热工基础(2.1.3)--第三章习题及答案
热工基础1-3章部分习题答案及附加例题
m l h mmm l m kg cm g 1.05.02.030sin 2.0200/800/8.033=⨯======ρ已知：烟气的真空度为：Pa h g p v 8.78430sin 2.081.9800=⨯⨯=⋅⋅=ρ∵ 1 mmH 2O = 9.80665 Pa ∴ 1 Pa = 0.10197 mmH 2OO mmH Pa p v 2027.808.784== 烟气的绝对压力为：kPa Pa p p p v b 540.98388.985408.7843224.133745==-⨯=-=2.2填空缺数据（兰色）：2.9 题略已知：D 1 = 0.4 m ，p 1 =150 kPa ，且气球内压力正比于气球直径，即p = kD ，太阳辐射加热后D 2 = 0.45 m 求：过程中气体对外作功量解：由D 1=0.4 m ，p 1=150 kPa ，可求得：k =375 kPa/mkJD D k dD kD W dDkD D d kD pdV dW D D 27.2)(822)6(414233321=-===⋅==⎰ππππ答：过程中气体对外作功量为2.27 kJ解：由题意：△U = 0 → T 2 = T 1 = 600 K 由理想气体气体状态方程， 有：Pa p p T V p T V p T V p 512112222111100.2313⨯==== △U =△H = 03.7 题略解：（1）混合后的质量分数：ωCO 2 = 5.6 %， ωO 2 =16.32 %， ωH 2O =2 %， ωN 2 =76.08 % （2） 折合摩尔质量： M eq = 28.856 kg/kmol （3） 折合气体常数： R eq = 288.124 J/（kg ·K ） （4） 体积分数：φCO 2= 3.67 %， φO 2=14.72 %， φH 2O =3.21 %， φN 2=78.42 %（5）各组分气体分压力：p CO 2 = 0.01101 MPa ， p O 2 =0.04416 MPa ， p H 2O =0.00963 MPa ， p N 2 =0.2353 MPa下面是附加的一些例题，供参考：一、试求在定压过程中加给理想气体的热量中有多少用来作功？有多少用来改变工质的热力学能（比热容取定值）？ 解：∵ 定压过程总加热量为： q =c p △T其中用来改变热力学能的部分为：△u= c v △T 而 c p = c v +R gK J K kJ p p mR V V mR s m S g g /1426.1/101426.13ln 208.0005.0ln ln31212=⨯=⨯⨯=-==∆=∆-∴ 定压过程用来作功的部分为：w =R g △T二、2kg 某种理想气体按可逆多变过程膨胀到原有体积的3倍，稳定地从300℃降低到60℃，膨胀过程中作功418.68 kJ ，吸热83.736 kJ ，求：（1）过程的多变指数；（2）气体的c p 和c V 。
热工基础3_答案_
(1) QH 1500 J , QL 800 J S iso QH QL 0 TH TL 1500 J 800 J 0 1.93( J / K ) 0 2000 K 300 K
QL TL = 300K
根据孤立系熵增原理判定：该循环可行，且不可 逆。 (2) QH 2000 J , W0 1800 J , QL QH W0 2000 J 1800 J 200 J S iso QH QL 0 TH TL
Tav
Q
5
1） 当冷源0℃的冰变的0℃的水时，可将冷、热源视为恒温
3-17
依题意有：TH 298K (t H 25℃） , TL 273K (t L 0℃） QL mrice 其中：m 1000kg ， rice 333kJ / kg 且为可逆热机，故有 t C 1 QH TH T QL H mrice TL TL QL T 1 L QH TH
TH TH mrice mrice mrice 1 TL TL 298K 1000kg 333kJ / kg 1 30 103 kJ 273K 2） 当冷源0℃的水变为25℃的水时，可将热源视为恒温， 冷源为变温 W1 QH QL 热机工作循环视为无数个微元卡诺循环 故有
4
I
Sg
3-16
依题意有：mt 50℃ 8kg , t m 8kg 50℃ , Tm 8 kg 323.15 K mt 100℃ 5kg , t m5kg 100℃ , Tm 5 kg 373.15 K cw 4.187 kJ /(kg K ) 设8kg 50℃的水与5kg100℃的水混合后的混合水质量为m，温度为Tav m mt 50℃ mt 100℃ 则有 cw mt 50℃ (Tav 323.15 K ) cw mt 100℃ (373.15 K Tav ) 解得 Tav 373.15 Kmt 100℃ 323.15 Kmt 50℃ mt 50℃ mt 100℃
热工基础 张学学主编 第三版思考题及习题答案详解
根据理想气体的状态方程可得到系统的终态体积，为：
V2
p1V1 p2
2.939 105 100 104 1.959 105
10 102
1.526 103 m3
所以活塞上升的距离为：
ΔL
V2
V1 A
1.526
103 100 100 104
10
10 6
0.0526m 5.26cm
由于理想气体的内能是温度的函数，而系统初温和终温相同，故此过程中系统的内能变 化为零，同时此过程可看作定压膨胀过程，所以气体与外界交换的热量为：
3
情况三:
V气球＋贮气罐＝
p贮气罐V贮气罐 pb
0.15 2 0.09
3.333m3
所以气球只能被充到V气球＝3.333－2＝1.333m3 的大小，故气体对外作的功为：
W 0.9 105 1.333 1.2 105 J
第二章
思考题
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
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。
D2 D1
D 3dD
1 8
c(
热工基础-课后题答案
二零一七年，秋第一章热力学第一定律1-1用水银压力计测量容器中的压力，在水银柱上加一段水，若水柱高1020mm ，水银柱高900mm ，当时大气压力计上的度数为b 755mmHg p =。
求容器中气体的压力。
解：查表可知：21mmH O=9.80665Pa 1mmHg=133.3224Pa 由题中条件可知2H O Hg b1020 mm 9.80665 Pa 900mm 133.3224Pa 755mm 133.3224Pa 230.651 KPa 0.231MPap p p p =++=⨯+⨯+⨯=≈容器 即容器中气体的压力为0.231MPa 。
1-2容器中的真空度为600mmHg v p =，气压计上的高度是b 755mmHg p =，求容器中气体的绝对压力（用Pa 表示）。
如果容器中的绝对压力不变，而气压计上高度为b 770mmHg p =，求此时真空表的度数（以mmHg 表示）.解：因为600mmHg=600mm 133.3224Pa=79993.4Pa v p =⨯ b 755mmHg=755mm 133.3224Pa=100658.4Pa p =⨯容器中气体的绝对压力为b v 100658.479993.420665Pa p p p =-=-=若以mmHg 表示真空度，则2066520665Pa=mmHg 155mmHg 133.3224p ==则当气压计高度为b 770mmHg p =时，真空表的读数为770mmHg 155mmHg 615mmHg vb p p p '=-=-=1-3用斜管压力计测量锅炉烟道气的真空度，管子倾斜角30α=︒，压力计使用密度30.8g/cm ρ=的煤油，斜管中液柱长200mm l =，当地大气压力b 745mmHg p =。
求烟气的真空度（mmHg ）及绝对压力。
解：压力计斜管中煤油产生的压力为33sin 0.810kg /m 9.80.2m sin30=784Pa j p gl ρα==⨯⨯⨯⨯︒当地大气压为b 745mmHg=745mm 133.3224Pa/mm=99325.2Pa p =⨯则烟气的绝对压力为b j 99325.2Pa 784Pa 98541.2Pa p p p =-=-=若压力计斜管中煤油产生的压力用mmH 2O 表示，则烟气的真空度为22784=784Pa=mmH O=79.95mmH O 9.80665j p1-6气体初态为3110.3MPa, 0.2m p V ==，若在等压条件下缓慢可逆地膨胀到320.8m V =，求气体膨胀所做的功。
热工基础1-3习题答案
热工基础1-3章部分习题参考答案1-41-51-7某种气体在气缸中进行一缓慢膨胀过程，其体积由31.0m 增加到325.0m ，过程中气体压力循{}{}34.0-24.0m MP v p a =变化。
若过程中气缸与活塞的摩擦保持为200 N ，当地大气压力为0.1MP a ，气缸截面面积为31.0m ，试求：(1)气体所作的膨胀功W ；(2)系统输出的有用功W U ；(3)若活塞与气缸无摩擦，系统输出的有用功W u ，re 。
解：（1）该过程可视为可逆过程()KJ dv v pdv w 5.25104.024.06=⨯-==⎰⎰(2) ()KJ v p p w b f w 8.1615.01.01.01200=⨯⎪⎭⎫⎝⎛+=∆+=∴KJ w w w w u 7.88.165.25=-=-= (3) 若无摩擦KJ v p w b w 15=∆= ∴KJ w w w w re u 5.10155.25,=-=-=1-9某蒸汽动力厂加入锅炉的每1MW 能量要从冷凝器排出0.58MW 能量，同时水泵要消耗0.02MW 功，求气轮机输出功率和电厂的热效率。
解：由能量守恒：0.58+P-0.02=1∴P=1-0.58+0.02=0.44电厂对外输出净功等于产生功减去水泵耗功=0.44-0.02=0.4242.0142.010===q w η2-12-3-252 KJ/kg2-62-10某大型气轮机装置的压缩机从环境大气中吸入压力为95 kPa 、温度为20 ℃的空气，空气进入压气机时速度较小，流出压气机时气流压力为1.52MPa 、温度为430℃、速度为90 m/s ，压气机输入功率5000 kW ，试确定空气的质量流量。
已知空气的焓仅是温度的函数，T c h p =。
解：取压气机为系统，为稳定开口系。
()s m f mW zq g c q H Q +∆+∆+∆=221 压气机可视为绝热。
Q=0; 且01=f c ， 0=∆z ， s KJ W s /5000-= ∴()0212212=-+-sf m p m W c q T T c q()()s kg sKJ c T T c W q f p sm /1210902120430004.1/500021322212=⨯⨯+-⨯=+-=-3-93-113-12113-13。
热工基础课后习题参考答案完整版童钧耕,王平阳,苏永康编《热工基础》上海交通大学出版社
解：由题意可知 p1v1 = p2v2 ,= v2 2=v1 2m3
因此有 p=2
p1
v=1 v2
0.2MPa × =1 2
0.1MPa
在可逆定温膨胀过程中，设某一时刻的压力为 p，则有
∫ ∫ w=
v2 pd=v
v1
v2 p1v1 d=v v v1
p1v1
ln
1-3 用斜管压力计测量锅炉烟道气的真空度，管子倾斜角 α= 30° ，压力计使用密度 ρ = 0.8g/cm3 的煤油，斜管中液柱长 l = 200mm ，当地大气压力 pb = 745mmHg 。求烟
气的真空度（ mmHg ）及绝对压力。
2 / 78
解：压力计斜管中煤油产生的压力为
p j = ρ gl sina = 0.8×103 kg / m3 × 9.8× 0.2m × sin30°=784Pa
1-6 气体= 初态为 p1 0= .3MPa, V1 0.2m3 ，若在等压条件下缓慢可逆地膨胀到V2 = 0.8m3 ，
求气体膨胀所做的功。
解：有条件可得气体膨胀所做的功为
∫ ( ) W=
V2 pdV=
V1
p (V2 −V1 )=
0.3MPa × 0.8m3 − 0.2m3 = 180kJ
1-71m3空气， p1 = 0.2MPa ，在可逆定温膨胀后容积为原来的两倍。求：终压p2和气体所
当地大气压为
= pb 745mmHg=745mm ×133.3224Pa/mm=99325.2Pa
则烟气的绝对压力为
p = pb − pj = 99325.2Pa − 784Pa = 98541.2Pa
若压力计斜管中煤油产生的压力用mmH2O表示，则烟气的真空度为
《热工基础与设备》第03章 3ird作业 传热学(导热) 2021春
《热工基础与设备》第03章 3ird作业传热学（导热） 2021春《热工基础与设备》第03章-3ird作业-传热学（导热）-2021春第三章传热学习题(1)-导热计算题1、如图所示隧道窑冷却带窑顶为拱形，由耐火粘土砖砌成，拱厚230mm，拱心角为90o,拱内半径为0.85m，拱顶内外表面积平均温度分别为700及100℃，求每米窑长拱顶散失热量。
(已知耐火粘土砖λt=0.836+0.58×10-3t（w/m.℃））2、建有一窑墙，用粘土砖和红砖二层砌筑，厚度均为230mm，窑墙内表面温度为1200℃，外表面温度为100℃，红砖容许采用温度为700℃以下，谋：每平方米窑墙的热损失，并推论红砖在此条件下与否适用于？未知粘土砖及红砖的热传导系数分别为：λ粘土砖＝0.70＋0.55×10-3t（w/m.℃）;λ红砖＝0.46＋0.44×10-3t（w/m.℃）。
3、一炉壁用耐火砖和低碳钢板共同组成，砖的厚度为75mm,热传导系数为1.1w/m.℃，钢板的厚度为6.4mm,热传导系数为39w/m.℃。
砖的内表面温度为647℃，钢板的外表面温度为137℃。
（1）试求每平方米炉壁通过的热流量；（2）例如每平方米壁面存有18个直径为19mm的刚螺栓（λ=39w/m.℃）沿着，试求这时热流量减少的百分率。
4、蒸汽直管道的外径d1=30mm，准备包两层厚度都是15mm的不同材料的热绝缘层。
a 种材料的导热系数λa=0.04w/m℃，b种材料的导热系数λb=0.1w/m℃。
若包裹好后两层热绝缘层最内与最外温差恒定一定，试问从减少热损失的观点看下列两种方案；(1)a在里层，b在外层，(2)b在里层，a在外层。
哪一种方案好?为什么?通过计算说明。
热工基础习题集-热力学部分
热工基础习题及答案工程热力学第一章 基本概念1-2 试确定表压力为0.01MPa 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1000kg/m 3；（2）U 形管中装酒精，其密度为789kg/m 3。
解答：m29.178981.91001.02m02.1100081.91001.0166=⨯⨯=∆=⨯⨯=∆=∆∴∆=酒精水）（）即（h h gP h h g P gg ρρ 1-3 用U 形管测量容器中气体的压力。
在水银柱上加一段水柱（如图1-3）。
已侧的水柱高850mm ，汞柱高520mm 。
当时大气压力为755mmHg 。
问容器中气体的绝对压力为多少MPa ？解答：MPa P P P P Hg O H 178.080665.98503224.1335207552b =⨯+⨯+=++=）（图1-3 图1-41-4 用斜管压力计测量锅炉烟道中烟气的真空度（如图1-4）。
管子的倾角o30=α；压力计中使用密度为800kg/m3的煤油；斜管中液柱长度l=200mm 。
当时大气压力mmHg P 745b =。
问烟气的真空度为多少毫米水柱？绝对压力为多少毫米汞柱？解答：mmHgP P P mmHgPa h g P v b o v 1135.7391050062.78.7847452801001972.18.784 8.81784.930sin 2.0800131=⨯⨯-=-==⨯⨯=⨯⨯⨯=∆=--绝）（）（ρ1-7 从工程单位制热力性质表中查得，水蒸汽在500℃、100at 时的比体积和比焓分别为kg kcal h kg m v /6.806/03347.03==、。
在国际单位制中，这时水蒸气的压力和比热力学各为多少？解答：kgkJ pV U MPaP /8.304803347.01080665.91868.46.806h 280665.91080665.9100134=⨯⨯-⨯=-==⨯⨯=）（）（1-8 摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为C 0o和C 010o，而华氏温标则相应地取为F o32和F o 212。
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热工基础第三章作业题及答案
3-3 体积为0.03m 3的某刚性储气瓶内盛有700kPa 、20℃的氮气。
瓶上装有一排气阀，压力达到880kPa 时阀门开启，压力降到850kPa 时关闭。
若由于外界加热的原因造成阀门开启，问：
(1)阀开启时瓶内气体温度为多少？
(2)因加热，阀门开闭一次期间瓶内气体失去多少？设瓶内氮气温度在排气过程中保持不变。
答案：（1）t 2=93.3℃; (2)∆m =0.0097kg
3-4 氧气瓶的容积V =0.30m 3，瓶中氧气的表压力p gl =1.4MPa ，温度t 1=30℃。
问瓶中盛有多少氧气？若气焊时用去一半氧气，温度降为t 2=20℃，试问此时氧气瓶的表压力为多少？(当地大气压力p b =0. 098MPa)
答案： m =5.72kg; p g2=0.625MPa.
3-6 某理想气体等熵指数κ=1.4，定压比热容c p =1.042kJ/(kg.K)，求该气体的摩尔质量M 。
答案：M =27.93 g/mol
3-8 摩尔质量为0.03kg/mol 的某理想气体，在定容下由275℃加热到845 ℃，若比热力学能变化为400kJ/kg ，问焓变化了多少？
热求其热力学能、焓和熵的变化。
答案：∆ℎ=557.9kJ/kg
3-11 在体积V =1.5m 3的刚性容器内装有氮气。
初态表压力p gl =2.0MPa ，温度t =230℃，问应加入多少热量才可使氮气的温度上升到750℃？其焓值变化是多少？大气压力为0.1MPa 。
(1)按定值比热容计算；
(2) 按平均比热容的直线关系式计算；
(3)按平均比热容表计算；
(4) 按真实比热容的多项式表达式计算。
答案：(1) Q =8137 kJ, ΔH =11410 kJ (2) Q =9005 kJ, ΔH =12260 kJ
(3) Q =8962 kJ, ΔH =1200 kJ (4) Q =9025 kJ, ΔH =12280 kJ
3-15 由氧气、氮气和二氧化碳组成的混合气体，各组元的摩尔数为
2O 0.08mol n =，2N 0.65mol n =，2CO 0.3mol n =
试求混合气体的体积分数，质量分数和在p = 400kPa 、t =27℃时的比体积。
答案：x O2=0.078, x N2=0.631, x CO2=0.291 w O2=0.076, w N2=0.536, w CO2=0.388 R g,eq =0.252 kJ/(kg.K), v =0.0189 m 3/kg.
3-19 某理想气体初温T 1=470K ，质量为2.5kg ，经可逆定容过程，其热力学能变化为△U =295. 4kJ ，求过程功、过程热量以及熵的变化。
设该气体R g =0.4 kJ/( k g ．K)，κ=1.35，并假定比热容为定值。
答案：W =0, Q =295.4 kJ, ΔS=0.568 kJ/K
3-22试将满足以下要求的理想气体多变过程在p -v 图和T -s 图上表示出来（先画出四个基本热力过程）：
(1) 气体受压缩，升温和放热；
(2) 气体的多变指数n =0.8，膨胀；
(3) 气体受压缩，降温又降压；
(4) 气体的多变指数n=1.2，放热；
(5) 气体膨胀，降压且放热。
答案：
3-25一容积为0.2m3的贮气罐，内装氮气，其初压力p1=0. 5MPa，温度t1=37C。
若对氮气加热，其压力、温度都升高。
贮气罐上装有压力控制阀，当压力超过0. 8MPa时，阀门便自动打开，放走部分氮气，即罐中维持最大压力为0. 8MPa。
问：当贮气罐中氮气温度为287℃时，对罐内氮气共加人多少热量？设氮气比热容为定值。
答案：Q=Q v+Q p=150+67.96=218 kJ
3-31 湿饱和蒸汽的p=0.9MPa，x=0. 85，试由水蒸气表求t、h、v、s和u。
答案：t s=175.39℃, h=2468.99 kJ, v=0.18284 m3/kg, s=5.9431 kJ(kg.K), u=2304.43 kJ(kg.K)
3-33开水房烧开水用p=0.1MPa，x=0.86的蒸汽与t=20℃同压下的水混合，试问欲得5t的开水，需要多少蒸汽和水？
答案：m v=773kg, m w=4267 kg
3-36汽轮机的进口蒸汽参数为p1=3.0MPa、t1=435℃。
若经可逆绝热膨胀至p2=0.005 MPa，蒸汽流量为4. 0kg/s，求汽轮机的理想功率为多少千瓦？
答案：P=4660 kW
3-37一刚性容器的容积为0.3m3，其中体积的五分之一为饱和水，其余为饱和蒸汽，容器中初压为0. 1MPa。
欲使饱和水全部汽化，问需加入多少热量？末态压力为多少？若热源温度为500℃，试求不可逆温差传热的有效能损失。
设环境温度为27℃。
答案：S g=66.83 (kJ/K), I= 20050 (kJ)
3-43设大气压力为0.1MPa，温度为25℃，相对湿度为 =55%，试用分析法求湿空气的露点温度、含湿量及比焓。
并查h-d图校核之。
答案：计算：t d=14.8℃, d=0.011kg/kg(a), h=53.15 kJ/kg
查图：t d=15℃, d=0.0108kg/kg(a), h=53 kJ/kg
3-45设大气压力为0.lMPa，温度为30℃，相对湿度为0.8。
如果利用空气调节设备使温度降低到10℃去湿，然后再加热到20℃，试求所得空气的相对湿度和单位质量干空气在空气调节设备中所放出的热量。
答案：φ=53%
3-47在容积为100m3的封闭室内，空气的压力为0.lMPa，温度为25℃，露点温度为18℃。
试求室内空气的含湿量和相对湿度。
若此时室内放置盛水的敞口容器，容器的加热装置使水能保持25℃定温蒸发至空气达到定温下饱和空气状态。
试求达到饱和空气状态下空气的含湿量和水的蒸发量。
答案：d2=0.0204kg/kg(a)。