工程热力学课后习题及答案第六版完整版
工程热力学课后习题及
答案第六版完整版 Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】
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
101325
2739.296?==
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
压送后储气罐中CO 2的质量
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
)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，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
、8.5 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℃，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
2
2T V V T 582K （2）空气的初容积
p=3000×(πr 2)+101000=
==
p
mRT V 1
10.527 m 3
空气的终态比容
m
V m V v 1
222==
＝0.5 m 3/kg 或者
==
p
RT v 2
20.5 m 3/kg （3）初态密度
527.012.211=
=
V m ρ＝4 kg /m 3
==
2
12v 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
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
.2883140==
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 /m 3
ρ
1
=
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
＝
（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
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
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。
60/204002000??=Q ＝×105
kJ
（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 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。
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
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 +?=
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+
=
)]
85
1
1
5.1(
)
85
2
2
5.1
[(
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
2.1
2.0
]v＝
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
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
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。
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
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0.06m 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
罐内温度回复到室温过程是定容过程
5420
300122?==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=c p T0
L=kp
T=
=+05.0T R
c c v p 552K=279℃
同（2）只是W 不同
T=
==+00T T R
c c v p 473K ＝200℃
3－13 解：h W ?-=
对理想气体T c h p ?=
3－14 解：（1）理想气体状态方程
293*21
2
12==
p p T T ＝586K （2）吸热：
T 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 +=+
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
=-=
R
c c k p p
1
12112--=
--=?=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： 3
06.0122m V V ==
03.04.2068)12(?=-==?V V p pdV W ＝
热量交换：
05.623.156+=+?=W U Q = 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 ＝
因为
内能变化为
R c v 2
5
=
＝)/(K kg J ?
v p c R c 5
7
27==
＝)/(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 ×103
J
轴功：==nw w s ×103J
焓变：u k T c h p ?=?=?＝×8＝ ×103J
熵变：1
2ln 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
（1） 膨胀功：
])
1
2
(1[111
k
k p p k RT w ---=＝×103
J
熵变为0
（2）)21(T T c u w v -=?-=＝×103J
1
2
ln 12ln
p p R T T c s p -=?＝)/(K kg J ? （3）2
1
ln
1p p RT w =＝×103)/(K kg J ? 2
1
ln
p p R s =?＝×103)/(K kg J ? （4）])
1
2
(1[111
n
n p p n RT w ---=＝×103
J
n
n p p T T 1)
1
2
(12-=＝
1
2ln 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
10
ln *373*287*4.22*293.112ln
V V mRT w 7140kJ
==?1
2
ln
V V mR s K (2)自由膨胀作功为0
==?1
2
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 －
放热
因为定温，内能变化为0，所以
内能、焓变化均为0
熵变：
==?1
2
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 （2） 内能变化：
=-=
-=?)2863.568(*287*2
5
)12(T T c u v kg
=-=
-=?)2863.568(*287*2
7
)12(T T c h p kJ/kg
==?1
2
ln
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
T2=T1=30℃
（2）定熵过程 =--=--=--])3
.01.0(1[*303*14.1287*6])
12
(1[114.114.11
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)
12
(12-=＝
=--=--=]3.252303[*1
2.1287*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=0.236m 3
/kg 。经过一个多变过程后终态变化为p2＝，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
=
=
----)236.0*6.0825.0*12.0(1
4.11
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
16
1
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/
])
12(1[11)21(11
n
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[1
4.1293
*287])21(1[11])
1
2(1[11111
----=--=
--=k k
k v v k RT p p k RT w
＝-116 kJ/kg
1
)2
1(
12-=k v v T T ＝ )3/1ln(*7.454*2872
3
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=0.25m 3/kg ，p3
＝，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)23(32==k v v p p ＝ MPa
8
.29610*25.0*5.12226
==R v P T ＝1263K
p1=p2= MPa
v1=22
1v T T =0.15 m 3
/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[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＝，
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：=?==
510
6573*287111p RT v 0.274 m 3
/kg ===4.1)3
1
(*6.0)21(
12k v v p p MPa ===-4.01)3
1
(*573)21(
12k v v T T 369K V2=3V1=0.822 m 3
T3=T2=369K
V3=V1=0.274 m 3
===1
1
3*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m 3
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＝的空气，压缩到p2＝，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 0.215kg/s ==2
1
ln
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 ==2
1ln
1p p mRT W s =
--=-])
12
(1[1111k
k s p p k kRT m W =--=-])
12
(1[1111n
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
1
1RT 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)1
2
[(11
--=n v p p c λ=--=]1)1
.05
.0[(*06.014.11
v λv λv λx m m v
=2
2.0=v ````
v v v v x x --==-+=`)1(``v x xv v v V
m =
=-+=`)1(``v x xv v 3600mv v
= π
c v
r =120
01.1273
2874000
1015?????=?=?=t c RT pV t mc q p p =-=
`
h h q
m s )4.5615.2725(*94.0120*005.1*293.1*4000-=m 0
010292m 3/kg v``＝kg
h``＝kg h`= kJ/kg p2=
比容：5
.044601.0=
=
m V v x ＝ m 3
/kg 干度：`
```
v v v v x x --=
＝
焓：h x ＝xh``+(1-x)h`=kg
放出的热量：q=m(h ``120-h x -v x (p2-p1))=817 kJ
7－9有一刚性容器，用一薄板将它分隔为A 、B 两部分。在A 中盛有1kg 、压力p A ＝ MPa 的干饱和蒸汽，B 中盛有2kg p B ＝1 MPa ，x ＝的湿蒸汽。当隔板抽去后，经过一段时间容器中的压力稳定在p 3＝ MPa 。求（1）容器的总容积及终了时蒸汽的干度；（2）由蒸汽传给环境的热量。
解：（1）容器的总容积
p A ＝ MPa 的干饱和蒸汽参数 v``＝kg h``＝kg
u A ＝kg
A 占容积：V A =m A v``= m 3
p B ＝1 MPa 的饱和蒸汽参数
v``＝kg v`＝kg
h``＝2777kJ/kg h`＝kg
v B =xv``+(1-x)v`= m 3/kg
h B ＝xh``+(1-x)h`=2374kJ/kg
u B ＝2219kJ/kg
B 占容积：V A =m B v= m 3
总容积:V=V A +V B = m 3
的饱和蒸汽参数
v``＝kg v`＝kg
h``＝kg h`＝kg
蒸汽比容：==
m V v m 3
/kg 蒸汽干度：`
```
v v v v x x --=
＝
（2）由蒸汽传给环境的热量
终了时的焓：h x ＝xh``+(1-x)h`=2502kJ/kg
工程热力学例题答案解
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
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。 )( )( b v b b e b P P P P P P P P P P <-=>+=；
工程热力学答案
第一章 1. 平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？ 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 2. 表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变 化？ 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3． 当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？ 答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？ 答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？ 答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7. 用U 形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 1-3解： bar p p p a b 07.210.197.01=+=+= bar p p p b 32.005.107.212=-=-= bar p p p b C 65.032.097.02=-=-= 第二章 1.绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满整个容器。问：⑴ 空气的热力学能如何变化？ ⑵ 空气是否作出了功？ ⑶ 能否在坐标图上表示此过程？为什么？答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程 的热力学能不变。（2）空气对外不做功。 （3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。 2. 下列说法是否正确？ ⑴ 气体膨胀时一定对外作功。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。 ⑵ 气体被压缩时一定消耗外功。 对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。 ⑶ 气体膨胀时必须对其加热。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。 ⑷ 气体边膨胀边放热是可能的。 对，比如多变过程，当n 大于k 时，可以实现边膨胀边放热。 ⑸ 气体边被压缩边吸入热量是不可能的。 错，比如多变过程，当n 大于k 时，可以实现边压缩边吸热。 ⑹ 对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。 错，比如多变过程，当n 大于1，小于k 时，可实现对工质加热，其温度反而降低。 3“任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？
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 =+??? 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：
工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕
工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕 -标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
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Array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 热力学第零定律 The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperature. In order to measure temperature of body A, we compare body C — a thermometer — with body A and 4题图 temperature scales (温度的标尺，简称温标) separately. When they are in thermal equilibrium, they have the same temperature. Then we can know the temperature of body A with temperature scale marked on thermometer. 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 9题图
工程热力学习题集与答案
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
工程热力学第四版课后思考题答案解析
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。 4题图
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。 10．分析汽车动力系统（图1-21）与外界的质能交换情况。吸入空气，排出烟气，输出动力（机械能）以克服阻力，发动机水箱还要大量散热。不考虑燃烧时，燃料燃烧是热源，燃气工质吸热；系统包括燃烧时，油料发生减少。 11．经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？包括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态？ 经历一个不可逆过程后，系统可以恢复原来状态，它将导致外界发生变化。包括系统和外界的整个大系统不能恢复原来 状态。 12．图1-22中容器为刚性绝热容器，分成两部分，一部分装气体，一部分 抽成真空，中间是隔板， （1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？ p 1 9题图
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；
(完整版)工程热力学习题集附答案
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_______。
工程热力学课后思考题标准答案第四版沈维道童钧耕
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 ＜ ｐb ) 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? 热力学第零定律 Th ｅ zerot ｈ l ａw of the ｒｍodyn ａmics ena ｂｌe ｓ u ｓ to m ｅa ｓure ｔemp ｅrature ． In ord ｅr to m ｅasure temperatur ｅ of bo ｄy Ａ, w ｅ compare ｂody Ｃ — a ｔhermometer — with body A a ｎd ｔempe ｒatu ｒe scal ｅs （温度的标尺，简称温标) ｓeparately. W ｈen ｔh ｅy are ｉn th ｅr ｍal e ｑｕｉli ｂrium, t ｈey have ｔhe sa ｍe tempera ｔure ． Then we can know th ｅ ｔemp ｅrat ｕｒe of b ｏd ｙ Ａ wit ｈ ｔe ｍｐerat ｕr ｅ scal ｅ m ａrk ｅd on t ｈermometer. 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。 p 2=p g 2+p 1 p b p g 2 p g 1 p 1=p g 1+p b 4题图
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
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》(第四版)习题提示及答案01章习题提示与答案
习题提示与答案 第一章 基本概念及定义 1-1 试确定表压力为0.1 kPa 时U 形管压力计中的液柱高度差。(1)液体为水，其密度为1 000 kg/m 3；(2)液体为酒精，其密度为789 kg/m 3。 提示：表压力数值等于U 形管压力计显示的液柱高度的底截面处液体单位面积上的力，g h p ρ?=e 。 答案：(1) mm 10.19=?水h (2) mm 12.92=?酒精h 。 1-2 测量锅炉烟道中真空度时常用斜管压力计。如图1-17所示，若=30°，液柱长度l ＝200 mm ，且压力计中所用液体为煤油，其密度为800 kg/m 3 ，试求烟道中烟气的真空度为多少mmH 2O(4 ℃)。 提示：参照习题1-1的提示。真空度正比于液柱的“高度”。 答案：() C 4O mmH 802v =p 。 1-3 在某高山实验室中，温度为20 ℃，重力加速度为976 cm/s 2，设某U 形管压力计中汞柱高度差为30 cm ，试求实际压差为多少mmHg(0 ℃)。 提示：描述压差的“汞柱高度”是规定状态温度t =0℃及重力加速度g =980.665cm/s 2下的汞柱高度。 答案：Δp =297.5 mmHg(0℃)。 1-4 某水塔高30 m ，该高度处大气压力为0.098 6 MPa ，若水的密度为1 000 kg/m 3 ，求地面上水管中水的压力为多少MPa 。 提示：地面处水管中水的压力为水塔上部大气压力和水塔中水的压力之和。 答案：Mpa 8 0.392=p 。 1-5 设地面附近空气的温度均相同，且空气为理想气体，试求空气压力随离地高度变化的关系。又若地面大气压力为0.1 MPa ，温度为20 ℃，求30 m 高处大气压力为多少MPa 。 提示： h g p p ρ-=0 → T R h g p p g d d - =，0p 为地面压力。 答案：MPa 65099.0=p 。 1-6 某烟囱高30 m ，其中烟气的平均密度为0.735 kg/m 3。若地面大气压力为0.1 MPa ，温度为20 ℃，现假设空气密度在烟囱高度范围内为常数，试求烟囱底部的真空度。 提示：烟囱底部真空度为该处压力与大气压力之差；烟囱顶部处的内部烟气压力与该处外部空气压力相等。不同高度处流体的压差为ρΔhg 。 图1-17 斜管压力计工作示意图
工程热力学参考答案
宁波工程学院2011～2012学年第 二 学期 《工程热力学》课程期终考试卷（A ） 题 号 一 二 三 四 五 总分 复核人 应得分 15 10 15 30 30 100 实得分 评卷人 成型、机电、制造专业适用，考试时间：120分钟 一、 填空题（每格1分，共15分） 1.卡诺循环由两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程组成。 2.迈耶公式C p -C v =R g 适用于理想气体，是否定比热容不限。 3.绝热过程P =常数，k=C p /C v ，适用于理想气体，定比热容。 4.绝热系是与外界无 热量 交换的热力系。 5.热力系在不受外界影响的条件下，系统的状态能够始终保持不变，这种状态称为 平衡 状态。 6.稳定流动系统能量方程式q dh vdp δ=-的适用条件是：稳定流动。 7.同一理想气体从同一初态分别经过定温压缩，绝热压缩和多变压缩 ()1n k <<到达同一 终压力，耗功最大的为绝热压缩过程，而耗功最小的为定温 压缩过程。 8.卡诺机A 工作在927℃和T 的两个热源间，卡诺机B 工作在T 和27℃的两个热源间。当此两个热机的热效率相等时，T 热源的温度T ＝600K 。 9.如图所示的容器，被一刚性壁分成两部分，环境压力为0.1MPa ，压力表B 的读数为40kPa ，真空计C 的读数为30kPa ，则容器两部分内气体绝对压力 1p = 0.14MPa ， 2p = 0.07MPa 。 10.活塞式压气机由于存在余隙容积，压缩耗功不变，产气量减 小，随比压增大，容积效率减小。（填“增加”、“不变”或“减小”） 二、 选择题（每题1分，共10分） 1. 准静态过程，系统经过的所有状态都接近于D A 、 初态 B 、环境状态 C 、邻近状态 D 、平衡状态 2. 有一机器可从单一热源吸收1000KJ 热量，并输出1200KJ 功，这台机器D Ａ、违反第一定律Ｂ、违反第二定律 Ｃ一个都不违反 Ｄ两个都违反 3. 若已知工质的绝对压力P=0.08MPa ，大气压力P=0.1MPa ，则测得压差A A 、真空度为0.02MPa B 、表压力0.02 MPa C 、真空度0.18MPa D 、表压力0.18 MPa 4. 气体在某一过程中吸入了100kJ 的热量，同时内能增加了150kJ ，该过程是B 班级： 姓名： 学号：
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.指岀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.指岀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 200mm，水银柱高800mm，如图2-26所示。已知大气压力为735mm Hg，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 P H 2。=200 9.80665 = 1.961 103=1.96.kPa 5 卩也=800 133.32 =1.006 10 Pa = 106.6kPa p 二P b (P H2O P Hg) =98.0 (1.961 106.6) = 206.6kPa 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。若已知斜管倾角二^30，压力计中 3 使用；=0.8g / cm的煤油，斜管液体长度L = 200mm，当地大气压力p b =0.1MPa，求烟 气的绝对压力(用MPa表示)解： p 二L 也sin : = 200 0.8 9.81 0.5 =784.8 Pa = 784.8 10“ MPa p 二p b - p v =0.1 -784.8 10^ =0.0992MPa 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110kPa，B为真空表，读数为45kPa。若当地大气压p b = 97kPa，求压力表A的读数(用kPa 表示) P g A =155kPa 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 13.4MPa ；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量， 其读数为706mmHg。若大气压力为0.098MPa，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) p_! = 0.0247M Pa P2 = 0.0039M Pa 压变为p* =0.1 0M? P a 求此时真空表上的读数为多少mmMPa ?
工程热力学思考题答案整理完成版
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，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 v b b e b P P P P P P P P 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P b 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
项目工程热力学课后规范标准答案
《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 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；