沈维道《工程热力学》(第4版)课后习题-理想气体混合物及湿空气(圣才出品)
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库-气体与蒸汽的流动(圣才出品)
，质量流量
，若气体可作理想气体，比热容取定值，
。求：喷管出口截面积及气体出口流速。
解：滞止参数
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气体的临界压力比
临界压力 因
，所以
3．某缩放喷管进口截面积为
。质量流量为
的空气等熵
流经喷管，进口截面上的压力和温度分别为
所以 若可逆膨胀，则
由于过程不可逆，所以
据能量方程
，因此
由于流动过程不可逆绝热，所以过程的熵增即是熵产
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能指望一个形状良好的喷管在其两端没有压力差的情况下就能获得高速气流，这将违反自然
界的基本规律。同样形状的管子在不同的工作条件下可以用作喷管，也可用作扩压管。
2．为使入口为亚音速的蒸汽增速，应采用（ ）型喷管。
A．渐扩或缩放
B．渐扩或渐缩
C．渐缩或缩放
D．渐缩或直管
【答案】C
【解析】无论是理想气体还是水蒸气，为使气流可逆增速都应使流道截面满足几何条件
所以 若蒸汽在喷管内可逆等熵膨胀，则 s2＝s1，查 h-s 图，得
因蒸汽在喷管内作不可逆流动，据速度系数概念
据 p3 和 h3，由 h-s 图，查得
，
所以
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1 kg 蒸汽动能损失 因为全部过程都是稳流绝热过程，所以系统（蒸汽）进出口截面上熵变即为熵产，节流过程 喷管内过程 1 kg 蒸汽作功能力损失
（1）蒸汽出口流速；
（2）每 kg 蒸汽动能损失；
（3）每 kg 蒸汽的作功能力损失。
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库(第1~4章)【圣才出品】
沈维道《工程热力学》（第4版）章节题库第1章基本概念及定义一、选择题1．绝热系与外界没有（）交换。
A．热量B．物质C．功【答案】A2．功损来自于（）。
A．不等温传热B．物质交换C．运动摩擦【答案】C3．（）过程是可逆过程。
A．可以从终态回复到初态的B．没有摩擦的C．没有摩擦的准静态过程D．没有温差的【答案】C4．可逆过程与准静态过程的主要区别是（）。
A．可逆过程比准静态过程进行得陕得多B．准静态过程是进行得无限慢的过程C．可逆过程不但是内部平衡，而且与外界平衡D．可逆过程中工质可以恢复为初态【答案】C5．可逆过程一定是（）。
A．非平衡过程B．准静态过程C．自发过程D．工质可以恢复到初态的过程【答案】B6．系统处于平衡状态时（）。
A．表压力不变B．绝对压力不变C．表压力和绝对压力都不变D．表压力和绝对压力都改变【答案】B【解析】系统处于平衡状态的条件是在没有外界影响的条件下，系统内外没有温差、压力差及其他势差，所以平衡态系统的绝对压力必定不变。
而绝对压力等于表压力加当地大气压力，表压力不变并不能保证绝对压力保持不变。
同时，表压力和绝对压力都不变就要求当地大气压也不变，没有必要。
7．不计恒力场作用，平衡态单相系统内各点的状态参数，如密度（）。
A．在不断地变化B．必定是接近相等C．必定是均匀一致的D．不一定是均匀一致【答案】C【解析】处于平衡态系统的状态参数保持恒定，同时，不计恒力场作用时，复相系的密度可以不同，但单相系统内各点的状态参数必定是均匀一致的。
8．经过一个不可逆循环，工质不能恢复原来状态（）。
A．这种说法是错的B．这种说法是正确的C．这种说法在一定条件下是正确的D．无法判断【答案】A【解析】虽然循环可以分为可逆循环和不可逆循环，但所有循环的共同特征是系统（这里即是工质）恢复原来状态。
9．有下列说法，正确的是（）。
A．孤立系统内工质的状态不能发生变化B．系统在相同的初、终状态之间的可逆过程中作功相同C．经过一个不可逆过程后，工质可以回复到原来的状态D．质量相同的物体A和B，因，所以物体A具有的热量较物体B为多【答案】C【解析】孤立系虽与外界无质量及能量的交换，但系统内可以发生状态变化，从不平衡趋向平衡，唯有已达平衡态的孤立系内工质的状态参数不能发生变化；功是过程量，除系统的初、终态还与中间过程有关，在相同的初、终状态之间可能有很多中间过程不同的可逆过程；热量是越过边界传递的能量，所以即使是同种物质、质量相同，温度不同，也只能说它们的热力学能不同；工质经过不可逆过程后，只要花费代价总是可以回复到原来状态的。
工程热力学课后思考题参考答案__第四版_沈维道_童钧耕主编_高等教育出版社
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。
24p=p b+p g中，压p b67．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。
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12（1（2）体先恢复平衡在抽下一块，则又如何？（3）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？p14．一刚性容器，中间用绝热隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，如图2-12所示。
若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能将如何变化？若在隔板上有一小孔，气体泄漏入B 中，分析A 、B 两部分压力相同时A 、B 两部分气体热力学能如何变化？ 能在。
89．气体流入真空容器，是否需要推动功？推动功的定义为，工质在流动时，推动它下游工质时所作的功。
下游无工质，故不需要推动功。
利用开口系统的一般能量方程式推导的最终结果也是如此。
11．为什么稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等都会改变，而整个系统的∆U CV =0、∆H CV =0、∆S CV=0?控制体的∆U CV=0、∆H CV=0、∆S CV=0是指过程进行时间前后的变化值，稳定流动系统在不同时间内各点的状态参数都不发生变化，所以∆U CV=0、∆H CV=0、∆S CV=0。
稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等的改变仅仅是依坐标的改变。
13.1-1、2-2h3q m3（h3+c f32/2+gz3）如果合流前后流速变化不太大，且势能变化一般可以忽略，则能量方程为：q m1⋅h1+ q m2⋅h2= q m3⋅h3出口截面上焓值h3的计算式h3=（q m1⋅h1+ q m2⋅h2）/ q m3本题中，如果流体反向流动就是分流问题，分流与合流问题的能量方程式是一样的，一般习惯前后反过来写。
沈维道《工程热力学》(第4版)课后习题(第10~13章)【圣才出品】
沈维道《工程热力学》（第4版）课后习题第10章蒸汽动力装置循环10-1简单蒸汽动力装置循环（即朗肯循环），蒸汽的初压p1＝3MPa，终压p2＝6kPa，初温如表10-1所示，试求在各种不同初温时循环的热效率ηt、耗汽率d及蒸汽的终干度x2，并将所求得的各值填写入表内，以比较所求得的结果。
表10-1t1/℃300500ηt0.34830.3716d/（kg/J） 1.009×10－68.15×10－7x20.7610.859解：（1）当p1＝3MPa，t1＝300℃，p2＝6kPa时，查h-s图得：h1＝2996kJ/kg、h2＝2005kJ/kg、x2＝0.761，t2′＝36℃h2′＝c w t2′＝4.187×36＝150.7kJ/kg若不计水泵耗功，则热效率（2）当p1＝3MPa，t2＝500℃，p2＝6kPa时，查h-s图得：h1＝3453kJ/kg、h2＝2226kJ/kg、x2＝0.859、t2′＝36℃若不计水泵耗功，则热效率将计算的结果代入表格得表10-1所示，详见电子版答案10-110-2简单蒸汽动力装置循环，蒸汽初温t1＝500℃，终压p2＝0.006MPa，初压p1如表10-2所示，试求在各种不同的初压下循环的热效率ηt，耗汽率d及蒸汽终干度x2，并将所求得的数值填入表内，以比较所求得的结果。
表10-2p1/MPa 3.015.0ηt0.37160.4287d（kg/J）8.15×10－7 6.05×10－7x20.8590.746解：（1）由题意可知，p1＝3MPa，t1＝500℃，p2＝6kPa，即为上题的第（2）点，详见10-1的第（2）点。
（2）当p1＝15MPa，t1＝500℃，查h-s图得，h1＝3305kJ/kg，s1＝6.345kJ/（kg·K）当p2＝6kPa时，查饱和水蒸气表得，s′＝0.5208kJ/（kg·K）、h′＝151.47kJ/kgs″＝8.3283kJ/（kg·K）、h″＝2566.5kJ/kg因为s2＝s1＝6.345kJ/（kg·K），故忽略水泵动10-3某蒸汽动力装置朗肯循环的最高运行压力是5MPa，最低压力是15kPa，若蒸汽轮机的排汽干度不能低于0.95，输出功率不小于7.5MW，忽略水泵功，试确定锅炉输出蒸汽必须的温度和质量流量。
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库(第9~13章)【圣才出品】
沈维道《工程热力学》（第 4 版）章节题库
第 9 章 气体动力循环
一、选择题 1．若活塞式内燃机三种理想循环的压缩比相同，则（ ）。 A． B． C． D．不定 【答案】D
【解析】热机的内可逆循环热效率
，对于活塞式内燃机三
图 9-1
4．反映往复活塞式内燃机混合加热循环特性的设计参数有哪几个？写出其定义式。
答： v2 ， p3 ， v4 。
v1
p2
v3
六、综合分析题 1．有一定压燃烧内燃机，其输出功率为 3700kW。燃料热值为 4.65×104kJ／kg，假 定可将循环简化为空气的定压加热理想循环，循环压缩比为 14，预胀比为 2，求燃料消耗 量。空气比热容取定值，Rg＝287J／（kg·K），k＝1.4。 解：定压加热活塞式内燃机理想循环中，1-2 为等熵压缩过程
4．某燃气轮机装置定压加热循环如图 9-4 所示，循环增压比π＝7，增温比τ＝4，压
气机吸入空气压力
。压气机绝热效率
，燃机轮
机相对内效率ηT＝0.92，若空气取定比热容，其 ＝1.03 KJ/（kg·K）、 ＝0.287 KJ/
（kg·K），k＝1.3863。
试求：（1）装置内部热效率ηi，循环吸热量 q1 和放热量 q2；（2）压气机及燃气轮机中
燃气轮机过程中熵产为 0.098kJ／（kg·K）。工质可视为理想气体，且燃气性质近 似空气，
求：（1）循环热效率；（2）若回热度为 0.7，循环热效率是多少？
解： （1）循环热效率
图 9-3
所以
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沈维道《工程热力学》(第4版)课后习题-实际气体的性质及热力学一般关系式(圣才出品)
第6章实际气体的性质及热力学一般关系式6-1 试推导范德瓦尔气体在定温膨胀时所作功的计算式。
解：由题意可知因为是定温膨胀，T为常数，积分上式得：6-2 NH3气体的压力p＝10.13MPa，温度T＝633K。
试根据通用压缩因子图求其密度，并与由理想气体状态方程计算的密度加以比较。
解：查附录得NH3的临界参数为Tcr＝406K、p cr＝11.28MPa查通用压缩因子图得：Z＝0.94若按理想气体计算所以通过通用压缩因子图求得的密度是理想气体状态方程求得的密度的1.064倍。
6-3 一容积为3m3的容器中储有状态为p＝4MPa、t＝－113℃的氧气，试求容器内氧气的质量，（1）用理想气体状态方程；（2）用压缩因子图。
解：（1）由题意可知（2）查附录得氧气T cr＝154K，p cr＝2.49MPa查通用压缩因子图得：Z＝0.326-4 容积为0.425m3的容器内充满氮气，压力为16.21MPa，温度为189K，计算容器中氮气的质量。
利用（1）理想气体状态方程；（2）范德瓦尔方程；（3）通用压缩因子图；（4）R-K方程。
解：（1）由题意可知（2）查表6-1，氮气的范德瓦尔常数得（3）查附表得氮气的临界参数为T cr＝126.2K、p cr＝3.39MPa查通用压缩因子图得Z＝0.84（4）利用R-K方程将a，b值代入R-K方程迭代后解得V m＝0.080238m3/mol6-5 试用下述方法求压力为5MPa、温度为450℃的水蒸气的比体积。
（1）理想气体状态方程；（2）压缩因子图。
已知此状态时水蒸气的比体积是0.063291m3/kg，以此比较上述计算结果的误差。
解：（1）由题意可知（2）查附表得水的临界参数为p cr＝22.09MPa，T cr＝647.3K查通用压缩因子图得Z＝0.956-6 在一容积为3.0×10－2m3的球形钢罐中储有0.5kg甲烷（CH4），若甲烷由25℃上升到33℃，用R-K方程求其压力变化。
沈维道《工程热力学》(第4版)章节题库-理想气体混合物及湿空气(圣才出品)
已知：氮气
；
氩气
。
解：据混合气体的性质，混合气体的比定压热容和折合气体常数为
（a）
根据题意
即 式（a）代入式（b） 代入题给数据，得
（b）
，考虑到
，所以
2．刚性绝热容器由隔板分成 A 和 B 两部分（图 12-2）。两侧各储有 1mol 和 ，且
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前后温度相等，因此，混合熵增为
3．秋季白天秋高气爽气温较高，此时的空气为（ ）。 A．干空气 B．饱和空气 C．未饱和空气 D．过热空气 【答案】C 【解析】地球上的大气或多或少都含有水蒸气，湿空气本身并无过热之说，只有饱和与 未饱和之分，空气中带有的水蒸气在过热状态（温度高于其饱和温度），则为未饱和湿空气， 水蒸气达饱和状态（温度等于其饱和温度），则为饱和湿空气。
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小，所以工程上常忽略由此造成的焓值的改变。
7．湿蒸汽经定温膨胀过程后其内能变化（ ）。
A＜0 或△U＞0
【答案】B
1．下面说法中正确的是（ ）。 A．绝对湿度越大，则相对湿度越大 B．含湿量小，则湿空气的吸湿能力越强 C．相对湿度越小，则湿空气的吸湿能力越强 D．相对湿度越大，则湿空气的吸湿能力越强 【答案】C
4.76mol 空气，则空气的熵为（ ）。
A．
B．
C．
D．都不对。
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【答案】C
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【解析】混合过程不可逆，所以由 1atm、25 的 1mol 氧和 3.76mol 氮等压混合组
沈维道《工程热力学》(第4版)名校考研真题-气体和蒸汽的性质(圣才出品)
2．理想气体只有取定比热容时，才能满足迈耶公式：cp − cv = Rg 。（ ）[南京航空
航天大学 2008 研] 【答案】错 【解析】只要是理想气体，就满足迈耶公式。
3．（1）理想气体任意两个状态参数确定后，气体的状态就一定确定了。（ ）
（2）活塞式压气机采用多级压缩和级间冷却方法可以提高它的容积效率。（ ）[西
【答案】T1（p2/p1）；0； cv (T2 − T1) ； cv (T2 − T1)
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三、判断题
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1．流动功的大小仅取决于系统的进口和出口状态，而与经历的过程无关。（ ）[天
津大学 2005 研]
【答案】对
【答案】A
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【解析】在四个选项中，只对于理想气体的绝热过程， du = cV dT ，且 dq = 0 ，即 w = −cV dT 。
4．理想气体等温过程的技术功＝（ ）。[宁波大学 2008 研] A．0 B2
【答案】C
【解析】 wt
A．升高 B．降低 C．不变 【答案】A 【解析】充气的过程中增加了流动功，故导致瓶子气体的内能升高，温度升高。
3． w = cvdT 使用条件为（
A．理想气体绝热过程
）。[湖南大学 2007 研]
B．理想气体可逆过程
C．任何工质定容过程
D．任何工质绝热过程
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【答案】错 【解析】上式不仅只适应于理想气体，也只能用于可逆过程。
四、名词解释 1．理想气体与实际气体。[天津大学 2005 研] 答：理想气体是不考虑分子之间的作用力以及气体分子本身所占体积的气体模型，严格 地说它是一种假想的气体。实际气体则是实际存在的气体。前者遵循理想气体方程式等规律， 后者则不遵循这种规律。实际气体的压力趋近于零时，实际气体就趋向于理想气体。
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第12章理想气体混合物及湿空气
12-1 混合气体中各组成气体的摩尔分数为：混合气体的温度t＝50℃，表压力p e＝0.04MPa,气压计上水银柱高度为p b＝750mmHg。
求：（1）体积V＝4m3混合气体的质量；
（2）混合气体在标准状态下的体积V0。
解：（1）由题可得混合气体折合摩尔质量为
折合气体常数为
12-2 50kg废气和75kg的空气混合，废气中各组成气体的质量分数为：。
空气中的氧气和氮气的质量分数为：。
混合后气体压力p＝0.3MPa，求：
（1）混合气体各组分的质量分数；
（2）折合气体常数；
（3）折合摩尔质量；
（4）摩尔分数；
（5）各组成气体分压力。
解：（1）由题意可知，混合后气体质量m＝75+50＝125kg
（4）由摩尔分类可知
（5）由p i＝x i p可知
12-3 烟气进入锅炉第一段管群时温度为1200℃，流出时温度为800℃，烟气的压力几乎不变。
求每1kmol烟气的放热量Q p。
可借助平均摩尔定压热容表计算。
已知烟气的体积分数为：，其余为N2。
解：因φi＝x i，所以有
由附表查得平均摩尔定压热容如表12-1：
表12-1
混合气体的热容
12-4 流量为3mol/s的CO2，2mol/s的N2和4.5mol/s的O2三股气流稳定流入总管道混合，混合前每股气流的温度和压力相同，都是76.85℃，0.7MPa，混合气流的总压力p＝0.7MPa，温度仍为t＝76.85℃。
借助气体热力性质表试计算：
（1）混合气体中各组分的分压力；．
（2）混合前后气流焓值变化△H及混合气流的焓值；
（3）导出温度、压力分别相同的几种不同气体混合后，系统熵变为：△S＝－RΣn i lnx i，并计算本题混合前后熵的变化量△S；
（4）若三股气流为同种气体，熵变如何?
解：由题意可知，总物质的量为
摩尔分类为
（2）查T＝350K时的附表得
由以上可知
（4）若为几股同种气流，来流各股p、T相同，且与混合物的p、T也相同，故△S＝0，因而当三股气流为同种气体时，熵变为零。
12-5 V＝0.55m3的刚性容器中装有p1＝0.25MPa、T1＝300K的CO2，N2气在输气管道中流动，参数保持p L＝0.85MPa、T L＝440K,如图12-1所示，打开阀门充入N2，直到容器中混合物压力达p2＝0.5MPa时关闭阀门，充气过程绝热，求容器内混合物终温T2和质量m2。
按定值比热容计算，
图12-1
解：由题意可知
混合气体折合气体常数
取容器内体积为控制体积，由能量守恒有
由题意知代入上式得有
代入式（2）得m
代入数据并化简上式得
解之得T2＝388.9K
由（1）式可知
所以
12-6 同例12-3，氧气和氮气绝热混合，求混合过程有损失。
设环境温度为T0＝298K。
解：例12-2已得出混合熵变△S＝－0.8239kJ/k，由于过程绝热s f＝0
所以有。