种压缩过程功量的大小。（空气： p c =1.004kJ/(kgK)，R=0.287kJ/(kgK)）（20分） 2．某热机在T1=1800K 和T2=450K 的热源间进行卡诺循环，若工质从热源吸热1000KJ ，试计算：（A ）循环的最大功？（B ）如果工质在吸热过程中与高温热源的温差为100K ，在过程中与低温热源的温差为50K ，则该热量中能转变为多少功？热效率是多少？（C ）如果循环过程中，不仅存在传热温差，并由于摩擦使循环功减小10KJ ，则热机的热效率是多少？（14分） 3．已知气体燃烧产物的cp=1.089kJ/kg ·K 和k=1.36，并以流量m=45kg/s 流经一喷管，进口p1=1bar 、T1=1100K 、c1=1800m/s 。喷管出口气体的压力p2=0.343bar ，喷管的流量系数cd=0.96；喷管效率为 =0.88。求合适的喉部截 面积、喷管出口的截面积和出口温度。（空气：p c =1.004kJ/(kgK)， R=0.287kJ/(kgK)）（20分） 一．是非题（10分） 1、√ 2、√ 3、× 4、× 5、√ 6、× 7、× 8、√ 9、×10、√ 二．选择题（10分） 1、B2、C3、B4、B5、A 三．填空题（10分） 1、功W;内能U 2、定温变化过程，定熵变化 3、小，大，0 4、对数曲线，对数曲线 5、 a kpv kRT ==， c M a = 四、名词解释（每题2分，共8分） 孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换的系统。 焓：为简化计算，将流动工质传递的总能量中，取决于工质的热力状态的那部分能量，写在一起，引入一新的物理量，称为焓。 热力学第二定律：克劳修斯(Clausius)说法：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。开尔文一浦朗克(Kelvin —Plank)说法：不可能制造只从一个热源取热使之完全变成机械能而不引起其他变化的循环发动机。 相对湿度：湿空气的绝对湿度v ρ与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度s ρ的比值， 称为相对湿度?。 五简答题（8分） 第一章思考题 1、如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不 变，对吗 答：不对。因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力两个因素。因此即使容器中的气体压力保持不变，当大气压力变化时，压力表的读数也会随之变化，而不能保持不变。 2、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系 答：平衡（状态）值的是热力系在没有外界作用（意即热力、系与外界没有能、质交换，但不排除有恒定的外场如重力场作用）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热力系在没有外界作用时的时间特征-与时间无关。所以两者是不同的。如对气-液两相平衡的状态，尽管气-液两相的温度，压力都相同，但两者的密度差别很大，是非均匀系。反之，均匀系也不一定处于平衡态。 但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”又可能是统一的。如对于处于平衡状态下的单相流体（气体或者液体）如果忽略重力的影响，又没有其他外场（电、磁场等）作用，那么内部各处的各种性质都是均匀一致的。 3、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的 答：“平衡”意味着宏观静止，无变化，而“过程”意味着变化运动，意味着平衡被破坏，所以二者是有矛盾的。对一个热力系来说，或是平衡，静止不动，或是运动，变化，二者必居其一。但是二者也有结合点，内部平衡过程恰恰将这两个矛盾的东西有条件地统一在一起了。这个条件就是：在内部平衡过程中，当外界对热 力系的作用缓慢得足以使热力系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。 4、“过程量”和“状态量”有什么不同 答：状态量是热力状态的单值函数，其数学特性是点函数，状态量的微分可以改成全微分，这个全微分的循环积分恒为零；而过程量不是热力状态的单值函数，即使在初、终态完全相同的情况下，过程量的大小与其中间经历的具体路径有关，过程量的微分不能写成全微分。因此它的循环积分不是零而是一个确定的数值。 习 题 1-1 一立方形刚性容器，每边长 1 m ，将其中气体的压力抽至 1000 Pa ，问其真空度为多少毫米汞柱容器每面受力多少牛顿已知大气压力为 。 [解]：(1) 6(0.110Pa 1000Pa)/133.3224742.56mmHg v b p p p =-=?-= (2) 1-2 试确定表压为时U 型管压力计中液柱的高度差。 (1)U 型管中装水，其密度为1000kg/m 3； (2)U 型管中装酒精，其密度为789kg/m 3。 [解]： 由（1-6）式，Pg=g z ，得到 z= g P g (1) 6 30.0110Z 1.01971019.7109.80665 g P m mm g ρ??====?水 水 26() 1(0.110Pa 1000Pa)99000N b F A P A P P m =?=-=??-= 工程热力学习题集答案一、填空题 1．常规新 2．能量物质 3．强度量 4．54KPa 5．准平衡耗散 6．干饱和蒸汽过热蒸汽 7．高多 8．等于零 9．与外界热交换 10．7 2g R 11．一次二次12．热量 13．两 14．173KPa 15．系统和外界16．定温绝热可逆17．小大 18．小于零 19．不可逆因素 20．7 2g R 21、（压力）、（温度）、（体积）。 22、（单值）。 23、（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零）。 24、（熵产）。 25、（两个可逆定温和两个可逆绝热） 26、（方向）、（限度）、（条件）。 31.孤立系； 32.开尔文(K)； 33.－w s =h 2－h 1 或 －w t =h 2－h 1 34.小于 35. 2 2 1 t 0 t t C C > 36. ∑=ω ωn 1 i i i i i M /M / 37.热量 38.65.29% 39.环境 40.增压比 41.孤立 42热力学能、宏观动能、重力位能 43.650 44.c v (T 2－T 1) 45.c n ln 1 2T T 46.22.12 47.当地音速 48.环境温度 49.多级压缩、中间冷却 50.0与1 51.（物质） 52.（绝对压力）。 53.（q=(h 2-h 1)+(C 22 -C 12 )/2+g(Z 2-Z 1)+w S ）。 54.（温度） 55. (0.657)kJ/kgK 。 56. (定熵线) 57.（逆向循环）。 58.（两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程） 59.（预热阶段、汽化阶段、过热阶段）。 60.（增大） 二、单项选择题 1.C 2.D 3.D 4.A 5.C 6.B 7.A 8.A 9.C 10.B 11.A 12.B 13.B 14.B 15.D 16.B 17.A 18.B 19.B 20.C 21.C 22.C 23.A 三、判断题 1．√2．√3．?4．√5．?6．?7．?8．?9．?10．? 11．?12．?13．?14．√15．?16．?17．?18．√19．√20．√ 21.（×）22.（√）23.（×）24.（×）25.（√）26.（×）27.（√）28.（√） 29.（×）30.（√） 四、简答题 1.它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进行，由无限接近平衡 状态的状态组成的过程。 它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损耗现象的存在，可逆过程不会产生任何能量的损耗。 一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过程就是可逆过程。 2.1kg气体:pv=R r T mkg气体:pV=mR r T 1kmol气体：pV m=RT nkmol气体：pV=nRT R r是气体常数与物性有关，R是摩尔气体常数与物性无关。 3.干饱和蒸汽：x=1,p=p s t=t s v=v″,h=h″s=s″ 1．湿蒸汽的状态参数p,t,v,x 中，不相互独立的一对是（D ）D ．(p,t)2．在不可逆循环中（B ）A ． ??>?ds T q B ． ??t w >t C ．t DP =t w =t D ．t w > t DP >t 6．如果孤系内发生的过程都是可逆过程，则系统的熵（C ） A ．增大 B ．减小 C ．不变 D ．可能增大，也可能减小21．理想气体的可逆过程方程式=n pv 常数，当n ＝ ∞ 时，即为等体过程。 7．pdv dT c q v +=δ适用于（A ）A ．可逆过程，理想气体 B ．不可逆过程，理想气体 C ．可逆过程，实际气体 D ．不可逆过程，实际气体 8．电厂蒸汽动力循环回热是为了（C ）A ．提高循环初参数 B ．降低循环终参数C ．提高平均吸热温度 D ．提高汽轮机的相对内效率 9．活塞式压气机采取分级压缩（ C ）A ．能省功 B ．不能省功 C ．不一定省功 D ．增压比大时省功 10．理想情况下活塞式压气机余隙体积的增大，将使生产1kg 压缩空气的耗功量（C ）A 增大 B ．减小C ．不变 D ．的变化视具体压缩空气的耗功量 11．下列各项中，不影响燃烧过程热效应的是（C ）A ．反应物的种类 B ．反应温度C ．反应速度D ．反应压力 12．欲使亚声速气流加速到超声速气流应采用（C ）A ．渐缩喷管B ．渐扩喷管C ．缩放喷管D ．前后压差较大直管 13．水蒸汽h －s 图上定压线（C ．在湿蒸汽区是直线，在过热蒸汽区是曲线 14．为提高空气压缩制冷循环的制冷系数，可以采取的措施是（D ） A ．增大空气流量 B ．提高增压比C ．减小空气流量 D ．降低增压比 15．在范德瓦尔方程中，常数b 为考虑气体 而引入的修 正项。（C ）A 分子间内位能 B ．分子运动动能C ．分子本身体积D ．分子间相互作用力 二、多项选择题16．理想气体可逆等温过程的体积变化功w 等于（AC ）A ．2 1 p p RT ln B ．1 2p p RT ln C ．1 2v v RT ln D ．2 1v v RT ln E ．(p 2v 2－p 1v 1) 17．vdp dh q －=δ适用于 AC A ．可逆过程，理想气体 B ．不可逆过程，理想气体 C ．可逆过程，实际气体D ．不可逆过程，实际气体 E ．任意过程，任意气体 18．再热压力若选得合适，将使（BCDE ） A ．汽耗率提高 B ．热耗率提高 C ．循环热效率提高 D ．排汽干度提高 E ．平均吸热温度提高 19．马赫数小于1的气流可逆绝热地流过缩放管时，如果把喷管的渐扩段尾部切去一段，在其他条件不变的情况下，其（BDE ）A ．流量变小B ．流量不变 C ．流量变大 D ．出口压力变大E ．出口速度变大 20．不可逆循环的热效率（BE ） A ．低于可逆循环的热效率 B ．在相同的高温热源和低温热源间低于可逆循环的热效率 C ．高于可逆循环的热效率 D ．在相同的高温热源和低温热源间高于可逆循环的热效率 E ．可能高于，也可能低于可逆循环的热效率 三、填空题 22．在一定的压力下，当液体温度达到 饱和 时，继续加热，立即出现强烈的汽化现象。 23．湿空气的绝对温度是指lm 3湿空气中所含水蒸汽的 质 量 。 24．火电厂常用的加热器有表面式和 混合 式。 25．可逆绝热地压缩空气时，无论是活塞式压气机还是叶轮式压气机，气体在压气机内的 状态变化 规律是相同的。 26．理想气体的绝热节流效应是 零效应 。 27．利用平均比热表计算任意体积气体在定压过程中的吸热量时，应使用公式 Q ＝V 0 )t |c -t |(c 1t 0'p 2t 0'p 1 2?? 。 28．图示通用压缩子图上一状态点A ，其位置表明： 在该状态下气体分子之间的相互作用力 主要表现为 排斥 力。 工程热力学课程教案 Document serial number【NL89WT-NY98YT-NC8CB-NNUUT-NUT108】 《工程热力学》课程教案 *** 本课程教材及主要参考书目 教材： 沈维道、蒋智敏、童钧耕编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，2001.6手册： 严家騄、余晓福着，水和水蒸气热力性质图表，高等教育出版社，1995.5 实验指导书： 华北电力大学动力系编，热力实验指导书，2001 参考书： 曾丹苓、敖越、张新铭、刘朝编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，2002.12 王加璇等编着，工程热力学，华北电力大学，1992年。 朱明善、刘颖、林兆庄、彭晓峰合编，工程热力学，清华大学出版，1995年。 曾丹苓等编着，工程热力学（第一版），高教出版社，2002年 全美经典学习指导系列，[美]M.C. 波特尔、C.W. 萨默顿着郭航、孙嗣莹等 译，工程热力学，科学出版社，2002年。 何雅玲编，工程热力学精要分析及典型题精解，西安交通大学出版社，2000.4 概论（2学时） 1. 教学目标及基本要求 从人类用能的历史和能量转换装置的实例中认识理解：热能利用的广泛性和特殊性；工程热力学的研究内容和研究方法；本课程在专业学习中的地位；本课程与后续专业课程乃至专业培养目标的关系。 2. 各节教学内容及学时分配 0-1 热能及其利用（0.5学时） 0-2 热力学及其发展简史（0.5学时） 0-3 能量转换装置的工作过程（0.2学时） 0-4 工程热力学研究的对象及主要内容（0.8学时） 3. 重点难点 工程热力学的主要研究内容；研究内容与本课程四大部分（特别是前三大部分）之联系；工程热力学的研究方法 4. 教学内容的深化和拓宽 热力学基本定律的建立；热力学各分支；本课程与传热学、流体力学等课程各自的任务及联系；有关工程热力学及其应用的网上资源。 5. 教学方式 讲授，讨论，视频片段 6. 教学过程中应注意的问题 工程热力学习题集 一、填空题 1．能源按使用程度和技术可分为 能源和 能源。 2．孤立系是与外界无任何 和 交换的热力系。 3．单位质量的广延量参数具有 参数的性质，称为比参数。 4．测得容器的真空度48V p KPa =，大气压力MPa p b 102.0=，则容器内的绝对压力为 。 5．只有 过程且过程中无任何 效应的过程是可逆过程。 6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水 饱和水 湿蒸气、 和 。 7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 、水蒸气含量越 ，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为可逆循环。 9．熵流是由 引起的。 10．多原子理想气体的定值比热容V c = 。 11．能源按其有无加工、转换可分为 能源和 能源。 12．绝热系是与外界无 交换的热力系。 13．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14．测得容器的表压力75g p KPa =，大气压力MPa p b 098.0=，则容器内的绝对压力为 。 15．如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使 都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。 16．卡诺循环是由两个 和两个 过程所构成。 17．相对湿度越 ，湿空气越干燥，吸收水分的能力越 。（填大、小） 18．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为不可逆循环。 19．熵产是由 引起的。 20．双原子理想气体的定值比热容p c = 。 21、基本热力学状态参数有：（ ）、（ ）、（ ）。 22、理想气体的热力学能是温度的（ ）函数。 23、热力平衡的充要条件是：（ ）。 24、不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（ ）。 25、卡诺循环由（ ）热力学过程组成。 26、熵增原理指出了热力过程进行的（ ）、（ ）、（ ）。 31.当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为_______。 32.在国际单位制中温度的单位是_______。 一．是非题三．填空题（10 分） 1．两种湿空气的相对湿度相等，则吸收水蒸汽的能力也相等。（） 1．理想气体多变过程中，工质放热压缩升温的多变指数的范围_________ 2．闭口系统进行一放热过程，其熵一定减少（）2．蒸汽的干度定义为_________。 3．容器中气体的压力不变，则压力表的读数也绝对不会改变。（）3．水蒸汽的汽化潜热在低温时较__________，在高温时较__________，在临界温度 为__________。 4．理想气体在绝热容器中作自由膨胀，则气体温度与压力的表达式为 T 2 p 2 k 1 k （） 4．理想气体的多变比热公式为_________ 5．采用Z级冷却的压气机，其最佳压力比公式为_________ 四、名词解释（每题 2 分，共8 分） T 1 p 1 1．卡诺定理： 5．对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析，其结果与所取系统的形式无关。（） 6．工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程，则工质熵的变化是一样的。 （） 7．对于过热水蒸气，干度x 1（） 8．对于渐缩喷管，若气流的初参数一定，那么随着背压的降低，流量将增大，但最 多增大到临界流量。（） 9．膨胀功、流动功和技术功都是与过程的路径有关的过程量（） 10．已知露点温度t d 、含湿量 d 即能确定湿空气的状态。（） 二．选择题（10 分） 1．如果热机从热源吸热100kJ，对外作功100kJ，则（）。 （A）违反热力学第一定律；（B）违反热力学第二定律； （C）不违反第一、第二定律；（D）A 和B。 2．压力为10bar 的气体通过渐缩喷管流入1bar 的环境中，现将喷管尾部截去一小段，其流速、流量变化为（）。 A 流速减小，流量不变（B）流速不变，流量增加 C流速不变，流量不变（D）流速减小，流量增大 3．系统在可逆过程中与外界传递的热量，其数值大小取决于（）。 （A）系统的初、终态；（B）系统所经历的过程； （C）（A）和（B）；（D）系统的熵变。 4．不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后，其结果只能是（）。 （A）全部水变成水蒸汽（B）部分水变成水蒸汽2．．理想气体 3．水蒸气的汽化潜热 5．含湿量 五简答题（8 分） t t wet 、温度，试用H d —图定性的 d 1.证明绝热过程方程式 2.已知房间内湿空气的 确定湿空气状态。 六．计算题（共54 分） 1．质量为2kg 的某理想气体，在可逆多变过程中，压力从0.5MPa 降至0.1MPa，温度从162℃降至27℃，作出膨胀功267kJ，从外界吸收热量66.8kJ。试求该理想气体的定值比热容c p 和c V p v 图和T s 图上 [kJ/(kg·K)]，并将此多变过程表示在 （图上先画出 4 个基本热力过程线）。（14 分） 2．某蒸汽动力循环。汽轮机进口蒸汽参数为p1=13.5bar，t1=370℃,汽轮机出口蒸汽参数为p2=0.08bar 的干饱和蒸汽，设环境温度t0=20℃,试求：汽轮机的实际功量、 理想功量、相对内效率（15 分） 3．压气机产生压力为6bar，流量为20kg/s 的压缩空气，已知压气机进口状态 p =1bar，t1 =20℃，如为不可逆绝热压缩，实际消耗功是理论轴功的 1.15 倍，求1 c 压气机出口温度t2 及实际消耗功率P。（已知：空气 p =1.004kJ/(kgK)，气体常数R=0.287kJ/(kgK)）。（15 分） 工程热力学 Engineering Thermodynamics 蒸 汽 机 示 意 图 原子能蒸汽动力装置系统简图 气缸 各种热工装置的热力学共性内容归纳 《工程热力学》 沈维道主编 第四版 课后思想题答案（1~5章） 第1章 基本概念 ⒈ 闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答：否。当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。 ⒉ 有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。这种观点对不对，为什么? 答：不对。“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。物质并不“拥有”热量。一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。 ⒊ 平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系? 答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。 ⒋ 倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式 b e p p p =+ ()b p p >; b v p p p =- ()b p p < 中，当地大气压是否必定是环境大气压? 答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。 “当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说，计算式中的Pb 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。 ⒌ 温度计测温的基本原理是什么? 答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。 ⒍ 经验温标的缺点是什么?为什么? 答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可能是微小的），因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点。 ⒎ 促使系统状态变化的原因是什么?举例说明。 答：分两种不同情况： ⑴ 若系统原本不处于平衡状态，系统内各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作用下，各个部分发生相互作用，系统的状态将发生变化。例如，将一块烧热了的铁扔进一盆水中，对于水和该铁块构成的系统说来，由于水和铁块之间存在着温度差别，起初系统处于热不平衡的状态。这种情况下，无需外界给予系统任何作用，系统也会因铁块对水放出热量而发生状态变化：铁块的温度逐渐降低，水的温度逐渐升高，最终系统从热不平衡的状态过渡到一种新的热平衡状态； ⑵ 若系统原处于平衡状态，则只有在外界的作用下（作功或传热）系统的状态才会发生变。 ⒏ 图1-16a 、b 所示容器为刚性容器：⑴将容器分成两部分。一部分装气体， 一部分抽成真空，中间是隔板。若突然抽去隔板，气体(系统)是否作功？ ⑵设真空部分装有许多隔板，每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再抽去一块， 问气体(系统)是否作功？ ⑶上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在P-v 图上表示？ 答：⑴；受刚性容器的约束，气体与外界间无任何力的作用，气体（系统）不对外界作功； ⑵ b 情况下系统也与外界无力的作用，因此系统不对外界作功； 一.就是非题 1.两种湿空气的相对湿度相等,则吸收水蒸汽的能力也相等。() 2.闭口系统进行一放热过程,其熵一定减少() 3.容器中气体的压力不变,则压力表的读数也绝对不会改变。() 4.理想气体在绝热容器中作自由膨胀,则气体温度与压力的表达式为 k k p p T T 11212-??? ? ??=() 5.对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析,其结果与所取系统的形式无关。() 6.工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程,则工质熵的变化就是一样的。() 7.对于过热水蒸气,干度1>x () 8.对于渐缩喷管,若气流的初参数一定,那么随着背压的降低,流量将增大,但最多增大到临界流量。() 9.膨胀功、流动功与技术功都就是与过程的路径有关的过程量() 10.已知露点温度d t 、含湿量d 即能确定湿空气的状态。() 二.选择题(10分) 1.如果热机从热源吸热100kJ,对外作功100kJ,则()。 (A)违反热力学第一定律;(B)违反热力学第二定律; (C)不违反第一、第二定律;(D)A 与B 。 2.压力为10bar 的气体通过渐缩喷管流入1bar 的环境中,现将喷管尾部截去一小段,其流速、流量变化为()。 A 流速减小,流量不变(B)流速不变,流量增加 C 流速不变,流量不变(D)流速减小,流量增大 3.系统在可逆过程中与外界传递的热量,其数值大小取决于()。 (A)系统的初、终态;(B)系统所经历的过程; (C)(A)与(B);(D)系统的熵变。 4.不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后,其结果只能就是()。 (A)全部水变成水蒸汽(B)部分水变成水蒸汽 (C)部分或全部水变成水蒸汽(D)不能确定 5.()过程就是可逆过程。 (A)、可以从终态回复到初态的(B)、没有摩擦的 (C)、没有摩擦的准静态过程(D)、没有温差的 三.填空题(10分) 1.理想气体多变过程中,工质放热压缩升温的多变指数的范围_________ 2.蒸汽的干度定义为_________。 3.水蒸汽的汽化潜热在低温时较__________,在高温时较__________,在临界温度为__________。 4.理想气体的多变比热公式为_________ 5.采用Z 级冷却的压气机,其最佳压力比公式为_________ 四、名词解释(每题2分,共8分) 1.卡诺定理: 2..理想气体 3.水蒸气的汽化潜热 5.含湿量 五简答题(8分) 1、证明绝热过程方程式 2、已知房间内湿空气的d t 、wet t 温度,试用H —d 图定性的确定湿空气状态。 六.计算题(共54分) 1.质量为2kg 的某理想气体,在可逆多变过程中,压力从0、5MPa 降至0、1MPa,温度从162℃降至27℃,作出膨胀功267kJ,从外界吸收热量66、8kJ 。试求该理想气体的定 值比热容p c 与V c [kJ/(kg ·K)],并将此多变过程表示在v p -图与s T -图上(图上 先画出4个基本热力过程线)。(14分) 2.某蒸汽动力循环。汽轮机进口蒸汽参数为p1=13、5bar,t1=370℃,汽轮机出口蒸汽参数为p2=0、08bar 的干饱与蒸汽,设环境温度t0=20℃,试求:汽轮机的实际功量、理想功量、相对内效率(15分) 3.压气机产生压力为6bar,流量为20kg/s 的压缩空气,已知压气机进口状态1p =1bar,1t =20℃,如为不可逆绝热压缩,实际消耗功就是理论轴功的1、 15倍,求压气 机出口温度2t 及实际消耗功率P 。(已知:空气p c =1、004kJ/(kgK),气体常数R=0、287kJ/(kgK))。(15分) 4.一卡诺循环,已知两热源的温度t1=527℃、T2=27℃,循环吸热量Q1=2500KJ,试求:(A)循环的作功量。(B)排放给冷源的热量及冷源熵的增加。(10分) 一.就是非题(10分) 1、× 2、× 3、× 4、√ 5、√ 6、× 7、× 8、√ 9、×10、× 二.选择题(10分) 1、B 2、A3、A4、A5、C 三.填空题(10分) 第一章 基本概念 思 考 题 1、如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变，对吗？ 答：不对。因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力两个因素。因此即使容器中的气体压力保持不变，当大气压力变化时，压力表的读数也会随之变化，而不能保持不变。 2、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系 答：平衡（状态）值的是热力系在没有外界作用（意即热力、系与外界没有能、质交换，但不排除有恒定的外场如重力场作用）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热力系在没有外界作用时的时间特征-与时间无关。所以两者是不同的。如对气-液两相平衡的状态，尽管气-液两相的温度，压力都相同，但两者的密度差别很大，是非均匀系。反之，均匀系也不一定处于平衡态。 但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”又可能是统一的。如对于处于平衡状态下的单相流体（气体或者液体）如果忽略重力的影响，又没有其他外场（电、磁场等）作用，那么内部各处的各种性质都是均匀一致的。 3、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的？ 答：“平衡”意味着宏观静止，无变化，而“过程”意味着变化运动，意味着平衡被破坏，所以二者是有矛盾的。对一个热力系来说，或是平衡，静止不动，或是运动，变化，二者必居其一。但是二者也有结合点，内部平衡过程恰恰将这两个矛盾的东西有条件地统一在一起了。这个条件就是：在内部平衡过程中，当外界对热力系的作用缓慢得足以使热力系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。 4、“过程量”和“状态量”有什么不同？ 答：状态量是热力状态的单值函数，其数学特性是点函数，状态量的微分可以改成全微分，这个全微分的循环积分恒为零；而过程量不是热力状态的单值函数，即使在初、终态完全相同的情况下，过程量的大小与其中间经历的具体路径有关，过程量的微分不能写成全微分。因此它的循环积分不是零而是一个确定的数值。 习 题 1-1 一立方形刚性容器，每边长 1 m ，将其中气体的压力抽至 1000 Pa ，问其真空度为多少毫米汞柱?容器每面受力多少牛顿？已知大气压力为 0.1MPa 。 [解]：(1) 6(0.110Pa 1000Pa)/133.3224742.56mmHg v b p p p =-=?-= (2) 1-2 试确定表压为0.01MPa 时U 型管压力计中液柱的高度差。 26()1(0.110Pa 1000Pa)99000N b F A P A P P m =?=-=??-= 习题及部分解答 第一篇 工程热力学 第一章 基本概念 1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量： 答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。 2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量， 密度。 3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。若水柱高mm 200，水银柱高mm 800，如图2-26所示。已知大气压力为mm 735Hg ，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ？解：根据压力单位换算 kPa p p p p kPa Pa p kPa p Hg O H b Hg O H 6.206)6.106961.1(0.98)(6.10610006.132.133800.96.110961.180665.92002253=++=++==?=?==?=?= 4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若已知斜管倾角 30=α ， 压力计中使用 3 /8.0cm g =ρ的煤油，斜管液体长度 mm L 200=，当地大气压力 MPa p b 1.0=，求烟气的绝对压力（用MPa 表示）解： MPa Pa g L p 6108.7848.7845.081.98.0200sin -?==???==α ρ MPa p p p v b 0992.0108.7841.06=?-=-=- 5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C 为压力表，读数为 kPa 110，B 为真空表，读数为kPa 45。若当地大气压kPa p b 97=，求压力表A 的读数（用kPa 表示） kPa p gA 155= 6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。 （1）.取水为系统； （2）.取电阻丝、容器和水为系统； （3）.取图中虚线内空间为系统。 工程热力学课程教案 Prepared on 24 November 2020 《工程热力学》课程教案 ***本课程教材及主要参考书目 教材： 沈维道、蒋智敏、童钧耕编，工程热力学（第三版），高等教育出版社，手册： 严家騄、余晓福着，水和水蒸气热力性质图表，高等教育出版社， 实验指导书： 华北电力大学动力系编，热力实验指导书，2001 参考书： 曾丹苓、敖越、张新铭、刘朝编，工程热力学（第三版），高等教育出版社， 王加璇等编着，工程热力学，华北电力大学，1992年。 朱明善、刘颖、林兆庄、彭晓峰合编，工程热力学，清华大学出版，1995年。 曾丹苓等编着，工程热力学（第一版），高教出版社，2002年 全美经典学习指导系列，[美].波特尔、.萨默顿着郭航、孙嗣莹等译，工程热力学，科学 出版社，2002年。 何雅玲编，工程热力学精要分析及典型题精解，西安交通大学出版社， 概论（2学时） 1.教学目标及基本要求 从人类用能的历史和能量转换装置的实例中认识理解：热能利用的广泛性和特殊性；工程热力学的研究内容和研究方法；本课程在专业学习中的地位；本课程与后续专业课程乃至专业培养目标的关系。 2.各节教学内容及学时分配 0-1热能及其利用（学时） 0-2热力学及其发展简史（学时） 0-3能量转换装置的工作过程（学时） 0-4工程热力学研究的对象及主要内容（学时） 3.重点难点 工程热力学的主要研究内容；研究内容与本课程四大部分（特别是前三大部分）之联系； 工程热力学的研究方法 4.教学内容的深化和拓宽 热力学基本定律的建立；热力学各分支；本课程与传热学、流体力学等课程各自的任务及联系；有关工程热力学及其应用的网上资源。 工程热力学习题集及答案 一、填空题 1．能源按使用程度和技术可分为 常规 能源和 新 能源。 2．孤立系是与外界无任何 能量 和 物质 交换的热力系。 3．单位质量的广延量参数具有 强度量 参数的性质，称为比参数。 4．测得容器的真空度48V p KPa =，大气压力MPa p b 102.0=，则容器内的绝对压力为 54kpa 。 5．只有 准平衡 过程且过程中无任何 耗散 效应的过程是可逆过程。 6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水 饱和水 湿蒸气、 干饱和蒸汽 和 过热蒸汽 。 7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 高 、水蒸气含量越 多 ，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分/Q T δ? 等于零 为可逆循环。 9．熵流是由 与外界热交换 引起的。 10．多原子理想气体的定值比热容V c = g 72R 。 11．能源按其有无加工、转换可分为 一次 能源和 二次 能源。 12．绝热系是与外界无 热量 交换的热力系。 13．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定 两 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14．测得容器的表压力75g p KPa =，大气压力MPa p b 098.0=，则容器内的绝对压力为 173a KP 。 15．如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使系统和外 界都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。 16．卡诺循环是由两个 定温 和两个 绝热可逆 过程所构成。 17．相对湿度越 小 ，湿空气越干燥，吸收水分的能力越 大 。（填大、小） 18．克劳修斯积分/Q T δ? 小于零 为不可逆循环。 19．熵产是由 不可逆因素 引起的。 20．双原子理想气体的定值比热容p c = 72g R 。 21．基本热力学状态参数有：（ 压力）、（温度 ）、（体积）。 22．理想气体的热力学能是温度的（单值 ）函数。 23．热力平衡的充要条件是：（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零 ）。 24．不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（熵产）。 25．卡诺循环由（两个可逆定温和两个可逆绝热 ）热力学过程组成。 26．熵增原理指出了热力过程进行的（方向 ）、（限度）、（条件）。 31．当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为_孤立系_。 32．在国际单位制中温度的单位是_开尔文_。 一．是非题 1．两种湿空气的相对湿度相等，则吸收水蒸汽的能力也相等。（ ） 2．闭口系统进行一放热过程，其熵一定减少（ ） 3．容器中气体的压力不变，则压力表的读数也绝对不会改变。（ ） 4．理想气体在绝热容器中作自由膨胀，则气体温度与压力的表达式为 k k p p T T 11212-??? ? ??= （ ） 5．对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析，其结果与所取系统的形式无关。 （ ） 6．工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程，则工质熵的变化是一样的。 （ ） 7．对于过热水蒸气，干度1>x （ ） 8．对于渐缩喷管，若气流的初参数一定，那么随着背压的降低，流量将增大，但最多增大到临界流量。（ ） 9．膨胀功、流动功和技术功都是与过程的路径有关的过程量 （ ） # 10．已知露点温度d t 、含湿量d 即能确定湿空气的状态。 （ ） 二．选择题 （10分） 1．如果热机从热源吸热100kJ ，对外作功100kJ ，则（ ）。 （A ） 违反热力学第一定律； （B ） 违反热力学第二定律； （C ） 不违反第一、第二定律；（D ） A 和B 。 2．压力为10 bar 的气体通过渐缩喷管流入1 bar 的环境中，现将喷管尾部截去一小段，其流速、流量变化为（ ）。 （A ） 流速减小，流量不变 （B ）流速不变，流量增加 （C ） 流速不变，流量不变 （D ） 流速减小，流量增大 3．系统在可逆过程中与外界传递的热量，其数值大小取决于（ ）。 （A ） 系统的初、终态； （B ） 系统所经历的过程； [ （C ） （A ）和（B ）； （ D ） 系统的熵变。 4．不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后，其结果只能是（ ）。 （A ）全部水变成水蒸汽 （B ）部分水变成水蒸汽 （C ）部分或全部水变成水蒸汽 （D ）不能确定 5．（ ）过程是可逆过程。 （A ）.可以从终态回复到初态的 （B ）.没有摩擦的 （C ）.没有摩擦的准静态过程 （D ）.没有温差的 三．填空题 （10分） 1．理想气体多变过程中，工质放热压缩升温的多变指数的范围_________(完整版)哈工大工程热力学习题答案——杨玉顺版
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工程热力学(1)
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活塞
曲柄连杆机构
内 燃 机 的 工 作 原 理 图
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地源热泵
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装置名称 蒸汽动力装置 燃气轮机装置 内燃机装置 压缩制冷装置 工作物质 水蒸汽 燃 气 燃 气 热 源 冷 源 冷却水 大 大 大 气 气 气 功 对外输出功 对外输出功 对外输出功 消 耗 功
高 温 物 体 燃烧产物(自身) 燃烧产物(自身) 被冷却物体
制冷剂
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热力学的发展
热力学是研究能量、能量转换以及与 能量转换有关的物性间相互关系的科学。 热力学(thermodynamics)一词的意 思是热(thermo)和动力(dynamics)，既由热产 生动力，反映了热力学起源于对热机的研究。 从十八世纪末到十九世纪初开始， 随着蒸汽机在生产中的广泛使用，如何充分利 用热能来推动机器作工成为重要的研究课题。
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