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工程热力学(第五版)课后习题答案(全章节)

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

83140=

R R ＝296.9

)/(K kg J ?

（2）标准状态下

2N 的比容和密度

101325

2739.296?=

RT v ＝0.8

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

1=g p kPa ，终了表压力

.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

1111RT v p m =

压送后储气罐中CO2的质量

2222RT 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

)

(

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

)273

325.101300

3.99(

287

300)1

(

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 m3，充入容积8.5 m3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

2875.81072

2225

???=

RT v p m kg

压缩机每分钟充入空气量

28828731015

???=

pv m kg

所需时间

m t 219.83min

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 m3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 m3的空气在0.1MPa 下占体积为

.591

.05.87.01

221=?=

P V p V m3

压缩机每分钟可以压缩0.1MPa 的空气3 m3

，则

59.5 m3的空气需要的时间

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？解：热力系：气缸和活塞构成的区间。使用理想气体状态方程。（1）空气终态温度

22T V V T 582K

（2）空气的初容积

p=3000×9.8/(πr2)+101000=335.7kPa

mRT V 110.527 m3

空气的终态比容

m V m

V v 1

222=

＝0.5 m3/kg

或者

RT v 220.5 m3/kg

（3）初态密度

527.012

.211=

V m ρ＝4 kg /m3

12v ρ 2 kg /m3

2-9

解：（1）氮气质量

300

8.29605.0107.136

???=

pv m ＝7.69kg

（2）熔化温度

.29669.705.0105.166

???=

pv T ＝361K

2－14 如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为其质量成分为

%2.232=go ，%8.762=N g 。试求

空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比容和密度。解：折合分子量

768.032

232.01

∑

i M

g M ＝28.86

气体常数

86.288314

R R ＝288)/(K kg J ?

容积成分

2/22Mo M g r o o =＝20.9％

2N r 1－20.9％＝79.1％

标准状态下的比容和密度

4.2286

.284

.22=

M ρ＝1.288 kg /m3

ρ1

v ＝0.776 m3/kg

2-15 已知天然气的容积成分

974

=CH

r ，

6.06

2=H

C r ，

18.08

3=H

C r ，

18.0104=H C r ，

2.02

=CO

r ，

83.12=N r 。试求：

天然气在标准状态下的密度；各组成气体在标准状态下的分压力。解：（1）密度

100

/)2883.1442.05818.04418.0306.01697(?+?+?+?+?+?==

∑i

r M

＝16.48

0/736.04

.2248.164

.22m

kg M ==

（2）各组成气体在标准状态下分压力因为：

r p i i =

=325.101*%974

p 98.285kPa

同理其他成分分压力分别为：（略）

第三章热力学第一定律

3－1 安静状态下的人对环境的散热量大约为400KJ/h ，假设能容纳2000人的大礼堂的通风系统坏了：（1）在通风系统出现故障后的最初20min 内礼堂中的空气内能增加多少？（2）把礼堂空气和所有的人考虑为一个系统，假设对外界没有传热，系统内能变化多少？如何解释空气温度的升高。解：（1）热力系：礼堂中的空气。闭口系统

根据闭口系统能量方程

W U Q +?=

因为没有作功故W=0；热量来源于人体散热；内能的增加等于人体散热。

60/204002000??=Q ＝2.67×105kJ

（1）热力系：礼堂中的空气和人。闭口系统

根据闭口系统能量方程

W U Q +?=

因为没有作功故W=0；对整个礼堂的空气和人来说没有外来热量，所以内能的增加为0。

空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收，导致的空气内能增加。

3－5，有一闭口系统，从状态1经a 变化到状态2，如图，又从状态2经b 回到状态1；再从状态1经过c 变化到状态2。在这个过程中，热量和功的某些值已知，如表，试确定未知量。

解：闭口系统。使用闭口系统能量方程

(1)对1-a-2和2-b-1组成一个闭口循环，有

??=W

Q δδ

即10＋（－7）＝x1+（－4）

x1=7 kJ

(2)对1-c-2和2-b-1也组成一个闭口循环 x2＋（－7）＝2+（－4） x2=5 kJ

(3)对过程2-b-1，根据

W U Q +?=

=---=-=?)4(7W Q U －3 kJ

解：同上题

3-7 解：热力系：1.5kg 质量气体闭口系统，状态方程：

av p +=

)]

85115.1()85225.1[(5.1---=?v p v p U ＝90kJ

由状态方程得 1000＝a*0.2+b

解上两式得： a=-800 b=1160 则功量为

.12

.022

]1160)800(2

5.15.1v v pdv W --==?＝900kJ

过程中传热量

W U Q +?=＝990 kJ

3－8 容积由隔板分成两部分，左边盛有压力为600kPa ，温度为27℃的空气，右边为真空，容积为左边5倍。将隔板抽出后，空气迅速膨胀充满整个容器。试求容器内最终压力和温度。设膨胀是在绝热下进行的。解：热力系：左边的空气系统：整个容器为闭口系统过程特征：绝热，自由膨胀根据闭口系统能量方程

W U Q +?=

绝热

0=Q

自由膨胀W ＝0 因此ΔU=0

对空气可以看作理想气体，其内能是温度的单值函数，得

T T T T mc v 300120)12(==?=-

根据理想气体状态方程

112

22p V V p V RT p =

＝100kPa

3-9 一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，为500 kPa ，25℃。充气开始时，罐内空气参数为100 kPa ，25℃。求充气终了时罐内空气的温度。设充气过程是在绝热条件下进行的。解：开口系统特征：绝热充气过程工质：空气（理想气体）

根据开口系统能量方程，忽略动能和未能，同时没有轴功，没有热量传递。

dE h m h m +-=00220

没有流出工质m2=0 dE=dU=(mu)cv2-(mu)cv1

终态工质为流入的工质和原有工质和m0= mcv2-mcv1 mcv2 ucv2- mcv1ucv1=m0h0

(1)

h0=cpT0

ucv1=cvT1

mcv1=11RT V

mcv2 =22RT V

p 代入上式(1)整理得

21)

10(12

12p p T kT T T kT T -+=

=398.3K

3－10

供暖用风机连同加热器，把温度为01=t ℃的冷空气加热到温度为2502=t ℃，然后送入建

筑物的风道内，送风量为0.56kg/s ，风机轴上的输入功率为1kW ，设整个装置与外界绝热。试计算：（1）风机出口处空气温度；（2）空气在加热器中的吸热量；（3）若加热器中有阻力，空气通过它时产生不可逆的摩擦扰动并带来压力降，以上计算结果是否正确？解：开口稳态稳流系统

（1）风机入口为0℃则出口为

??=

=??=?3

006.156.01000Cp m

Q T Q T Cp m

1.78℃

78.112=?+=t t t ℃

空气在加热器中的吸热量

)78.1250(006.156.0-??=?=T Cp m Q ＝138.84kW

(3)若加热有阻力，结果1

仍正确；但在加热器中的吸热量减少。加热器中

)111(22212v P u v P u h h Q +-+=-=，p2减小故吸热减小。

3－11

一只0.06m3的罐，与温度为27℃、压力为7MPa 的压缩空气干管相连接，当阀门打开，空气流

进罐内，压力达到5MPa 时，把阀门关闭。这一过程进行很迅速，可认为绝热。储罐的阀门关闭后放置较长时间，最后罐内温度回复到室温。问储罐内最后压力是多少？解：热力系：充入罐内的气体

由于对真空罐充气时，是焓变内能的过程

mu mh =

kT T c c T v

p 4203004.100=?===

罐内温度回复到室温过程是定容过程

420

300122?=

P T

T p ＝3.57MPa

3－12

压力为1MPa 和温度为200℃的空气在一主管道中稳定流动。现以一绝热容器用带阀门的管道与

它相连，慢慢开启阀门使空气从主管道流入容器。设（1）容器开始时是真空的；（2）容器装有一个用弹簧控制的活塞，活塞的位移与施加在活塞上的压力成正比，而活塞上面的空间是真空，假定弹簧的最初长度是自由长度；（3）容器装在一个活塞，其上有重物，需要1MPa 的压力举起它。求每种情况下容器内空气的最终温度？解:（1）同上题

=?==4734.10kT T 662K=389℃

（2）w u h += h=cpT0 L=kp

pV kpAp pAkdp pAdL w 2

+05.0T R

c c v p

552K=279℃

同（2）只是W 不同

?===

pV pdV

T==

=+00T T R

c c v p

473K ＝200℃

3－13

解：h W ?-=

对理想气体

c h p ?=

c u v ?=

3－14

解：（1）理想气体状态方程

293

*21

212==

p p T T ＝586K

（2）吸热：

k R

RT V p T mc Q v ?-=

?=1

11＝2500kJ

3-15 解：烟气放热等于空气吸热 1m3空气吸取1.09 m3的烟气的热

245

09.1?=Q ＝267kJ

01.11293.1267

??=

?vc

t ρ＝205℃

t2=10+205=215℃

3-16 解：

3)21(2211h m m h m h m +=+

c h p =

代入得：

330

473

210773*120)21(2211?=

++=

＋c

m m cT m cT m T ＝582K

＝309℃ 3－17

解：等容过程

c c k p p 1.4

121

2--=

--=?=k v p v p k RT RT m

T c m Q v ＝37.5kJ

3-18 解：定压过程

T1=287

103

.0104.206813

???=

p =216.2K

T2=432.4K 内能

216)287.001.1(1?-?=?=?t mc U v ＝156.3kJ

焓变

?=?=?3

.1564.1U k H 218.8 kJ

功量

06.0122m V V == .

04.2068)12(?=-==

?V V p pdV

W ＝62.05kJ 热量

.623.156+=+?=W U Q =218.35 kJ

第四章理想气体的热力过程及气体压缩

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、轴功以及焓和熵的变化。解：热力系是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

c q n ?=

内能变化为

c v 25=

＝717.5

)/(K kg J ?

p c R c 5

＝1004.5

)/(K kg J ?

n c

=--v v

c n k n c 51

＝3587.5

)/(K kg J ?

v v c qc T c u /=?=?＝8×103J

膨胀功：

u q w ?-=＝32 ×103J

轴功：

=nw w s 28.8 ×103J

焓变：

k T c h p ?=?=?＝1.4×8＝11.2 ×103J

熵变：12

2ln

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 -图和s T -图上

解：热力系1kg 空气膨胀功：

]

)

1[1

k p p k RT w ---=

＝111.9×103J

熵变为0 （2）

)

21(T T c u w v -=?-=＝88.3×103J

2ln

p p R T T c s p -=?＝116.8)/(K kg J ?

（3）

1p p RT w =＝195.4×103)/(K kg J ?

p p R s =?＝0.462×103)/(K kg J ?

（4）

]

)

1[1

n p p n RT w ---=

＝67.1×103J

n p p T T 1

)

12-=＝189.2K

2ln

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1m3，终态容积为10 m3，当初态和终态温度均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*293.11

2ln

V V mRT w 7140kJ

=?1

2ln

V V mR s 19.14kJ/K

(2)自由膨胀作功为0

=?1

2ln

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3m3变成0.6m3，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*51

2ln

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 熵变：

=?1

2ln

V V mR s －2.1 kJ/K

4－5 为了试验容器的强度，必须使容器壁受到比大气压力高0.1MPa 的压力。为此把压力等于大气压力。温度为13℃的空气充入受试验的容器内，然后关闭进气阀并把空气加热。已知大气压力B ＝101.3kPa ，试问应将空气的温度加热到多少度？空气的内能、焓和熵的变化为多少？解：（1）定容过程

+==3

.1013.101100*

2861

2p p T T 568.3K

内能变化：

-=?)2863.568(*287*2

5)12(T T c u v 202.6kJ/kg

-=?)2863.568(*287*2

7)12(T T c h p 283.6 kJ/kg

=?1

2ln

p p c s v 0.49 kJ/(kg.K)

4-6

6kg 空气由初态p1＝0.3MPa ，t1=30℃，经过下列不同的过程膨胀到同一终压p2＝0.1MPa ：（1）

定温过程；（2）定熵过程；（3）指数为n ＝1.2的多变过程。试比较不同过程中空气对外所作的功，所进行的热量交换和终态温度。解：（1）定温过程

==1

.03.0ln

*303*287*62

1ln

p p mRT W 573.2 kJ

Q =

T2=T1=30℃ （2）定熵过程

--=--=--])

.01.0(

1[*303*1

4.1287*

6])

1[11

.11

4.11

k p p T k R m

W 351.4 kJ

Q ＝0

-=k k p p T T 1

)

12221.4K

（3）多变过程

n p p T T 1

)

12(

12-=＝252.3K

--=--=]3.252303[*1

2.1287*

6]21[1

T T n R

W 436.5 kJ

---=-=)3033.252(*1

*6)12(n k n c T T mc Q v

n 218.3 kJ

4－7 已知空气的初态为p1＝0.6MPa ，v1=0.236m3/kg 。经过一个多变过程后终态变化为p2＝0.12MPa ，v2=0.815m3/kg 。试求该过程的多变指数，以及每千克气体所作的功、所吸收的热量以及内能、焓和熵的变化。

解：（1）求多变指数)815.0/236.0ln()6.0/12.0ln()

2/1ln()1/2ln(=

v v p p n ＝1.30

1千克气体所作的功

--=

)815.0*12.0236.0*6.0(*1

3.11]2211[1

1v p v p n w 146kJ/kg

吸收的热量

)

1122(1

1)12(1

1)12(v p v p k n k n T T k R

n k n T T c q n ----=

----=

----)236.0*6.0825.0*12.0(14.11

13.14.13.136.5 kJ/kg

内能：

-=?w q u 146-36.5＝－109.5 kJ/kg

焓：

--=

-=?)1122(1

)12(v p v p k k T T c h p －153.3 kJ/kg

熵：

6.012

.0ln

*4.717236

.0815.0ln

*5.10041

2ln

+=+=?p p c v v c s v p ＝90J/(kg.k)

4-8 1kg 理想气体由初态按可逆多变过程从400℃降到100℃，压力降为

612p p =

，已知该过程的膨胀

功为200kJ ，吸热量为40 kJ ，设比热为定值，求该气体的p

c 和

解：

160

)12(-=-=-=?w q T T c u v kJ

c ＝533J/(kg.k)

]

)

1[1

1)21(1

n p p n RT T T n R w ---=

--=

=200 kJ

解得：n ＝1.49 R=327 J/(kg.k) 代入解得：p

c ＝533+327=860 J/(kg.k)

4-9将空气从初态1，t1=20℃,定熵压缩到它开始时容积的1/3，然后定温膨胀，经过两个过程，空气的容积和开始时的容积相等。求1kg 空气所作的功。

解：]

1[1

4.1293*287])

1[1

1])

1[1

111

4.11

-----=

--=

k k

k v v k RT p p k RT w

＝-116 kJ/kg

)

12-=k v v T T ＝454.7K

)

3/1ln(*7.454*2872

3ln

22==v v RT w ＝143.4 kJ/kg

w=w1+w2=27.4 kJ/kg

4-10 1kg 氮气从初态1定压膨胀到终态2，然后定熵膨胀到终态3。设已知以下各参数：t1=500℃，v2=0.25m3/kg ，p3＝0.1MPa ，v3=1.73m3/kg 。求（1）1、2、3三点的温度、比容和压力的值。（2）在定压膨胀和定熵膨胀过程中内能的变化和所作的功。

解：(1)

.1)

.073.1(

*1.0)

32==k

v v p p ＝1.5 MPa

.29610

*25.0*5.12226

v P T ＝1263K

p1=p2=1.5 MPa

v1=2

v T T =0.15 m3/kg

.29610

*73.1*1.03336

v P T =583 K

(2) 定压膨胀

-=?)12(T T c u v 364 kJ/kg

=-=)12(T T R w 145.4 kJ/kg

定熵膨胀

-=?)23(T T c u v 505 kJ/kg

--=]32[1

T T k R w -505 kJ/kg

或者：其q=0,u w ?-== -505 kJ/kg

4-11 1标准m3的空气从初态1 p1＝0.6MPa ，t1=300℃定熵膨胀到状态2，且v2=3v1。空气由状态2继续被定温压缩，直到比容的值和开始时相等，v3=v1，求1、2、3点的参数（P,T,V ）和气体所作的总功。

解：

6573*2871

11p RT v 0.274 m3/kg

==4

.1)31(*6.0)

21(12k

v v p p 0.129 MPa =

==-4

.01

)31(*573)

1(12k v v T T 369K

V2=3V1=0.822 m3 T3=T2=369K V3=V1=0.274 m3

==1

13*

129.0)3

23v v v v p p 0.387 MPa

4－12 压气机抽吸大气中的空气，并将其定温压缩至p2＝5MPa 。如压缩150标准m3空气，试求用水冷却压气机气缸所必须带走的热量。设大气处于标准状态。

解：

===5

101325

.0ln

*150*10*101325.02

1ln

116

p p V p W Q -59260kJ

4-13 活塞式压气机吸入温度t1=20℃和压力p1＝0.1MPa 的空气，压缩到p2＝0.8MPa ，压气机每小时吸气量为600标准m3。如压缩按定温过程进行，问压气机所需的理论功率为多少千瓦？若压缩按定熵过程进行，则所需的理论功率又为多少千瓦？解：定温：

3600

*273*287600100000RT

pV m 0.215kg/s

1ln

1p p mRT W s －37.8KW

定熵

]

)

.08.0(

1[1

4.1293

*287*4.1*

215.0])

1[1

114

.11

4.11

----=--=k

k s p p k kRT m

W ＝－51.3 KW

4－14 某工厂生产上需要每小时供应压力为0.6MPa 的压缩空气600kg ；设空气所初始温度为20℃，压力为0.1MPa 。求压气机需要的最小理论功率和最大理论功率。若按n ＝1.22的多变过程压缩，需要的理论功率为多少？

解：最小功率是定温过程 m=600/3600=1/6 kg/s

1ln

1p p mRT W s ＝－25.1 KW

最大功率是定熵过程

--=-])

1[1

111

k s p p k kRT m

W －32.8 KW

多变过程的功率

--=-])

1[1

111

n s p p n nRT m

W －29.6 KW

4－15 实验室需要压力为6MPa 的压缩空气，应采用一级压缩还是二级压缩？若采用二级压缩，最佳中间压力应等于多少？设大气压力为0.1，大气温度为20，压缩过程多变指数n=1.25，采用中间冷却器能将压缩气体冷却到初温。试计算压缩终了空气的温度。解：压缩比为60，故应采用二级压缩。中间压力：

312p p p 0.775MPa

n p p T T 1

)

23-==441K

4-16 有一离心式压气机，每分钟吸入p1＝0.1MPa ，t1=16℃的空气400 m3，排出时p2＝0.5MPa ，t2=75℃。设过程可逆，试求：

(1)此压气机所需功率为多少千瓦？

(2)该压气机每分钟放出的热量为多少千焦？

解：（1）

1RT V p m =

=8.04kg/s

)2/1ln()1/2ln(v v p p n =

=1.13

--==)21(1

T T n nR m

mnw Ws 1183KW

（2）

)

12(1

T T c n k n m

Q v ---==-712.3kJ/s

4－17 三台空气压缩机的余隙容积均为6％，进气状态均为0.1MPa 、27℃，出口压力均为0.5MPa ，但压缩过程的指数不同，分别为：n1=1.4，n2=1.25，n3=1。试求各压气机的容积效率（假设膨胀过程的指数和压缩过程的指数相同）。

解：

]

1)1

2[(

--=n v p p c λ

n=1.4: =

--=]1)1

.05.0[(*06.014.11

v λ0.87

n=1.25：

λ=0.84

n=1： v λ=0.76

第五章热力学第二定律

5-1 ⑴ 12

87331364.14%

873

t c T T T η--=

= ⑵ 0,10.641410064.14 kW

t c W Q η==?=

⑶ ()()2,1110.641410035.86 kW

t c Q Q η=-=-?=

5-2

100040060%

1000

t c T T T η--=

0,10.61000600 kJ < 700 kJ

t c W Q η==?=

该循环发动机不能实现 5-3

()()121 1.011000300707 kJ/kg

p q c T T =-=?-=

323331

21.41.41

ln 300 0.287300ln 362.8 kJ/kg

1000p p T q RT RT RT p p T κ

κ--??

=== ?????

=??=- ?

12707362.8344.2 kJ/kg

w q q =+=-=

344.248.68%

707

w q η=

5-4 12

100030070%

1000

t c T T T η--=

= ,10.7707495 kJ/kg

t c w q η==?=

5-5 ⑴2211

26310000089765 kJ/h

293T Q Q T =

⑵

12,12

293

9.77

293263

c T T T ε==

=-- 1

2,100000 2.84 kW

9.773600

Q P ε=

⑶

100000100000 kJ/h 27.78 kW

3600

P ==

5-6 ⑴

12,12

29314.65

293273

c T T T ε=

=-- 1

2,2010000.455 kW

9.773600

Q P ε?=

由()122

121200

3600

T T T P

T T -?=

-220

t =℃

得

1313 K 40

T ==℃

5-7 2,10.351000015000 kJ/h

t c Q Q ηε==??=

5-8

()()2111000010.37000 kJ/h

t Q Q η=-=?-=

215000700022000 kJ/h

Q Q Q =+=+=总

5-9 可逆绝热压缩终态温度2T

1.41

1.4

22110.3300410.6

0.1p T T p κκ

--??

==?= ?

可逆过程0Q U W =?+=，不可逆过程0Q U W ''=?+= 且 1.1W W '=，则 1.1U U '?=?

()()

21211.1v v mc T T mc T T '-=-

()()21211.1300 1.1410.6300421.7

T T T T '=+-=+?-=K

2211421.70.3ln ln 0.1 1.01ln 0.287ln 3000.1p T p S m c R T p '???

??=-=?- ? ?

????

=0.00286 kJ/kg.K

5-10 理论制冷系数：

21,12

2587.37

293258

c T T T ε=

=-- 制冷机理论功率：

1,125700 4.74 kW

7.373600

Q P ε=

散热量：12125700 4.743600142756 kJ/h Q Q P =+=+?=

冷却水量：21H O 1427564867.2 kg/h

4.197

Q m

c t

===??

5-11 ⑴ 1111003070 kJ W Q U =-?=-= 热源在完成不可逆循环后熵增0.026kJ/kg.K 则第二个过程热源吸热：

120.0261006000.026115.6 kJ

Q Q T T ??

=+=+?= ???

工质向热源放热：

()22115.63085.6 kJ

W Q U =-?=---=-

5-12 可逆定温压缩过程熵变：

1ln

0.287ln

0.66 kJ/kg K

0.1

p s R p ?=-=-?=-?

可逆过程耗功：

112

0.1ln

0.287400ln

264 kJ/kg

p w RT p ==??=-

实际耗功：

()1.25 1.25264330 kJ/kg

w w '==?-=-

因不可逆性引起的耗散损失：

()33026466 kJ/kg

q w w ''=-=---=-

总熵变：0

660.660.44 kJ/kg K

300

q s s T ''?=?+

=-+

=-?

5-13

()121v q c T T =-，

()

231p q c T T =-

()()

31313121

2121211111111

p v c T T T T v v q w q q c T T T T p p ηκ

---=

=-=----

5-14

1112

p q RT p =，

()421223

v p q c T T RT p =-+

()412

412223

2111

112

ln ln 1

111ln

v p T T p c T T RT T p p q p p q RT T p p κη--++-=-

5-15 ⑴

11940 K

T '=，

2660 K

T '=

216601166%

1940

T T η'=-

工程热力学习题集答案

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″

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

工程热力学(第五版_)课后习题答案本页仅作为文档页封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March

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

工程热力学习题解答

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 p v =-，()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 =+??? 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？

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。

工程热力学课后答案..

《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；

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

工程热力学习题集与答案

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 7 2R 。 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_。 33.根据稳定流动能量方程，风机、水泵的能量方程可简化为_－ws=h2－h1_。 34.同样大小的容器内分别储存了同样温度的氢气和氧气，若二个容器内气体的压力相等，则二种气体质量q a 的大小为2 H m _小于2 O m 。 35.已知理想气体的比热C 随温度的升高而增大，当t 2>t 1时， 2 1 2t t t 0 C C 与的大小关系为_2 21 t t t C C _。 36.已知混合气体中各组元气体的质量分数ωi 和摩尔质量M i ，则各组元气体的摩尔分数χi 为_∑=ω ωn 1i i i i i M /M /_。 37.由热力系与外界发生_热量__交换而引起的熵变化称为熵流。 38.设有一卡诺热机工作于600℃和30℃热源之间，则卡诺热机的效

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