第五章 气体的流动和压缩
思 考 题
1.既然
c 里呢?
答：对相同的压降（*P P -）来说，有摩擦时有一部分动能变成热能，又被工质吸收了，使h 增大，从而使焓降(*h h -)减少了，流速C 也降低了（动能损失）。对相同的焓降(*h h -)而言，有摩擦时，由于动能损失（变成热能），要达到相同的焓降或相同的流速C ，就需要进步膨胀降压，因此，最后的压力必然降低（压力损失）。
2.为什么渐放形管道也能使气流加速?渐放形管道也能使液流加速吗?
答：渐放形管道能使气流加速—是对于流速较高的超音速气流而言的，由
2(1)
dA dV dC dC
M A V C C ===-可知，当0dA >时，若0dC >，则必1M >，即气体必为超音速气流。超音速气流膨胀时由于dA dV dC A V C =-（V--A ）而液体0dV V =，故有dA dC
A C
=-
，对于渐放形管有
0dA A >，则必0dC
C
<，这就是说，渐放形管道不能使液体加速。 3.在亚音速和超音速气流中，图5-15所示的三种形状的管道适宜作喷管还是适宜
作扩压管?
图 5-15
答：可用
2(1)
dA dC
M A C
=-方程来分析判断 a) 0dA <时
当1M <时，必0dC >，适宜作喷管 当1M >时，必0dC <，适宜作扩压管 b) 0dA >时
当1M <时，必0dC <，适宜作扩压管 当1M >时，必0dC >，适宜作喷管
c) 当入口处1M <时，在0dA <段0dC >；在喉部达到音速，继而在0dA >段0dC <成为
超音速气流，故宜作喷管（拉伐尔喷管）
当入口处1M >时，在0dA <段，0dC <；在喉部降到音速，继而在
0dC <成为亚音速气流，故宜作扩压管（缩放形扩压管）。
(a) (b) (c)
4. 有一渐缩喷管，进口前的滞止参数不变，背压（即喷管出口外面的压力）由等于滞止压力逐渐下降到极低压力。问该喷管的出口压力、出口流速和喷管的流量将如何变化?
答：如右图所示分三种情况来分析 1)当背压b c P P >时，随b P ↓流速2C ↑，流量2m ↑，2c P P = 2)当背压b c P P =时，22P P =-，流速2c C C =，流量max m m = 3)当背压b c P P <时，2c C C =，max m m =，2C P P =
5. 有一渐缩喷管和一缩放喷管，最小截面积相同，一同工作在相同的滞止参数和极低的背压之间（图5-16）。试问它们的出口压力、出口流速、流量是否相同?如果将它们截去一段（图中虚线所示的右边一段），那么它们的出口压力、出口流速和流量将如何变化?
图 5-16
答：1）（a)、（b)两喷管在截去一段之前有如下结果：
（a)是渐缩喷管，出口只能达到临界状态，其出口处于临界状况 即有2a c C C =，2a c P P =，2max a m m =
（b)是缩放喷管，可以得到超音速流动，其出口必处于超音速状态，有
2b c C C >，2b c P P <，2max 2b a m m m >=（∵相同的喉部面积和参数）
2）（a)、（b)两喷管在图中所示位置各截去一段后：
（a)截后仍是渐缩喷管 ， 2a c C C =，2a c P P =，''2max max a m m m =>
（因为出口面积增大了）
（b)截后仍是缩放喷管，'22b b c C C C >>，'22b b c P P P <<''2max max 2b b m m m m ===
（因为喉部面积和参数未变）
习 题
5-1 用管道输送天然气（甲烷）。已知管道内天然气的压力为 4.5 MPa ，温度为295K 、流速为 30 m/s ，管道直径为 0.5 m 。问每小时能输送天然气多少标准立方米?
[解]：
(a)
(b)
22
3/22.422.422.443.140.530 4.510636008.7158/416.3043518.329.5
std
m AC V D C P V M M M RT m h
π??=?=?=????????==???
或
22
343.140.5303600293.15 4.5101
8.7158/4295 1.01325105
std std std
std std mRT D C T P V P T P m h
π???==
????????=
=???
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 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
2343.3 a m s ==
因而 111/550/626.20.87831M c a ===<是亚音速气流 因而 222/380/343.3 1.10691M c a ===>是超音速气流
5-3 已测得喷管某一截面空气的压力为 0.3 MPa 、温度为 700 K 、流速为 600 m/s 。视空气为定比热容理想气体，试按定比热容和变比热容（查表）两种方法求滞止温度和滞止压力。能否推知该测量截面在喷管的什么部位?
[解]：
1)按定比热容计算，
空气可认为是理想气体,由(5-24)式和(5-25)式可得：
22
*
0600700879.10221005
p C T T K C =+=+=?
0 1.4
2
1
1.41
*600
10.310610.666221005700p C P P MPa C T κκ--?
???=+=?+= ?
?
?????
??
2)按变比热容查表计算
a)按平均比热计算，由700K 查附表3 0 1.031/()p C kJ kg K =?
22
*
0600700874.59221031
p C T T K C =+=+=?
00 1.42
1
1.41
*
0600
10.310610.654221031700p C P P MPa C T κκ--????=+
=??+= ? ?
?????
??
b)按比热经验公式计算，由附表2查得空气'0p C 经验公式为
'23
0012336293
0.97050.06791107000.1658107000.0578*******.0760/()
p C a a T a T a T kJ kg K ---=+++=???+??-??=?22
*
'
600700867.292107602p C T T K C =+=+=?
02
1
*
'0 1.4
2
1.41
12600
0.31010.63521076700p C
P P C T MPa
κκ--??=+ ?
?????=??+= ?
????
要判断所测截面位置必先判断其流速是否超音速
/ 1.13121M c a ==
=
=>
所以属于超音速流动，所用喷管必为缩放形喷管，可以为所测截面一定是喉
部截面之后。(∵在喉部截面之前不能超音速)
5-4 压缩空气在输气管中的压力为0.6 MPa 、温度为 25 ℃，流速很小。经
一出口截面积为 300 mm 2
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：
2217.4/C m s
=
=由连续方程 22
22
A C m V =
可知，要求2V ，必先求*V 对理想气体： **
3*287.1298.15
0.14266/6105RT V m kg P
+===?
等熵流动： 0
1
1
1.4**3
226(/)0.142660.1752/4.5V V P P m kg κ??==?= ???
所以 42222310217.4
0.3723/0.1752A C m kg s V -??===
2V 也可以如下求得：
对等熵流动： 00
11.411.4
*22* 4.
5298.15274.626P T T K
P κκ--????==?=
?
???
??
所以 3222
280.1274.620.1752/4.5105
RT V m kg P +===?
同样可得： 42222310217.4
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*
10.16660.5236
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 1.41
421.422
131020.14266 1.410.14212/c A m m m a V kg s
κκκ+-+-?-??===
?+??
???= ?+??=【（去掉1）】 或由 2222
A C m V =计算
1
1
*
1.4*3
2210.142660.2251/0.528P
V V m kg P κ????==?= ?
???
??
所以 42222310316
0.4212/0.2251
A C m kg s V -??===
5-6 空气进入渐缩喷管时的初速为 200 m/s ，初压为 1 MPa ，初温为 400 ℃。求该喷管达到最大流量时出口截面的流速、压力和温度。
[解]： 喷管为渐缩形，故达到最大流量是应为临界状态，故有
210.52810.528c P P MPa
β==?= 0
0 1.4
1
2 1.41
211(400273.15)(0.528)560.88P
T T K P κκ--??=+=+
?= ?
??
22
*1110200673.15693.05221005
p C T T K C =+
=+=?
20481.81/C C a m s ====
5-7 试设计一喷管，工质是空气。已知流量为 3 kg/s ，进口截面上的压力
为 1 MPa 、温度为 500 K 、流速为 250 m/s ，出口压力为 0.1 MPa 。
[解]: 0 1.4κκ==， 21
0.10.10.5281c P P ββ=
==<=, 故应选缩放形喷管。 为此先求进口滞止参数。因为进口流速10C >
2
1116
1113287.1
500177.26 mm
250110mv
RT m A C C p ?=
==?=? 146.8 mm D =
=
22
*
1110250500531.1221005
p C T T K C =+=+=?
0 1.4
2
2
1
1.41
*
11101250
111 1.2351 221005500p C P P MPa C T κκ--????=+=?+= ? ?
?
????
??
**
*63
1
11/287.1531.1/1.2351100.1235
/V RT P m
kg
==??= 临界流速
421.8 /c C a m s ===
出口流速
2739.5 /C m s ==
喉部截面
1
1
*
*
*min *11.4
2
61
3287.1531.11
1385.62 mm 421.80.5281.235110c c c c c c mV m P
m RT A V C C P C P κκβ????=
==
? ? ???
??
???=
??= ????
出口截面
1
**
22*2211.42
63287.1531.1
1.23513016.43 mm 739.50.11.235110c mV m RT P A C C P P κ??=
=? ??????
=
??= ????
喷管截面设计成圆形，因此喉部直径为min D ，出口截面直径为2D
min 42 mm D =
=
=
262 mm D =
=
取渐放段锐角010α=，则渐放段长度为
2min 6242
114.30 mm 102tan
2tan
2
2
D D L α
--=
=
=? 渐缩段较短，从较大的进口直径光滑地过渡到喉部直径即可。
5-8 一渐缩喷管，出口流速为 350 m/s ，工质为空气。已知滞止温度为
min
42.00 mm D =
262.00 mm D =
114.30 m m L =
1D
300 ℃（滞止参数不变）。试问这时是否达到最大流量?如果没有达到，它目前的流量是最大流量的百分之几?
[解]： 空气按定比热容理想气体处理：0 1.4κ=
最大流量
1 1.4122
21.42
***min min min max *
**
22
0.5787
1 1.4
1A A A m a a a v v v κκκ++-?-????=
=
= ? ?++??
??
由 C =得 ()
()()0
02
21
0**01350 1.41112 1.4287.1300273.152th
C p p RT κκκ-???
?--=-=-?????
??+??????
??
0.67480.528c β=>=，没达到max m
此时流量
min min *
**
min *
0.5505
A A m a a v v A a v
=
=所以 max
0.55050.9595%0.5789
m m ===
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 ≥
5-10 有两台单级活塞式压气机，每台每小时均能生产压力为 0.6 MPa 的压缩空气2500 kg 。进气参数都是 0.1 MPa 、20℃。其中一台用水套冷却气缸，压缩过程的多变指数n = 1.3；另一台没有水套冷却，压缩过程的指数n ==γ014.。
试求两台压气机理论上消耗的功率各为若干?如果能做到定温压缩，则理论上消耗的功率将是多少?
[解]： 三种情况压缩1kg 空气所需理论耗功为：
00 1.41 1.4102101 1.4610.2871293.151196.9/1 1.411ts P W RT kJ kg P κκκκ--????????????=-=???-= ? ?????--????????????
1.31 1.3121 1.3610.2871293.151186.8/1 1.311n n tn P n W RT kJ kg n P --????????????=-=???-= ? ?????--????????????
12216
ln ln 0.2871293.15ln 150.8/1tT P P W RT RT kJ kg P P ????==-=??=- ? ?????
三者理论上消耗的功率分别为：
2500/3600196.9136s t s P m W k W =?=?= 2500/3600186.812
9s t n P m W k W =?=
?= 2500/3600150.80104s t T P m W k W =?=
?= 由计算结果可见，等温压缩耗功最少，多变压缩耗功次之，定熵压缩耗功最多。
5-11 单级活塞式压气机，余隙比为 0.06，空气进入气缸时的温度为 32 ℃，压力为 0.1 MPa ，压缩过程的多变指数为 1.25。试求压缩气体能达到的极限压力（图5-10中p 2"）及达到该压力时的温度。当压气机的出口压力分别为 0.5 MPa 和 1 MPa 时，其容积效率及压缩终了时气体的温度各为若干?如果将余隙比降为 0.03，则上面所要求计算的各项将是多少?将计算结果列成表格，以便对照比较。
[解]：
1) 余隙比为0.06时，
由式(5-37)式 1
11c n h V V ηπ??
=-- ? ???
，当ππ=极限，v 0η=，代入上式，
1
1.25
010.06(1)π=--极限
解出 =36.22π极限， 236.22P P bar π=?=极限极限
1 1.251
1.25
12(273.1532)36.22625.6n n
T T K π--=?=
+?=极限极限
25P bar =时， 11
10.2511110.06510.8426c n
V c V V ηπ????=--=-?-= ? ?
? ?????
210P bar =时， 2
1
11.251110.061010.6814c n V n V V ηπ????=--=-?-= ? ? ? ?????
25P bar =时， 1
1.251
1.25
21(32273.15)5421.02n n T T K π--=?=+?= 210P bar =时， 1 1.251
1.25
21(32273.15)10483.63n n
T T K π
--=?=+
?=
2）余隙比为0.03时
25P bar =时， 111.2810.03510.9213V η??
=-?-= ? ???
1 1.251
1.25
21(32273.15)5421.02n n
T T K π
--=?=+
?=
210P bar =时， 11.252
10.03510.8407V η??
=-?-= ? ???
1 1.251
1.25
21(32273.15)10483.63n n
T T K π
--=?=+
?=
计算结果列简表如下：
可见：
(1) 当 n 不变时，2P 极限和2T 极限随c V /h V ↓而↑ (2) 当 n 不变时，π↑时，v η↓ (3) 当 n 不变时，π↑时，2T ↓ (4) 当 n 不变时，c V /h V ↓时，v η↑
5-12 离心式空气压缩机，流量为 3.5 kg/s ，进口压力为 0.1 MPa 、温度
为 20 ℃，出口压力为 0.3 MPa 。试求压气机消耗的理论功率和实际功率。已知压气机的绝热效率
C C,C 0.85s w w η=
=理论实际
[解]：理论耗功率
00001
1
2
11 1.41
1.4
11.4
0.33.50.2871293.151380.151.410.1cs cs P P W m m
RT P kW κκκκ---??
????=?=- ???
??????
?
?
????=????-=
???-?????
?
实际耗功率 /463.59c c s
c s
P W m k W η=?=
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″
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 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： 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？ 答：这是一个有摩擦的自由膨胀过程，相应的第一定律表达式为q du dw δ=+。又因为容器为绝热、刚性，所以0q δ=，0w δ=，因而0du =，即21u u =，所以气体的热力学能在在膨胀前后没有变化。 如果用 q du pdv δ=+ 来分析这一过程，因为0q δ=，必 有du pdv =-，又因为是膨胀过程0dv >，所以0du <，即21u u <这与前面的分析得出的21u u =矛盾，得出这一错误结论的
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 =+???蜒? 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=+???蜒?
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_______。
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 、q 二du pdv 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 ,q =du pdv 或 、.q 二 dh -vdp 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 即 q = dh - vdp 。 3. 能量方程;q =du pdv （变大）与焓的微分式dh n du V 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 二du ? pdv 与焓的微分式dh =du d 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 + |Jd （pv ） 因为 [du 二 0，[d(pv)二 0 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 9二du ? pdv 来分析这一过程？ 所以 因此焓是状态参数。 而对于能量方程来说，其循环积分: 虽然： 但是： 所以： 因此热量 q 不是状态参数。 [q = []du - pdv [du 二 0 [pdv = 0 q = 0
《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
第一篇工程热力学 第一章基本概念及气体的基本性质 第二章热力学第一定律 一、选择题 3、已知当地大气压 P b , 真空表读数为 Pv , 则绝对压力 P 为（a ）。 (a) P=P b -Pv （ b ） P=Pv -P b （ c ） P=P b +Pv 4、.若已知工质的绝对压力P=0.18MPa，环境压力Pa=0.1MPa，则测得的压差为( b ) A.真空p v =0.08Mpa B.表压力p g =0.08MPa C.真空p v =0.28Mpa D.表压力p g =0.28MPa 5、绝对压力p, 真空pv，环境压力Pa间的关系为( d ) A.p+pv+pa=0 B.p+pa－pv=0 C.p－pa－pv=0 D.pa－pv－p=0 6、气体常量R( d ) A.与气体种类有关,与状态无关 B.与状态有关,与气体种类无关 C.与气体种类和状态均有关 D.与气体种类和状态均无关 7、适用于（ c ） (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 8、某系统经过一个任意不可逆过程达到另一状态，表达式（c ）正确。 (a) ds ＞δq/T （ b ） ds ＜δq/T （ c ） ds=δq/T 9、理想气体 1kg 经历一不可逆过程，对外做功 20kJ 放热 20kJ ，则气体温度变化为（b ）。 (a) 提高（ b ）下降（ c ）不变 10、平衡过程是可逆过程的（b ）条件。 (a) 充分（ b ）必要（ c ）充要 11、热能转变为机械能的唯一途径是通过工质的（ a ） (a) 膨胀 (b) 压缩 (c) 凝结 (d) 加热 13、经历一不可逆循环过程，系统的熵（ d ）
第一章 基本概念 思 考 题 1、如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变，对吗？ 答：不对。因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力 两个因素。因此即使容器中的气体压力保持不变，当大气压力变化时，压力表的读数也会 随之变化，而不能保持不变。 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。 3、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的？ 答：“平衡”意味着宏观静止，无变化，而“过程”意味着变化运动，意味着平衡被 破坏，所以二者是有矛盾的。对一个热力系来说，或是平衡，静止不动，或是运动，变 化，二者必居其一。但是二者也有结合点，内部平衡过程恰恰将这两个矛盾的东西有条件 地统一在一起了。这个条件就是：在内部平衡过程中，当外界对热力系的作用缓慢得足以 使热力系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。 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 1-1 一立方形刚性容器，每边长 1 m ，将其中气体的压力抽至 1000 Pa ，问其 真空度为多少毫米汞柱?容器每面受力多少牛顿？已知大气压力为 0.1MPa 。 [解]：(1) 6(0.110Pa 1000Pa)/133.3224742.56mmHg v b p p p =-=?-= (2) 26()1(0.110Pa 1000Pa)99000N b F A P A P P m =?=-=??-=
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。
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=h2－h1或－w t=h2－h1 34.小于 35. 2 2 1 t t t C C> 36. ∑=ω ωn 1 i i i i i M / M / 37.热量39.环境
40.增压比 41.孤立 42热力学能、宏观动能、重力位能 (T 2－T 1) 12 T T 47.当地音速 48.环境温度 49.多级压缩、中间冷却 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. 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 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。 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 ″
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=；
第一章 3、现代发电机组中，用压力测量仪表在四个地方测量，读数分别为：表压25.6MPa 、表压0.65MPa 、表压3kPa 、真空度98kPa ，当时大气压力为101.3kPa ，求所测四个地方的绝对压力。 解答： 112233440.101325.625.70130.10130.650.7513101.33104.4101.398 3.3b g b g b g b v p p p MPa p p p MPa p p p kPa p p p kPa =+=+==+=+==+=+==-=-= 4、西方国家经常使用华氏度作为温度单位，例如测量到某人的体温为100℉，请求出对应的摄氏温度，并判断100℉的体温可能吗？。 解答： 55 (32)(10032)37.7899 t f C =-=-=? 5、我国进口发电机组中经常会用到一些不是整数的参数，例如发电机组出口蒸汽温度设计值为538℃，请求出对应的华氏温度，并分析为什么会出现非整数的温度。 解答： 9932538321000.455 f t F =+=?+=? 6、用内充水银的U 形管压力计测量压力，管内出现以下两种情况：一为水银柱中出现20mm 高的空气泡，二是水银柱中混入了水，形成一个20mm 高的水柱，请求出两种情况下的的压力p 。 解答：
1122 1122 3101.313.69.8(0.150.02) 1.09.80.02101.317.330.20118.83101.313.69.8(0.150.02) 1.293109.80.02101.317.330.00025118.63b b p p gh gh kPa p p gh gh kPa ρρρρ-=++=+??-+??=++==++=+??-+???=++= 可见，气体柱的压力可以忽略。 第二章 5、某封闭系统进行如图所示的循环，12过程中系统和外界无热量交换，但热力学能减少50kJ ；23过程中压力保持不变，p 3=p 2=100kPa ，容积分别为V 2=0.2m 3，V 3=0.02 m 3；31过程中保持容积不变。求： 各过程中工质所作的容积功以及循环的净功量； 循环中工质的热力学能变化以及工质和外界交换的热量； 解答： 12121212123 233221 313 12311231122331123112311231123112:0(50)5023:()100(0.020.2)1831:0 1231:0 5018032 32Q U W W Q U kJ W pdV p V V kJ W pdV U W W W W kJ Q U W W kJ =?+?=-?=--===-=?-=-==?==++=-+==?+==?? 6、水可视作不可压缩。现对一绝热封闭容器内的水加压，加压前水的容积为0.1m 3，压力为0.2MPa ，加压后压力为1.2MPa 。求： （1） 加压过程中外界对水所作容积功； （2） 水的热力学能的变化； （3） 水的焓的变化。
工程热力学习题集及答案 一、单项选择题 1._________过程是可逆过程。( C ) A.可以从终态回复到初态的 B.没有摩擦的 C.没有摩擦的准平衡 D.没有温差的 2.绝对压力p, 真空p v ，环境压力P a 间的关系为( D ) A.p+p v +p a =0 B.p+p a －p v =0 C.p －p a －p v =0 D.p a －p v －p=0 3.闭口系能量方程为( D ) A.Q+△U+W=0 B.Q+△U －W=0 C.Q －△U+W=0 D.Q －△U －W=0 4.气体常量Rr( A ) A.与气体种类有关,与状态无关 B.与状态有关,与气体种类无关 C.与气体种类和状态均有关 D.与气体种类和状态均无关 5.理想气体的 是两个相互独立的状态参数。( C ) A.温度与热力学能 B.温度与焓 C.温度与熵 D.热力学能与焓 6.已知一理想气体可逆过程中,w t =w,此过程的特性为( B ) A.定压 B.定温 C.定体 D.绝热 7.卡诺循环如图所示,其吸热量Q 1=( A ) A.RrT 1ln 21p p B.RrT 1ln 21v v C.T 1△S 34 D.T 1△S 21 8.在压力为p 时,饱和水的熵为s ′; ″。当湿蒸汽的干度0s>s ″ 9.电厂热力设备中，两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程 内的热力过程可视为定温过程。C A.锅炉 B.汽轮机 C.凝汽器 D.水泵 10.可逆绝热稳定流动过程中,气流焓的变化与压力变化的关系为( B ) A. dh=－vdp B.dh=vdp C.dh=－pdv D.dh=pdv 11.水蒸汽动力循环的下列设备中,有效能损失最大的设备是( A ) A.锅炉 B.汽轮机 C.凝汽器 D.水泵 12.活塞式压气机的余隙容积增大使( B ) A.w c 增大, ηv 减小 B.w c 不变, ηv 减小 C.w c 不变, ηv 不变 D.w c 减小, ηv 减小 13.已知燃气轮机理想定压加热循环压气机进,出口空气的温度为T 1、T 2;燃烧室
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