工程热力学课后习题--华永明版
第一章
3、现代发电机组中，用压力测量仪表在四个地方测量，读数分别为：表压25.6MPa 、表压0.65MPa 、表压3kPa 、真空度98kPa ，当时大气压力为101.3kPa ，求所测四个地方的绝对压力。 解答：
112233440.101325.625.70130.10130.650.7513101.33104.4101.398 3.3b g b g b g b v p p p MPa p p p MPa p p p kPa p p p kPa
=+=+==+=+==+=+==-=-=
4、西方国家经常使用华氏度作为温度单位，例如测量到某人的体温为100℉，请求出对应的摄氏温度，并判断100℉的体温可能吗？。 解答：
55
(32)(10032)37.7899
t f C =-=-=? 5、我国进口发电机组中经常会用到一些不是整数的参数，例如发电机组出口蒸汽温度设计值为538℃，请求出对应的华氏温度，并分析为什么会出现非整数的温度。
解答：
9932538321000.455
f t F =+=?+=? 6、用内充水银的U 形管压力计测量压力，管内出现以下两种情况：一为水银柱中出现20mm 高的空气泡，二是水银柱中混入了水，形成一个20mm 高的水柱，请求出两种情况下的的压力p 。 解答：
1122
1122
3101.313.69.8(0.150.02) 1.09.80.02101.317.330.20118.83101.313.69.8(0.150.02) 1.293109.80.02101.317.330.00025118.63b b p p gh gh kPa p p gh gh kPa
ρρρρ-=++=+??-+??=++==++=+??-+???=++=
可见，气体柱的压力可以忽略。
第二章
5、某封闭系统进行如图所示的循环，12过程中系统和外界无热量交换，但热力学能减少50kJ ；23过程中压力保持不变，p 3=p 2=100kPa ，容积分别为V 2=0.2m 3，V 3=0.02 m 3；31过程中保持容积不变。求：
各过程中工质所作的容积功以及循环的净功量；
循环中工质的热力学能变化以及工质和外界交换的热量； 解答：
12121212123
233221
313
12311231122331123112311231123112:0(50)5023:()100(0.020.2)1831:0
1231:0
5018032 32Q U W W Q U kJ W pdV p V V kJ
W pdV U W W W W kJ Q U W W kJ
=?+?=-?=--===-=?-=-==?==++=-+==?+==??
6、水可视作不可压缩。现对一绝热封闭容器内的水加压，加压前水的容积为0.1m 3，压力为0.2MPa ，加压后压力为1.2MPa 。求：
（1） 加压过程中外界对水所作容积功； （2） 水的热力学能的变化； （3） 水的焓的变化。
2
121
1212121212121222211112210
000()()()0(1200200)0.1100W pdV Q U W U Q W kJ H U p V U p V U p p V
kJ
===?+??=-=-=?=+-+=?+-=+-?=?
8、空气在压缩机中被压缩，压缩前的参数为p 1=0.1MPa ，v 1=0.845m3/kg ，压缩后的参数为p 2=0.8MPa ，v 2=0.175m3/kg ，压缩过程中每kg 空气的内能增加了146 kJ/kg ，同时向外放出热量50kJ/kg ，压缩机压缩空气的量为10kg/min ，忽略散热及工质的动能位能差。求： （1）压缩过程中每kg 空气的压缩功（容积功）。 （2）气体消耗的技术功。
（3）外界需要向压缩机输入的功率（由轴功决定）。 解答：
（1） 12121250146196/w q u kJ kg =-?=--=- （2）跟踪流动的工质，为闭口系：
2211 () 196(8000.1750.10.845)
19655.5251.5/t
t q h w w q h q u p v p v kJ kg
=?+?=-?=-?--=--?-?=--=-
（3）稳定流动能量方程：
251.5/
10
(251.5)41.9260
sh t sh sh w w kJ kg W mw kW
≈=-==?-=- 9、锅炉生产的2980 t/h 流量的过热蒸汽进入汽轮机高压缸后，经一热力过程从焓3475.5 kJ/kg 降至2990.0 kJ/kg ，求：
（1） 若忽略汽轮机的散热、动能和位能差，则高压缸的电功率为多少； （2） 若散热为1.1×107kJ/h ，，求散热造成的功率损失；
（3） 若汽轮机进口蒸汽的流速为50m/s ，出口蒸汽流速为150m/s ，求动能差造成的功率
损失；
（4） 若汽机出口比进口低2.5m ，求进出口高差对汽轮机功率的影响。
（1） 忽略汽轮机的散热、动能和位能差
2
123
2
3475.52990.0485.5/298010485.5401886.13600
sh
sh sh sh c q h g z w w h h h kJ kg W mw kW
?=?++?+?=-?=-=-=??==?=
（2） 散热
2
___7
__2 1.1103055.63600
3055.60.76%
401886.1
sh
sh sh q sh q sh sh q sh q sh q sh c q h g z w w h w w w q w q h W Q kW
W W ?=?++?+=-??????=-=?=-???
-???===??==
（3）动能差
2
2
2___23223__22229801015050
108277.8236002
8277.8 2.06%
401886.1
sh
sh sh q sh q sh sh c sh q sh q sh c q h g z w w h c w w w c w q c W m kW
W W -?=?++?+=-????
???=-=-
??=-?
???-??=-=-??=??==
（4）位能差
2
___3
3__22980109.8( 2.5)1020.33600
20.30.0051%
401886.1
sh
sh sh q sh q sh sh z sh q sh q sh c q h g z w w h w w w g z w q g z W mg z kW
W W -?=?++?+=-??????=-=-??=-???
???=-?=-??-?=??==
第三章
3、两台可逆卡诺热机串联工作，A 工作于700℃和t ℃的热源间，B 热机工作于t ℃和20℃的热源间，吸收A 热机排出的废热对外作功。求：
（1） 当两台热机的热效率相同时，热源t 的温度； （2） 当两台热机输出的功相等时，热源t 的温度。 解答：
效率相等时：
K T T T T T T T
T
T T T
9.533293973111 ,12121212211=?==?-=-
?-=-
=ηηηη＝
输出功相等时：
K T T T T T T T T T W W T T
Q Q T T Q Q W T T Q Q W 6332111121211211122222211111=+=???? ??
-???? ?
?-???
???
?
????
?
?=??? ?
?-?=?=???? ?
?-?=?=＝＝ηη
4、一可逆热机工作在三个热源之间，热源温度如图，若热机从热源1吸热1600kJ ，并对外做功250kJ ，试求另两个热源的传热量和传热方向，并用图表示。 解答：
热量的正负号，以工质吸热为正：
12323331221231600250/1600
0800600300
能量平衡：因为可逆：Q Q Q Q Q W kJ kg Q Q Q Q Q T T T ++=++==++=++=
解以上2式，得Q2=-1500kJ ，Q3=150kJ ，说明热源2吸热，而热源3放热。
7、某动力循环，工质在温度440℃下得到3150kJ/kg 的热量，向20℃的低温热源放出1950kJ/kg 的热量，如果工质没有其他热量交换，问此循环满足Clausius 不等式吗？ 解答：
31501950
2.237044027
3.1520273.15
Q
T
δ=
-=-<++?
满足Clausius 不等式，其循环积分值为-2.237kJ/(kg.K)。
8、内可逆的卡诺热机，工作于2000K 和300K 的热源间，工质的高温为1900K ，工质的低温为400K ，设每一循环中工质从高温热源吸热100kJ/kg 。求：
（1） 该热机的效率和每一循环中的功量、废热； （2） 高温热源和低温热源的熵变；
（3） 工质在各过程中的熵变和循环的总熵变。 解答：
2110112101112211121400(1): 1= 10.7895
19001000.7895
78.95/10078.9521.05/100
(2): 0.05/()2000
21.050.0702/()300
100
(3): 0.051900
q q q q T T w q kJ kg
q q w kJ kg
q s kJ kg K T q s kJ kg K T q s T h h =--==??=-=-=--D ===- D =
== D ===23234241263/()021.05
0.05263/()400
工质经过一个循环的总熵变kJ kg K s q s kJ kg K T s s ×D =--D =
==- D =D =?
11、深层海水的温度4℃，热带表层10m 海水的平均温度为37℃，假设深层海水的质量无穷大，若在深层海水和表层海水间装一热机，该热机利用表层10m 海水降温至27℃所放出的能量来作功，已知水的比热为4.1868 kJ/(kg·K)。求：
（1） 每kg 表层海水降温过程中放出的热量和熵变； （2） 深层海水的熵变、热机的废热量和作功量； （3） 求1km 2海域能够输出的功量（kWh ）。
（4） 我国2012年底的发电量为4.94万亿kWh ，求提供这些电量需要的海域面积。
解答： （1）
2112
22111
1
() 4.1868(2737)41.868/41.868/ln 27273
4.1868ln
0.1373/37273
q c t t kJ kg q q kJ kg T q cdT
s c T
T T kJ K
d =-=-=-=-=D =
==+==-+蝌
（2）
212220120.1373/T (2734)0.1373
38.032/41.86838.032 3.836/s s kJ K q s kJ kg w q q kJ kg
D =-D ==D =+?=-=-=
（3）
6307
101010 3.836/36001.06610W mw kWh
==创 =
（4）1252
74.9410 4.606101.06610
Wt A km W ′=== ′
12、将3kg 温度为0℃的冰，投入盛有20kg 温度为50℃的水的容器中，容器保持绝热，已知水的比热为4.1868 kJ/(kg·K)，冰熔解热为333.5kJ/kg ，忽略冰熔解时体积的变化。求：
（1） 系统平衡时的温度；
（2） 冰的熵变，冰熔解生成的水的熵变和容器中原有水的熵变； （3） 若环境温度为20℃，求该过程中系统可用能的损失。 解答：
（1）假设3kg 的冰能全部融化，最后混合的温度为t m , 3kg 冰以下标1表示，20kg 水以下标2表示，根据热量守恒的关系：
C
c
m m q
m t c m t c m t t t c m q m t t c m m m m ?==
?+?-??+??=
+?-?+?==-?+?+-?09.33301.965.3186187
.4)203(5
.333350187.4200187.43)(0)()(211221122111
（2）熵的变化量由三部分构成，即3kg 冰融化时的熵增,融化后从0℃升到t m 的熵增和20kg 水降温到tm 的熵减。
K kJ S S S S K kJ T T c m T cdT m S K
kJ T T c m T cdT m S K kJ T q m S m tm t m tm t /599.0503.4437.1665.3/503.4273
50273
09.33ln 187.420ln /437.1273027309.33ln 187.43ln /665.32735
.333321211222
121111
12111=-+=?+?+?=?-=++?===?=++?===?=?=?=??
?
（3）系统可用能的损失
011122()2930.599175.51q E T S S S kJ D =D +D +D =? 15、如图一烟气余热回收方案。设烟气的比热容c ＝1100J/（kg.K ），试求：
（1） 烟气流经换热器传给热机工质的热量； （2） 热机排给大气的最少热量； （3） 热机输出的最大功。 解答：
（1）高温烟气传给工质的热量：
515
6
111100(72738)7.57910/67.57910 4.547410/p q c T J kg Q mq J s
=?=?-=?==??=?
（2）当热机可逆时，热机作功最大，放给低温热源的热量最少，此时的热机效率和放热量分别为：
()2211
00,21,1002
21
2201
52,min
21 1ln 38273
1100(27273)ln 3.854310/727273
63考虑到热源在放热给工质的过程中温度是变化的，所以需要积分：
＝T c T c T T p p T T T T
q q q T T
T T T
q q q q c dT c T T T T J kg
Q mq ηηδδδ=-
=-=?==-=-+=-?+=?+==???56.854310 2.312610/J s
?=?
（3）热机输出的最大功 (等于向低温热源放热最少时的输出功量)
66612,min 4.547410 2.312610 2.234810/W Q Q J s =-=?-?=?
第四章
3、海洋深处埋藏一种名为可燃冰的物质，它能在某些情况下放出甲烷。若在海洋深处4000m 处产生了一个体积为100m 3的甲烷气泡，求它上升至海洋表面时的体积为多大？设海水的密度均匀，为1.025×103kg/m 3，4000m 深处海水温度为4℃，海洋表面温度为27 ℃，当时大气压为101kPa 。 解答：
12211213
12
2121
1.02540009.8101402814028127327
100431941012734
b g p gh p kPa p V p V
mR T T p T V V m p T r =+=创+===+???+
5、容积为2.5m 3的空气罐，原来的参数为0.05MPa （表压）、18℃，现充气至0.42MPa （表压），充气后温度为40℃，当时大气压为100kPa ，求充进空气的质量。（空气参数查附录1） 解答：
kg
T
R pV
T R pV m m m T
m R pV g g g 978.94885.44666.14)27318(1.2875
.210)1.005.0()27340(1.2875.210)1.042.0()()(6
6
1
21
2=-=+???+-
+???+=
-=-=?=根据
7、汽油燃烧产生的烟气可视作理想气体，现测得烟气中各成分的容积为：N 2：60%，O 2：4%，CO 2：21%，H 2O ：15%。求：
（1） 1mol 混合气体中各组分的mol 数； （2） 各组分的质量成分；
（3） 混合气体的分子量和气体常数。
解答：
21222222112233:0.6,280.616.8:0.04,320.04
1.28:0.21,440.219.24:0.15,180.15
2.716.8 1.289.24 2.730.02/16.8/30.020.5596/ 1.28/30.020.0426/9.24/30.0N mol m g O mol m g CO mol m g H O mol m g
m w m m w m m w m m =?=?=?=?=+++=========4420.3078/ 2.7/30.020.089930.028.314510.2770/()30.02
g w m m M m R R kJ kg K M =======
==
10、一定量的封闭空气由温度300K 、压力0.15MPa 的1点开始，经历两种过程到达相同终点：A 过程为等压过程，直接吸热至480K ；B 过程先等温吸热膨胀、再以等容过程增压。试完成以下计算分析：
（1） 在同一p-v 图和T-s 图上表示两个过程； （2） 过程中空气的热力学能变化、焓变化和熵变化； （3） 过程中空气的吸热量和作功量。 解答：
图如下
（1）定压过程12
2
1212121287.1(480
300)
51678/51.678/() 1.005(480
300)180.9//180.9/1.4129.2/480
ln 1.005ln 0.4726/()
300
g g p p w pdv pv
pv R T R T J kg kJ kg q h c T T kJ kg
u h kJ kg
T s c kJ kg K T g =
=-=-=?===D =-=?=D =D ==D === ò
（2）定温过程13和定容过程32组成的复合过程
322133213111111
1332
132313211313内能和熵是状态参数,故这一复合过程的内能和熵变化同定压过程.ln ln ln 480
0.2871300ln 40.48/300
()()
40.48129.2169.68/g g g v v v v T w w w w R T R T R T v v T kJ kg q q q w c T T w c T T w u kJ kg
=+=====?==+=+-=+-=+?=+=
11、空气从温度800K 、压力5.5MPa 的状态1经一绝热膨胀过程至状态2，用A 仪器测得状态2参数为温度485K 、压力1.0MPa ，用B 仪器测得状态2参数为温度495K 、压力0.7MPa ，试判断参数A 和B 中哪个可能正确，并说明理由。 解答：
1111111005/() 287.1/()1485 1.0
ln ln 1005ln 287.1ln
800 5.5502.97(489.43)
13.54/()
14950.7
ln ln 1005ln 287.1ln
800 5.5482.45(591.83对空气 取从至的熵变
从至的熵变
p g A A A p g B B B p g c J kg K R J kg K A T p s c R T p J kg K B T p s c R T p =?=??=-=-=---=-??=-=-=---)109.38/()
,1,1.
对绝热而言,熵是只增不减的故不会出现是可能的J kg K A B =?
12、空气从温度300K 、压力0.1MPa 的1点开始压缩到压力为0.6MPa 的终点，试计算下列情况下的容积功、技术功和热量。
（1） 等温过程； （2） 等熵过程；
（3） n =1.25的多变过程。 解答：
定温过程：
kg
kJ w q kg kJ w w kg kJ p p T R w t g /32.154/32.154/32.1546
.01.0ln 3002871.0ln
21-==-==-=??==
定熵过程：
/55.201)30055.500(005.1/97.1434.1/55.201/55.500)
1
.06
.0(300)
(4
.114.111
212=-=-?-=?-=-=-===?==--q kg kJ h w kg
kJ w w K
p p
T T t t γγ
γ
多变过程：
kg
kJ T T R n n q kg
kJ nw w kg
kJ T T n R w K
p p
T T g t g
n
n /68.55)3003.429(1
4.12871
.0125.14.125.1)(11/60.185)48.148(25.1/48.148)3.429300(1
25.12871
.0)(13.429)
1
.06
.0(300)
(122125
.1125.111212-=-?-?--=----=
-=-?==-=-?-=
--=
=?==--γγ
14、一体积为0.002m 3的绝热活塞-气缸如图如示，活塞无摩擦，初始位置在正中间，两边有25℃，0.1MPa 的空气。现用电热丝对左边气体加热，使压力上升到0.2MPa ，求：
（1） 右边空气被压缩后的终温； （2） 右边空气得到的压缩功； （3） 左边空气的终温； （4） 电热丝加入系统的热量； （5） 左边空气经历的多变过程的指数；
（6） 在同一p-v 图和T-s 图表示左右气体经历的过程。 注意：研究对象不是1kg ，故功、热量应求出总量。 解答：
(1) 右边气体的终温 K p p T T R
3.363)1
.02
.0(298)
(4.11
4.111
212=?==--γ
γ
(2) 右边气体的容积功
J
T T V P mw W R R 78.54)298
3
.3631(001.0101.014.11)1(1161211-=-????-=--=
=γ (3) 左边气体的终温
K T V p V p T T V p T V p m V V V m p p V V L L L L R L R
44.828298001
.01.000139.02.000139.000061.0002.0200061.0)1
.02.0(001.0)(112221112223
2123
4.11
1
1212=???==?==-=-==?==-
-γ
(4) 左边电热丝加入的热量等于左边气体内能增量与膨胀功（右边气体得到的压缩功）之和
J
W U Q J T T V p T T R T R V p u m U R L L L g g L L 78.49978.5400.445)(00.445)129844.828(001.0101.014.11)1(11
)(1161
21112111=+=-+?==-????-=
--=--?=
?=?γγ
(5) 左边气体经历的过程
106.2)
001.0/00139.0ln()
1.0/
2.0ln()/ln()/ln(1212-=-=-
=V V p p n L L
15、在一绝热的封闭气缸（0.2m 3）中有一无摩擦的导热活塞，开始时该活塞被固定在气缸中间，左右容积相等。左半部分盛有300K ，0.2MPa 的空气，右半部分盛有300K ，0.1MPa 的空气，活塞释放后系统达到新的平衡点，求该平衡点的温度、压力和熵的总变化量。 解答：
终点温度：
K
T c m c m T c m T c m T m m p p m m V p T R m V p T R m v
b v a b v b a v a b a b a b a b g b a g a 3002211
121
1
111111==++=
=?==???
?==
终点压力：
MPa p p V T R m m V T R m m p b a g b a g b a 15.02
2)()(1
11
1
2
2
2=+=
+=
+= 熵变：
K
kJ p p
R T R V p p p R T R V p s m s m s p p R p p R T T c s p p R p p R T T c s a g g b a g g a b b a a b g b g p b a g a g p a /05663.01352.01918.01
.015
.0ln
300001.0101.02.015.0ln 300001.0102.0ln ln ln ln ln
ln ln ln 661
2
111121111
21212121212=-=???-???-=--
=?+?=?-=-=?-=-=?
16、压力为1.2MPa 、温度为380K 的压缩空气在管道内流动，由于管道的摩擦和散热，空气流至一节流阀前压力降为1MPa ，温度降为300K ，流经节流阀后压力继续降至0.7MPa 。求：
（1） 空气在节流阀前的管道内散至环境的热量； （2） 空气在节流阀后的温度。 解答：
这是一个有散热的流动和节流的复合过程，由于节流过程比较快，一般以绝热处理
2
121232332322(1):
2
1.005(300380)80.4/(2):3000.7ln
ln 287.1ln 102.4/()1.0
s
p p g c q h g z w q h c T kJ kg T T K T p s c R J kg K T p ?=?++?+?=?=?=?-=-==?=-=-?=?在流动过程中节流过程前后温度不变
第六章
3、空气在压缩机中被绝热压缩，压缩前空气的参数为0.1MPa 、25℃；压缩后空气的参数为0.6MPa 、240℃。求：
（1） 可逆时压缩机压缩1kg 空气所耗的功； （2） 该压缩机压缩1kg 空气所耗的功； （3） 该压缩机的效率。 解答：
1 1.4
1
2 1.4
2,11
,2,121(1)0.6()
(25273)()497.220.1
1.4
()287.1(497.22298)200182/1
1.41
(2) 1.4
()287.1(24025)216042/1 1.41
(3)理想情况下终温耗功实际耗功（焓h 是状态量）s
c s s g s c g c p T T K
p w h R T T J kg w h R T T J kg γγ
γγγγη--==+?==?=
-=
??-=--=?=-=
??-=--,200182
0.9266
216042
c s c
w w =
=
=
4、单级活塞式压缩机需要把空气从0.1MPa 、27℃压缩至0.7MPa ，试计算三种方式下压缩机的各项，即：压缩终温、起点和终点比容、吸入功、升压功、排出功、总功，结果请用表格表示。
（1） 等温压缩； （2） n =1.2的多变压缩； （3） 绝热压缩。
解答： 终态温度、比容计算：参见理想气体过程方程计算； 吸入功、升压功、排出功、总耗功：参见书中计算式6-9
3、汽油机以空气为工质，进气参数为0.1MPa 、50℃，压缩比为6，每一循环中加入的热量为750kJ/kg ，求循环的最高温度、最高压力、循环的净功和理论热效率。 解答：
（下标1,2,3,4参见书中图7-2） （1）最高温度T 3
11 1.412211
2132132
()6 2.048 2.048323661.5 () 750
661.51706.10.718
由得：由得： v v T v
T v T K q c T T q T T K c γγε---=====?==-=
+=+=
（2）最高压力p 3
kg p T R v g /m 92733.010
*1.0)27350(*1.2873
6
1
11=+=
=
kg v v v /m 0.154566
92733
.031
23==
==ε
MPa 169.315456
.01
.1706*1.2873
33==
=
v T R p g
（3）循环净功w 0
111332441
4241
()()1706.1 833.12.048
()0.718(833.1323)366.3/由得：v T v v
T v v T K
q c T T kJ kg γγγε---====
==-=?-= kg q q w /kJ 7.8333.366750210=-=-=
（4）理论热效率
02,111,2366.3110.5116750323
1=10.5117661.5
理论热效率 或t v t v w q q q T T ηη=
=-=-==-
-=
4、解答：
（1）0.l7MPa 压力下饱和温度＝115℃
（2）0.1 MPa 饱和蒸汽的比容为1.694 m 3/kg
结果1）：如果2L 水指大气压下的体积，则m=2kg ，
32 1.694 3.888V mv m ==?=
结果2）：如果2L 水指0.l7MPa 压力下的体积，则m=1.894kg ，
3m 208.3694.1*894.1===mv V
5、解答：
由p 2=0.1MPa ，t 2=120℃，查得h 2=2716.48 kJ/kg
由p 2=0.1MPa 查得 kJ/kg 46.2767
kJ/kg 94.720=''='h h 9751
.094
.72046.276794
.72048.2716"')'"('22
2
1=--=--=
=-+=h h h h x h
h h x h h h
6、解答：
(1)蒸汽需要的热量由烟气等压放热提供：
1122121112()1()
()3399.121232.25
1.313/() 1.1(1900400)
p p m c t t h h h h m kg kg
c t t -=?--=
==-? （2）产生1kg 蒸汽时各部分熵变：
211122212400273ln
1.313 1.1ln 1.6928 kJ/K 1900273
H O 6.4095 3.0348 3.3747kJ/(kgK)
1.6928 3.3747 1.6815/烟气：查表：p sys T S m c T S s S S S kJ K
+D ==创=-+D =D =-=D =D +D =-+=
（3）可用能损失：
kJ S T Eq sys 44.5046815.13000=?=?=?
8、解答：
由p 1=10MPa, t 1=540℃，查表得：h 1=3475.1 kJ/kg, s 1=6.7261 kJ/(kg.K) （1）理想过程（内效率=100%）时： 由p 2=5kPa ，查表得： （s 2=s 1）
0.4763 /., 8.396 /., 137.77 /, 2561.6 /,
s kJ kg K s kJ kg K h kJ kg h kJ kg '''=='''==
()2222 6.72610.4763 0.7892
8.3960.4763(1)10.7892*137.770.7892*2561.62050.7 /s s x s s h x h xh kJ kg
'--==='''--'''
=-+=-+=
焓降 h 1- h 2 = 3475.1-2050.7 = 1424.4 kJ/kg 理论功率()()12400
3475.12050.7=158267 3.6
m t m W q w q h h kW ==-=
- （2）汽轮机内效率=0.88时：
()()2112*3475.10.88*3475.12050.7=2221.6 /i h h h h kJ kg η'=--=
--
焓降 123475.12221.6=1253.5 /h h kJ kg '-=-
222221.6137.77
0.85972561.6137.77
h h x h h '''--=
=='''--
理论功率()()12400
3475.12221.6=139278 3.6
m t m W q w q h h kW ==-=-
第九章
3、解答：
30C 下水蒸汽的饱和压力为 4.247,
水蒸气分压力20C 下水蒸汽的饱和压力 2.339,
2.339
0.550855.08%4.247
2.339
621.99
621.9914.90/100 2.339
1.0050.001(2501 1.86)
1.005300.01490(2501 1.8630)sv v v sv v v p kPa p kPa p p p d g kgDA
p p H t d t φ?==?==
=====?=--=++=?+?+?68.242/kJ kgDA
=
工程热力学 思考题
工程热力学第五章思考题 5-1 热力学第二定律的下列说法能否成立？ （1）功量可以转换成热量，但热量不能转换成功量。 答：违反热力学第一定律。功量可以转换成热量，热量不能自发转换成功量。 热力学第二定律的开尔文叙述强调的是循环的热机，但对于可逆定温过程，所吸收的热量可以全部转换为功量，与此同时自身状态也发生了变化。从自发过程是单向发生的经验事实出发，补充说明热不能自发转化为功。 （2）自发过程是不可逆的，但非自发过程是可逆的。 答：自发过程是不可逆的，但非自发过程不一定是可逆的。 可逆过程的物理意义是：一个热力过程进行完了以后，如能使热力系沿相同路径逆行而回复至原态，且相互作用中所涉及到的外界也回复到原态，而不留下任何痕迹，则此过程称为可逆过程。自发过程是不可逆的，既不违反热力学第一定律也不违反第二定律。根据孤立系统熵增原理，可逆过程只是理想化极限的概念。所以非自发过程是可逆的是一种错误的理解。 （3）从任何具有一定温度的热源取热，都能进行热变功的循环。 答：违反普朗克-开尔文说法。从具有一定温度的热源取热，才可能进行热变功的循环。 5-2 下列说法是否正确？ （1）系统熵增大的过程必须是不可逆过程。 答：系统熵增大的过程不一定是不可逆过程。只有孤立系统熵增大的过程必是不可逆的过程。 根据孤立系统熵增原理，非自发过程发生必有自发补偿过程伴随，由自发过程引起的熵增大补偿非自发过程的熵减小，总的效果必须使孤立系统上增大或保持。可逆过程只是理想化极限的概念。 （2）系统熵减小的过程无法进行。 答：系统熵减小的过程可以进行，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。 （3）系统熵不变的过程必须是绝热过程。 答：可逆绝热过程就是系统熵不变的过程，但系统熵不变的过程可能由于熵减恰等于各种原因造成的熵增，不一定是可逆绝热过程。 （4）系统熵增大的过程必然是吸热过程，它可能是放热过程吗？ 答：因为反应放热，所以体系的焓一定减小。但体系的熵不一定增大，因为只要体系和环境的总熵增大反映就能自发进行。而放热反应会使环境获得热量，熵增为ΔH/T。体系的熵也可以减小，只要减小的量小于ΔH/T，总熵就为正，反应就能自发进行。 （5）系统熵减少的过程必须是放热过程。可以是吸热过程吗？ 答：放热的过程同时吸热。 （6）对不可逆循环，工质熵的变化∮ds?0。 答：∮ds=0。 （7）在相同的初、终态之间，进行可逆过程与不可逆过程，则不可逆过程中工质熵的变化大于可逆过程工质熵的变化。
工程热力学(第五版_)课后习题答案
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2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。 解：（1）2N 的气体常数 28 83140==M R R ＝)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 1013252739.296?==p RT v ＝kg m /3 v 1= ρ＝3/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝p T R 0＝kmol m /3 2-3．把CO 2压送到容积3m 3的储气罐里，起始表压力301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO 2的质量。当地大气压B ＝ 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CO 2的质量 1 111RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2222RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝ B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO 2的质量
)1122(21T p T p R v m m m -= -= （5） 将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m= 2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m 3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少 解：同上题 1000)273 325.1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝ 2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为的空气3 m 3，充入容积 m 3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 288 2875.810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 ==m m t 2 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一定量的空气压缩为的空气；或者说、 m 3的空气在下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程 const pv = 、 m 3的空气在下占体积为 5.591 .05.87.01221=?==P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩的空气3 m 3，则要压缩 m 3的空气需要的时间 == 3 5.59τ 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℃
工程热力学第五版习题答案
第四章 4-1 1kg 空气在可逆多变过程中吸热40kJ,其容积增大为1102v v =,压力降低为8/12p p =,设比热为定值,求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓与熵的变化。 解:热力系就是1kg 空气 过程特征:多变过程) 10/1ln()8/1ln()2/1ln()1/2ln(== v v p p n ＝0、9 因为 T c q n ?= 内能变化为 R c v 2 5= ＝717、5)/(K kg J ? v p c R c 5 727==＝1004、5)/(K kg J ? =n c ==--v v c n k n c 51＝3587、5)/(K kg J ? n v v c qc T c u /=?=?＝8×103J 膨胀功:u q w ?-=＝32 ×103 J 轴功:==nw w s 28、8 ×103 J 焓变:u k T c h p ?=?=?＝1、4×8＝11、2 ×103J 熵变:12ln 12ln p p c v v c s v p +=?＝0、82×103)/(K kg J ? 4－2 有1kg 空气、初始状态为MPa p 5.01=,1501=t ℃,进行下列过程: (1)可逆绝热膨胀到MPa p 1.02=; (2)不可逆绝热膨胀到MPa p 1.02=,K T 3002=; (3)可逆等温膨胀到MPa p 1.02=; (4)可逆多变膨胀到MPa p 1.02=,多变指数2=n ; 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v p -图与s T -图上 解:热力系1kg 空气 （1） 膨胀功:
])1 2(1[111k k p p k RT w ---=＝111、9×103J 熵变为0 (2))21(T T c u w v -=?-=＝88、3×103J 1 2ln 12ln p p R T T c s p -=?＝116、8)/(K kg J ? (3)21ln 1p p RT w =＝195、4×103)/(K kg J ? 2 1ln p p R s =?＝0、462×103)/(K kg J ? (4)])1 2(1[111 n n p p n RT w ---=＝67、1×103J n n p p T T 1)1 2(12-=＝189、2K 1 2ln 12ln p p R T T c s p -=?＝－346、4)/(K kg J ? 4-3 具有1kmol 空气的闭口系统,其初始容积为1m 3,终态容积为10 m 3,当初态与终态温度 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===1 10ln *373*287*4.22*293.112ln V V mRT w 7140kJ ==?1 2ln V V mR s 19、14kJ/K (2)自由膨胀作功为0 ==?12ln V V mR s 19、14kJ/K 4－4 质量为5kg 的氧气,在30℃温度下定温压缩,容积由3m 3变成0.6m 3,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:===3 6.0ln *300*8.259*512ln V V mRT q －627、2kJ 放热627、2kJ 因为定温,内能变化为0,所以 q w = 内能、焓变化均为0
工程热力学第四版思考题答案(完整版)(沈维道)(高等教育出版社)
工程热力学第四版沈维道 思考题 完整版 第1章 基本概念及定义 1.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。 2.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 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P b 应是“当地环境介质”的压 ) ( )( b v b b e b P P P P P P P P P P <-=>+=；
工程热力学第四版课后思考题答案
1．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？ 不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。 2．有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。 3．平衡状态与稳定状态有何区别和联系？平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态。 4．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？绝对压力计算公式 p =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b ) 中，当地大气压是否必定是环境大气 压？ 当地大气压p b 改变，压力表读数就会改变。当地大气压 p b 不一定是环境大气压。 5．温度计测温的基本原理是什么？ 6．经验温标的缺点是什么？为什么？ 不同测温物质的测温结果有较大的误差，因为测温结果 依赖于测温物质的性质。 7．促使系统状态变化的原因是什么？ 举例说明。 有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。 8．分别以图1-20所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这些是什么系统。 参加公路自行车赛的运动员是开口系统、运动手枪中的压缩空气是闭口绝热系统、杯子里的热水是开口系统（闭口系统——忽略蒸发时）、正在运行的电视机是闭口系统。 9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统？ 不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a 图）。包括电加热器则为开口绝热系统（b 图）。 将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部包括在内，构成孤立系统。或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。 4题图 9题图
(完整版)工程热力学习题集附答案
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_______。
工程热力学课堂练习题1
基本概念、热力学第一定律、理想气体的热力性质 1．热力系内工质质量若保持恒定，则该热力系一定是 D 。A开口系B闭口系C孤立系D不能确定 2．当分析以下热现象时，通常哪些可以取作闭口系 B 。1）正在使用的压力锅内的蒸汽。2）被扎了胎的自行车轮胎。3）汽车行驶中轮胎被热的路面加热。4）内燃机气缸内燃烧的气体。5）内燃机排气冲程时气缸内的燃烧气体。 A 1）、2）可取作闭口系 B 3）、4）可取作闭口系 C 4）、5）可取作开口系 D 2）、4）可取作开口系 3．热力系与外界既有质量交换，又有能量交换的是 D 。A闭口系B开口系C绝热系D开口系或绝热系 4．开口系的质量是 C 。 A不变的B变化的 C 变化的也可以是不变的D在理想过程中是不变的 5．下列热力系中与外界可能与外界有质量交换的系统是 D 。A开口系B绝热系 C 闭口系D开口系、绝热系 6．某设备管道中的工质为50mmHg，设大气压力为80kP a，此压力在其压力测量表计上读数为 A 。 A 73.3 kPa B 86.67 kPa C 130 kPa D 30kPa 7．如图所示，某容器压力表A读数300kP a,压力表B读数为120kP a,若当地大气压力表读数720mmHg，则压力表C的读数为 B 。
C A 276.06kP a B 180kP a C 396.1kP a D 216.06kP a 8．容器内工质的压力将随测压时的地点不同而 C 。 A 增大 B 减小 C 不变 D 无法确定 9．某压力容器，其压力表的读数在南京为1g p 与在拉萨2g p 时相比较 B 。 A 相同12g g p p = B 增大12g g p p > C 减小12g g p p < D 无法确定 10．某负压工作状态的凝汽器，若由于工作疏忽有个与大气相连的阀门未关紧，则凝汽器内工质压力将 A 。 A 升高 B 降低 C 不改变 D 可能降低也可能升高 11．某负压工作的凝汽器，若有个与大气相连的阀门未关紧，真空遭破坏，此时凝汽器的真空表读数 B 。 A 降低 B 升高 C 不变 D 没有反应 12．平衡状态就是 D 。 A 稳定状态 B 均匀状态 C 不随时间变化的状态 D 与外界不存在任何势差的的状态 13．平衡状态是指当不存在外界影响时， B 。 A 热力系逐渐达到热平衡的状态。 B 热力系状态参数多次测量数值不变。
工程热力学思考题参考答案,第四章
第四章气体和蒸汽的基本热力过程 4.1试以理想气体的定温过程为例，归纳气体的热力过程要解决的问题及使用方法解决。 答：主要解决的问题及方法： (1) 根据过程特点（及状态方程）——确定过程方程 (2) 根据过程方程——确定始、终状态参数之间的关系 (3) 由热力学的一些基本定律——计算,,,,,t q w w u h s ??? (4) 分析能量转换关系（P —V 图及T —S 图）（根据需要可以定性也可以定量） 例：1)过程方程式：T =常数（特征）PV =常数（方程） 2)始、终状态参数之间的关系： 12p p =2 1 v v 3)计算各量：u ?=0、h ?=0、s ?=21p RIn p -=21 v RIn v 4)P ?V 图，T ?S 图上工质状态参数的变化规律及能量转换情况 4.2对于理想气体的任何一种过程，下列两组公式是否都适用 答：不是都适用。第一组公式适用于任何一种过程。第二组公式21()v q u c t t =?=-适于定容过程,21()p q h c t t =?=-适用于定压过程。 4.3在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。定温过程气体的温度不变，在定温过程中是否需对气体加入热量？如果加入的话应如何计算？ 答：定温过程对气体应加入的热量 4.4过程热量q 和过程功w 都是过程量，都和过程的途径有关。由理想气体可逆定温过程热量公式 2 111 v q p v In v =可知，故只要状态参数1p 、1v 和2v 确定了，q 的数值也确定了，是否q 与途径无关？ 答：对于一个定温过程，过程途径就已经确定了。所以说理想气体可逆过程q 是与途径有关的。 4.5在闭口热力系的定容过程中，外界对系统施以搅拌功w δ，问这v Q mc dT δ=是否成立？ 答：成立。这可以由热力学第一定律知，由于是定容过2211 v v dv w pdv pv pvIn RTIn v v v ====??为零。故v Q mc dT δ=，它与外界是否对系统做功无关。 4.6绝热过程的过程功w 和技术功t w 的计算式： w =12u u -，t w =12h h - 是否只限于理想气体？是否只限于可逆绝热过程？为什么？
工程热力学-课后思考题答案
第一章基本概念与定义 1．答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定 2．答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。 3．答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。 4．答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。 5．答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。 6．答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。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的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。 7．答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。 8．答：（1）第一种情况如图1-1（a）,不作功（2）第二种情况如图1-1（b）,作功（3）第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。 9．答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。系统和外界整个系统不能恢复原来状态。 10．答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。 11．答：不一定。主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。
工程热力学,课后习题答案
工程热力学(第五版)习题答案 工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社 第二章 气体的热力性质 2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状 态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。 解：（1）2N 的气体常数 2883140==M R R ＝296.9)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 1013252739.296?==p RT v ＝0.8kg m /3 v 1 =ρ＝1.253/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝p T R 0＝64.27kmol m /3 2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力 301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p 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
11 11RT v p m = 压送后储气罐中CO2的质量 22 22RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝188.9 B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO2的质量 )1122(21T p T p R v m m m -=-= （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 1000)273325.1013003.99(287300)1122(21?-=-=-=T p T p R v m m m ＝41.97kg
最新工程热力学课后作业答案第五版
工程热力学课后作业答案第五版
2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3） MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。 解：（1）2N 的气体常数 28 8314 0= = M R R ＝296.9)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 101325 2739.296?== p RT v ＝0.8kg m /3 v 1= ρ＝1.253/m kg （3） MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝ p T R 0＝64.27kmol m /3 2-3．把CO 2压送到容积3m 3的储气罐里，起始表压力 301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温 度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO 2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CO 2的质量 1 1 11RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2 2 22RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝188.9 B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO 2的质量
)1 122(21T p T p R v m m m -= -= （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 m 3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 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题 1000)273 325.1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝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 m 3，充入容积8.5 m 3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 288 2875 .810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 == m m t 2 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 m 3的空气在0.1MPa 下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程 const pv = 0.7MPa 、8.5 m 3的空气在0.1MPa 下占体积为 5.591 .05 .87.01221=?== P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩0.1MPa 的空气3 m 3，则要压缩59.5 m 3的空气需要的时间 == 3 5 .59τ19.83min 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？
工程热力学期末试题及答案
工程热力学期末试卷 建筑环境与设备工程专业适用 （闭卷，150分钟） 班级 姓名 学号 成绩 一、简答题(每小题5分，共40分) 1. 什么是热力过程？可逆过程的主要特征是什么？ 答：热力系统从一个平衡态到另一个平衡态，称为热力过程。可逆过程的主要特征是驱动过程进行的势差无限小，即准静过程，且无耗散。 2. 温度为500°C 的热源向热机工质放出500 kJ 的热量，设环境温度为30°C ，试问这部分热量的火用（yong ）值（最大可用能）为多少？ 答： =??? ? ?++- ?=15.27350015.273301500,q x E 303.95kJ 3. 两个不同温度（T 1,T 2）的恒温热源间工作的可逆热机，从高温热源T 1吸收热量Q 1向低温热源T 2放出热量Q 2，证明：由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成的孤立系统熵增 。假设功源的熵变△S W =0。 证明：四个子系统构成的孤立系统熵增为 （1分） 对热机循环子系统： 1分 1分 根据卡诺定理及推论： 1分 4. 刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，如右图所示。若将隔板抽去，试分析容器中空气的状态参数（T 、P 、u 、s 、v ）如变化，并简述为什么。 答：u 、T 不变，P 减小，v 增大，s 增大。 自由膨胀 12iso T T R S S S S S ?=?+?+?+?W 1212 00ISO Q Q S T T -?= +++R 0S ?= iso S ?=
5. 试由开口系能量程一般表达式出发，证明绝热节流过程中，节流前后工质的焓值不变。（绝热节流过程可看作稳态稳流过程，宏观动能和重力位能的变化可忽略不计） 答：开口系一般能量程表达式为 绝热节流过程是稳态稳流过程，因此有如下简化条件 ， 则上式可以简化为： 根据质量守恒，有 代入能量程，有 6. 什么是理想混合气体中某组元的分压力？试按分压力给出第i 组元的状态程。 答：在混合气体的温度之下，当i 组元单独占有整个混合气体的容积（中容积）时对容器壁面所形成的压力，称为该组元的分压力；若表为P i ，则该组元的状态程可写成：P i V = m i R i T 。 7. 高、低温热源的温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数是否就愈大，愈有利？试证明你的结论。 答：否，温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数愈小，耗功越大。（2分） 证明：T T w q T T T R ?==-= 2 2212ε，当 2q 不变，T ?↑时，↑w 、↓R ε。即在同样2q 下(说明 得到的收益相同)，温差愈大，需耗费更多的外界有用功量，制冷系数下降。（3分） 8. 一个控制质量由初始状态A 分别经可逆与不可逆等温吸热过程到达状态B ，若两过程中热源温度均为 r T 。试证明系统在可逆过程中吸收的热量多，对外做出的膨胀功也大。
工程热力学思考题答案
第十一章制冷循环 1.家用冰箱的使用说明书上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么 答：为了维持冰箱的低温，需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高，从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处，并距墙壁适当距离。 在一定环境温度下，冷库温度愈低，制冷系数愈小，因此为取得良好的经济效益，没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。 2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环 答：由于空气定温加热和定温放热不易实现，故不能按逆向卡诺循环运行。在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。 3.压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法为什么 答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。
4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何 答： 压缩空气制冷循环的制冷系数为：()() 14 2314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε= == 空气视为理想气体，且比热容为定值，则：()() 14 2314T T T T T T ε-= --- 循环压缩比为：2 1 p p π= 过程1-2和3-4都是定熵过程，因而有：1 3 22114 k k T T P T P T -??== ??? 代入制冷系数表达式可得：11 1 k k επ -= - 由此式可知，制冷系数与增压比有关。循环压缩比愈小，制冷系数愈大，但是循环压缩比减小会导致膨胀温差变小从而使循环制冷量减小，如图（b ）中循环1-7-8-9-1的循环压缩比较循环1-2-3-4-1的小，其制冷量 （面 T s O 4′ 9′ 1′ O v （a （b ） 压缩空气制冷循环状态参数
工程热力学课后题答案
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。 答案略。 7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为MPa 4.13；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为mmHg 706。若大气压力为MPa 098.0，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力（用MPa 表示） MPa p MPa p 0039.0;0247.021== 8.测得容器的真空度 mmHg p v 550=，大气压力 MPa p b 098.0=，求容器内的绝对压力。若大气
工程热力学思考题及答案
工程热力学思考题及答案 第一章基本概念 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定 的热力系一定是闭口系统吗？ 答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。 2.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， 所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？ 答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量的交换就是绝热系。 3.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：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是它们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。 平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。 4.假如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？绝对压力计算公式p = p b+p e(p >p b)，p v=p b?p (p b 第 一 章 基本概念与定义 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？ 答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。 2.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，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？ 答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。 3.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：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。 物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。 4.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？绝对压力计算公式b e p p p =+()e p p >， b e p p p =-()e p p <中，当地大气压是否必定是环境大气压？ 答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。 5.温度计测温的基本原理是什么？ 答：选作温度计的感应元件的物体应具备某种物理性质随物体的冷热程度不同有显著的变化。有两个系统分别和第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。 6.经验温标的缺点是什么？为什么？ 答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。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的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。 7.促使系统状态变化的原因是什么？举例说明 答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变。 8.分别以图参加公路的自行车赛车运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子内的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这是什么系统。 答：赛车运动员因为有呼吸有物质交换，运动员 对自行车作功，因此有能量交换，因此赛车运动 员是开口系统。压缩空气只有对子弹作功，因此 为闭口系统。杯子内的热水对外既有能量交换又 有物质交换，因此为开口系统，正在运行的电视 机有能量交换物物质交换，因此为闭口系统 9．家用加热电器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体（不包括电机热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，是什么系统？什么情况下构成孤立的系统？ 答：仅仅考虑电热水器为控制体，因有盖，不能与外界进行物质交换但与电机热器有热交换，因此是闭口系统。将电加热器包括在内，无热量交换因此是绝热过程。如果电加热器内电流非外部，而是用电池，即可认为绝热系统。 10.分析汽车动力系统与外界的质能交换情况？ 答：汽车发动机有吸气，压缩，作功，排气四个过程，因此吸气过程吸 收外界的空气，过程中既有物质的进入，也有随物质进入带入的能量。压缩后喷油点火，这个过程中压缩点火为能量交换，喷油为物质交换。 工程热力学课后习题及 答案第六版完整版 Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】 2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩 尔 容 积 Mv 。 解：（1）2N 的气体常数 28 83140== M R R ＝)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 101325 2739.296?== p RT v ＝kg m /3 v 1=ρ＝3/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝ p T R 0＝kmol m /3 2-3．把CO 2压送到容积3m 3的储气罐里，起始表压力301=g p kPa ，终了表压力 3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2 ＝70℃。试求被压入的CO 2的质量。当地大气压B ＝ 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CO 2的质量 压送后储气罐中CO 2的质量 根据题意 容积体积不变；R ＝ B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO 2的质量 )1 122(21T p T p R v m m m -= -= （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 m 3的空气，如外界的温度增高 到27℃，大气压降低到，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少 解：同上题 1000 )273 325 .1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝41.97kg 2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为的空气3 m 3，充入容积8.5 m 3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 288 2875.810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 == m m t 2 第二种解法 将空气充入储气罐中，实际上就是等温情 况下把初压为一定量的空气压缩为的空气；或者说、 m 3的空气在下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程 、8.5 m 3的空气在下占体积为 5.591 .05.87.01221=?== P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩的空气3 m 3，则要压缩 m 3的空气需要的时间 == 3 5.59τ 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 。加热后其容积增大工程热力学思考题答案,第一章.
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