热工基础-3-(2)-第三章 水蒸气

陕西科技大学机电学院《热工基础》

主讲教师：袁 越 锦

第三章第三章 工质的工质的工质的热力性质

热力性质 和和热力过程热力过程－

－水蒸气

水蒸气是在热机中最早广泛应用的工质，距液态不远，不宜作理想气体处理。水和水蒸气的热力参数可查取有关水蒸气的热力性质图表得到，也可借助计算机对水蒸气的物性及过程作高精度的计算。

本章重点：水蒸气产生的一般原理、水和水蒸气状态参数的确定、水蒸气图表的结构和应用以及水蒸气热力过程中功和热量的计算。

说明：各种不同物质的蒸气，在物理性能上虽各不相同，但其在热力性质的变化规律上是类似的。本章内容对其他物质的蒸气有普遍的指导意义。

水的定压加热汽化过程

1 1 水的定压加热汽化过程

工程上，水蒸气的生产近似为定压过程。在水蒸气的发生过程中，一般会经历预热、

汽化和过热三个阶段，其状态分别处于过冷水、饱和水、湿饱和蒸气、饱和蒸气和过热

蒸气五种。

设水在汽缸内进行定压加热，汽缸内有

1kg，0.01℃的纯水，通过增减活塞上重物可使水处在指定压力下定压吸热。当水温低于

饱和温度时称为过冷水，或称未饱和水。

未饱和水状态状态 饱和水状态状态 湿饱和蒸汽状态状态 干饱和蒸汽状态状态

过热蒸汽状态过热阶段

水蒸汽的定压生成过程

饱和水的汽化阶段水的预热阶段

1

零点的规定

水及水蒸汽的热力参数计算中不必求其绝对值，仅求其增量或减少量，故可规定一任意起点。国际水蒸汽会议规定：水的三相点即273.16K的液相水作为基准点，规定其热力学能及熵为0。

2 2 水和水蒸汽的热力性质图表水和水蒸汽的热力性质图表

三、水蒸汽热力性质图

热力学性质表很简单，它是把热力学性质以一一对应的表格形式表示出来，其特点表现在：对确定点数据准确，但对非确定点需要内插计算，一般用直线内插法。这也使查表工作十分繁复，因此，工程上还常用水与水蒸汽热力性质图。如前面用到的p-v、T-s图。

不能全用理想气体的方法和公式进行分析计

算！！只能用热力学第一、二定律，和查水蒸汽热力性质图、表进行其热力过程分析计算！！

基本公式如下：

。

后三式只用于可逆过程

∫

∫∫=

?==

?=?=+?=+?=Tds q vdp w pdv w h q u q w h q w u q t p v t 3 3 蒸汽的热力过程

蒸汽的热力过程

出口焓

121.300.78787(2553.45121.30)2037.52kJ/kg

=+×?=1kg 蒸汽所作的功

123022.62037.5985.1kJ/kg

s w h h =?=?=22'("')

h h x h h =+?

作业：P105

3-33 3-35思考题: P102

22

热工基础课后答案第三章

第三章 习 题 3-1 解：设定熵压缩过程的终态参数为222S T p 和、，而定温压缩过程的终态参数为 222 S T p '''和、,根据给定的条件可知： 1222 T T p p ='='； 又因为两个终态的熵差为S ?，固有： 2 12 22 222 ln ln ln T T Mc p p mR T T mc S S S p g p ='-'=-'=? 所以有： )exp(12p mC S T T ?- = 对于定熵压缩过程有： k k k k T p T p 2 12111--= 所以： )exp()exp(])1(exp[()( 11112 112g p k k mR S p mR S M p mc k S k p T T p p ?- =?- =-?==- 3-2 解：设气体的初态参数为1111m T V p 和、、，阀门开启时气体的参数为 2222m T V p 和、、，阀门重新关闭时气体的参数为3333m T V p 和、、，考虑到刚性容器有： 321V V V ==，且21m m =。 ⑴当阀门开启时，贮气筒内压力达到51075.8?Pa ，所以此时筒内温度和气体质量分别为： K 25366.7 8.752931 21 2=? ==p p T T kg T R V p m m 0.225293 2870.0271075 1 g 1121=???= = = ⑵阀门重新关闭时，筒内气体压力降为 5 104.8?Pa ，且筒内空气温度在排气过程中保持不变，所以此时筒内气体质量为： kg T R V p T R V p m g g 216.025 .366287027.0104.85 2 333 333=???= = 所以，因加热失掉的空气质量为： kg m 0.0090.2160.225m m Δ32=-=-= 3-3 解：⑴气体可以看作是理想气体，理想气体的内能是温度的单值函数，选取绝热气缸内的两部分气体共同作为热力学系统，在过程中，由于气缸绝热，系统和外界没有热量交换，同时气缸是刚性的，系统对外作功为零，故过程中系统的内能不变，而系统的初温为30℃，所以平衡时系统的温度仍为30℃。 ⑵设气缸一侧气体的初始参数为1111m T V p 和、、，终态参数为111T V p '''、、，另一侧气体的 初始参数为2222m T V p 和、、，终态参数为222 T V p '''、、，重新平衡时整个系统的总体积不变，所以先要求出气缸的总体积。

第二学期热工基础第3次作业

本次作业是本门课程本学期的第3次作业，注释如下：本次作业为9-12章内容。 一、单项选择题(只有一个选项正确，共10道小题) 1. 导热系数是衡量物质导热能力的重要指标，其大小除与材料的成分、分子结构、密度有关外，还与（） (A) 物体的几何形状有关 (B) 物体的温度和含水率有关 (C) 物体的温度有关，但与含水率无关 (D) 物体的含水率有关，但与温度无关 正确答案：B 解答参考： 2. 非稳态导热的（） (A) 温度场和热流密度都不随时间变化 (B) 温度场不变，热流密度随时间变化 (C) 热流密度不变，温度场随时间变化 (D) 温度场和热流密度都随时间变化 正确答案：D 解答参考： 3. 集总参数法的适用条件是：Bi≤0.1（或Bi V ≤0.1M），意味着（） (A) 该物体的体积很小 (B) 该物体的导热系数很大 (C) 该物体表面的对流换热热阻远大于内部的导热热阻 (D) 该物体表面的对流换热热阻远小于内部的导热热阻 你选择的答案：[前面作业中已经做正确] [正确] 正确答案：C 解答参考： 4. 关于对流换热系数，以下说法错误的是（） (A) 液体的对流换热系数大于气体的对流换热系数 (B) 有相变的对流换热系数大于无相变的对流换热系数 (C) 紊流的对流换热系数大于层流的对流换热系数 (D) 光滑表面的对流换热系数大于粗糙表面的对流换热系数 你选择的答案：[前面作业中已经做正确] [正确] 正确答案：D 解答参考：

5. 一般情况下，强迫对流换热系数（）自然对流换热系数 (A) 小于 (B) 等于 (C) 大于 (D) 无法比较 正确答案：C 解答参考： 6. 如图所示，两半球内表面之间的辐射角系数X1,2为（） (A) 1 (B) 1/2 (C) 1/3 (D) p/2 正确答案：B 解答参考： 7. 削弱辐射换热的有效方法是加遮热板，遮热板的表面发射率（黑度）越大，削弱辐射换热的效果（） (A) 越好 (B) 越差 (C) 没有影响 (D) 视遮热板的表面温度而定 你选择的答案：[前面作业中已经做正确] [正确] 正确答案：B 解答参考： 8. 将热电偶置于烟道中测烟气温度（烟气温度高于环境温度），在有、无遮热套筒条件下测得的温度分别为T1和T2，判断下列四种情况中正确的是（） (A) T1=T2＜烟气真实温度 (B) T1=T2＞烟气真实温度 (C) T1＞T2＞烟气真实温度 (D) T2＜T1＜烟气真实温度

热工基础答案

热工答案 3.3 题略 解：（1）泄漏的气体量为 kmol 541.0kg 81.23)27327(44/3.83143 10 3.0) 27347(44/3.83143 10 8.06 6 2 221 1121==+???- +???= -= -=?T R V p T R V p m m m g g （2）泄漏的气体在1bar 及17℃时占有的容积为 3 5 m 05.1310 ) 27317(44 3.831481.23=+??= = p T mR V g 3.6 题略 解：由题意：△U = 0 → T 2 = T 1 = 600 K 由理想气体气体状态方程， 有： MPa 2.0Pa 10 0.23 135 121 1 22 221 11=?== ==p p T V p T V p T V p △U =△H = 0 J/K 1426.1kJ/K 10 1426.13 ln 208.0005.0ln ln 3 1 21 2=?=??=-==?=?-p p mR V V mR s m S g g 3.7 题略 解：（1）混合后的质量分数： ωCO2 = 5.6 %， ωO2 =16.32 %， ωH2O =2 %， ωN2 =76.08 % （2） 折合摩尔质量： M eq = 28.856 kg/kmol （3） 折合气体常数： R eq = 288.124 J/（kg ·K ） （4） 体积分数： φCO2 = 3.67 %， φO2 =14.72 %， φH2O =3.21 %， φN2 =78.42 % （5）各组分气体分压力： p CO2 = 0.01101 MPa ， p O2 =0.04416 MPa ， p H2O =0.00963 MPa ， p N2 =0.2353 MPa 3.8题略 解：由题意，H 2的摩尔成分 1%52%12%35%12H =---=x 由教材公式（3.35），求混合气体的当量摩尔质量

热工基础(张学学--第三版)复习知识点

热工基础（第三版） 张学学 复习提纲

第一章基本概念 1.工程热力学是从工程角度研究热能与机械能相互转换的科学。 2.传热学是研究热量传递过程规律的一门科学。 3.工质：热能转换为机械能的媒介物。 4.热力系统：选取一定的工质或空间作为研究对象，称之为热力系统，简称系统。 5.外界（或环境）：系统之外的一切物体。 6.边界：系统与外界的分界面。 7.系统的分类： （1）闭口系统：与外界无物质交换的系统。 （2）开口系统：与外界有物质交换的系统。 （3）绝热系统：与外界之间没有热量交换的系统。 （4）孤立系统：与外界没有任何的物质交换和能量（功、热量）交换。 8.热力状态：系统中的工质在某一瞬间呈现的各种宏观物理状况的总和称为工质（或系统）的热力状态，简称为状态。 9.平衡状态：在不受外界影响的条件下，工质（或系统）的状态参数不随时间而变化的状态。 10.基本状态参数：压力、温度、比容、热力学能（内能）、焓、熵。 11.表压力Pg、真空度Pv、绝对压力P P g = P - P b P v = P b - P 12.热力学第零定律(热平衡定律) ：如果两个物体中的每一个都

分别与第三个物体处于热平衡，则这两个物体彼此也必处于热平衡。 13.热力过程：系统由一个状态到达另一个状态的变化过程。 14.准平衡过程（准静态过程）：热力过程中，系统所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。 15.可逆过程：一个热力过程完成后，如系统和外界能恢复到各自的初态而不留下任何变化，则这样热力过程称为可逆过程。 16.不可逆因素：摩擦、温差传热、自由膨胀、不同工质混合。 17.可逆过程是无耗散效应的准静态过程。 18.系统对外界做功的值为正，外界对系统做功的值为负。 系统吸收热量时热量值为正，系统放出热量时热量值为负。 第二章热力学第一定律 1.热力学第一定律：在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。 也可表述为：不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。进入系统的能量－离开系统的能量=系统储存能量的变化。 2.闭口系统的热力学第一定律表达式：Q =?U +W 微元过程：δQ =dU +δW 可逆过程：Q =?U +? 1pdV δQ =dU +pdV 2

热工基础课后答案超详细版

第一章 思考题 1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态得概念？ 答：平衡状态就是在不受外界影响得条件下,系统得状态参数不随时间而变化得状态.而稳定状态则就是不论有无外界影响,系统得状态参数不随时间而变化得状态。可见平衡必稳定,而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态得概念,就是为了能对系统得宏观性质用状态参数来进行描述. 2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质得压力不变,问测量其压力得 压力表或真空计得读数就是否可能变化? 答：不能,因为表压力或真空度只就是一个相对压力。若工质得压力不变，测量其压力得压力表或真空计得读数可能变化，因为测量所处得环境压力可能发生变化。 3．当真空表指示数值愈大时,表明被测对象得实际压力愈大还就是愈小？ 答:真空表指示数值愈大时，表明被测对象得实际压力愈小。 ４、准平衡过程与可逆过程有何区别? 答：无耗散得准平衡过程才就是可逆过程,所以可逆过程一定就是准平衡过程，而准平衡过程不一定就是可逆过程. ５、不可逆过程就是无法回复到初态得过程,这种说法就是否正确? 答:不正确。不可逆过程就是指不论用任何曲折复杂得方法都不能在外界不遗留任何变化得情况下使系统回复到初态,并不就是不能回复到初态。 6、没有盛满水得热水瓶,其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧,这就是什幺原因? 答:水温较高时,水对热水瓶中得空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时,热水瓶中得空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7、用U形管压力表测定工质得压力时,压力表液柱直径得大小对读数有无影响? 答:严格说来，就是有影响得,因为Ｕ型管越粗，就有越多得被测工质进入Ｕ型管中,这部分工质越多,它对读数得准确性影响越大。 习题 1－１解: 1. 2. 3. 4. 1-2图1-８表示常用得斜管式微压计得工作原理。由于有引风机得抽吸，锅炉设备得烟道中得压力将略低于大气压力。如果微压机得斜管倾斜角,管内水 解:根据微压计原理，烟道中得压力应等于环境压力与水柱压力之差

热工基础课后题答案第二版第四章-第五章

第四章 思考题 1. 循环的热效率公式 121q q t - =η 和 121T T t -=η 有何区别？各适用什么场合？ 答：前式适用于各种可逆和不可逆的循环，后式只适用于可逆的卡诺循环。 2. 循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；不可逆循环的热效率一 定小于可逆循环的热效率，这些说法是否正确？为什么？ 答： 不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。不是所有的可逆循环的热效率都相等，必须保证相同的条件下。在相同的初态和终态下，不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。 3. 热力学第二定律可否表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械 能”？ 答： 不对， 必须保证过程结束后对系统和外界没有造成任何影响这一条件。否则热能可以全部变为机械能，比如理想气体的定温膨胀过程，系统把从外界吸收的热量全部转化为机械能，外界虽然没有任何任何变化，但是系统的体积发生改变了。 4. 下列说法是否正确？为什么？ ⑴ 熵增大的过程为不可逆过程； ⑵ 不可逆过程的熵变S ?无法计算； ⑶ 若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态，则不可逆途径的S ?必大于 可逆途径的S ?； ⑷ 工质经历不可逆循环后0>?S ； ⑸ 自然界的过程都是朝着熵增的方向进行的，因此熵减小的过程不可能实现； ⑹ 工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小。 答： （1）不正确，只有孤立系统才可以这样说； （2）不正确，S 为状态参数，和过程无关，知道初态和终态就可以计算； （3）不对，S 为状态参数，和过程无关，S ?相等； （4）不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以熵变为零。 （5）不对，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。 （6）工质被加热熵一定增大，但是系统放热，熵不一定减小。如果是可逆过程，熵

工程热力学第三版电子教案第5章

第5章热力学第二定律 5．1 本章基本要求 (45) 5．2 本章重点: (45) 5．3 本章难点 (45) 5．4 例题 (46) 5．5思考及练习题 (55) 5．6 自测题 (60)

5．1 本章基本要求 理解热力学第二定律的实质，卡诺循环，卡诺定理，孤立系统熵增原理，深刻理解熵的定义式及其物理意义。 熟练应用熵方程，计算任意过程熵的变化，以及作功能力损失的计算，了解火用、火无的概念。 5．2 本章重点: 学习本章应该掌握以下重点内容:, l．深入理解热力学第二定律的实质，它的必要性。它揭示的是什么样的规律；它的作用。 2．深入理解熵参数。为什么要引入熵。是在什么基础上引出的。怎样引出的。它有什么特点。 3．系统熵变的构成，熵产的意义，熟练地掌握熵变的计算方法。 4．深入理解熵增原理,并掌握其应用。 5．深入理解能量的可用性，掌握作功能力损失的计算方法 5．3 本章难点 l．过程不可逆性的理解，过程不可逆性的含义。不可逆性和过程的方向性与能量可用性的关系。 2．状态参数熵与过程不可逆的关系。 3．熵增原理的应用。 4．不可逆性的分析和火用分析.

5．4 例题 例1：空气从P1=0.1MPa ，t1=20℃，经绝热压缩至P2=0.42MPa ，t2=200℃。求：压缩过程工质熵变。（设比热为定值）。 解：定压比热： k kg kJ R C P ?=?== /005.1287.027 27 由理想气体熵的计算式： k kg kJ P P R T T C S P ?=-=-=?/069.01.042 .0ln 287.0293473ln 005.1ln ln 121212 例2：刚性容器中贮有空气2kg ，初态参数P1=0.1MPa ，T1=293K ，内装搅拌器，输入轴功率WS=0.2kW ，而通过容器壁向环境放热速率为kW Q 1.0. =。求：工作1小时后孤立系统熵增。 解：取刚性容器中空气为系统，由闭系能量方程：U Q W s ?+=. . 经1小时， () 12. .36003600T T mC Q W v s -+=()K mC Q W T T v 5447175.021.02.036002933600..12=?-+=? ?? ??-+ = 由定容过程： 1 2 12T T P P =， MPa T T P P 186.0293 5441.0121 2=?== 取以上系统及相关外界构成孤立系统： sur sys iso S S S ?+?=? K kJ T Q S sur /2287.1293 1 .036000=?== ? K kJ S iso /12.22287.18906.0=+=? 例3：压气机空气由P1=100kPa ，T1=400K ，定温压缩到终态P2=1000kPa ，过程中实际

热工基础 期末总复习 重点(张学学)

热工基础总复习 第一章 1.系统：在工程热力学中，通常选取一定的工质或空间作为研究的对象，称之为热力系统，简称系统。 2.系统内部各处的宏观性质均匀一致、不随时间而变化的状态称为平衡状态。 3.状态参数：用于描述系统平衡状态的物理量称为状态参数，如温度、压力、比体积等。工程热力学中常用的状态参数有压力、温度、比体积、比热力学能、比焓、比熵等，其中可以直接测量的状态参数有压力、温度、比体积，称为基本状态参数。 4.可逆过程：如果系统完成了某一过程之后可以沿原路逆行回复到原来的状态，并且不给外界留下任何变化，这样的过程为可逆过程。 准平衡过程：所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。 可逆过程的条件：准平衡过程＋无耗散效应。 5.绝对压力p、大气压力p b、表压力p e、真空度p v 只有绝对压力p 才是状态参数 第二章 1.热力学能：不涉及化学变化和核反应时的物质分子热运动动能和分子之间的位能之和（热能）。热力学能符号：U，单位：J 或kJ 。 热力系统储存能=宏观动能、宏观位能+热力学能 储存能：E，单位为J或kJ 2.热力学第一定律实质就是热力过程中的能量守恒和转换定律，可表述为： a.在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。 b.不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。 c.进入系统的能量－离开系统的能量= 系统储存能量的变化 3.闭口系统：与外界无物质交换的系统。系统的质量始终保持恒定，也称为控制质量系统 闭口系统的热力学第一定律表达式 对于微元过程 对于可逆过程 对于单位质量工质 对于单位质量工质的可逆过程

4.开口系统稳定流动实现条件 1）系统和外界交换的能量（功量和热量）与质量不随时间而变； 2）进、出口截面的状态参数不随时间而变。 开口系统的稳定流动能量方程 对于单位质量工质： 对于微元过程 5.技术功：在工程热力学中，将工程技术上可以直接利用的动能差、位能差及轴 功三项之和称为技术功，用W t 表示 对于单位质量工质 6.节流：流体在管道内流动，遇到突然变窄的断面，由于存在阻力使流体的压力降低的现象称为节流。工程上由于气体经过阀门等流阻元件时，流速大时间短， 来不及与外界进行热交换，可近似地作为绝热过程来处理，称为绝热节流。 注意：绝热节流过程不是定焓过程 第三章 1.理想气体是一种经过科学抽象的假想气体，它具有以下3个特征： （1）理想气体分子的体积忽略不计； （2）理想气体分子之间无作用力； （3）理想气体分子之间以及分子与容器壁的碰撞都是弹性碰撞。 理想气体状态方程式 R g为气体常数，单位为J/(kg·K) 质量为m 的理想气体

热工基础课后题答案

二零一七年，秋

第一章 热力学第一定律 1-1用水银压力计测量容器中的压力，在水银柱上加一段水，若水柱高1020mm ，水银柱高900mm ，当时大气压力计上的度数为b 755mmHg p =。求容器中气体的压力。 解：查表可知：21mmH O=9.80665Pa 1mmHg=133.3224Pa 由题中条件可知 2H O Hg b 1020 mm 9.80665 Pa 900mm 133.3224Pa 755mm 133.3224Pa 230.651 KPa 0.231MPa p p p p =++=?+?+?=≈容器 即容器中气体的压力为0.231MPa 。 1-2容器中的真空度为600mmHg v p =，气压计上的高度是b 755mmHg p =，求容器中气体的绝对压力（用Pa 表示）。如果容器中的绝对压力不变，而气压计上高度为 b 770mmHg p =，求此时真空表的度数（以mmHg 表示）. 解：因为 600mmHg=600mm 133.3224Pa=79993.4Pa v p =? b 755mmHg=755mm 133.3224Pa=100658.4Pa p =? 容器中气体的绝对压力为 b v 100658.479993.420665Pa p p p =-=-= 若以mmHg 表示真空度，则 20665 20665Pa= mmHg 155mmHg 133.3224 p == 则当气压计高度为b 770mmHg p =时，真空表的读数为 770mmHg 155mmHg 615mmHg v b p p p '=-=-= 1-3用斜管压力计测量锅炉烟道气的真空度，管子倾斜角30α=?，压力计使用密度 30.8g/cm ρ=的煤油，斜管中液柱长200mm l =，当地大气压力b 745mmHg p =。求烟气

硅酸盐工业热工基础知识课后复习标准答案

硅酸盐工业热工基础作业答案2-1解:胸墙属于稳定无内热源的单层无限大平壁 单值条件tw1=1300C tw2=300Cδ=450mm F=10 m 2 胸墙的平均温度Tav＝（Tw1＋TW2）/2=（1300+300）/2=800C 根据平均温度算出导热系数的平均值 λav＝0.92＋0.7x0.001 x800＝1。48w/m.c Q=λF(Tw1-Tw2)/δ=1.48X10X（1300－300）/0.48=3.29X104 W 2－2解：窑墙属于稳定无内热源的多层平行无限大平壁 由Q=t?/R或q=t?/Rt知，若要使通过胸墙的热量相同，要使单位导热面上的热阻相同才 行 单值条件δ1＝40mm δ2=250mm λ1=0.13W/m.C λ2=0.39W/m. 硅藻土与红砖共存时，单位导热面热阻(三层) Rt1=δ1/λ1+δ2/λ2+ δ3/λ3=0.04/0.13+0.25/0.39+δ3/λ3 若仅有红砖（两层）Rt2=δ/λ2+δ3/λ3=δ/0.39+δ3/λ3 Rt1=Rt2?0.04/0.13+0.25/0.39=δ/0.39 得δ＝370mm,即仅有红砖时厚度应为370mm。 2—3 解：窑顶属于稳定无内热源的单层圆筒壁 单值条件δ＝230mm R1=0.85m Tw1=700C Tw2=100C 粘土砖的平均导热系数 λav=0.835X0.58X103- X(Tw1+Tw2)/2=0.835+0.58X400X10 3- =1.067W/m.C R2=R1+δ=1.08m 当L=1时,Q=2λ∏( Tw1-Tw2)/4Ln21d d=2X3.14X1.067X1X600/4Ln1.08 0.85 =4200W/m 因为R2/R1≤2,可近似把圆筒壁当作平壁处理，厚度δ＝R2－R1，导热面积可以根据平均半径Rav＝（R1＋R2）/2求出。做法与2－1同。 2－4解：本题属于稳定无内热源的多层圆筒壁 单值条件λ1＝50W/m。C λ2＝0.1 W/m。C δ1＝5mm δ2＝95 mm Tw1=300C Tw2=50C d1=175mm d2=185mm d3=375mm 若考虑二者的热阻，每单位长度传热量 Q=( Tw1-Tw2)X2π/(1213 1122 d d Ln Ln d d λλ +)= 2502 222.27 11851375 501750.1185 X W Ln Ln π = + 若仅考虑石棉的热阻，则

热工基础与应用课后习题答案(全)第二版

山东大学 热工基础课后习题解答 第一章 思考题 1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？ 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？ 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？ 答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？ 答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？ 答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？

答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 习 题 1-1 解： kPa bar p b 100.61.00610133.37555==??=- 1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+= 2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-= 3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-= 4. kPa bar p p p b v 6.50506.0 5.000 6.1==-==- 1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。由于有引风机的抽吸，锅炉 设 备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角?=30α， 管内水 解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差 mmHg Pa gh p 35.79805.0102008.91000sin 3==????=-αρ＝水柱 mmHg p p p b 65.74835.7756=-=-=水柱 1-3 解： bar p p p a b 07.210.197.01=+=+= bar p p p b 32.005.107.212=-=-= bar p p p b C 65.032.097.02=-=-= 1－4 解： kPa H p p p b 2g mm 15745760＝＝－＝＝汞柱真空室- kPa p p p a 36236021=+=+=真空室 kPa p p p b 19217036212=-=-=

热工基础(3次)

第一次： 三、主观题(共9道小题) 54.某定量工质经历了1-2-3-4-1 循环，试填充下表所缺的数据 过程Q/kJ W/kJ△U/kJ 1-201390 2-30395 3-40-1000 4-10 过程Q/kJ W/kJ△U/kJ 1-2139001390 2-30395-395 3-4-10000-1000 4-10-55 55.ab ac s ab与△s ac谁大 参考答案：答：△u ab=△u ac；△s ab＜△s ac 56.有一循环发动机工作于热源T1=1000K和冷源T2=400K之间，若该热机从热源吸热1360 kJ，对外作功833 kJ。问该热机循环是可逆的不可逆的还是根本不能实现的 参考答案：

ηt＞ηtc违背了卡诺定理 结论：该循环根本不可能实现。 （也可用克劳修斯积分不等式或孤立系熵增原理求解） 57.气球直径为 m，球内充有压力为150 kPa的空气，由于太阳辐射加热，气球直径增大到 m，若球内气体压力正比于气球的直径，试求过程中气体对外的做功量W。 参考答案： 解：已知D1 = m时，p1=150 kPa，且气球内压力正比于气球直径，即p = kD，可求得：k =375 kPa/m 答：过程中气体对外作功量为 kJ 58.水在绝热混合器中与水蒸汽混合而被加热，水流入的压力为200kPa，温度为20℃，比焓为84kJ/kg，质量流量为100kg/min；水蒸汽流入的压力为200kP a，温度为300℃，比焓为3072kJ/kg，混合物流出的压力为200kPa，温度为10 0℃，比焓为419kJ/kg。问每分钟需要多少水蒸汽。 参考答案： 解：此绝热混合器所围空间为一稳流系，根据能量方程：

热工基础课后题答案第二版第四章-第五章

第四章 思考题 1. 循环的热效率公式 121q q t - =η 和 12 1T T t -=η 有何区别？各适用什么场合？ 答：前式适用于各种可逆和不可逆的循环，后式只适用于可逆的卡诺循环。 2. 循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；不可逆循环的热效率一 定小于可逆循环的热效率，这些说法是否正确？为什么？ 答： 不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。不是所有的可逆循环的热效率都相等，必须保证相同的条件下。在相同的初态和终态下，不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。 3. 热力学第二定律可否表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械 能”？ 答： 不对， 必须保证过程结束后对系统和外界没有造成任何影响这一条件。否则热能可以全部变为机械能，比如理想气体的定温膨胀过程，系统把从外界吸收的热量全部转化为机械能，外界虽然没有任何任何变化，但是系统的体积发生改变了。 4. 下列说法是否正确？为什么？ ⑴ 熵增大的过程为不可逆过程； ⑵ 不可逆过程的熵变S ?无法计算； ⑶ 若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态，则不可逆途径的S ?必大于 可逆途径的S ?； ⑷ 工质经历不可逆循环后0>?S ； ⑸ 自然界的过程都是朝着熵增的方向进行的，因此熵减小的过程不可能实现； ⑹ 工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小。 答： （1）不正确，只有孤立系统才可以这样说； （2）不正确，S 为状态参数，和过程无关，知道初态和终态就可以计算； （3）不对，S 为状态参数，和过程无关，S ?相等； （4）不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以熵变为零。 （5）不对，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。

x2160541热工基础课程教学大纲

x2160541热工基础课程教学大纲 课程名称：热工基础 英文名称：Fundamental of Thermodynamics and Heat Transfer 课程编码：x2160541 学时数：40 其中实践学时数：0 课外学时数：0 学分数：2.5 适用专业：机械设计制造及其自动化、机械工程 一、课程简介 《热工基础》是一门专业基础课程。本课程包括工程热力学和传热学两部分内容。工程热力学部分主要介绍工程热力学的基本概念和基本定律、常用工质的热物理性质、基本热力过程与典型热力循环；传热学部分主要介绍导热、对流换热、辐射换热的基本规律、求解方法以及控制热量传递过程的技术措施，换热器的热计算方法。 通过《热工基础》课程的学习，使学生理解工程热力学和传热学的基本概念、基本原理和基本定律；使学生了解工程热力学、传热学常用的分析方法，培养学生对简单热学问题的分析和求解能力；掌握能量转换规律和有效利用能量的基本知识，培养学生综合运用所学知识去分析和解决实际问题的能力。 二、课程目标与毕业要求关系表

三、课程教学内容、基本要求、重点和难点 （零）绪论 1. 能量与能源：了解能量能源的概念、分类，与国民经济和人民生活关系； 2. 热工基础的研究内容：掌握热工基础的研究内容与方法。 （一）基本概念 1. 热力系统：理解工质、热力系的定义，掌握热力系的分类；（重点） 2. 平衡状态与状态参数：理解热力状态和状态参数的定义，掌握平衡状态的物理意义及实现条件； 3. 状态方程与状态参数坐标图：了解状态方程式及参数坐标图的物理意义及作用； 4. 准平衡过程与可逆过程：理解热力过程、准平衡过程和可逆过程的物理意义与联系；（难点） 5. 功量与热量：掌握功量与热量的概念和计算。 （二）热力学第一定律 1. 热力系统的储存能：掌握能量、热力系统储存能、热力学能的概念； 2. 热力学第一定律的实质：理解热力学第一定律的实质； 3. 闭口系统的热力学第一定律表达式：掌握封闭热力系的能量方程并熟练应用；（重点） 4. 开口系统的稳定流动能量方程式：掌握开口热力系稳定流动能量方程并熟练应用，掌握体积变化功、轴功、流动功和技术功的概念，理解焓的定义式及物理意义；（难点） 5. 稳定流动能量方程式的应用：了解常用热工设备主要交换的能量及稳定流动能量方程的简化式。 （三）理想气体的性质与热力过程 1. 理想气体状态方程式：理解理想气体的含义，熟练掌握并应用理想气体的状态方程；（重点） 2. 理想气体的热容、热力学能、焓和熵：理解比热容的物理意义，掌握理想气体热力学能和焓变化量的计算；（难点） 3. 理想混合气体：理解理想混合气体的概念，理解理想混合气体的基本定律，理解混合气体的成分； 4. 理想气体的热力过程：掌握理想气体基本热力过程方程式和基本状态参数变化的关系式； 5. 气体在喷管中的流动：理解喷管中的稳定流动基本方程式和喷管截面的变化规律。 （四）热力学第二定律 1. 自发过程的方向性与热力学第二定律的表述：理解热力学第二定律的实质和表述，掌握热力学第二定律在判断热力过程方向上的重要作用； 2. 卡诺循环与卡诺定理：了解热力循环、正向循环、逆向循环的概念，掌握评价循环经济性的指标：热效率、制冷系数、制热系数，掌握卡诺循环、卡诺定理及对工程实际的指导意义；（重点） 3. 熵：了解熵的概念，掌握孤立系统熵增原理；（难点） 4. ?：了解?的定义及?平衡方程式。 （五）水蒸气与湿空气 1. 水蒸气的产生过程：掌握水蒸气定压发生过程；（重点）

工程热力学思考题答案,第五章.doc

第五章热力学第二定律 热力学第二定律能否表达为：“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能。”这种说法有什么不妥当 ? 答：不能这样表述。表述不正确，对于可逆的定温过程，所吸收的热量可以全部转化为机械能，但是自身状态发生了变化。所以这种表述不正确。 理想气体进行定温膨胀时，可从单一恒温热源吸入的热量，将之全部转变功对外输出，是否与热力学第二定律的开尔文叙述矛盾？提示：考虑气体本身是否有变化。 答：不矛盾，因为定温膨胀气体本身状态发生了改变。 自发过程是不可逆过程，非自发过程必为可逆过程，这一说法是否正确？ 答：不正确。自发过程是不可逆过程是正确的。非自发过程却不一定为可逆过程。 请归纳热力过程中有哪几类不可逆因素？ 答：。不可逆因素有：摩擦、不等温传热和不等压做功。 试证明热力学第二定律各种说法的等效性：若克劳修斯说法不成立，则开尔文说也不成立。 答：热力学第二定律的两种说法反映的是同一客观规律——自然过程的方向性→是一致的，只要一种表述可能，则另一种也可能。假设热量Q2 能够从温度T2 的低温热源自动传给温 度为 T1 的高温热源。现有一循环热机在两热源间工作，并且它放给低温热源的热量恰好等 于 Q2。整个系统在完成一个循环时，所产生的唯一效果是热机从单一热源（T1）取得热量Q1-Q2，并全部转变为对外输出的功W。低温热源的自动传热Q2 给高温热源，又从热机处接受 Q2，故并未受任何影响。这就成了第二类永动机。? 违反了克劳修斯说法，? 必须违反了开尔文说法。反之，承认了开尔文说法，克劳修斯说法也就必然成立。 下列说法是否有误： （1）循环净功 Wnet 愈大则循环效率愈高；（×） （2）不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率；（×） （3）可逆循环的热效率都相等，t 1 T 2（×）T1 循环热效率公式t q1 q2 和t T1 T 2是否完全相同？各适用于哪些场合？ q1 T1 答：这两个公式不相同。t q1 q 2适用于任何工质，任何循环。 t T 1 T 2适用于任 q1 T1 何工质，卡诺循环。 下列说法是否正确： （1）熵增大的过程必定为吸热过程（×）； （2）熵减小的过程必为放热过程（×）； （3）定熵过程必为可逆绝热过程（×）。 （4）熵增大的过程必为不可逆过程（×） （5）使系统熵增大的过程必为不可逆过程（×） （6）熵产S g 0 的过程必为不可逆过程（√）

硅酸盐工业热工基础作业答案

硅酸盐工业热工基础作业答案 2-1解:胸墙属于稳定无内热源的单层无限大平壁 单值条件 tw1=1300C tw2=300C δ=450mm F=10 m 2 胸墙的平均温度 Tav ＝（Tw1＋TW2）/2=（1300+300）/2=800C 根据平均温度算出导热系数的平均值 λav ＝＋ x800＝1。48w/ Q=λF(Tw1-Tw2)/δ=（1300－300）/=4 2－2 解：窑墙属于稳定无内热源的多层平行无限大平壁 由Q=t ?/R 或q=t ?/Rt 知，若要使通过胸墙的热量相同，要使单位导热面上的热阻相同才行 单值条件 δ1＝40mm δ2=250mm λ1= λ2=m. 硅藻土与红砖共存时，单位导热面热阻(三层) Rt1=δ1/λ1+δ2/λ2+ δ3/λ3=++δ3/λ3 若仅有红砖（两层） Rt2=δ/λ2+δ3/λ3=δ/+δ3/λ3 Rt1=?+=δ/ 得 δ＝370mm,即仅有红砖时厚度应为370mm 。 2—3 解：窑顶属于稳定无内热源的单层圆筒壁 单值条件 δ＝230mm R1= Tw1=700C Tw2=100C 粘土砖的平均导热系数 λav= 3-3 - R2=R1+δ= 当L=1时,Q=2λ∏( Tw1-Tw2)/4Ln 21d d =1.080.85 因为R2/R1≤2,可近似把圆筒壁

当作平壁处理，厚度δ＝R2－R1，导热面积可以根据平均半径Rav ＝（R1＋R2）/2求出。做法与2－1同。 2－4解：本题属于稳定无内热源的多层圆筒壁 单值条件 λ1＝50W/m 。C λ2＝ W/m 。C δ1＝5mm δ2＝95 mm Tw1=300C Tw2=50C d1=175mm d2=185mm d3=375mm 若考虑二者的热阻，每单位长度传热量 Q=( Tw1-Tw2)X2π/(12131122d d Ln Ln d d λλ+)=2502222.2711851375 501750.1185 X W Ln Ln π =+ 若仅考虑石棉的热阻，则 Q ’= (12)22502222.31131375220.1185 Tw Tw X X W d Ln Ln d ππ λ-== 可见Q ≈Q ’，因而在计算中可略去钢管的热阻。 2—5解：本题属于稳定的无内热源的多层圆筒壁 若忽略交界面处的接触热阻，每单位长度通过粘土砖的热量Q1与通过红砖热量Q2相同 单值条件 d1=2m d2= d3= Tw1=1100C Tw2=80C 先假设交界处温度为600C ，则粘土转与红砖的平均导热系数 1100600 10.000580.835 1.328/.260080 2X0.000510.470.6434/.2 21(1100600)2 1.328500114076/20.29641 av X W m C av W m C av X X Q W m d Ln d λλλ+= +=-===∏∏＋＝＋＝

热工基础(2.1.3)--第三章习题及答案

热工基础第三章作业题及答案 3-3 体积为0.03m 3的某刚性储气瓶内盛有700kPa 、20℃的氮气。瓶上装有一排气阀，压力达到880kPa 时阀门开启，压力降到850kPa 时关闭。若由于外界加热的原因造成阀门开启，问： (1)阀开启时瓶内气体温度为多少？ (2)因加热，阀门开闭一次期间瓶内气体失去多少？设瓶内氮气温度在排气过程中保持不变。 答案：（1）t 2=93.3℃; (2)?m =0.0097kg 3-4 氧气瓶的容积V =0.30m 3，瓶中氧气的表压力p gl =1.4MPa ，温度t 1=30℃。问瓶中盛有多少氧气？若气焊时用去一半氧气，温度降为t 2=20℃，试问此时氧气瓶的表压力为多少？(当地大气压力p b =0. 098MPa) 答案： m =5.72kg; p g2=0.625MPa. 3-6 某理想气体等熵指数κ=1.4，定压比热容c p =1.042kJ/(kg.K)，求该气体的摩尔质量M 。 答案：M =27.93 g/mol 3-8 摩尔质量为0.03kg/mol 的某理想气体，在定容下由275℃加热到845 ℃，若比热力学能变化为400kJ/kg ，问焓变化了多少？ 热求其热力学能、焓和熵的变化。 答案：??=557.9kJ/kg 3-11 在体积V =1.5m 3的刚性容器内装有氮气。初态表压力p gl =2.0MPa ，温度t =230℃，问应加入多少热量才可使氮气的温度上升到750℃？其焓值变化是多少？大气压力为0.1MPa 。 (1)按定值比热容计算； (2) 按平均比热容的直线关系式计算； (3)按平均比热容表计算； (4) 按真实比热容的多项式表达式计算。 答案：(1) Q =8137 kJ, ΔH =11410 kJ (2) Q =9005 kJ, ΔH =12260 kJ (3) Q =8962 kJ, ΔH =1200 kJ (4) Q =9025 kJ, ΔH =12280 kJ 3-15 由氧气、氮气和二氧化碳组成的混合气体，各组元的摩尔数为 2O 0.08mol n =，2N 0.65mol n =，2CO 0.3mol n = 试求混合气体的体积分数，质量分数和在p = 400kPa 、t =27℃时的比体积。 答案：x O2=0.078, x N2=0.631, x CO2=0.291 w O2=0.076, w N2=0.536, w CO2=0.388 R g,eq =0.252 kJ/(kg.K), v =0.0189 m 3/kg. 3-19 某理想气体初温T 1=470K ，质量为2.5kg ，经可逆定容过程，其热力学能变化为△U =295. 4kJ ，求过程功、过程热量以及熵的变化。设该气体R g =0.4 kJ/( k g ．K)，κ=1.35，并假定比热容为定值。 答案：W =0, Q =295.4 kJ, ΔS=0.568 kJ/K 3-22试将满足以下要求的理想气体多变过程在p -v 图和T -s 图上表示出来（先画出四个基本热力过程）： (1) 气体受压缩，升温和放热； (2) 气体的多变指数n =0.8，膨胀； (3) 气体受压缩，降温又降压；

第二学期热工基础第2次作业

本次作业是本门课程本学期的第2次作业，注释如下：本次作业为5-8章的容。 一、单项选择题(只有一个选项正确，共9道小题) 1. 在水蒸气的汽化过程中，其汽化潜热为（） (A) 该阶段的焓增 (B) 该阶段的膨胀功 (C) 该阶段的焓增和膨胀功之和 (D) 该阶段的焓增和热力学能增量之和 你选择的答案： A [正确] 正确答案：A 解答参考： 2. 饱和湿空气具有下列关系（）（t－干球温度、t w－湿球温度、t D－露点温度） (A) t＞t w＞t D (B) t＞t D＞t w (C) t=t D=t w (D) t w= t D＞t 你选择的答案： C [正确] 正确答案：C 解答参考： 3. 渐缩喷管在设计工况下工作（p2 =p b），如果喷管进口截面参数及背压保持不变，那么将此喷管截掉一段，其出口流速和流量将按（）变化。 (A) 流速减小，流量增加 (B) 流速、流量都减小

(C) 流速不变，流量增加 (D) 流速减小，流量不变 你选择的答案： C [正确] 正确答案：C 解答参考： 4. 空气流在定熵滞止后（） (A) 温度升高、压力降低 (B) 温度降低、压力升高 (C) 温度、压力均升高 (D) 温度、压力均降低 你选择的答案： C [正确] 正确答案：C 解答参考： 5. 理想气体经过绝热节流后, 其温度（） (A) 升高 (B) 降低 (C) 不变 (D) 可能升高、降低或不变 你选择的答案： C [正确] 正确答案：C 解答参考：

6. 活塞式压气机压缩比较高时，采用多级压缩级间冷却的好处是（） (A) 减少耗功量，降低出口温度，降低容积效率 (B) 增加耗功量，提高出口温度，增大容积效率 (C) 减少耗功量，降低出口温度，增大容积效率 (D) 增加耗功量，提高出口温度，增大容积效率 你选择的答案： C [正确] 正确答案：C 解答参考： 7. 活塞式压气机的余隙容积越大，容积效率ηV越低，对压气机的理论耗功量和产气量影响为（） (A) 理论耗功量增加，产气量减小 (B) 理论耗功量减小，产气量减小 (C) 理论耗功量减小，产气量不变 (D) 理论耗功量不变，产气量减小 你选择的答案： D [正确] 正确答案：D 解答参考： 8. 柴油机混合加热循环，若要提高其热效率，应在一定围适当采用措施（） (A) 增加压缩比，减小升压比和预胀比 (B) 增加压缩比和升压比，减小预胀比 (C) 增加升压比，减小压缩比和预胀比 (D) 增加压缩比和预胀比，减小升压比 你选择的答案： B [正确]