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
288314
0==
M R R ＝)/(K kg J ?
（2）标准状态下
2N 的比容和密度
101325
273
9.296?==
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CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力
30
1=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 ＝ 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 ＝
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，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
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 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
2882875
.810722225???=
=RT v p m kg
压缩机每分钟充入空气量
28828731015???=
=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、 m3的空气在下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程
const pv =
、8.5 m3的空气在下占体积为
5.591.05
.87.01221=?==
P V p V m3
压缩机每分钟可以压缩的空气3 m3，则要压缩 m3的空气需要的时间
==
35.59τ
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
==
1122T V V T 582K
（2）空气的初容积 p=3000×(πr2)+101000=
==
p mRT V 1
10.527 m3
空气的终态比容
m V m V v 1222==
＝0.5 m3/kg
或者
==
p RT v 2
20.5 m3/kg
（3）初态密度
527.012.211=
=
V m ρ＝4 kg /m3 =
=
212v ρ 2 kg /m3
2-9
解：（1）氮气质量
3008.29605.0107.136???=
=RT pv m ＝7.69kg
（2）熔化温度
8
.29669.705.0105.166???=
=mR 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
28768
.032232.01
1+==
∑i
i M
g M ＝
气体常数
86.288314
0=
=
M R R ＝288)/(K kg J ?
容积成分
2/22Mo M g r o o =＝％
=
2N r
1－％＝％
标准状态下的比容和密度
4.2286
.284.22=
=
M ρ＝1.288 kg /m3 ρ
1
=
v ＝0.776 m3/kg
2-15 已知天然气的容积成分
%
974=CH r ，
%6.062=H C r ，
%
18.083=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 i M r M
＝
3
0/736.04.2248
.164.22m kg M ===
ρ
（2）各组成气体在标准状态下分压力 因为：
p
r p i i =
%
=
p
*
97
=325
.
101
CH
4
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
?
=
Q+
W
U
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。
?
=
2000?
Q
60
/
20
400
＝×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
Q+
=
?
W
U
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。
过程热量Q（kJ）膨胀功W（kJ）
1-a-210x1
2-b-1-7-4
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
3-6 一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环，试填充表中所缺数据。
解：同上题
3-7 解：热力系：1.5kg 质量气体 闭口系统，状态方程：
b av p +=
)]85115.1()85225.1[(5.1---=?v p v p U ＝90kJ
由状态方程得 1000＝a*+b 200=a*+b 解上两式得： a=-800 b=1160 则功量为
2
.12
.022
1]1160)800(21[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
K
T T T T mc v 300120)12(==?=-
根据理想气体状态方程
161
211222p 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 ucv2=cvT2 ucv1=cvT1
mcv1=11RT V p mcv2 =22RT V p
代入上式(1)整理得
2
1)
10(1212p p T kT T T kT T -+=
=
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
=??==
??=?310006.156.01000
Cp m Q T Q T Cp m &&℃
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 &＝
(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 =
K
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
5420300
122?==
P T T p ＝
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
??===
==RT pV kpAp pAkdp pAdL w 212121
T==
+05.0T R c c v
p
552K=279℃
同（2）只是W 不同
?===RT
pV pdV w
T==
=+00T T R c c v
p 473K ＝200℃
3－13
解：h W ?-=
对理想气体
T
c h p ?=
T
c u v ?=
3－14
解：（1）理想气体状态方程
293*212
12==
p p T T ＝586K
（2）吸热：
T
k R
RT V p T mc Q v ?-=
?=111＝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
24509.1?=Q ＝267kJ 01.11293.1267??=
=
?vc Q t ρ＝205℃
t2=10+205=215℃
3-16 解：
3)21(2211h m m h m h m +=+
T
c h p =
代入得：
330473
210773*120)21(2211?=
++=
＋c m m cT m cT m T ＝582K
＝309℃ 3－17
解：等容过程
=
-=
R
c c k p p
112112--=
--=?=k v
p v p k RT RT m
T c m Q v ＝
3-18 解：定压过程
T1=287
103.0104.206813???=mR V p =
T2=
内能变化：
2
.216)287.001.1(1?-?=?=?t mc U v ＝
焓变化：
=?=?=?3.1564.1U k H kJ
功量交换：
306.0122m V V ==
03
.04.2068)12(?=-==?V V p pdV W ＝
热量交换：
05.623.156+=+?=W U Q = 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 ＝
因为
T
c q n ?=
内能变化为
R
c v 25=
＝)/(K kg J ?
v p c R c 5727==
＝)/(K kg J ?
=
n c
=
=--v v
c n k
n c 51＝
)/(K kg J ? n
v v c qc T c u /=?=?＝8×103J
膨胀功：
u q w ?-=＝32 ×103J
轴功：
=
=nw w s ×103J
焓变：
u
k T c h p ?=?=?＝×8＝ ×103J
熵变：12
ln 12ln
p p c v v c s v p +=?＝×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
2
(1[111
k
k p p k RT w ---=＝×103J
熵变为0 （2）
)
21(T T c u w v -=?-=＝×103J
12ln 12ln
p p R T T c s p -=?＝)/(K kg J ?
（3）
21
ln
1p p RT w =＝×103)/(K kg J ?
2
1ln
p p R s =?＝×103
)/(K kg J ?
（4）
]
)
12(1[111n
n p p n RT w ---=＝×103J
n
n p p T T 1)
1
2
(12-=＝
12ln 12ln
p p R T T c s p -=?＝－)/(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
===110
ln *373*287*4.22*293.112ln
V V mRT w 7140kJ
==?12
ln
V V mR s K
(2)自由膨胀作功为0
==?12
ln
V V mR s 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：===36
.0ln *300*8.259*512ln
V V mRT q －
放热
因为定温，内能变化为0，所以 q w =
内能、焓变化均为0 熵变：
=
=?12
ln
V V mR s － 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 ＝，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*286121
2p p T T
内能变化：
=-=
-=?)2863.568(*287*25
)12(T T c u v kg
=-=
-=?)2863.568(*287*27
)12(T T c h p kJ/kg
==?12ln
p p c s v kJ/
4-6 6kg 空气由初态p1＝，t1=30℃，经过下列不同的过程膨胀到同一终压p2＝：（1）定温过程；（2）
定熵过程；（3）指数为n ＝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*621ln
p p mRT W kJ
W Q =
T2=T1=30℃ （2）定熵过程
=
--=--=--])
3
.01
.0(1[*303*14.1287*6])
1
2
(1[114
.11
4.11
k
k p p T k R m W kJ
Q ＝0
=
-=k k p p T T 1
)1
2
(12
（3）多变过程
n
n p p T T 1)
1
2
(12-=＝
=--=--=]3.252303[*12.1287*6]21[1T T n R m
W kJ
=---=-=)3033.252(*1*6)12(n k
n c T T mc Q v
n kJ
4－7 已知空气的初态为p1＝，v1=0.236m3/kg 。经过一个多变过程后终态变化为p2＝，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 ＝
1千克气体所作的功
=--=--=
)815.0*12.0236.0*6.0(*13.11]2211[11v p v p n w 146kJ/kg
吸收的热量
)
1122(11
1)12(11)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
13.14.13.1 kJ/kg
内能：
=-=?w q u ＝－ kJ/kg
焓：
=--=
-=?)1122(1)12(v p v p k k
T T c h p － kJ/kg
熵：
6.012
.0ln *4.717236.0815.0ln *5.100412ln 12ln
+=+=?p p c v v c s v p ＝90J/
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
1
61
2p 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
v
c
解：
160
)12(-=-=-=?w q T T c u v kJ
v
c ＝533J/
]
)
1
2(1[11)21(11n
n p p n RT T T n R w ---=--==200 kJ
解得：n ＝ R=327 J/ 代入解得：
p
c ＝533+327=860 J/
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：
]31[14.1293
*287])21(1[11])
12(1[11114.111
-----=--=
--=k k
k v v k RT p p k RT w
＝-116 kJ/kg
1
)21(
12-=k v v T T ＝
)3/1ln(*7.454*28723
ln
22==v v RT w ＝ kJ/kg
w=w1+w2= 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＝，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)
4
.1)25.073.1(*1.0)23(
32==k v v p p ＝ MPa
8
.29610*25.0*5.12226
=
=R v P T ＝1263K
p1=p2= MPa
v1=221v T T =0.15 m3/kg
8
.29610*73.1*1.03336=
=R v P T =583 K
(2) 定压膨胀
=
-=?)12(T T c u v 364 kJ/kg
=-=)12(T T R w kJ/kg
定熵膨胀
=
-=?)23(T T c u v 505 kJ/kg
=--=
]32[1T 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＝，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：
=?==
5
106573
*287111p RT v 0.274 m3/kg
===4.1)31
(*6.0)21(
12k v v p p MPa ===-4.01)31
(*573)21(
12k v v T T 369K
V2=3V1=0.822 m3 T3=T2=369K V3=V1=0.274 m3
===113*129.0)32(
23v v v v p p 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：
====5101325
.0ln *150*10*101325.021ln
116p p V p W Q -59260kJ
4-13 活塞式压气机吸入温度t1=20℃和压力p1＝的空气，压缩到p2＝，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*287600
100000RT pV m 0.215kg/s
==21ln
1p p mRT W s －
定熵
]
)
1
.08
.0(1[14.1293*287*4.1*215.0])
12
(1[1114
.114.11----=--=k
k s p p k kRT m W ＝－ KW
4－14 某工厂生产上需要每小时供应压力为的压缩空气600kg ；设空气所初始温度为20℃，压力为。求压气机需要的最小理论功率和最大理论功率。若按n ＝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=16
kg
==21ln 1p p mRT W s =--=-])
1
2
(1[1111
k
k s p p k kRT m W =
--=-])
1
2
(1[1111
n
n s p p n nRT m W =
=312p p p n
n p p T T 1)
2
3
(23-=16℃400 m375℃
1
11RT V p m =
8.04kg
)
2/1ln()1/2ln(v v p p n =
=--==)21(1
T T n nR
m
mnw Ws )12(1
T T c n k
n m
Q v ---=27
℃
]1)12[(11
--=n v p p c λ=
--=]1)1
.05.0[(*06.014.11
v λv λv λ12,187331364.14%
873
t c T T T η--===0,10.641410064.14 kW t c W Q η==?=()()2,1110.641410035.86 kW t c Q Q η=-=-?=12,1100040060%
1000t c T T T η--===0,10.61000600 kJ < 700 kJ
t c W Q η==?=()()121 1.011000300707 kJ/kg
p q c T T =-=?-=1
33323331221.4
1.41
ln
ln ln 300 0.287300ln 362.8 kJ/kg
1000p p
T q RT RT RT p p T κκ--??=== ???
??
=??=- ?
??
12707362.8344.2 kJ/kg
w q q =+=-=1344.248.68%707
w q η=
==12,1100030070%
1000t c T T T η--===,10.7707495 kJ/kg
t c w q η==?=221126310000089765 kJ/h
293T Q Q T ==?=12,122939.77293263
c T T T ε=
==--12,100000 2.84 kW
9.773600
c Q P ε===?100000
100000 kJ/h 27.78 kW 3600
P ==
=12,12293
14.65293273
c T T T ε===--12,2010000.455 kW
9.773600
c Q P ε?===?()12
2
1212003600
T T T P
T T -?=-220
t =1313 K 40
T ==2,10.351000015000 kJ/h
t c Q Q ηε==??=()()2111000010.37000 kJ/h
t Q Q η=-=?-=215000700022000 kJ/h
Q Q Q =+=+=总2
T 1 1.411.4
22110.3300410.6
0.1p T T p κκ
--????==?= ?
?
??
??
0Q U W =?+=0
Q U W ''=?+=1.1W W '= 1.1U U
'?=?()()21211.1v v mc T T mc T T '-=-()()21211.1300 1.1410.6300421.7T T T T '=+-=+?-=2211421.70.3ln ln 0.1 1.01ln 0.287ln 3000.1p T p S m c R T p '???
??=-=?- ? ?
????
21,12258
7.37293258
c T T T ε=
==--2
1,125700
4.74 kW
7.373600
c
Q P ε=
=
=?12125700 4.743600142756 kJ/h
Q Q P =+=+?=21H O 1427564867.2 kg/h
4.197
Q m c t ===??&1111003070 kJ
W Q U =-?=-=120.0261006000.026115.6 kJ
Q Q T T ??
=+=+?= ???
()22115.63085.6 kJ W Q U =-?=---=-211ln
0.287ln 0.66 kJ/kg K 0.1p s R p ?=-=-?=-?1120.1
ln 0.287400ln 264 kJ/kg
1
p w RT p ==??=-()1.25 1.25264330 kJ/kg w w '==?-=-()33026466 kJ/kg q w w ''=-=---=-066
0.660.44 kJ/kg K
300q s s T ''?=?+=-+=-?()121v q c T T =-()231p q c T T =-()()31313121121212111111111p v c T T T T v v q w q q c T T T T p p ηκκ---=
=-=-=-=----1112
ln p
q RT p =()4
21223
ln v p
q c T T RT p =-+()4124
122233211
1
1122
ln ln 1111ln ln v p T T p
c T T RT T p p q
p p q RT T p p κη--++-=-=-=-
11940 K T '=2660 K T '=216601166%
1940
T T η'=-=-='01100066%660 kJ W Q η==?=20,max 11600110001700 kJ
2000T W Q T ???
?=-=?-= ? ?????
0,max 0700660 kJ 40 kJ
W W W δ=-=-=11114000.1
0.445 kg 0.287313
p V m RT ?=
==?22222000.1
0.238 kg
0.287293
p V m RT ?=
==?()()11220v v U m c T T m c T T ?=-+-=1122120.4453130.238293306 K
0.4450.238
m T m T T m m +?+?===++()()1212
0.4450.2380.2873060.3 MPa
0.10.1
m m RT p V V ++??=
==++
1122
121122 ln ln ln ln 3060.3 0.4451.01ln 0.287ln 3130.43060.3 0.2381.01ln 0.287ln 0.0093 kJ/K 2930.2p p S m s m s T p T p m c R m c R T p T p ?=?+?????
=-+- ? ?
???
??
?=?-? ?
?
???+-?= ???2211
400 2.51000 K p T T p ==?=()()1210.7231000400433.8 kJ/kg v q c T T =-=?-=12331
ln
0.287400ln 264.3 kJ/kg 10
v q RT v ==?=-12433.8264.3169.5 kJ/kg
w q q =-=-=21264.3
1139.0%433.8
q q η=-
=-=()
1220
1
s R T T W m w m κκκ'-===-()()21201201.41298258.2 K
0.5 1.40.287
T T m R κκ'--=-=-=??1 1.412 1.4
2112980.4
229.4 K
p T T p κκ
--??
==?= ?
??
()()
120.287298229.40.5 1.41 1.41
34.5 kW
s R T T W m w m κκκ-?-===??
--=1 1.31
1.3
22111303515.5 K 0.1n n
p T T p --????==?= ? ?
????
()()21 1.3 1.40.287515.53031 1.31 1.41 50.8 kJ/kg
v n q c T T n κ--=-=??----=-1050.80.175 kJ/kg K
290
q s T ?===?22211
ln
ln p T p s c R T p ?=-515.51
1.005ln 0.287ln 0.127 kJ/kg K
3030.1
=?-=-?120.1750.1270.048 kJ/kg K iso s s s ?=?+?=-=?1
1.411.4
22110.2800505.1 K 1p T T p κκ
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????
()()120.2968800505.1218.8 kJ/kg
1 1.41
R T T w κ-?-===--
()()()1212021021211202
1 505.1800 218.81000.2968167.6 kJ/kg
2001000u u v ex ex u u p v v T s s RT RT c T T p p p -=---+-??
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1
1.211.2
22110.2800611.8 K 1n n
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()()120.2968800611.8279.3 kJ/kg
1 1.21R T T w n -?-===--31110.29688000.237 m /kg 1000RT v p ?===32220.2968611.80.908 m /kg
200
RT v p ?===222
2
1111
ln ln ln ln 11.40.2968611.80.2
ln 0.2968ln 0.20 kJ/kg K
1.418000.1
p T p T p R s c R R T p T p κκ?=-=--?=
-=?-()()()()()()1212021021120210 10.2968 800611.81000.9080.2373000.2
1.41 13
2.5 kJ/kg
u u ex ex u u p v v T s s R
T T p v v T s κ-=---+-=
---+?-=?--?-+?-=1112001013.94 kg
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p Q mc T T =-=??-=21600
ln 1.005ln 0.1832 kJ/kg K
500
p T s c T ?==?=?01400.730013.940.1832634.6 kJ
q Ex Q T m s =-??=-??=030013.940.1832766.1 kJ
q An T m s =??=??=()()
12 1.40.287500320180.74 kJ/kg
1 1.41s R T T w κκ-??-=
==--22113200.1
ln ln 1.005ln 0.287ln
5000.5
0.0134 kJ/kg K
p T p s c R T p ?=-=?-?=?()()()1212021120 1.0055003203000.0134184.92 kJ/kg h h p ex ex h h T s s c T T T s -=-+-=-+?=?-+?=12180.74
97.7%
184.92s ex h h w ex ex η===-2130020
1167.3%
100020
T T η'+=-=-='-01300
1170%
1000
t T T η=-=-=()()110000.70.67327 kJ
t L Q ηη=-=?-=
页脚内容1
页脚内容2
1 n c n κ - = - R =，代入上式得 页脚内容3
页脚内容4
页脚内容 6 及内能的变化，并画出p-v 图，比较两种压缩过程功量的大小。（空气： p c =1.004kJ/(kgK)，R=0.287kJ/(kgK)）（20分） 2．某热机在T1=1800K 和T2=450K 的热源间进行卡诺循环，若工质从热源吸热1000KJ ，试计算：（A ）循环的最大功？（B ）如果工质在吸热过程中与高温热源的温差为100K ，在过程中与低温热源的温差为50K ，则该热量中能转变为多少功？热效率是多少？（C ）如果循环过程中，不仅存在传热温差，并由于摩擦使循环功减小10KJ ，则热机的热效率是多少？（14分） 3．已知气体燃烧产物的cp=1.089kJ/kg ·K 和k=1.36，并以流量m=45kg/s 流经一喷管，进口p1=1bar 、T1=1100K 、c1=1800m/s 。喷管出口气体的压力p2=0.343bar ，喷管的流量系数cd=0.96；喷管效率为 =0.88。求合适的喉部截 面积、喷管出口的截面积和出口温度。（空气：p c =1.004kJ/(kgK)， R=0.287kJ/(kgK)）（20分） 一．是非题（10分） 1、√ 2、√ 3、× 4、× 5、√ 6、× 7、× 8、√ 9、×10、√ 二．选择题（10分） 1、B2、C3、B4、B5、A 三．填空题（10分） 1、功W;内能U 2、定温变化过程，定熵变化 3、小，大，0 4、对数曲线，对数曲线 5、 a kpv kRT ==， c M a = 四、名词解释（每题2分，共8分） 孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换的系统。 焓：为简化计算，将流动工质传递的总能量中，取决于工质的热力状态的那部分能量，写在一起，引入一新的物理量，称为焓。 热力学第二定律：克劳修斯(Clausius)说法：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。开尔文一浦朗克(Kelvin —Plank)说法：不可能制造只从一个热源取热使之完全变成机械能而不引起其他变化的循环发动机。 相对湿度：湿空气的绝对湿度v ρ与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度s ρ的比值， 称为相对湿度?。 五简答题（8分）
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 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℃
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
1．湿蒸汽的状态参数p,t,v,x 中，不相互独立的一对是（D ）D ．(p,t)2．在不可逆循环中（B ）A ． ??>?ds T q B ． ??t w >t C ．t DP =t w =t D ．t w > t DP >t 6．如果孤系内发生的过程都是可逆过程，则系统的熵（C ） A ．增大 B ．减小 C ．不变 D ．可能增大，也可能减小21．理想气体的可逆过程方程式=n pv 常数，当n ＝ ∞ 时，即为等体过程。 7．pdv dT c q v +=δ适用于（A ）A ．可逆过程，理想气体 B ．不可逆过程，理想气体 C ．可逆过程，实际气体 D ．不可逆过程，实际气体 8．电厂蒸汽动力循环回热是为了（C ）A ．提高循环初参数 B ．降低循环终参数C ．提高平均吸热温度 D ．提高汽轮机的相对内效率 9．活塞式压气机采取分级压缩（ C ）A ．能省功 B ．不能省功 C ．不一定省功 D ．增压比大时省功 10．理想情况下活塞式压气机余隙体积的增大，将使生产1kg 压缩空气的耗功量（C ）A 增大 B ．减小C ．不变 D ．的变化视具体压缩空气的耗功量 11．下列各项中，不影响燃烧过程热效应的是（C ）A ．反应物的种类 B ．反应温度C ．反应速度D ．反应压力 12．欲使亚声速气流加速到超声速气流应采用（C ）A ．渐缩喷管B ．渐扩喷管C ．缩放喷管D ．前后压差较大直管 13．水蒸汽h －s 图上定压线（C ．在湿蒸汽区是直线，在过热蒸汽区是曲线 14．为提高空气压缩制冷循环的制冷系数，可以采取的措施是（D ） A ．增大空气流量 B ．提高增压比C ．减小空气流量 D ．降低增压比 15．在范德瓦尔方程中，常数b 为考虑气体 而引入的修 正项。（C ）A 分子间内位能 B ．分子运动动能C ．分子本身体积D ．分子间相互作用力 二、多项选择题16．理想气体可逆等温过程的体积变化功w 等于（AC ）A ．2 1 p p RT ln B ．1 2p p RT ln C ．1 2v v RT ln D ．2 1v v RT ln E ．(p 2v 2－p 1v 1) 17．vdp dh q －=δ适用于 AC A ．可逆过程，理想气体 B ．不可逆过程，理想气体 C ．可逆过程，实际气体D ．不可逆过程，实际气体 E ．任意过程，任意气体 18．再热压力若选得合适，将使（BCDE ） A ．汽耗率提高 B ．热耗率提高 C ．循环热效率提高 D ．排汽干度提高 E ．平均吸热温度提高 19．马赫数小于1的气流可逆绝热地流过缩放管时，如果把喷管的渐扩段尾部切去一段，在其他条件不变的情况下，其（BDE ）A ．流量变小B ．流量不变 C ．流量变大 D ．出口压力变大E ．出口速度变大 20．不可逆循环的热效率（BE ） A ．低于可逆循环的热效率 B ．在相同的高温热源和低温热源间低于可逆循环的热效率 C ．高于可逆循环的热效率 D ．在相同的高温热源和低温热源间高于可逆循环的热效率 E ．可能高于，也可能低于可逆循环的热效率 三、填空题 22．在一定的压力下，当液体温度达到 饱和 时，继续加热，立即出现强烈的汽化现象。 23．湿空气的绝对温度是指lm 3湿空气中所含水蒸汽的 质 量 。 24．火电厂常用的加热器有表面式和 混合 式。 25．可逆绝热地压缩空气时，无论是活塞式压气机还是叶轮式压气机，气体在压气机内的 状态变化 规律是相同的。 26．理想气体的绝热节流效应是 零效应 。 27．利用平均比热表计算任意体积气体在定压过程中的吸热量时，应使用公式 Q ＝V 0 )t |c -t |(c 1t 0'p 2t 0'p 1 2?? 。 28．图示通用压缩子图上一状态点A ，其位置表明： 在该状态下气体分子之间的相互作用力 主要表现为 排斥 力。
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 <-=>+=；
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
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：
一．是非题三．填空题（10 分） 1．两种湿空气的相对湿度相等，则吸收水蒸汽的能力也相等。（） 1．理想气体多变过程中，工质放热压缩升温的多变指数的范围_________ 2．闭口系统进行一放热过程，其熵一定减少（）2．蒸汽的干度定义为_________。 3．容器中气体的压力不变，则压力表的读数也绝对不会改变。（）3．水蒸汽的汽化潜热在低温时较__________，在高温时较__________，在临界温度 为__________。 4．理想气体在绝热容器中作自由膨胀，则气体温度与压力的表达式为 T 2 p 2 k 1 k （） 4．理想气体的多变比热公式为_________ 5．采用Z级冷却的压气机，其最佳压力比公式为_________ 四、名词解释（每题 2 分，共8 分） T 1 p 1 1．卡诺定理： 5．对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析，其结果与所取系统的形式无关。（） 6．工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程，则工质熵的变化是一样的。 （） 7．对于过热水蒸气，干度x 1（） 8．对于渐缩喷管，若气流的初参数一定，那么随着背压的降低，流量将增大，但最 多增大到临界流量。（） 9．膨胀功、流动功和技术功都是与过程的路径有关的过程量（） 10．已知露点温度t d 、含湿量 d 即能确定湿空气的状态。（） 二．选择题（10 分） 1．如果热机从热源吸热100kJ，对外作功100kJ，则（）。 （A）违反热力学第一定律；（B）违反热力学第二定律； （C）不违反第一、第二定律；（D）A 和B。 2．压力为10bar 的气体通过渐缩喷管流入1bar 的环境中，现将喷管尾部截去一小段，其流速、流量变化为（）。 A 流速减小，流量不变（B）流速不变，流量增加 C流速不变，流量不变（D）流速减小，流量增大 3．系统在可逆过程中与外界传递的热量，其数值大小取决于（）。 （A）系统的初、终态；（B）系统所经历的过程； （C）（A）和（B）；（D）系统的熵变。 4．不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后，其结果只能是（）。 （A）全部水变成水蒸汽（B）部分水变成水蒸汽2．．理想气体 3．水蒸气的汽化潜热 5．含湿量 五简答题（8 分） t t wet 、温度，试用H d —图定性的 d 1.证明绝热过程方程式 2.已知房间内湿空气的 确定湿空气状态。 六．计算题（共54 分） 1．质量为2kg 的某理想气体，在可逆多变过程中，压力从0.5MPa 降至0.1MPa，温度从162℃降至27℃，作出膨胀功267kJ，从外界吸收热量66.8kJ。试求该理想气体的定值比热容c p 和c V p v 图和T s 图上 [kJ/(kg·K)]，并将此多变过程表示在 （图上先画出 4 个基本热力过程线）。（14 分） 2．某蒸汽动力循环。汽轮机进口蒸汽参数为p1=13.5bar，t1=370℃,汽轮机出口蒸汽参数为p2=0.08bar 的干饱和蒸汽，设环境温度t0=20℃,试求：汽轮机的实际功量、 理想功量、相对内效率（15 分） 3．压气机产生压力为6bar，流量为20kg/s 的压缩空气，已知压气机进口状态 p =1bar，t1 =20℃，如为不可逆绝热压缩，实际消耗功是理论轴功的 1.15 倍，求1 c 压气机出口温度t2 及实际消耗功率P。（已知：空气 p =1.004kJ/(kgK)，气体常数R=0.287kJ/(kgK)）。（15 分）
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？
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。
一.就是非题 1.两种湿空气的相对湿度相等,则吸收水蒸汽的能力也相等。() 2.闭口系统进行一放热过程,其熵一定减少() 3.容器中气体的压力不变,则压力表的读数也绝对不会改变。() 4.理想气体在绝热容器中作自由膨胀,则气体温度与压力的表达式为 k k p p T T 11212-??? ? ??=() 5.对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析,其结果与所取系统的形式无关。() 6.工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程,则工质熵的变化就是一样的。() 7.对于过热水蒸气,干度1>x () 8.对于渐缩喷管,若气流的初参数一定,那么随着背压的降低,流量将增大,但最多增大到临界流量。() 9.膨胀功、流动功与技术功都就是与过程的路径有关的过程量() 10.已知露点温度d t 、含湿量d 即能确定湿空气的状态。() 二.选择题(10分) 1.如果热机从热源吸热100kJ,对外作功100kJ,则()。 (A)违反热力学第一定律;(B)违反热力学第二定律; (C)不违反第一、第二定律;(D)A 与B 。 2.压力为10bar 的气体通过渐缩喷管流入1bar 的环境中,现将喷管尾部截去一小段,其流速、流量变化为()。 A 流速减小,流量不变(B)流速不变,流量增加 C 流速不变,流量不变(D)流速减小,流量增大 3.系统在可逆过程中与外界传递的热量,其数值大小取决于()。 (A)系统的初、终态;(B)系统所经历的过程; (C)(A)与(B);(D)系统的熵变。 4.不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后,其结果只能就是()。 (A)全部水变成水蒸汽(B)部分水变成水蒸汽 (C)部分或全部水变成水蒸汽(D)不能确定 5.()过程就是可逆过程。 (A)、可以从终态回复到初态的(B)、没有摩擦的 (C)、没有摩擦的准静态过程(D)、没有温差的 三.填空题(10分) 1.理想气体多变过程中,工质放热压缩升温的多变指数的范围_________ 2.蒸汽的干度定义为_________。 3.水蒸汽的汽化潜热在低温时较__________,在高温时较__________,在临界温度为__________。 4.理想气体的多变比热公式为_________ 5.采用Z 级冷却的压气机,其最佳压力比公式为_________ 四、名词解释(每题2分,共8分) 1.卡诺定理: 2..理想气体 3.水蒸气的汽化潜热 5.含湿量 五简答题(8分) 1、证明绝热过程方程式 2、已知房间内湿空气的d t 、wet t 温度,试用H —d 图定性的确定湿空气状态。 六.计算题(共54分) 1.质量为2kg 的某理想气体,在可逆多变过程中,压力从0、5MPa 降至0、1MPa,温度从162℃降至27℃,作出膨胀功267kJ,从外界吸收热量66、8kJ 。试求该理想气体的定 值比热容p c 与V c [kJ/(kg ·K)],并将此多变过程表示在v p -图与s T -图上(图上 先画出4个基本热力过程线)。(14分) 2.某蒸汽动力循环。汽轮机进口蒸汽参数为p1=13、5bar,t1=370℃,汽轮机出口蒸汽参数为p2=0、08bar 的干饱与蒸汽,设环境温度t0=20℃,试求:汽轮机的实际功量、理想功量、相对内效率(15分) 3.压气机产生压力为6bar,流量为20kg/s 的压缩空气,已知压气机进口状态1p =1bar,1t =20℃,如为不可逆绝热压缩,实际消耗功就是理论轴功的1、 15倍,求压气 机出口温度2t 及实际消耗功率P 。(已知:空气p c =1、004kJ/(kgK),气体常数R=0、287kJ/(kgK))。(15分) 4.一卡诺循环,已知两热源的温度t1=527℃、T2=27℃,循环吸热量Q1=2500KJ,试求:(A)循环的作功量。(B)排放给冷源的热量及冷源熵的增加。(10分) 一.就是非题(10分) 1、× 2、× 3、× 4、√ 5、√ 6、× 7、× 8、√ 9、×10、× 二.选择题(10分) 1、B 2、A3、A4、A5、C 三.填空题(10分)
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_______。
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
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