工程热力学第四版严家禄(习题及答案)1-8章修正后

工程热力学（第四版）

严家禄编著

第一章基本概念

思考题：2、4 习题布置：1-4、1-6 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。 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。 习题答案：

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 ，问烟气的真空度为多少毫米汞柱？绝对压力为多少毫米汞柱？ [解]： (1) 根据式(1-6)式有

(2) 根据(1-5)式有

3

745784.575006210739.12v 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。

1-6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

V 2P glsin308009.806650.20.5=784.5Pa=80mmH O

ρ==???

图 1-13

图1-14

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]：

MPa at MPa mmHg p p p g b A 098065.082.9103324.13374561?+??=+=-

MPa MPa MPa 0623.1963.00983.0=+= 2A g B P P P =+

2 1.0623MPa 4.24atm 0.10325MP =0.6327MPa

B A g P P P ∴=-=-?

第二章热力学第一定律

思考题：2 习题布置：2-4、2-7、2-8、2-10 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=-。

习题答案：

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。

[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 =?+

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：

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。

2-7 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] ：

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

510

12.5/4010

Q q kJ kg m

?

??=

=

=?散 根据(2-11)式有：2

2

sh 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

W sh =?

P=?

1mh

散

T W sh =?P=?

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45km/h 的速度行驶，每小时耗油34.1?10-3m 3。已知汽油的密度为0.75g/cm 3，汽油的发热量为44000kJ/kg ，通过车轮输出的功率为87PS 。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。

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

和净热量q 。

[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 = － 2094kJ/kg

112400==q W kJ/kg

第三章 气体的热力性质和热力过程

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)/28.9650.06/114M 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

28.8697/0.056/44.0110.1632/32.000.02/18.0160.7608/28.016mix 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 ===?

3-7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

3-11 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480K ；

(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 ?=-=-=

21

2100

00

21

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 ===

3222287.1480

0.91872/0.15106RT V m kg P ?===? 3111

287.19000.5742/0.15106RT V m kg P ?=

==?

所以0.91872

0.2871300ln

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'

1

122

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

00

ln 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：

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。

2、(1)、(2)两个过程的传热量q 和作功量W 是不同的，说明q 、W 与具体过程有关：定压过程的吸热量和作功量都比先定温后定容过程要多。

3-12 空气从T 1=300 K 、p 1=0.1 MPa 压缩到p 2=0.6 MPa 。试计算过程的膨胀功（压缩功）、技术功和热量，设过程是(1) 定温的、(2) 定熵的、(3) 多变的（n =1.25）。按定比热容理想气体计算，不考虑摩擦。 [解] ：依题意计算过程如下： (1)定温过程计算

1

20.1ln

28.71300ln 0.6154.324/T tT T P W W q RT P kJ kg

====??=-

(2)定熵过程计算

001 1.411.42101110.610.287130011 1.410.1143.978/k k s P W RT k P kJ kg

--????????????=-=???- ? ?????--????????????

=- 0 1.4(143.930)201.513/ts s W k W kJ kg ==?-=- 0s q =

(3)多变过程计算 1.25η= （ 相关处都换成 n ）

1 1.2511.25211110.610.287130011 1.2510.1148.477/P W RT P kJ kg

ηηηη--????????????=-=???- ? ?????--????????????

=- 0 1.25(148.477)185.596/t W k W kJ kg ηη==?-=-

1

0000

221111.251

1.25()11

1.250.718 1.0050.63003001.2510.155.595/v p v p c c c c P q T T T T P kJ kg

ηηηηηηη--??

--????

=

-=

- ???--??????

??

?-????=??- ???-??

????

=-

现将计算结果列表如下：

※从以上结果可见，定温压缩耗功最小，因为在定温压缩过程中，产生的热量及时散出去了，在相同压力下比容较小，所以消耗的技术功较少；对定熵压缩来说，由于是绝热的，压缩产生的热量散不出去，使得工质的温度升高，在相同压力下比容较大，所以消耗的技术

功较多。在实际压缩过程中，定温压缩做不到，而等熵压缩又耗功较多，因此多采用多变压缩过程，此时工质在压缩过程中的温度既不像定温压缩那样不升高，也不像定熵压缩那样升高太多，而是工质温度升高又同时向外散热，压气机散出热量和消耗的功都介于二者之间。此三个不同的压缩过程在 P-V 图及 T-S 图中的表示如下。

|W tT | < | W tn | < | W ts |

耗

功

耗功

| q T |> | q n |> | q s |

第四章热力学第二定律

习题布置：4-4、4-5、4-9、4-10 习题答案：

4-4 两台卡诺热机串联工作。A 热机工作在700℃和t 之间；B 热机吸收A 热机的排热，工作t 和20℃之间。试计算在下述情况下的t 值： (1) 两热机输出的功相同； (2) 两热机的热效率相同。 [解题思路提示] 先写出两热机

(1)如图中所示，已知A B W W =

,111(1)A tc A T W Q Q T η==-

2

,001

(1)B tc B T W Q Q T η==-

又因为0011

11tc Q T Q T η'=-

=- 即

0011Q T Q T =，22

00

Q T Q T = 因为A B W W = 所以021010

(1)(1)T T

Q Q T T -

=- 经整理可得

01211

()(700273.1520273.15)633.1522

T T T K =

+=?+++= 00273.15633.15273.15360C o t T =-=-=

(2) 0

,1

1to A T T η=-

2

,0

1to B T T η=-

又因为,,tc A tc B ηη= 所以0210

11T T T T -

=- 即

0210

T T T T =

所以0534.12T K ==

=

00273.15534.12273.15260.97C o t T =-=-=

4-5以T 1、T 2为变量，导出图4-21a 、b 所示二循环的热效率的比值，并求T 1无限趋大时此值的极限。若热源温度T 1=1 000 K ，冷源温度T 2=300 K ，则循环热效率各为多少?热源每供应

100 kJ

热量，图b 所示循环比卡诺循环少作多少功？冷源的熵多增加多少？整个孤立系（包括热源、冷源和热机）的熵增加多少？ 图 4-21

[解]21

1tc T T η=-12121121221

()

2211()12tc S T T T T T T T S T T T η?--===-

+?++ 令2

1

1

2

12

11tc t T T A T ηη-

==-+，1lim 1T A →∞=

121000,300T K T K ==

21300110.770%;1000tc T T η=-=-== 1

2

22

1153.85%1000

11300

t T T η=-

=-

=++

()100(0.70.5385)10016.15t tc t W kJ ηη?=-=-?=

222(1)100(10.5385)

()0.1538/()300t Q Q S kJ kg K T T η-?-?=

===?冷源 11100

()0.1/()1000

Q S kJ kg K T --?=

==-?热源 ()0S ?=热机

T T S

a)

b)

()(S)(S)(S)0.10.153800.0538/()S kJ kg K ?=?+?+?=-++=?弧热源冷源热机

4-9将3kg 温度为0℃的冰，投入盛有20kg 温度为50 ℃的水的绝热容器中。求最后达到热平衡时的温度及整个绝热系的熵增。已知水的比热容为4.187 kJ/（kg·K ），冰的融解热为333.5 kJ/kg （不考虑体积变化）。

[解]由题已知条件为冰的质量3m kg '=；冰的温度00t C '= ；冰的熔解热333.5/kJ kg γ= 水的质量50m kg =；水的温度050t C = ；水的比热 4.187/()p C kJ kg K =?

第一步：需要求出3kg 温度为0C 的溶解为0C 的水所需要的溶解热因为是绝热闭口系，所以所需的溶解热由20kg,50C 的水供给，所以这时热水由于传给冰热量使它融化而本身温度下降为1t 由热量平衡可得：

01()p m mc t t γ'=-

所以103333.5

5038.0520 4.187

p m t t C mC γ'?=-

=-=? 第二步：3kg 0C 的凉水和20kg,38.05C 的热水混合时，达到热平衡时设温度为t ，则电热量平衡方程可得：

1(0)()p p m C t mC t t '-=-

所以12038.05

33.09320

mt t C m m ?==='++

第三步：求整个绝热系的熵增： 1）冰融化时由于不等温传热引起的熵增

101

001

00

ln 3333.538.05273.1520 4.187ln 0.50743/273.1550273.15

T p T p Q Q S T T

m T mC T T

T m mC T T kJ K δδγγ

?=+?

?

'

'=

+?''=+'?+=+?=+冰吸

水放

2) 3kg 0C 的水与20kg 38.05C 的水混合时由不等温传热引起的熵增

Q =

01

201

ln

ln 33.09273.1533.09273.15

4.187.3ln

20ln

273.1538.05273.15

0.09088/p p T T T T

p p m C dT mC dT Q S T

T

T

T T m C mC T T kJ K δ'

'?==

+?

??'=+'++=?+?+=

所以，120.507430.090880.59831/S S S kJ K ?=?+?=+=绝热系

4-10 有二物体质量相同，均为m ；比热容相同，均为c p （比热容为定值，不随温度变化）。A 物体初温为T A ，B 物体初温为T B （T A > T B ）。用它们作为热源和冷源，使可逆热机工作于其间，直至二物体温度相等为止。试证明： (1) 二物体最后达到的平衡温度为 T T T m A B

= (2) 可逆热机作出的总功为

(0A B p W mC T T =+-

(3) 如果抽掉可逆热机，使二物体直接接触，直至温度相等。这时二物体的熵增为

()2

A B A B

ln

4p

T T S mc T T +?= [证明]

(1)m T 可由计算熵增办法证明。将热源A T 、冷源B T 和热机考虑为一个孤立系，因整个过程是可逆的，因此0S ?=弧

即

ln ln 0

m

m A

B A

B

T T p p T

T

m m p p A B

S S S S Q Q m m T

T

dT dT mC mC T

T T T

mC mC T T δδ?=?+?+?=++?

?

=+??=+=A B 弧热机

ln

ln m B A m T T T T =m B A m

T T T T =

所以m T =

(2)可逆热机作出的的总功0A B W Q Q =-

即

0())()

(2)(p A B p m B p A m B p A B W mC T T mC T T mC T T T mC T T =---=-+=+-

(3)抽掉A,B 间的热机后，则A B Q Q =即

()()p A m p m B mC T T mC T T -=-

所以1

()2

m A B T T T =+ 热源熵增

ln 2m

A

T m A

A B A p p p T

A A

T Q T T dT

S m mC mC mC T

T T T δ-?====?

? 冷源熵增

ln 2m

B

T m B

A B A p p p T

B B

T Q T T dT

S m mC mC mC T

T T T δ-?====?

? 整个孤立系熵增：

ln[]

22A B

A B A B p A B

S S S T T T T mC T T ?=?+?++=?孤

ln(

)4A B p A B

T T S mC T T +?=2

若采用定比热理想气体为工质，可逆热机的循环定性表示如下：

第五章 气体的流动和压缩

5-2 温度为 750 ℃、流速为 550 m/s 的空气流，以及温度为 20 ℃、流速为 380 m/s

P

O

T

A

T B

T

的空气流，是亚音速气流还是超音速气流?它们的马赫数各为若干?已知空气在 750 ℃时γ0=1.335；在 20 ℃时γ0=1.400。

[解]：依音速公式(5-9)可得：

1626.2/

a m s

2

343.3

a m s

==

因而

111

/550/626.20.87831

M c a

===<是亚音速气流

因而

222

/380/343.3 1.10691

M c a

===>是超音速气流

5-4 压缩空气在输气管中的压力为0.6MPa、温度为 25 ℃，流速很小。经一出口截面积为 300 mm2的渐缩喷管后压力降为 0.45 MPa。求喷管出口流速及喷管流量 (按定比热容理想气体计算，不考虑摩擦,以下各题均如此 )。

[解]：喷管流速可由(5-17)式求得：

2

217.4/

C

m s

=

=

由连续方程22

2

2

A C

m

V

=

可知，要求

2

V，必先求*V

对理想气体：

*

*3

*

287.1298.15

0.14266/

6105

RT

V m kg

P

+

===

?

等熵流动：0

1

1

1.4

**3

22

6

(/)0.142660.1752/

4.5

V V P P m kg

κ??

==?=

?

??

所以

4

22

2

2

310217.4

0.3723/

0.1752

A C

m kg s

V

-

??

===

2

V也可以如下求得：

对等熵流动：

1 1.41

1.4

*2

2*

4.5

298.15274.62

6

P

T T K

P

κ

κ

--

????

==?=

?

?

??

??

所以3

2

2

2

280.1274.62

0.1752/

4.5105

RT

V m kg

P

+

===

?

同样可得：

4

22

2

2

310217.4

0.3723/

0.1752

A C

m kg s

V

-

??

===

5-5 同习题5-4。若渐缩喷管的背压为 0.1 MPa ，则喷管流量及出口流速为若干? [解]：因为此时 20*1

0.16660.5236

P P ββ===<= 已达临界状态 所以

20316/C C a m s ===

此时的流量为临界流量可由(5-22)式求得：

001

22

*min max 2*0 1.414

21.42

2

13102

0.14266 1.410.14212/c A m

m m a V kg s κκκ+-+-?-??=== ?+??

???=

?

+??= 【（去掉1）】

或由 22

22

A C m V =

计算 0

11*

1.4

*3221

0.142660.2251/0.528P

V V m kg P ????==?= ?

?

??

??

所以 422223103160.4212/0.2251

A C m

kg s V -??=== 5-9 欲使压力为 0.1 MPa 、温度为 300 K 的空气流经扩压管后压力提高到 0.2 MPa ，空气的初速至少应为若干?

[解]：如右图所示，需先求出出口温度2T （认为无摩擦，绝热流动）

00

1

1.412 1.4

2111

300()

365.72

P

T T K P κκ--??==?= ?

??

假若认为C 2 = 0 (滞止)，则得：

1363.4/C m s ==

所以 1363.4/C m s ≥

第六章气体动力循环

第七章水蒸气性质和蒸汽动力循环

7-1 利用水蒸气的焓熵图填充下列空白：

7-2 已知下列各状态： （1）p =3MPa ，t =300 ℃； （2）p =5 MPa ，t =155 ℃； （3）p =0.3 MPa ，x =0.92。

试利用水和水蒸气热力性质表查出或计算出各状态的比体积、焓、熵和热力学能。

[解] (1) 30.08116/v m kg =；2994.2/h kJ kg =； 6.5498/()s kJ kg K =?

532994.230100.0811*******.92/u h pv kJ kg -=-=-???=

(2)30.001093525/v m kg =；656.525/h kJ kg =； 1.8865/()s kJ kg K =?

53656.52550100.00109352510651.057/u h pv kJ kg -=-=-???= (3) 由3P bar =，查饱和水蒸气表（附表7）得： 0133.54s t C =，'30.0010735/v m kg =；''30.60586/v m kg =

'561.4/h kJ kg =；''2725.5/h kJ kg = ' 1.6717/s kJ kg =；'' 6.9930/()s kJ kg K =?

所以''''3()0.00107350.92(0.608560.0010735)0.55748/v v v v m kg χ=+-=+?-=

''''()561.40.92(2725.5561.4)2552.372/h h h h kJ kg χ=+-=+?-= ''''() 1.67170.92(6.9930 1.6717) 6.5673/()s s s s kJ kg K χ=+-=+?-=? 532552.3723100.55748102385.128/u h pv kJ kg -=-=-???=

7-4 某锅炉每小时生产 10 t 水蒸气，其压力为 1 MPa ，温度为 350 ℃。锅炉给水温度为 40 ℃，压力为 1.6 MPa 。已知锅炉效率为

ηB =

=蒸汽吸收的热量燃料可产生的热能

80%

煤的发热量H v =29 000kJ/kg 。求每小时的耗煤量。 [解]：

21()Q m

h m h h =?=?- 蒸汽吸蒸汽蒸汽 由 116P bar =，0140t C =， 查未饱和水（附表8），得 1168.73/h k J k g = 由 210P bar =，02350t C =，查过热蒸气（附表8），得 23157.7/h k J k g

= 所以 410(3157.7168.73)

Q =?- 蒸汽吸 煤发热 V Q m H = 煤

煤 由热量平衡， B V B

Q Q Q H ηη=?=?? 蒸汽吸煤煤 可得 44

B 10(3159.7168.93)

1.288/h ()0.80

2.910

r Q m H η?-===??? 蒸汽吸

煤吨 7-7 已知朗肯循环的蒸汽初压p 1=10 MPa ，终压p 2=0.005 MPa ；初温为：（1）500 ℃、（2）550 ℃。试求循环的平均吸热温度、理论热效率和耗汽率[kg/（kW ·h ）]。

[答案] （1） 528.45 K ， 42.09 % ，2.651 kg/ (kW.h)

（2） 542.75 K ， 43.62 % ，2.483 kg/ (kW.h)

第八章制冷循环

8-1 （1）设大气温度为 30 ℃，冷库温度分别为 0 ℃、-10 ℃、-20 ℃，求逆向卡诺循环的制冷系数。

（2）设大气温度为 －10 ℃，供热温度分别为 40 ℃、50 ℃、60 ℃，求逆向

卡诺循环的供热系数。

[解]：（1） 逆向卡诺循环的制冷系数由(8-2)式得： 1C 0

1

11

9.10530273.15

1

1273.15

R T T ε=

=

=+--

2C 0

2

11

6.578830273.15

1

110273.15

R T T ε=

=

=+---+

3C 0

3

11

5.0631

120273.15

R T ε=

=

=---+

可见，当T 0一定时，T R 愈低，C ε愈小。

(2) 逆向卡诺循环的供热系数由 (8-4) 式得： 1C 0H 11

6.26310273.151140273.15T T ζ=

==-+-

-+ 2C 0H211 5.285810273.151150273.15T T ζ=

==-+-

-+ 3C 0H3

11 4.759310273.151160273.15T T ζ=

==-+-

-+ 可见，当T 0一定时，T H 愈高，C ε愈小，且1C ξ>。

8-2 已知大气温度为 25 ℃，冷库温度为 -10 ℃，压气机增压比分别为2、3、4、5、6。试求空气压缩制冷循环的理论制冷系数。在所给的条件下，理论制冷系数最大可达多少（按定比热容理想气体计算）？

[解]：空气压缩制冷循环的理论制冷系数可由(8-5)式求得：

2π=时，00

1 1.411.4

1

1

4.566211γγεπ

--=

==-- 3π=时，00

1 1.411.4

1

1

2.712311γγεπ

--=

==-- 4π=时，00

1 1.411.4

1

1

2.058411γγεπ

--=

==-- 5π=时，00

1 1.411.4

1

1

1.71351

1

γγεπ

--=

==-- 6π=时，00

1 1.411.4

1

1

1.49661

1

γγεπ

--=

==-- 可见，当π↑ε↓，

max 0min

11

7.51925273.15

1

110273.15

c R

T T εε=

=

==+---+

8-4 某氨蒸气压缩制冷装置（参看图8-10），已知冷凝器中氨的压力为 1 MPa ，节流后压力

降为 0.2 MPa ，制冷量为012106.?k J/h

，压气机绝热效率为 80%。试求： （1）氨的流量；

（2）压气机出口温度及所耗功率； （3）制冷系数；

（4）冷却水流量[已知冷却水经过氨冷凝器后温度升高 8 K ，水的比定压热容为 4.187 kJ/(kg ?k)]。

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

工程热力学例题答案解

例1:如图，已知大气压p b=101325Pa ，U 型管内 汞柱高度差H =300mm ，气体表B 读数为0.2543MPa ，求：A 室压力p A 及气压表A 的读数p e,A 。 解： 强调： P b 是测压仪表所在环境压力 例2:有一橡皮气球，当其内部压力为0.1MPa （和大气压相同）时是自由状态，其容积为0.3m 3。当气球受太阳照射而气体受热时，其容积膨胀一倍而压力上升到0.15MPa 。设气球压力的增加和容积的增加成正比。试求： （1）该膨胀过程的p~f （v ）关系； （2）该过程中气体作的功； （3）用于克服橡皮球弹力所作的功。 解：气球受太阳照射而升温比较缓慢，可假定其 ，所以关键在于求出p~f （v ） (2) （3） 例3：如图，气缸内充以空气，活塞及负载195kg ，缸壁充分导热，取走100kg 负载，待平 衡后，不计摩擦时，求：（1）活塞上升的高度 ;（2）气体在过程中作的功和换热量，已 知 解：取缸内气体为热力系—闭口系 分析：非准静态，过程不可逆，用第一定律解析式。 计算状态1及2的参数： 过程中质量m 不变 据 因m 2=m 1,且 T 2=T 1 体系对外力作功 注意：活塞及其上重物位能增加 例4：如图，已知活塞与气缸无摩擦，初始时p 1=p b ，t 1=27℃，缓缓加热， 使 p 2=0.15MPa ，t 2=207℃ ，若m =0.1kg ，缸径=0.4m ，空气 求：过程加热量Q 。 解： 据题意 ()()121272.0T T m u u m U -=-=? 例6 已知：0.1MPa 、20℃的空气在压气机中绝热压缩后，导入换热器排走部分热量，再进入喷管膨胀到0.1MPa 、20℃。喷管出口截面积A =0.0324m2，气体流速c f2=300m/s 。已知压气机耗功率710kW ，问换热器的换热量。 解： 稳定流动能量方程 ——黑箱技术 例7:一台稳定工况运行的水冷式压缩机，运行参数如图。设空气比热 cp =1.003kJ/(kg·K)，水的比热c w=4.187kJ/(kg·K)。若不计压气机向环境的散热损失、动能差及位能差，试确定驱动该压气机所需功率。[已知空气的焓差h 2-h 1=cp (T 2-T 1)] 解：取控制体为压气机（不包括水冷部分 流入： 流出： 6101325Pa 0.254310Pa 355600Pa B b eB p p p =+=+?=()()63 02160.110Pa 0.60.3m 0.0310J 30kJ W p V V =-=??-=?=斥L ?{}{}kJ/kg K 0.72u T =1 2T T =W U Q +?=()()212211U U U m u m u ?=-=-252 1.96010Pa (0.01m 0.05m)98J e W F L p A L =??=???=???={}{}kJ/kg K 0.72u T =W U Q +?=g V m pq q R T =()f 22g p c A R T =620.110Pa 300m/s 0.0324m 11.56kg/s 287J/(kg K)293K ???==??()111 11111m V m P e q p q P q u p v ++?++() 1 2 1 22222m V m e q p q q u p v ++Φ?Φ++水水

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。 )( )( b v b b e b P P P P P P P P P P <-=>+=；

(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_______。

哈工大工程热力学习题答案——杨玉顺版

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 =+??? 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：

工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕

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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Array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 热力学第零定律 The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperature. In order to measure temperature of body A, we compare body C — a thermometer — with body A and 4题图 temperature scales (温度的标尺，简称温标) separately. When they are in thermal equilibrium, they have the same temperature. Then we can know the temperature of body A with temperature scale marked on thermometer. 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 9题图

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？

工程热力学第四版课后思考题答案解析

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。 4题图

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。 10．分析汽车动力系统（图1-21）与外界的质能交换情况。吸入空气，排出烟气，输出动力（机械能）以克服阻力，发动机水箱还要大量散热。不考虑燃烧时，燃料燃烧是热源，燃气工质吸热；系统包括燃烧时，油料发生减少。 11．经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？包括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态？ 经历一个不可逆过程后，系统可以恢复原来状态，它将导致外界发生变化。包括系统和外界的整个大系统不能恢复原来 状态。 12．图1-22中容器为刚性绝热容器，分成两部分，一部分装气体，一部分 抽成真空，中间是隔板， （1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？ p 1 9题图

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；

工程热力学课后思考题标准答案第四版沈维道童钧耕

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 ＜ ｐb ) 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? 热力学第零定律 Th ｅ zerot ｈ l ａw of the ｒｍodyn ａmics ena ｂｌe ｓ u ｓ to m ｅa ｓure ｔemp ｅrature ． In ord ｅr to m ｅasure temperatur ｅ of bo ｄy Ａ, w ｅ compare ｂody Ｃ — a ｔhermometer — with body A a ｎd ｔempe ｒatu ｒe scal ｅs （温度的标尺，简称温标) ｓeparately. W ｈen ｔh ｅy are ｉn th ｅr ｍal e ｑｕｉli ｂrium, t ｈey have ｔhe sa ｍe tempera ｔure ． Then we can know th ｅ ｔemp ｅrat ｕｒe of b ｏd ｙ Ａ wit ｈ ｔe ｍｐerat ｕr ｅ scal ｅ m ａrk ｅd on t ｈermometer. 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。 p 2=p g 2+p 1 p b p g 2 p g 1 p 1=p g 1+p b 4题图

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

《工程热力学》(第四版)习题提示及答案01章习题提示与答案

习题提示与答案 第一章 基本概念及定义 1-1 试确定表压力为0.1 kPa 时U 形管压力计中的液柱高度差。(1)液体为水，其密度为1 000 kg/m 3；(2)液体为酒精，其密度为789 kg/m 3。 提示：表压力数值等于U 形管压力计显示的液柱高度的底截面处液体单位面积上的力，g h p ρ?=e 。 答案：(1) mm 10.19=?水h (2) mm 12.92=?酒精h 。 1-2 测量锅炉烟道中真空度时常用斜管压力计。如图1-17所示，若=30°，液柱长度l ＝200 mm ，且压力计中所用液体为煤油，其密度为800 kg/m 3 ，试求烟道中烟气的真空度为多少mmH 2O(4 ℃)。 提示：参照习题1-1的提示。真空度正比于液柱的“高度”。 答案：() C 4O mmH 802v =p 。 1-3 在某高山实验室中，温度为20 ℃，重力加速度为976 cm/s 2，设某U 形管压力计中汞柱高度差为30 cm ，试求实际压差为多少mmHg(0 ℃)。 提示：描述压差的“汞柱高度”是规定状态温度t =0℃及重力加速度g =980.665cm/s 2下的汞柱高度。 答案：Δp =297.5 mmHg(0℃)。 1-4 某水塔高30 m ，该高度处大气压力为0.098 6 MPa ，若水的密度为1 000 kg/m 3 ，求地面上水管中水的压力为多少MPa 。 提示：地面处水管中水的压力为水塔上部大气压力和水塔中水的压力之和。 答案：Mpa 8 0.392=p 。 1-5 设地面附近空气的温度均相同，且空气为理想气体，试求空气压力随离地高度变化的关系。又若地面大气压力为0.1 MPa ，温度为20 ℃，求30 m 高处大气压力为多少MPa 。 提示： h g p p ρ-=0 → T R h g p p g d d - =，0p 为地面压力。 答案：MPa 65099.0=p 。 1-6 某烟囱高30 m ，其中烟气的平均密度为0.735 kg/m 3。若地面大气压力为0.1 MPa ，温度为20 ℃，现假设空气密度在烟囱高度范围内为常数，试求烟囱底部的真空度。 提示：烟囱底部真空度为该处压力与大气压力之差；烟囱顶部处的内部烟气压力与该处外部空气压力相等。不同高度处流体的压差为ρΔhg 。 图1-17 斜管压力计工作示意图

工程热力学试题及答案1

中国自考人——700门自考课程 永久免费、完整 在线学习 快快加入我们吧！ 全国2002年10月高等教育自学考试 工程热力学(一)试题 课程代码：02248 一、单项选择题(本大题共15小题，每小题1分，共15分)在每小题列出的四个选项中只有一个选项是符合题目要 求的，请将正确选项前的字母填在题后的括号内。 1.简单可压缩热力系统的状态可由( ) A.两个状态参数决定 B.两个具有物理意义的状态参数决定 C.两个可测状态参数决定 D.两个相互独立的状态参数决定 2.热能转变为机械能的唯一途径是通过工质的( ) A.膨胀 B.压缩 C.凝结 D.加热 =△h+w t 适宜于( ) A.稳流开口系统 B.闭口系统 C.任意系统 D.非稳流开口系统 4.锅炉空气预热器中，烟气入口温度为1373K ，经定压放热后其出口温度为443K ，烟气的入口体积是出口体积的 ( ) A.3.1倍 倍 倍 倍 5.理想气体定压过程的势力学能变化量为( ) △t △T 6.理想气体等温过程的技术功=( ) (p 1-p 2) 2 1P P 7.在p —v 图上，经过同一状态点的理想气体等温过程线斜率的绝对值比绝热过程线斜率的绝对值( ) A.大 B.小 C.相等 D.可能大，也可能小 8.不可逆机与可逆机相比，其热效率( ) A.一定高 B.相等 C.一定低 D.可能高，可能低，也可能相等 9.若弧立系内发生的过程都是可逆过程，系统的熵( ) A.增大 B.减小 C.不变 D.可能增大，也可能减小 10.水蒸汽热力过程热力学能变化量△u=( ) B.△h-△(pv) (T 2-T 1) D.2 1t t v c (T 2-T 1) 11.理想气体绝热流经节流阀，节流后稳定截面处的温度( ) A.升高 B.降低 C.不变 D.无法确定 12.热力计算时，回热加热器的出口水温取决于( ) A.回热抽气量 B.回热抽汽压力 C.加热器的给水量 D.加热器的进口温度 13.若再热压力选择适当，则朗肯循环采用再热后( ) A.汽耗率上升，热耗率下降 B.汽耗率下降，热耗率上升 C.汽耗率与热耗率都上升 D.汽耗率与热耗率都下降 14.在定压加热燃气轮机循环中，为达到提高循环热效率的目的，可采用回热技术来提高工质的( ) A.循环最高温度 B.循环最低温度 C.平均吸热温度 D.平均放热温度 15.湿空气中水蒸汽所处的状态( ) A.可以是饱和状态，也可以是过热蒸汽状态 B.只能是饱和状态