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工程热力学课后作业答案第五版(全)

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

8314

0==

M R R ＝296.9)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度

101325

273

9.296?==

p RT v ＝0.8kg m /3

ρ＝1.253/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv

Mv ＝

T R 0＝64.27kmol m /3

2-3．把CO 2压送到容积3m

的储气罐里，起始表压力

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

11RT v p m =

压送后储气罐中CO 2的质量

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

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

)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

.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？

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

==11

2T V V T 582K

（2）空气的初容积 p=3000

×9.8/(

r 2

)+101000=335.7kPa

mRT V 110.527 m 3

空气的终态比容

V m V v 1

222=

＝0.5 m 3/kg 或者

RT v 2

20.5 m 3/kg （3）初态密度

527

.012

.211=

V m ρ＝4 kg /m 3 ==2

2v ρ 2 kg /m 3

2-9

解：（1）氮气质量

300

8.29605.0107.136???==RT pv m ＝7.69kg （2）熔化温度

.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 ＝

28.86 气体常数

.288314

M R R ＝288)/(K kg J ? 容积成分

2/22Mo M g r o o =＝20.9％ =2N r

1－20.9％＝79.1％

标准状态下的比容和密度

.2286

.284.22=

=M ρ＝1.288 kg /m 3 ρ

v ＝0.776 m 3/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：

（1）天然气在标准状态下

的密度；

（2）各组成气体在标准状

态下的分压力。

解：（1）密度 .

05818.04418.0306.01697(+?+?+?+?==∑i i M r M ＝16.48

30/736.04

.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

==325.101*%974CH p 98.285kPa

同理其他成分分压力分别为：（略）

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+

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。

400

2000?

Q＝2.67×105kJ

（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+

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。

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

Qδ

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

Q+

?)4

(

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

)]

5.1(

)

5.1

[(

5.1-

＝90kJ

由状态方程得

1000＝a*0.2+b

200=a*1.2+b

解上两式得：

a=-800

b=1160

则功量为

2.1

2.0

]

1160

)

800

(

[5.1

5.1v

pdv

W-

＝900kJ

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

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

1211222p 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= m cv2-m cv1 m cv2 u cv2- m cv1u cv1=m0h0 (1) h0=c p T0

u cv2=c v T2 u cv1=c v T1 m cv1=1

1RT V p

m cv2 =2

2RT V p

代入上式(1)整理得

)

10(1212p p T kT T T kT T -+=

=398.3K

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

1.78℃

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 ＝138.84kW

(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0.06m 3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

5420

300

122?==

P T T p ＝3.57MPa

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=c p T0 L=kp

??===

==RT pV kpAp pAkdp pAdL w 2

2121 T=

=+05.0T R

c c v p 552K=279℃

同（2）只是W 不同

?===RT pV pdV w

=+00T T R

c c v p 473K ＝

200℃

3－13 解：h W ?-= 对理想气体T c h p ?=

c u v ?=

3－14 解：（1）理想气体状态方程

293*21

12==

p p T T ＝586K （2）吸热：

k R

RT V p T mc Q v ?-=

?=1

11＝

2500kJ

3-15 解：烟气放热等于空气吸热

1m 3空气吸取1.09 m 3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：

330

473

210773*120)21(2211?=

++=

＋c m m cT m cT m T ＝582K ＝309℃

3－17 解：等容过程

=-=

c c k p p 1.4

12112--=

--=?=k v

p v p k RT RT m

T c m Q v ＝37.5kJ

3-18 解：定压过程

T1=

287

103

.0104.206813???=mR V p =216.2K T2=432.4K 内能变化：

.216)287.001.1(1?-?=?=?t mc U v ＝156.3kJ 焓变化：

?=?=?3.1564.1U k H 218.8

功量交换：

306.0122m V V ==

.04.2068)12(?=-==?V V p pdV W ＝62.05kJ

热

量

交

换

： 05.623.156+=+?=W U Q =218.

35 kJ p73

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 ＝0.9

因为

c q n ?=

内能变化为

R c v 2

＝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 /=?=?＝8×10

膨胀功：u q w ?-=＝32 ×103J 轴功：==nw w s

28.8

×103J

焓变：u k T c h p ?=?=?＝1.4×8＝11.2 ×103J 熵变：1

2ln

2ln 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

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（1）膨胀功：

])

(1[111

k p p k RT w ---=＝111.9×

103

J 熵变为0

（2）)21(T T c u w v -=?-=＝88.3×103

2ln 12ln

p p R T T c s p -=?＝

116.8)/(K kg J ?

（3）21ln 1p p RT w =＝195.4×

)/(K kg J ?

1ln

p p R s =?＝0.462×

103)/(K kg J ? （4）

]

)

2(1[111

n p p n RT w ---=＝

67.1×103J

n p p T T 1)

(12-=＝189.2K

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

===1

ln *373*287*4.22*293.112ln

V V mRT w 7140kJ

==?1

V V mR s 19.14kJ/K (2)自由膨胀作功为0

==?1

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

.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 熵变：

==?1

V V mR s －2.1 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0.1MPa 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 ＝101.3kPa ，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 5

68.3K

（2）内能变化：

=-=

-=?)2863.568(*287*2

)12(T T c u v 202.6kJ/kg

=-=

-=?)2863.568(*287*2

)12(T T c h p 283.6 kJ/kg

==?1

p p c s v 0.49 kJ/(kg.K)

4-6 6kg 空气由初态p1＝0.3MPa ，t1=30℃，经过下列不同的过程膨胀到同一终压p2＝0.1MPa ：（1）定温过程；（2）定熵过程；（3）指数为n ＝1.2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 573.2 kJ

W Q =

T2=T1=30℃ （2）定熵过程

--=--=--])3

.01.0(1[*303*14.1287*6])

(1[114.11

4.11

k p p T k R m W 351.4 kJ Q ＝0

-=k k p p T T 1

(12221.4K

（3）多变过程

n p p T T 1)

(12-=＝252.3K

=--=--=]3.252303[*1

2.1287*6]21[1T T n R m

W 436.5 kJ

=---=-=)3033.252(*1

*6)12(n k

n c T T mc Q v

n 218.3 kJ

4－7 已知空气的初态为p1＝0.6MPa ，

v1=0.236m 3

/kg 。经过一个多变过程后终态变化为p2＝0.12MPa ，

v2=0.815m 3/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 ＝1.30

1千克气体所作的功

--=--=

.0*12.0236.0*6.0(*1

3.11]2211[11v p v p n w

146kJ/kg 吸收的热量

)1122(1

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(1

4.1113.14.13.136.5 kJ/kg 内能：

=-=?w q u 146-36.5＝－

109.5 kJ/kg 焓：

--=-=?)1122(1

)12(v p v p k k

T T c h p －153.3 kJ/kg 熵：

.012.0ln *4.717236.0815.0ln *5.100412ln 12ln

+=+=?p p c v v c s v p ＝90J/(kg.k) 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16

12p 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/(kg.k)

])1

2(1[11)21(11

n p p n RT T T n R w ---=--==200 kJ 解得：n ＝1.49 R=327 J/(kg.k)

代入解得：p c ＝533+327=860 J/(kg.k) 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[1

4.1293*287])21(1[11])

2(1[11114.111

-----=--=

--=k k

k v v k RT p p k RT w

＝-116 kJ/kg

12-=k v v T T ＝454.7K )

3/1ln(*7.454*2872

ln 22==v v RT w ＝143.4 kJ/kg w=w1+w2=27.4 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=0.25m 3

/kg ，p3＝0.1MPa ，v3=1.73m 3

/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)2

3(32==k

v v p p ＝1.5 MPa

.29610*25.0*5.12226

=R v P T ＝

1263K

p1=p2=1.5 MPa v1=22

1v T T =0.15 m 3/kg

.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 145.4 kJ/kg

定熵膨胀

=-=?)23(T T c u v 505 kJ/kg

=--=

]32[1

T T k R

w -505 kJ/kg

或者：其q=0,u w ?-== -505 kJ/kg

4-11 1标准m 3

的空气从初态1 p1＝0.6MPa ，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

6573*2871

11p RT v 0.274 m 3

/kg

===4.1)3

(*6.0)21(

12k v v p p 0.129 MPa

===-4.01)3

(*573)21(

12k v v T T 369K V2=3V1=0.822 m 3

T3=T2=369K V3=V1=0.274 m 3

===1

13*129.0)32(

23v v v v p p 0.387 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m

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：

===5

101325.0ln *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＝0.1MPa 的空气，压缩到p2＝0.8MPa ，压气机每小时吸气量为600标准m 3

。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 0.215k g/s

==2

1p p mRT W s －37.8KW 定熵

.08

.0(

1[14.1293*287*4.1*

215.0])

(1[1111

---=--=k

k s p p k kRT m W ＝－51.3 KW

4－14 某工厂生产上需要每小时供应压力为0.6MPa 的

压缩空气600kg ；设空气所初始温度为20℃，压力为0.1MPa 。求压气机需要的最小理论功率和最大理论功率。若按n ＝1.22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=1/6 kg/s

==2

ln 1p p mRT W s ＝－25.1 KW

最大功率是定熵过程

=--=-])

(1[1111

k s p p k kRT m W －32.8

多变过程的功率

=--=-])1

(1[1111

n s p p n nRT m

W －29.6

4－15 实验室需要压力为6MPa 的压缩空气，应采用一级压缩还是二级压缩？若采用二级压缩，最佳中间压力应等于多少？设大气压力为0.1，大气温度为20，压缩过程多变指数n=1.25，采用中间冷却器能将压缩气体冷却到初温。试计算压缩终了空气的温度。

解：压缩比为60，故应采用二级压缩。

中间压力：

312p p p 0.775MPa

n p p T T 1)

(23-==441K

4-16 有一离心式压气机，每分钟吸入p1＝0.1MPa ，t1=16℃的空气400 m3，排出时p2＝0.5MPa ，t2=75℃。设过程可逆，试求：

(1)此压气机所需功率为多少千瓦？

(2)该压气机每分钟放出的热量为多少千焦？解：（1） 1

1RT V p m ==8.04kg/s )

2/1ln()

1/2ln(v v p p n =

=1.13

=--==)21(1

T T n nR

mnw Ws 1183KW （2）

)12(1

T T c n k

n m

Q v ---==-712.3kJ /s

4－17 三台空气压缩机的

余隙容积均为6％，进气状态均为0.1MPa 、27℃，出口压力均为0.5MPa ，但压缩过程的指数不同，分别为：n1=1.4，n2=1.25，n3=1。试求各压气机的容积效率（假设膨胀过程的指数和压缩过程的指数相同）。解：]1)12[(11

--=n v p p c λ

n=1.4: =

--=]1)1

.05

.0[(*06.014.11

v λ0.87

n=1.25：v λ=0.84 n=1： v λ=0.76

7-1当水的温度t=80℃，压力分别为0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa 时，各处于什么状态并求出该状态下的焓值。解：查表知道 t=80℃时饱和

压力为0.047359MPa 。因此在0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa 时状态分别为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。焓值分别为2649.3kJ/kg ，334.9 kJ/kg ，335 kJ/kg ，335.3 kJ/kg ，335.7 kJ/kg 。

7－2已知湿蒸汽的压力p=1MPa 干度x=0.9。试分别

用水蒸气表和h-s 图求出h x ，v x ，u x ，s x 。

解：查表得：h``＝2777kJ/kg

h`=762.6 kJ/kg

v``＝0.1943m 3/kg

v`＝0.0011274 m 3/kg

u``= h``－pv``=2582.7 kJ/kg

u`＝h`－pv`=761.47

kJ/kg

s``=6.5847 kJ/(kg.K)

s`＝2.1382 kJ/(kg.K) h x

＝

xh``+(1-x)h`=2575.6

kJ/kg v x

＝

xv``+(1-x)v`=0.1749

m 3/kg

u x ＝xu``+(1-x)u`=2400 kJ/kg s x

＝

xs``+(1-x)s`=6.14

kJ/(kg.K)

7-3在V ＝60L 的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定其温度t ＝210℃，干饱和蒸汽的含量m v =0.57kg ，试求此湿蒸汽的干度、比容及焓值。解：t ＝210℃的饱和汽和饱和水的比容分别为： v``＝0.10422m 3/kg

v`＝0.0011726 m 3/kg

h``＝2796.4kJ/kg

h`=897.8 kJ/kg

湿饱和蒸汽的质量：x

m m v =

`)1(``v x xv m

-+= 解之得： x=0.53 比

容：

v x

＝

xv``+(1-x)v`=0.0558 m 3/kg 焓

：

h x

＝

xh``+(1-x)h`=1904kJ/kg 7－4将2kg 水盛于容积为0.2m 3的抽空了的密闭刚性容器中，然后加热至200℃试求容器中（1）压力；（2）焓；（3）蒸汽的质量和体积。解：（1）查200℃的饱和参数 h``＝2791.4kJ/kg

h`=852.4 kJ/kg

v``＝0.12714m 3/kg v `＝

0.0011565m 3/kg 饱和压力1.5551MPa 。刚性容器中水的比容：

.0=

v ＝0.1 m 3/kg

```

v v v v x x --=＝0.78 焓

：

h x

＝

xh``+(1-x)h`=2364.8kJ/kg

蒸汽的质量和体积：

(完整版)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 =+???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?

工程热力学思考题

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

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℃

工程热力学课后作业答案(第七章)第五版

7-1当水的温度t=80℃，压力分别为0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa 时，各处于什么状态并求出该状态下的焓值。解：查表知道 t=80℃时饱和压力为0.047359MPa 。因此在0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa 时状态分别为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。焓值分别为2649.3kJ/kg ，334.9 kJ/kg ，335 kJ/kg ，335.3 kJ/kg ，335.7 kJ/kg 。 7－2已知湿蒸汽的压力p=1MPa 干度x=0.9。试分别用水蒸气表和h-s 图求出h x ，v x ，u x ，s x 。解：查表得：h``＝2777kJ/kg h`=762.6 kJ/kg v``＝0.1943m 3/kg v`＝0.0011274 m 3/kg u``= h``－pv``=2582.7 kJ/kg u`＝h`－pv`=761.47 kJ/kg s``=6.5847 kJ/(kg.K) s`＝2.1382 kJ/(kg.K) h x ＝xh``+(1-x)h`=2575.6 kJ/kg v x ＝xv``+(1-x)v`=0.1749 m 3/kg u x ＝xu``+(1-x)u`=2400 kJ/kg s x ＝xs``+(1-x)s`=6.14 kJ/(kg.K) 7-3在V ＝60L 的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定其温度t ＝210℃，干饱和蒸汽的含量m v =0.57kg ，试求此湿蒸汽的干度、比容及焓值。解：t ＝210℃的饱和汽和饱和水的比容分别为： v``＝0.10422m 3/kg v`＝0.0011726 m 3/kg h``＝2796.4kJ/kg h`=897.8 kJ/kg 湿饱和蒸汽的质量：x m m v = `)1(``v x xv m V -+= 解之得： x=0.53 比容：v x ＝xv``+(1-x)v`=0.0558 m 3/kg 焓：h x ＝xh``+(1-x)h`=1904kJ/kg 7－4将2kg 水盛于容积为0.2m 3的抽空了的密闭刚性容器中，然后加热至200℃试求容器中（1）压力；（2）焓；（3）蒸汽的质量和体积。解：（1）查200℃的饱和参数 h``＝2791.4kJ/kg h`=852.4 kJ/kg v``＝0.12714m 3/kg v`＝0.0011565m 3/kg 饱和压力1.5551MPa 。刚性容器中水的比容： 2 2.0=v ＝0.1 m 3/kg

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

工程热力学第四版课后思考题答案

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

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

工程热力学思考题参考答案,第四章

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？

工程热力学-课后思考题答案

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。

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 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。 3.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。 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？在绝对压力计算公式 P 二P b P e (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? 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”。 5.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。 6.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。 7.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。 &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, 问气体係统）是否作功? 图1-16 .吾苦翹E附團 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; ⑵b情况下系统也与外界无力的作用，因此系统不对外界作功；

工程热力学课后作业答案(第七章)第五版

7-1当水的温度t=80℃，压力分别为、、、及1MPa时，各处于什么状态并求出该状态下的焓值。解：查表知道t=80℃时饱和压力为。因此在、、、及1MPa时状态分别为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。焓值分别为kg，kJ/kg，335 kJ/kg，kJ/kg，kJ/kg。 7－2已知湿蒸汽的压力p=1MPa干度x=。试分别用水蒸气表和h-s图求出hx，vx，ux，sx。解：查表得：h``＝2777kJ/kg h`= kJ/kg v``＝kg v`＝m3/kg u``= h``－pv``= kJ/kg u`＝h`－pv`= kJ/kg s``= kJ/ s`＝kJ/ hx＝xh``+(1-x)h`= kJ/kg vx＝xv``+(1-x)v`= m3/kg ux＝xu``+(1-x)u`=2400 kJ/kg sx＝xs``+(1-x)s`= kJ/ 7-3在V＝60L的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定其温度t＝210℃，干饱和蒸汽的含量mv=，试求此湿蒸汽的干度、比容及焓值。解：t＝210℃的饱和汽和饱和水的比容分别为： v``＝kg v`＝m3/kg h``＝kg h`= kJ/kg 湿饱和蒸汽的质量：解之得： x= 比容：vx＝xv``+(1-x)v`= m3/kg 焓：hx＝xh``+(1-x)h`=1904kJ/kg 7－4将2kg水盛于容积为的抽空了的密闭刚性容器中，然后加热至200℃试求容器中（1）压力；（2）焓；（3）蒸汽的质量和体积。解：（1）查200℃的饱和参数 h``＝kg h`= kJ/kg v``＝kg v`＝kg 饱和压力。刚性容器中水的比容：＝m3/kg

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？

工程热力学思考题答案

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

工程热力学课后题答案

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

工程热力学思考题答案,第二章

第二章热力学第一定律 1.热力学能就是热量吗? 答：不是，热是能量的一种，而热力学能包括内位能，内动能，化学能，原子能，电磁能，热力学能是状态参数，与过程无关，热与过程有关。 2.若在研究飞机发动机中工质的能量转换规律时把参考坐标建在飞机上，工质的总能中是否包括外部储能？在以氢氧为燃料的电池系统中系统的热力学能是否包括氢氧的化学能？答：不包括，相对飞机坐标系，外部储能为0；以氢氧为燃料的电池系统的热力学能要包括化学能，因为系统中有化学反应 3.能否由基本能量方程得出功、热量和热力学能是相同性质的参数结论？答：不会，Q U W ?为热力学能的差值，非热力学能，热=?+可知，公式中的U 力学能为状态参数，与过程无关。 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，如图2-1 所示。若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何变化？若隔板上有一小孔，气体泄漏入 B 中，分析A、B 两部分压力相同时A、B 两部分气体的热力学能如何变化？答：将隔板抽去，根据热力学第一定律q u w w=所以容 =?+其中0 q=0 器中空气的热力学能不变。若有一小孔，以B 为热力系进行分析

2 1 2 2 222111()()22f f cv j C C Q dE h gz m h gz m W δδδδ=+++-+++ 只有流体的流入没有流出，0,0j Q W δδ==忽略动能、势能c v l l d E h m δ=l l dU h m δ=l l U h m δ?=。B 部分气体的热力学能增量为U ? ，A 部分气体的热力学能减少量为U ? 5.热力学第一定律能量方程式是否可以写成下列两种形式： 212121()()q q u u w w -=-+-，q u w =?+的形式，为什么？答:热力学第一定律能量方程式不可以写成题中所述的形式。对于 q u w =?+只有在特殊情况下，功w 可以写成pv 。热力学第一定律是一个针对任何情况的定律，不具有w =pv 这样一个必需条件。对于公式212121()()q q u u w w -=-+-，功和热量不是状态参数所以不能写成该式的形式。 6.热力学第一定律解析式有时写成下列两种形式： q u w =?+ 2 1 q u pdV =?+? 分别讨论上述两式的适用范围. 答： q u w =?+适用于任何过程，任何工质。 2 1 q u pdV =?+? 可逆过程，任何工质 7.为什么推动功出现在开口系能量方程式中，而不出现在闭口系能量

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《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；

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