工程热力学习题解答-1
工程热力学课后问题详解
⼯程热⼒学课后问题详解《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。
工程热力学习题集(含答案)
o o
【解】 (1) 若任意温度在牛顿温标下的读数为 TN，而热力学温标上的读数为 T，则：
T / o N − 100 200 − 100 = N 373.15 − 273.15 T/K − 273.15
即
T/K =
故
373.15 − 273.15 (TN / o N − 100) + 273.15 200 − 100
例 2.5 图
5
【解】 以例 2.5 图中入口、开口和开口系组成的闭口系为研究对象，其能量方程为
q = Δu + w = Δu + ∫ pdv = Δ (u + pv ) − ∫ vdp = Δh + wt
2 2 1 1
（a）
以例 2.5 图中虚线包围的开口系为研究对象，其稳定工况的能量和质量方程分别为
⎧ pg,A = pI − p0 ⎪ ⎨ pg,B = pI − pII ⎪p = p − p II 0 ⎩ g,C
解得
⎧ pg,C = pg,A − pg, B = 190kPa ⎪ ⎨ pI = pg,A + p0 = 362.3kPa ⎪ p = p + p = 192.3kpa g,C 0 ⎩ II
(
2
) 中的常数 A、B 的数值。
10 = R0 ⎧ ⎪ 4 ⎨ 14.247 = R0 (1 + 100A + 10 B) ⎪27.887 = R (1 + 446A + 1.989 × 105 B) 0 ⎩
联立求解，可得：
R0 = 10Ω A = 4.32 ×10−3 1/ ℃ B = −6.83 ×10−7 1/ ℃
2 ⎞ ⎛ ⎞ c12 c2 －W +⎛ ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ 2 = 0 Q h + + gz m h + + gz － sh 1 1 1 2 2 ⎜ ⎟ ⎜ ⎟m 2 2 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ 1 − m 2 = 0 m
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kPap p p p kPaPa 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：MPaPa g L p 6108.7848.7845.081.98.0200sin -⨯==⨯⨯⨯==αρMPa 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。
工程热力学习题解答-1
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 。
工程热力学 课后习题答案 可打印 第三版 第一章
pb = 755mm ，求容器中的绝对压力（以 MPa 表示） 。如果容器 ′ = 770mm ，求此时真空表上的读数（以 中的绝对压力不变，而气压计上水银柱高度为 pb
mmHg 表示）是多少？ 解 ：容器中气体压力低于当地大气压力，故绝对压力
p = pb − pv = (755 − 600)mmHg = 155mmHg = 0.0207MPa ′ = 770mmHg 。则此时真空表上的读数为 若容器中绝对压力不变，而大气压力变为 pb ′ = pb ′ − p = (770 − 155)mmHg = 615mmHg pv
3 3
程中 pV 持不变； （2）过程中气体先循 { p}MPa = 0.4 − 0.5 {V }m3 膨胀到 Vm = 0.6m ，再维持
3
压力不变，膨胀到 V2 = 0.8m 。分别求出两过程中气体作出的膨胀功。
3
解 （1）
W = ∫ pdV = ∫
1
2
2
1
pV V 0.8m3 dV = p1V1 ln 2 = 0.2 × 106 Pa ×0.4m3 × ln = 5.54 × 104 J 0.4m3 V V1
6
（2）A0=4πd =4×3.1416×1m =12.57m
2
2
2
F=A0Δp=A0(pb–p)=12.57 m2×(0.101×106Pa–691.75Pa)=1.261×106N
1-5 用∪型压力计测量容器中气体的压力，在水银柱上加一段水，则得水柱高 1020mm，水银 柱高 900mm， 如图 1-17 所示， 若当地大气压为 755mmHg， 求容器中气体的压力为多少 MPa？ 解：
1-11 测得某汽油机气缸内燃气的压力与容积对应值如下表所示，求燃气在该膨胀过程中所作 的功。 p/MPa V /cm
工程热力学习题答案(全)
课后思考题及习题答案思考题1-2： 否，闭口是说没有物质交换绝热是说没有热量交换没有排除做功的可能，所以不是孤立系统。
思考题1-7：否，稳定但不平衡，平衡的概念是内外同时建立热和力的平衡，显然铁棒上各点的温度并不相同，即存在热的不平衡习题1-3：212111111262111ln ln 0.50.5100.172ln138.374kJ 0.1v vv pp v p v v p p v w pdv dv v ==⨯⨯⨯====⎰⎰ 习题1-4：sin B P gl ρα=+6310sin 0.1100.89.80720010sin30?=99215.44 Pa P B gl ρα-=-=⨯-⨯⨯⨯⨯⨯３习题1-5：21w pdv =⎰1) p=定值：210.0560.020.71021kJ v v p w dv dv ⨯===⎰⎰；2) pV=定值：216211121110.05ln 0.7100.02ln 12.8kJ 0.02v vvp v v p v w pdv dv v =⨯⨯⨯====⎰⎰ 习题1-7：需由热泵向室内提供的热量为：31700001024010019264.43600Q ⨯=-⨯-= w120Q w ε=10219264.4==3.8535Q w ε=kw 习题1-9：1) 512010==3.9773600Q w ε=⨯2) 5210=107360074800Q Q w =--⨯= kJ/h 3) 127.783600Q w == kw思考题2-5：甲与乙的看法都是错误的。
首先依题意可知，如果瓶内氧气压力要减少一半，相应的质量也会减少一半。
对于甲的看法：虽然每次抽出的氧气体积不变，但是由于每抽气一次均会导致气瓶中的压力会有所有下降，每次抽出来的氧气质量也是不同的，甲的错误就在于认为每次抽出的来氧气质量会相同。
而对于乙的看法：乙则认为气瓶内氧气体积增大一倍，压力就会减半，但是在抽气过程中，瓶内氧气的质量是在改变的，因此其结论也是错误的。
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。
工程热力学习题(第1章)解答
p1=(0.2+0.5×0.6) ×106 =0.5×106Pa
W2 = ∫ p1dV = p1 (V3 − V2 ) = 0.5 × 106 × (0.4 − 0.6) = −0.1× 106 J
2
3
W=W1+W2=-0.11×106-0.1×106=-0.21×106 J 1.7 有一绝对真空的钢瓶，当阀门打开时，在大气压力 pb=1.013×105Pa 的作用下，有容积为 0.5m3 的空气输入钢瓶，求大气 对输入钢瓶的空气所做的功。 解： W=∫pbdV=pbV =1.013×105×0.5=5.065×104 J
6 0.2V 1 + 0.25V 2 × 106 3) W1 = ∫1 pdV = ∫1 (0.2 + 0.5V ) × 10 dV = 1 2 2 2 2 6 6 2 2 = （0.6 − 0.8 ） 0.2 × (0.6 − 0.8) + 0.25 × 10 = −0.11× 10 J
1
1.4 用斜管压力计测量锅炉尾部烟道中的真空度（习题 1.4 图）管子的倾斜角 α=30°，压力计中使用密度 ρ=1.0×103kg/m3 的 水，斜管中液柱长 l=150mm。当地大气压 pb=755mmHg，求尾部烟道中烟气的真空度（以 mmH2O 表示）及绝对压力（用 Pa 表示） 。
解：
倾斜式压力计上读数即烟气的真空度 pv=ρglsin30°=150×10-3m×1.0×103kg/m3×9.81m/s2=150×9.81Pa 而 1Pa = 1 mmH O ，pv=150mmH2O 2
9.81
烟气的绝对压力 p=pb-pv=755×13.595mmH2O/mmHg-150mmH2O=10114.2 mmH2O=0.9922×105Pa 1.5 气缸中封有空气，出态为 p1=0.2MPa，V1=0.8m3，缓慢无摩擦压缩到 V2=0.4m3，试分别求一下过程中环境对气体做出膨 胀功：1）过程中 pV=常数；2）pV2=常数；3）过程中气体按 p=(0.2+0.5V)×106Pa 压缩到 Vm=0.6m3，在维持压力不变，压缩 到 V2=0.4m3。 解： 1） W =
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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 =∆=-=⨯⨯-=
1-2试确定表压为0.01MPa时U型管压力计中液柱的高度差。
(1)U 型管中装水，其密度为1000kg/m 3；
(2)U 型管中装酒精，其密度为789kg/m 3。
[解]： 由（1-6）式，Pg=g z ，得到z=g P g (1) 630.0110Z 1.01971019.7109.80665g
P m mm g ρ⨯∆====⨯水水 (2) 6
0.0110Z 1.24941292.47899.80665
g P m mm g ρ⨯∆====⨯酒精酒精 此题目的目的是练习如果通过U 型管压力计的液柱高度差计算表压力。
1-3 用U 型管测量容器中气体的压力。
在水银柱上加一段水图(1-12)，测得水
柱度850mm ，汞柱度520mm 。
当时大气压力为755mmHg ，问容器中气体的绝对压
力为若干？
[解] ： 水柱高，汞柱高级大气压力之间之和即为容器中气
体的绝对压力，但各种压力单位要经过换算。
bar
Pa B
P P P Hg O H 7832.11783203224.133)955520(806375.98502==⨯++⨯=++=
图1-12 1-4 用斜管式压力计测量锅炉管道中烟气的真空度。
管子的倾角30α=，压力
计中使用密度为800Kg/m 3的煤油。
倾管中液柱长度为l=200mm 。
当时大气压力
B=745mmHg ，问烟气的真空度为若干毫米汞柱？绝对压力为若干毫米汞柱？
[解]： (1) 根据式(1-6)式有
(2) 根据(1-5)式有
3
745784.575006210739.12v P B P mHg -=-=-⨯⨯= 此题目的练习真空度，绝对压力，表压之间的关系及压力单位之间的换算关系。
1-5 气象报告中说，某高压中心气压是1025毫巴。
他相当于多少毫米汞柱？它
比标准大气压高出多少毫巴？
[解] ：1025 1.025 1.025750.062768.81P mbar bar
mmHg ===⨯=
768.81760=8.81mmHg=8.81/0.750062=11.75mbar P P P ∆=-=-标准 或
P P P 1.025 1.013250.01175bar 11.75mbar ∆=-=-==标准
此题目的练习压力单位换算
V 2P g l sin308009.806650.20.5=784.5Pa=80mmH O
ρ==⨯⨯⨯图 1-13
1-6 有一容器，内装隔板，将容器分成A 、B 两部分 (图
1-14)。
容器两部分中装有不同压力的气体，并在A 的不
同部位安装了两个刻度为不同压力单位的压力表。
已测
得1、2两个压力表的表压依次为 9.82 at 和 4.24
atm 。
当时大气压力为 745 mmHg 。
试求A 、B 二部分中气
体的绝对压力 (单位用MPa)。
[解]： 61745mmHg 133.332410MPa 9.82at 0.0098065MPa
0.0983MPa 0.963MPa
1.0623MPa
A b g P P P -=+=⨯⨯++=+=
2A g B P P P =+ 2 1.0623MPa 4.24atm 0.10325MP
=0.6327MPa B A g P P P ∴=-=-⨯
1-7 从工程单位制水蒸气热力性质表中查得水蒸汽在500C ,100at 时的比容和比焓为：V=0.03347m 3/Kg, h=806.6Kcal/Kg 。
在国际单位制中，这时水蒸汽
的压力和比内能各为若干?
[解]：在国际单位制中，这时水蒸汽的压力为： P=100 9.80665 104=9806650Pa=9.80665MPa
由焓的表达式 h u Apv =+得u h aPv =-
4806.6-100 10 0.03347/426.936
=728.30kcal/kg =728.30 4.1868
3049.25/u h APv
kJ kg
=-=⨯= 或
此题目的练习工程制与国际制的单位换算。
1-8 摄氏温标取水在标准大气压力下的冰点和沸点分别为0C 和100C ，而华氏温标则相应地取为32F 和212F 。
试导出华氏温度和摄氏温度之间的换算关系，并求出绝对零度(0K 或-273.15C )所对应的华氏温度。
[解]：设以c t 表示摄氏温度，F t 表示华氏温度。
根据摄氏和华氏两种温标的冰点和沸点的取法，可知两者温度之间存在着线性换算关系。
假设 F c t at b
=+ 图1-14
-3
806.6 4.1868-9806500.0334710=3048.84kJ/kg u h Pv =-=⨯⨯⨯
则对冰点可得： 32=0+b
对沸点可得： 212=a ⨯100+b
所以： 9325
F c t t =
+ 或 5(32)9
c F t t =- 当273.15C C t =-（即0 K ）时，9(273.1532)459.67F 5
F t =-+=- 如有侵权请联系告知删除，感谢你们的配合！。