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
压变为
MPa p b
102.0='，求此时真空表上的读数为多少
mmMPa
？
MPa p MPa p v
8.579,0247.0='= 9.如果气压计压力为kPa 83，试完成以下计算： （1）.绝对压力为11.0MPa 时的表压力；
（2）.真空计上的读数为kPa 70时气体的绝对压力； （3）.绝对压力为kPa 50时的相应真空度（kPa ）； （4）.表压力为MPa 25.0时的绝对压力（kPa ）。 （1）.
kPa p g 17=；
（2）.kPa p 13=； （3）.kPa p v 33=；
（4）.
kPa p 333=。
10.摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为0℃和100℃，而华氏温标则相应地取为32℉和
212℉。试导出华氏温度和摄氏温度之间的换算关系，并求出绝对零度所对应的华氏温度。
B At t F +=
将水在标准大气压下的冰点值032
和F
℃，以及沸点值100292和F ℃代入，得
??
?+=+=B
A B
100212032 解该二元一次方程组，得：
32,8.1==B A 。
从而有 328.1+=t t F
当15.273-=t
℃时，有
)(7.45932_)15.273(8.1F t F -=+-?=
11.气体进行可逆过程，满足pV C =（C 为常数）
，试导出该气体从状态1变化到状态2时膨胀功的表达式，并在
p V -图上定性画出过程线、示出膨胀功。
答案：略
12.某气体的状态方程为g pV R T =，试导出：
（1）.定稳下气体
,p v 之间的关系；
（2）.定压下气体,v T 之间的关系； （3）.定容下气体
,p T 之间的关系。
答案：（1）.
2
1
12v v p p =；（2）.
1
2
12T T v v =；（3）.
1
2
12T T p p =。
第二章 热力学第一定律
1.一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量为318010/q
kg h =?，输出功率为55000P kW
=，全厂耗煤
,19.5/m c q t h =，煤的发热量为33010/c q kJ kg =?。蒸汽在锅炉中吸热量2680/q kJ kg =。试
求：
（1）.该动力厂的热效率t η；
（2）.锅炉的效率B η（蒸汽总吸热量煤的总发热量）。
解：（1）.锅炉中蒸汽吸热量
)
(1034.1)/(1082.42680101805
8
3kW h kj q q m H ?=?=??=?=Φ
热效率
%4110
34.155000
5
=?=Φ=
H t P η （2）.锅炉效率
B
H
B ΦΦ=
=
煤的总放热量蒸汽总放热量η
%
5.8210625.11034.1)
(10625.13600
1030105.195
5
53
3,=??=ΦΦ=?=???=?=ΦB H c c b B kW q q η 2.系统经一热力过程，放热8kj 对外做功26kJ 。为使其返回原状态，对系统加热6kJ ，问需对系统作功多少？
解：由W U Q
+?=得
)(34268kj W Q U -=--=-=?
对于返回初态的过程
kj
U Q W kj
U U 2834634-=-='?-='=?-=?
故需对系统做功kj 28。
3.气体在某一过程只能感吸收了54kJ 的热量，同时热力学能增加了94kJ 。此过程是膨胀过程还是压缩过程？系统与外界交换的功是多少？
答案：此过程为压缩过程；此过程中系统与外界交换的功是kj 40-。 4.1kg 空气由
115,0.5p MPa t MPa ==膨胀到220.5,500p MPa t ==℃，得到热量506kJ
，对
外做膨胀功506kJ 。接着又从终态被压缩到初态，热出热量390kJ ，试求：
（1）.[膨胀过程空气热力学能的增量； （2）.压缩过空气热力学能的增量； （3）.压缩过程外界消耗的功。 答案：（1）.0=?U
；
（2）. 0=?U ；（3）.kj W 390-=。 5.闭口系统中实施以下过程，试填补表中的空缺数据。
表中括号内的数为答案。
6.如图所示，某
封闭系统沿
b c a --途径由状态a 变化到b ，吸入热量kj 90，对外做功kj 40，试问：
（1）.系统从a 经d 至b ，若对外做功kj 10，则吸收热量是多少？
（2）.系统由b 经曲线所示过程返回a ，若外界对系统左贡kj 23，吸收热量为多少？ （3）.设,45,5kj U kj U d adb ==，那么过程d a -和b d -中系统吸收的热量各为多少？
答案 （1）.kj Q adb 60=；（2）.kj Q ba 73-=； （2）.kj Q ad
50=；（4）.kj Q db 10=。
7.容积为3
1m 的绝热封闭的气缸中装有完全不可压缩的流体，如图2-31所示。试问： （1）.活塞是否对流体做功？ （2）.通过对活塞加压，把流体压力从
MPa p 2.01=提高到MPa p 33=，热力学能变化多
少？焓变化多少？
答案 （1）.0=W
；
（2）.kj H U 3
108.2,0?=?=?。 8.一质量为kg 4500的汽车沿坡度为 15的山坡下行，车速为s m /300。在距山脚m 100处开始刹车，
且在山脚处刚好刹住。若不计其它力，求因刹车而产生的热量。
kj Q 51004.2?=。
9.某蒸汽动力装置，蒸汽流量为h t /40，汽轮机进出口处压力表读数为MPa 9，进口比为
kg kj /3440，
汽轮机出口比焓为
kg kj /2240，真空表读数为kPa 06.95，当时当地大气压力为kPa 66.98，汽轮机
对环境放热为。试求：
（1）.汽轮机进出口蒸汽的绝压各为多少？ （2）.单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少？ （3）.汽轮机的功率为多少？ 答案 （1）.
MPa
p MPa p 6.3099.921==
（2）.kg kj sh /1200=ω
（3）.kW P
410332.1?=
（4）.考虑进出口动能差后sh ω的相对偏差
%67.0=sh ω
10.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为
MPa p 005.0=，比焓kg kj h /25001=，出口为同压下的水，比焓为
kg kj h /77.1372=,若蒸汽流量为h t /22，进入冷凝器的冷却水温为171='t ℃，冷却水出口温度为302
='t ℃，试求冷却水流量为多少？水的比热容为)./(18.4K kg kj 。 答案
)/(104.9563,h kg q w m ?=
11.某活塞式氮气压气机，压缩的氮气的参数分别为：MPa
p 1.01=，
kg m v /88.03
1=；
MPa p 0.12=，kg m v /16.03=。设在压缩过程中每kg 氮气热力学能增加kj 180，同时向外放出
热量
kj 60。压气机每min 生产压缩氮气kg 18，试求：
（1）.压缩过程对每kg 氮气所做的功； （2）.生产每kg 压缩氮气所需的功； （3）.带动比压气机至少要多大的电动机。 答案 （1）.kg kj /240-=ω； （2）.kg kj sh
/312-=ω；
（3）.kW P 6.93=。
12.流速为s m /600的高速空气突然受阻停止流动，即
02=c ，称为滞止。如滞止过程进行迅速，以致气
流受阻过程中与外界的热交换可以忽略，问滞止过程空气的焓变化了多少？
答案
kg kj h /180=?
第三章 理想气体及其混合物
1.把
2CO 压送到体积为35.0m 的贮气罐内。压送前贮气罐上的压力表读数为kPa 3，温度为C 20，
压送终了时压力表读数为kPa 30，温度为C
50
。试求压送到罐内的2CO 的质量。大气压力为
MPa
p b 1.0=。
解
由
()())[]()kg T p T p R V T R V p T R V p m T
mR pV K kg kJ M R R kPa p p p kPa p p p g g g g g g b g b 143.02732010103273501013010189.05
.0.189.044314.813030101.01033101.033311221122322311=???
? ??+?-+???=???
?
??-=-=
?====
=+?=+==+?=+=
2. 体积为30
3.0m 的某钢性容器内盛有了
C kPa 20,700的氮气。瓶上装有一排气阀，压力达到
kPa 875时发门开启，压力降到kPa 840时关闭。若由于外界加热的原因造成阀门开启，问：
(1)阀门开启时瓶内气体温度为多少？
(2)因加热造成阀门开闭一次期间瓶内氮气失去多少？设瓶内空气温度在排气过程中保持不变。 答案 （1）3.932
=t ℃；（2）kg m 0097.0=?
3.氧气瓶的容积3
30.0m
V
=瓶中氧气的表压力为
C
t MPa p g 30,4.111==。问瓶中盛有多少氧气？
若气焊时用去一半氧气，温度降为
C t
202=，试问此时氧气的表压力为多少（当地大气压力
MPa
p b 1.0=）
答案
MPa p kg m g 625.0;86.72==
4.某锅炉每小时燃煤需要的空气量折合表准状况时为h m 366000
。鼓风机实际送入的热空气温度为
C 250，表压力为kPa 0.20，当地大气压为MPa p b 1.0=，求实际送风量()h m 3。
解 ()MPa p p p g b 12.010201.03=?+=+=-
由
T R q pq g m V =
得
()()
h
m P T T q p q T q p T pq V V V V 35110000
0010068.112
.027325027366000101325.0.?=+??===
5.某理想气体比热比4.1==V p c c k
，定压比热容()K kg kJ c p .042.1=，求该气体的摩尔质量。
解 由
k c c V
p =及M
R
R c c g V p =
=-
得
()()
()mol g k c R M p 93.274.111042.1314
.811=-?=-=
6.在容积为3
1.0m 的封闭容器内装有氧气，其压力为kPa 300，温度为C
15，问应加入多少热量可使氧
气温度上升到C
800
？
(1)按定值比热容计算； (2)按平均比热容计算。 解
()[]k kg kJ M R R g .26.032
314.8===
()
()kg T R pV m g 2.1273151026.03.01030033=+????==
（1）()()()kJ t t R m t mc Q
g V 3.6121580026.02
5
2.12512=-???=-=?=
（2）查得()K kg kJ c V .656.015
=
()K kg kJ c V
.756.08000
=
(
)
()()kJ t c t c m Q t V t V
0.71415656.0800756.02.1..1020
12=?-??=-=
7.摩尔质量为
kg 30的某理想气体，在定容下由C
275，加热到C
845
，若热力学能变化为