《工程热力学》(第四版)习题提示及答案01章习题提示与答案
工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕之欧阳法创编
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=pb+pg (p> pb), p=pb -pv (p< pb)中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压pb 改变，压力表读数就会改变。
当地大气压pb 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 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。
工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕之欧阳引擎创编
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？欧阳引擎（2021.01.01）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=pb+pg (p> pb), p= pb -pv (p< pb)气压？当地大气压pb改变，压力表读数就会改变。
当地大气压pb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 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。
工程热力学第四版课后习题答案
= [0.4 × (0.6 − 0.4) +
其中 n 是定值， p 是压力； 1-13 某种理想气体在其状态变化过程中服从 pv = 常数的规律，
v 是比体积。试据 w =
∫
2
1
⎛p ⎞ pv pdv 导出气体在该过程中做功为 w = 1 1 ⎢1 − ⎜ 2 ⎟ n − 1 ⎢ ⎝ p1 ⎠ ⎣
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
第一章 基本概念
1-1 英制系统中采用华氏温标，它规定在标准大气压（ 101 325 Pa ）下纯水的冰点是
32 °F ，汽点是 212 °F ，试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。
解：
{t}° F − 32
212 − 32 100 − 0 180 9 {t}° F = {t}° C + 32 = {t}° C + 32 100 5
3
1.655 114.71
1.069 163.87
2
0.724 245.81
0.500 327.74
0.396 409.68
0.317 491.61
0.245 573.55
0.193 655.48
0.103 704. Δ V
1
=
(1.655 + 1.069)MPa 2
p1v1 ⎜ 1 − =
⎛
p2 v2 ⎞
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。
工程热力学课后思考题答案--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。
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GAGGAGAGGAFFFFAFAF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。
GAGGAGAGGAFFFFAFAF4．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), pp 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？热力学第零定律The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperature. In order to4题图GAGGAGAGGAFFFFAFAFmeasure temperature of body A, we compare body C — a thermometer — with body A and 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？GAGGAGAGGAFFFFAFAF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。
(完整版)工程热力学答案(高教第四版严家騄著)
工程热力学基本概念思 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 。
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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？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 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 ofp 2=p g 2+p 1 p b p g 2 p g 1 p 1=p g 1+p b 4题图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。
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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 →TR hg 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答案：烟囱内底部的真空度Pa 5.133v =p 。
1-7 设一容器被刚性壁分为两部分，如图1-18示，在容器不同部位装有压力表，若压力表A 的读数为0.19MPa ，压力表B 的读数为0.12MPa ，大气压力为0.1MPa ，试确定压力表C 的读数以及容器两部分内气体的绝对压力。
提示: 压力表B 位于容器Ⅱ中，其“当地大气压”为容器Ⅱ的压力。
答案：p g,C =0.07MPa ，p Ⅰ=0.29MPa ，p Ⅱ=0.29MPa 。
1-8 某容器中储有氮气，其压力为0.6 MPa ，温度为40 ℃。
设实验消耗1 kg 氮气，且温度降为30 ℃时容器中压力降为0.4 MPa 。
试求该容器的容积。
提示：实验前后容器内的气体均为理想气体状态。
答案：V =0.497 3 m 3。
1-9 利用真空泵为某设备抽真空，真空泵每分钟的吸气量为0.5 m 3。
若设备中空气压力已达到0.1 mmHg ，温度为-30 ℃，试求每分钟真空泵可吸出空气的质量。
提示：真空泵吸入气体的状态可看做与设备中的空气状态相同，且气体为理想气体。
答案：m =0.095 5 g 。
1-10 有两个容器，容器A 的容积为0.3 m 3，其中充有压力为0.6 MPa 、温度为60 ℃的氮气；容器B 为真空。
连通两容器，使氮气由容器A 流入容器B ，并且容器B 中压力达到0.15 MPa 、温度为20 ℃时，容器A 中的压力降到0.4 MPa ，温度为50 ℃。
试求容器B 的容积。
提示：连通后容器B 中的气体质量应为连通前后容器A 的气体质量之差，且连通前后两容器内的气体均可看做理想气体。
答案：V B =0.33 m 3。
1-11 有一储气筒，其容积为9.5 m 3，筒内空气压力为0.1 MPa 、温度为17 ℃。
现用压气机向筒内充气，压气机每分钟吸气0.2 m 3，大气温度为17 ℃，压力为0.1 MPa ，试求筒内压力达到0.7 MPa 、温度仍为17 ℃时所需的时间。
提示：充气前后储气筒内的气体均可当做理想气体处理，且压气机入口处的空气状态可看做与大气状态相同。
答案：min 285=τ。
1-12 输气管道采用压气机加压，设进气的压力为0.1 MPa 、温度为20 ℃，而要求每分钟输出压力为0.3 MPa 、温度不高于60 ℃的气体80 m 3，现有吸气量为每分钟8 m 3的压气机，问需用多少台？图1-18提示：压气机输出气体的质量取决于其气体进口状态。
答案：n =26.4，取整数为27台。
1-13 一刚性容器内储有压缩空气0.1 m 3，其压力为0.4 MPa 。
一橡皮气球内储有0.1 m 3的压力为0.15 MPa 的空气。
两者的温度和环境温度相同，均为25 ℃。
现把两者连通，使刚性容器内的空气流入橡皮气球，直至两者压力相同。
若橡皮气球的压力正比于其容积，试求空气温度仍为25 ℃时的最终平衡压力及气球的容积。
提示：刚性容器与橡皮气球连通前后其中空气质量不变；橡皮气球的压力正比于其容积，即const =pV；初始时刻刚性容器与橡皮气球的容积相等。
答案：MPa 222.0=p ，V =0.148 m 3。
1-14 上题中，若容器也为弹性，且容积正比于其中的压力。
试求最终的平衡压力及气球、容器两者各自的容积。
提示：参照1-13题提示。
答案： p =0.245MPa ，3A m 0613.0=V ，3B m 163.0=V 。
1-15 压气机气缸中有0.05 kg 氮气，在压缩过程中其压力由0.1 MPa 升高到0.5 MPa ，且氮气温度始终保持为50 ℃。
试求压缩过程中所消耗的功。
提示：⎰=-2121d V p W ；过程中温度不变，有pV =p 1V 1。
答案：J 1071.7321⨯-=-W 。
1-16 有一皮革制的无弹性的气球，原来气球呈折叠状态，其内部无任何气体。
若用储气罐中的压缩空气给气球充气，充满时气球的容积为2 m 3。
设储气罐内气体压力远高于大气压力，而现大气压力为0.9 atm ，试求充气过程中气体所作的功。
提示：过程为不可逆过程，外界得到的功量等于气体所作的功。
答案：J 1082.1521⨯=-W 。
1-17 若气缸中气体在进行一准静态过程时，其状态变化关系为p n v ＝p 1n v 1＝常量，试证明气体所作容积变化功为w 1-2＝11-n (p 1v 1－p 2v 2)提示：⎰=-2121d v p w 。
1-18 若气缸中CO 2气体的初始压力为0.25 MPa 、温度为200 ℃，气体经历了一个膨胀过程后温度为100 ℃。
设过程中气体的状态变化规律为p＝p 1＝常量，试求膨胀过程中气体所作的膨胀功。
提示：参照习题1-17的结论，气体为理想气体。
答案：kg kJ 45.9421=-w 。
1-19 某种气体在气缸中进行一个膨胀过程，其容积由0.1 m 3增加到0.3 m 3。
已知膨胀过程中气体的压力与容积变化关系为04.0}{24.0}{3m MPa +=V p 。
试求：(1)气体所作的膨胀功；(2)当活塞和气缸的摩擦力保持为1 000 N 而活塞面积为0.2 m 2时，扣除摩擦消耗后活塞所输出的功。
提示：⎰=-2121d v p w ；活塞输出功为气体膨胀功与摩擦耗功之差。
答案：（1）W 1-2=1.76×104 J ，（2）W =1.66×104 J 。
1-20 有一橡皮气球，当它内部的气体压力和大气压力同为0.1 MPa 时，气球处于自由状态，其容积为0.3 m 3。
当气球受太阳照射其内部气体受热时，容积膨胀10%，压力升高为0.15 MPa 。
设气球压力增加和容积的增加成正比，试求：(1)该膨胀过程在p -v 图上的过程曲线；(2)该过程中气体所作的功；(3)用于克服橡皮球弹力所作的功。
提示：(1)V k p d d =→p =c +kV 。
(2)气体的过程功量： ⎰=-2121d v p w 。
(3)气体克服气球弹力的耗功：⎰=21d V p W 弹弹，弹p 为橡皮气球内气体压力与大气压力之差。
此外，p-V 图中面积代表功量。
答案：(1)(2) W 1-2=3.75×103 J ；(3) W =750 J 。
1-21 设某种气体的状态方程式为()T R b v p g =-，试导出定温过程中该气体所作容积变化功的计算公式，并分析有相同容积变化时理想气体定温变化的容积变化功是大于还是小于该种气体的功。
提示：⎰=-2121d v p w 。
答案：b v b v T R w --=-1221lng ；理想气体定温过程，12g 21ln v vT R w'=-当12v v >时，2121-->w'w ；当12v v <时，2121--<w'w 。
；1-22 图1-19所示为压缩空气驱动的升降工作台示意图。
由储气罐来的压缩空气经阀门调节气体的压力后送入气缸，在压缩空气的推动下活塞上升举起工作台。
已知活塞面积为0.02 m 2，活塞及工作台重5 000 N 。
活塞上升300 mm 后开始和弹簧相接触，继续上升时将压缩弹簧。
设弹簧的劲度系数为10 N/mm 。
若气缸内气体的表压力达到0.3 MPa 时停止供气，试求在举升过程中气体所作的功及弹簧所吸收的功。
提示：气缸内气体的压力为表压力。
(1)系统所作出的功量与外界得到的功量的关系：外W W -=，且⎪⎭⎫⎝⎛+-=+=Gx l K W W W 2G Δ21弹外(2)弹簧所吸收的功：取弹簧为“系统”。
答案： (1)W =2 050 J ; (2)J 50-=弹W 。
图1-19 压缩空气驱动升降工作台示意图。