工程热力学作业.
工程热力学课后作业答案
9-1 压力为，温度为20℃的空气，分别以100、300、500 及 1000m/s 的速度流动，当被可逆绝热滞止后，问滞止温度及滞止压力各多少？解： h1=c p T1 =×293=296kJ/kg2h0=h1+c2当 c=100m/s 时：h =301 kJ/kg ，T ＝h0＝298K，p0T0k＝ MPa)k1p1 (00c p T1当 c=300m/s 时：h0=341 kJ/kg ，T0＝， p0=当 c=500m/s 时：h0=421 kJ/kg ，T0＝， p0=当 c=1000m/s 时：h0=796 kJ/kg ，T0＝， p0=9-2 质量流量m 1kg/s 的空气在喷管内作定熵流动，在截面 1-1 处测得参数值 p1= ，t1 ＝200℃， c1=20m/s。
在截面 2-2 处测得参数值 p2＝。
求 2-2 截面处的喷管截面积。
解： p c p1 0.528 0.3> MPa采纳渐缩喷管。
c1=20m/s 较小忽视。
所以 2-2 截面处是临界点T2T1( p2)p1k 1k421Kv2RT 2k g P2c22kRT1[1( p2)k 1p1k 1k ]323m/sv2 mf 2c29-3 渐缩喷管入口空气的压力 p1= ，t1 ＝80℃，c1=50m/s。
喷管背压 p = 。
求喷管出口的气流速度 c2，状态参数 v2、t2 。
如喷管出口截b面积 f2=1cm2，求质量流量。
解:p c p1 0.528=< MPa没有来临界。
滞止温度：T 0T1c12＝2c p滞止压力： p0p1(T 0) k k1＝ MPa T12kRT 0 [1k 1c2(p2) k ]m/sk1p0k 1T 2T1( p2)k＝304Kv2RT 2m3/kg P2m f 2c2m3/sv29-4 如上题喷管背压p b= 。
求喷管出口的气流速度及质量流量？解： p c p1 0.528= MPa >p b所以渐缩喷管入口截面压力p2＝p c＝ MPa由定熵过程方程可得：（按 c1＝0 办理）p2 T2 T1( )k 1k＝294Kc2＝a＝KRT 2 ＝344 m/sv2RT 2m3/kg P2f 2c23m m /s9-5 空气流经喷管作定熵流动，已知入口截面上空气参数p1= ，t1 ＝947℃， c1=0m/s。
(完整版)工程热力学习题册有部分答案
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 +Pv4、.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=0.08MpaB.表压力p g=0.08MPaC.真空p v=0.28MpaD.表压力p g=0.28MPa5、绝对压力p, 真空pv，环境压力Pa间的关系为( d )A.p+pv+pa=0B.p+pa－pv=0C.p－pa－pv=0D.pa－pv－p=06、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/T9、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 ）(a) 增大（b ）减小（c）不变（d ）可能增大，也可能减小14、能量方程适用于（ d ）(a) 只要是稳定流动，不管是否为可逆过程（b）非稳定流动，可逆过程(c) 非稳定流动，不可逆过程(d) 任意流动，任意过程15、理想气体可逆绝热过程中的技术功等于（a ）(a) －△ h （b ）u 1 -u 2 （c ）h 2 -h 1 （d ）－△ u16、可以通过测量直接得到数值的状态参数（ c ）(a) 焓(b) 热力学能(c) 温度(d) 熵18、若从某一初态经可逆与不可逆两条途径到达同一终态，则不可逆途径的△S 必( b )可逆过程△S。
工程热力学作业
由 pV mRg T ，得 m1
又容积V ＝ v1m1 = v2m2，所以 m2
v1m1 3.223 4.486kg 14.459kg v2
充进空气的质量 m m2 m1 14.459kg 4.486kg 9.973kg 3-7 定比热容理想气体，进行了 1→2、 4→3两个定容过程以及 1→4、 2→3 两个定压过程(图 3-18)。试证明： q123>q143 证明： q123 cV 0 (T2 T1 ) c p 0 (T3 T2 ) 由迈耶公式 c p 0 cv 0 Rg ，则
c p 0 cv 0 R g 得
比定容热容
cv 0 c p 0 R g 1.030kJ /( kg K ) 0.411956kJ /( kg K ) 0.618kJ /( kg K )
热容比 0 3-2
c p0 cV 0
1.030kJ /( kg K ) 1.667 0.618kJ /( kg K )
所以
1 wsh q h c 2 gz 2 12.5kJ / kg 994kJ / kg 4.75kJ / kg 15.69 10 3 kJ / kg 976.77kJ 103kg/3600s× 976.77kJ/kg=1.085× 104 kW 2-8 一汽车以 45km/h 的速度行驶，每小时耗油 34.1×10-3m3。已知汽油的密度为 0.75g/cm3， 汽油的发热量为 44000 kJ/kg，通过车轮输出的功率为 87 PS。试求每小时通过排气及水箱散 出的总热量。 解： 汽油总发热量 Q=34.1× 10−3m3× 750kg/m3× 44000kJ/kg=1125300kJ 输出功 Ws=87PS·h=2.647796×103×87=230358kJ 汽车散发热量 Qout=Q-Ws＝1125300kJ -230358kJ =894942 kJ 2-9 有一热机循环，在吸热过程中工质从外界获得热量 1800J，在放热过程中向外界放出热量 1080 J，在压缩过程中外界消耗功 700 J。试求膨胀过程中工质对外界所作的功。 解：由循环净热量＝循环净功 即 q0=w0 得 1800-1080＝W-700 故膨胀过程中工质对外界所作的功 W＝1420 J 3-1 已知氖的相对分子质量为20.183，在25℃时比定压热容为 1.030 kJ／(kg.K)。试计算(按
工程热力学第三章热力学第一定律作业
第3章 热力学第一定律3-1 一辆汽车 1 小时消耗汽油 34.1 升, 已知汽油发热量为 44000kJ/kg , 汽油密度 0.75g/cm3 。
测得该车通过车轮出的功率为 64kW, 试求汽车通过排气, 水箱散热等各种途径所放出的热量。
解: 汽油总发热量Q = 34.1×10-3m3 ×750kg/m3 ×44000kJ/kg =1125300kJ汽车散发热量Qout = Q-W ×3600 = (1125300-64×3600)kJ/h = 894900kJ/h3-2 气体某一过程中吸收了 50J 的热量, 同时, 热力学能增加 84J, 问此过程是膨胀过程还是压缩过程？ 对外作功是多少 J ？解 取气体为系统, 据闭口系能量方程式 Q = ΔU +WW = Q -ΔU = 50J -84J = -34J所以过程是压缩过程, 外界对气体作功 34J 。
3-3 1kg 氧气置于图 3-1 所示气缸内, 缸壁能充分导热, 且活塞与缸壁无磨擦。
初始时氧气压力为 0.5MPa, 温度为 27℃, 若气缸长度 2l , 活塞质量为 10kg 。
试计算拔除钉后, 活塞可能达到最大速度。
解：由于可逆过程对外界作功最大, 故按可逆定温膨胀计算：w = RgT ln V2/ V1 = 0.26kJ/(kg•K)×(273.15+ 27)K图3-1 图3-2×ln（A×2h）/ （A×h）= 54.09kJ/kgW =W0 + m'/2*Δc2 = p0(V2 -V1)+ m'/2*Δc2 （a）V1 =m1RgT1/ p1=1kg×260J/(kg•K)×300.15K/0.5×106Pa= 0.1561m3V2 = 2V1 = 0.3122m3代入(a)c2 = （2×(54.09J/kg×1kg×103-0.1×106Pa×0.1561m3)/10kg）1/2 = 87.7m/s3-4 有一飞机的弹射装置, 如图 3-2, 在气缸内装有压缩空气, 初始体积为 0.28m3 , 终了体积为0.99m3, 飞机的发射速度为61m/s, 活塞、连杆和飞机的总质量为 2722kg。
工程热力学第三章热力学第一定律作业
第3章 热力学第一定律3-1 一辆汽车 1 小时消耗汽油 34.1 升，已知汽油发热量为 44000kJ/kg ，汽油密度 0.75g/cm3 。
测得该车通过车轮出的功率为 64kW ，试求汽车通过排气，水箱散热等各种途径所放出的热量。
解： 汽油总发热量Q = 34.1×10-3m3 ×750kg/m3 ×44000kJ/kg =1125300kJ汽车散发热量Qout = Q-W ×3600 = (1125300-64×3600)kJ/h = 894900kJ/h3-2 气体某一过程中吸收了 50J 的热量，同时，热力学能增加 84J ，问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外作功是多少 J ？解 取气体为系统，据闭口系能量方程式 Q = ΔU +WW = Q -ΔU = 50J -84J = -34J所以过程是压缩过程，外界对气体作功 34J 。
3-3 1kg 氧气置于图 3-1 所示气缸内，缸壁能充分导热，且活塞与缸壁无磨擦。
初始时氧气压力为 0.5MPa ，温度为 27℃，若气缸长度 2l ，活塞质量为 10kg 。
试计算拔除钉后，活塞可能达到最大速度。
解：由于可逆过程对外界作功最大，故按可逆定温膨胀计算：w = RgT ln V2/ V1 = 0.26kJ/(kg •K)×(273.15+ 27)K图3-1 图3-2×ln（A×2h）/ （A×h）= 54.09kJ/kgW =W0 + m'/2*Δc 2 = p0(V2 -V1)+ m'/2*Δc 2 （a ）V1 =m1RgT1/ p1=1kg×260J/(kg•K)×300.15K /0.5×106Pa = 0.1561m3 V2 = 2V1 = 0.3122m3代入(a)c2 = （2×(54.09J/kg×1kg×103-0.1×106Pa×0.1561m3)/10kg）1/2= 87.7m/s3-4 有一飞机的弹射装置，如图 3-2，在气缸内装有压缩空气，初始体积为 0.28m3 ，终了体积为0.99m3，飞机的发射速度为61m/s ，活塞、连 杆和飞机的总质量为 2722kg 。
西工大(冯青) 工程热力学作业答案 第二章
0 = ( mu ′ − m0 u0 ) + 0( h + − ( m − m0 )( h +
1 2 cf + gz ) out 2
1 2 cf + gz ) in + 0 2
习题 2-13 储气罐充气
忽略宏观动能和位能后，整理得
( mu ′ − m0 u0 ) = h( m − m0 ) ,即开口系能量的增加等于
则由闭口系热力学第一定律表达式得
Q12 = ΔU 12 + W12 = 1.5( p2V2 − p1V1 ) +
1 ( p2 − p1 )(V2 + V1 ) + ( p1V2 − p2V1 ) 2
= 60 + 0.5 × ( 200 − 1000)(1.2 + 0.2) + (1000 × 1.2 − 200 × 0.2) = 660 kJ
PA2V A2 PA1V A1
× T A1 =
V2
2 × 0.00645 TA1 = 3T A1 = 900 K 1 × 0.043
(2)取 B 内气体为热力系， WB =
∫
V2
V1
pdV = ∫
RgTB1
V
V1
dV = RgTB1 ln
V2 V1
kJ
= 0.287 × 300 × ln
则 QB = ΔU B + WB = 0 − 59.68 = −59.68
cf 3′ = 2( h3 − h3′ ) =
2γRg
γ −1
(T3 − T3′ ) =
2 × 1.40 × 0.287 (600 − 370) = 21.50 m/s 1.40 − 1
西工大(冯青) 工程热力学作业答案 第一章
1-1体积为2L 的气瓶内盛有氧气2.858g，求氧气的比体积、密度和重度。
解：氧气的比体积为3310858.2102−−××==m V v =0.6998 m 3/kg 密度为vm V 110210858.233=××==−−ρ=1.429 kg/m 3重度80665.9429.1×==g ργ=14.01 N/m 31-2某容器被一刚性器壁分为两部分，在容器的不同部分安装了测压计，如图所示。
压力表A 的读数为0.125MPa，压力表B 的读数为0.190 MPa，如果大气压力为0.098 MPa，试确定容器两部分气体的绝对压力可各为多少？表C 是压力表还是真空表？表Ｃ的读数应是多少？ 解：设表A、B、C 读出的绝对压力分别为A p 、B p 和C p 。
则根据题意，有容器左侧的绝对压力为=+=+==125.0098.0gA b A p p p p 左0.223 MPa 又∵容器左侧的绝对压力为gB C B p p p p +==左 ∴033.0190.0223.0gB C =−=−=p p p 左 MPa＜b p∴表C 是真空表，其读数为033.0098.0C b vC −=−=p p p =0.065 MPa 则容器右侧的绝对压力为=−=−=065.0098.0vC b p p p 右0.033 MPa1-5水银温度计浸在冰水中时的水银柱长度为4.0cm，浸在沸水中时的水银柱长度为24.0cm。
试求：1）在室温为22℃时水银柱的长度为多少？2）温度计浸在某种沸腾的化学溶液中时，水银柱的长度为25.4cm，求溶液的温度。
解：假设水银柱长度随温度线性增加。
则1℃间隔的水银柱长度为424100−=ΔΔz t =5.00 ℃/cm 1） 在室温为22℃时水银柱的长度为=+=ΔΔ+5/224/0ztt z 8.4 cm2） 水银柱的长度为25.4cm时，溶液的温度为=×−=ΔΔ×−=5)44.25()(0ztz z t 107 ℃1-6如图所示，一垂直放置的汽缸内存有气体。
工程热力学习题及答案
工程热力学习题及答案
工程热力学学习题及答案
热力学是工程学习中的重要一环，它涉及到能量转化、热力循环等方面的知识。
在学习热力学的过程中，我们常常会遇到各种各样的学习题，下面就来看一些
典型的热力学学习题及答案。
1. 问题：一个理想气体在等压过程中，从初始状态到终了状态，其内能增加了
多少？
答案：在等压过程中，内能的增加量等于热量的增加量，即ΔU = q。
因此，
内能增加量等于所吸收的热量。
2. 问题：一个气缸中的气体经历了一个等温过程，温度为300K，初始体积为
1m³，末了体积为2m³，求气体对外界所做的功。
答案：在等温过程中，气体对外界所做的功等于PΔV，即气体的压强乘以体
积的变化量。
因此，气体对外界所做的功为PΔV = nRTln(V₂/V₁)。
3. 问题：一个理想气体经历了一个绝热过程，初始温度为400K，初始体积为
1m³，末了体积为0.5m³，求末了温度。
答案：在绝热过程中，气体的内能保持不变，即ΔU = 0。
根据理想气体的状
态方程PV = nRT，我们可以得到P₁V₁^γ = P₂V₂^γ，其中γ为绝热指数。
利用这个关系式，可以求得末了温度。
通过以上几个典型的热力学学习题及答案，我们可以看到热力学知识的应用和
计算是非常重要的。
只有通过不断的练习和思考，我们才能更好地掌握热力学
的知识，为今后的工程实践打下坚实的基础。
希望大家在学习热力学的过程中
能够勤加练习，不断提高自己的能力。
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1-1 一立方形刚性容器，每边长1m ，将其中气体的压力抽至1000Pa ，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：p = 1 000 Pa = 0.001 MPa真空度mmHg Pa MPa MPa MPa p p p b V 56.74299000099.0001.01.0===-=-= 容器每面受力F ＝p V A = 9 900 Pa×1m 2 =9.9×104 N1-2 试确定表压力为0.01 MPa 时U 形管压力计中液柱的高度差。
(1)U 形管中装水，其密度为1 000 kg/m 3；(2) U 形管中装酒精，其密度为789 kg/m 3。
解： 因为表压力可以表示为p g =ρgΔz ，所以有gp z gρ=∆既有（1）mm m s m m kg Pa g p z g72.101901972.1/80665.9/10001001.0236==⨯⨯=∆＝水ρ （2） mm m sm m kg Pa g p z g34.129729734.1/80665.9/7891001.0236==⨯⨯=∆＝酒精ρ 1-7 从工程单位制热力性质查得，水蒸气在500℃、100at 时的比体积和比焓分别为v =0.03347m 3/kg 、h =806.6kcal/kg 。
在国际单位制中，这时水蒸气的压力和比热力学能各为多少？解： 水蒸气压力p =100at×9.80665×104Pa/at = 9.80665×106Pa=9.80665MPa 比热力学能u=h-pv=806.6kcal ×4.1868kJ/kcal)/kg-9806.65kPa ×0.03347m 3/kg = 3377.073kJ-328.228kJ =3048.845kJ2-1 冬季，工厂某车间要使室内维持一适宜温度。
在这一温度下，透过墙壁和玻璃等处，室内向室外每一小时传出0.7×106kcal 的热量。
车间各工作机器消耗的动力为是500PS(认为机器工作时将全部动力转变为热能)。
另外，室内经常点着50 盏100W 的电灯，要使该车间的温度保持不变，问每小时需供给多少kJ 的热量？解：要使车间保持温度不变，必须使车间内每小时产生的热量等散失的热量 Q = Q 机＋Q 灯＋Q 散＋Q 补 = 0Q 机 = 500PSh = 500×2.647796×103 kJ = 1.32×106 kJ Q 灯 = 50×100W×3600s = 1.8×107J = 1.8×104 kJ Q 散 = -0.7×106kcal =- 0.7×106×4.1868kJ = -2.93×106 kJQ 补 = -Q 机-Q 灯＋Q 散 = -1.32×106 kJ-1.8×104 kJ+2.93×106 kJ = 1.592×106 kJ2-2 某机器运转时，由于润滑不良产和摩擦热，使质量为150kg 的钢制机体在30min 内温度升高50℃。
试计算摩擦引起的功率损失（已知每千克钢每升高1℃需热量0.461kJ ）。
解：由于功损转变为热产，所以W 损＝Q 损＝0.461kJ/(kg ·℃)×50℃×150kg = 3457.5 kJ P 损 = Q 损/t = 3457.5kJ/(30×60)s = 1.92 kW2-3 气体在某一过程中吸入热量12kJ ，同时热力学能增加20kJ 。
问此过程是膨胀过程还是 压缩过程？对外所作功是多少J （不考虑考虑摩擦）？ 解: 取气体为系统，据闭口系能量方程式 Q = ΔU +W W =Q −ΔU =12kJ −20kJ = −8kJ所以过程是压缩过程，外界对气体作功8kJ 。
2-7 已知汽轮机中蒸汽的流量q m =40 t/h ，汽轮机进口蒸汽焓h 1=3442 kJ/kg ，出口蒸汽焓h 2=2448 kJ/kg ，试计算汽轮机的功率(不考虑汽轮机的散热以及进、出口气流的动能差和位能差)。
如果考虑到汽轮机每小时散失热量0.5×106kJ ，进口流速为70 m/s ，出口流速为120m/s ，进口比出口高1.6 m ，那么汽轮机的功率又是多少? 解： 稳定流动的能量方程sh w z g c h q +∆+∆+∆=221 （1）不考虑汽轮机的散热以及进、出口气流的动能差和位能差 w sh = w T = -Δh = h 1-h2 = 3442kJ/kg-2448kJ/kg = 994 kJ/kg功率P T =q m w T = 40×103kg/3600s×994kJ/kg = 1.104×104 kW （2）考虑汽轮机的散热以及进、出口气流的动能差和位能差kg kJ h kg h kJ q /5.12/1040/105.036-=⨯⨯-= Δh = -994 kJ/kg221c ∆=kg kJ kg J s m s m /75.4/47502)/70()/120(22==- gΔz=-9.807m/s 2×1.6m=-15.69J/kg=-15.69×10-3 kJ/kg所以kgkJ kg kJ kg kJ kg kJ kg kJ zg c h q w sh /77.976/1069.15/75.4/994/5.122132=⨯+-+-=∆-∆-∆-=- 功率P T =q m w sh = 40×103kg/3600s×976.77kJ/kg=1.085×104 kW2-8 一汽车以45km/h 的速度行驶，每小时耗油34.1×10-3m 3。
已知汽油的密度为0.75g/cm3，汽油的发热量为44000 kJ/kg ，通过车轮输出的功率为87 PS 。
试求每小时通过排气及水箱散出的总热量。
解： 汽油总发热量 Q =34.1×10−3m 3×750kg/m 3×44000kJ/kg=1125300kJ输出功 Ws=87P S ·h=2.647796×103×87=230358kJ 汽车散发热量 Q out =Q -Ws ＝1125300kJ -230358kJ =894942 kJ2-9有一热机循环，在吸热过程中工质从外界获得热量1800J ，在放热过程中向外界放出热量1080 J ，在压缩过程中外界消耗功700 J 。
试求膨胀过程中工质对外界所作的功。
解：由循环净热量＝循环净功即q 0=w 0得1800-1080＝W-700故膨胀过程中工质对外界所作的功W ＝1420 J3-1 已知氖的相对分子质量为20.183，在25℃时比定压热容为 1.030 kJ ／(kg.K)。
试计算(按理想气体)： (1)气体常数；(2)标准状况下的比体积和密度；(3)25℃时的比定容热容和热容比。
解：（1）气体常数 )/(411956.0)/(951.411/10183.20)/(31451.83K kg kJ K kg J molkg K mol J M R R g ⋅=⋅=⨯⋅==- （2）由理想气体状态方程T R pv g =得 比体积kg m PaKK mol J pT R v g /111.11001325.115.273)/(956.41135=⨯⨯⋅==密度33/900.0/111.111m kg kgm v ===ρ （3）由迈耶分式 g v p R c c =-00得 比定容热容)/(618.0)/(411956.0)/(030.100K kg kJ K kg kJ K kg kJ R c c gp v ⋅=⋅-⋅=-=热容比667.1)/(618.0)/(030.1000=⋅⋅==K kg kJ K kg kJ c c V p γ3-2 容积为2.5 m 3的压缩空气储气罐，原来压力表读数为0.05 MPa ，温度为18℃。
充气后压力表读数升为0.42 MPa ，温度升为40℃。
当时大气压力为0.1 MPa 。
求充进空气的质量。
解：充气前p 1 = p g1+p b = 0.05MPa+0.1MPa = 0.15MPa ，K T 15.2911815.2731=+=充气后p 2 = p g2+p b = 0.42MPa+0.1MPa = 0.52MPa ，K T 15.3134015.2732=+= 由理想气体状态方程T R pv g =，得223.315.052.0)4015.273()1815.273(122121=++==MPaMPa K K p T p T v v 由T mR pV g =，得kg K K kg J m Pa T R pV m g 486.4)1815.273()/(1.2875.21015.0361=+⨯⋅⨯⨯==又容积V ＝ v 1m 1 = v 2m 2，所以kg kg v m v m 459.14486.4223.32112=⨯==充进空气的质量kg kg kg m m m 973.9486.4459.1412=-=-=∆3-7 定比热容理想气体，进行了1→2、4→3两个定容过程以及1→4、2→3两个定压过程(图3-18)。
试证明： q 123>q 143证明：)()(230120123T T c T T c q p V -+-=由迈耶公式g v p R c c =-00，则)()())(()()()(23130230120230120123T T R T T c T T R c T T c T T c T T c q g V g V V p V -+-=-++-=-+-= 同理)()()()(14130430140143T T R T T c T T c T T c q g V v p -+-=-+-=对定压过程常数==p R T v g，则)(23223v v R p T T g --＝，)(14114v v R p T T g --＝ 又01423>-=-v v v v ，12p p >所以0))(()()(23121423143123>--=---=-v v p p T T R T T R q q g g 所以q 123>q 1433-8 某轮船从气温为-20℃的港口领来一个容积为40 L 的氧气瓶。
当时压力表指示出压力为15 MPa 。