工程热力学习题课第一章基本概念资料
(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
第一章基本概念及定义一、填空题1、热量与膨胀功都是量，热量通过差而传递热能，膨胀功通过差传递机械能。
2、使系统实现可逆过程的条件是：（1），（2）。
3、工质的基本状态参数有、、。
4、热力过程中工质比热力学能的变化量只取决于过程的___________而与过程的路经无关。
5、热力过程中热力系与外界交换的热量，不但与过程的初终状态有关，而且与_______有关。
6、温度计测温的基本原理是。
二、判断题1、容器中气体的压力不变则压力表的读数也绝对不会改变。
（）2、无论过程是否可逆，闭口绝热系统的膨胀功总是等于初、终态的内能差。
（）3、膨胀功的计算式⎰=21pdvw，只能适用于可逆过程。
（）4、系统的平衡状态是指系统在无外界影响的条件下（不考虑外力场作用），宏观热力性质不随时间而变化的状态。
（）5、循环功越大，热效率越高。
（）6、可逆过程必是准静态过程，准静态过程不一定是可逆过程。
（）7、系统内质量保持不变，则一定是闭口系统。
（）8、系统的状态参数保持不变，则系统一定处于平衡状态。
（）9、孤立系统的热力状态不能发生变化。
（）10、经历一个不可逆过程后，系统和外界的整个系统都能恢复原来状态。
（）三、选择题1、闭口系统功的计算式21u u w -=（ ）。
（A ）适用于可逆与不可逆的绝热过程 （B ）只适用于绝热自由膨胀过程 （C ）只适用于理想气体绝热过程 （D ）只适用于可逆的绝热过程 2、孤立系统是指系统与外界（ ）。
（A ）没有物质交换 （B ）没有热量交换（C ）没有任何能量交换 （D ）没有任何能量传递与质交换 3、绝热系统与外界没有（ ）。
（A ）没有物质交换 （B ）没有热量交换 （C ）没有任何能量交换 （D ）没有功量交换 4、闭口系统与外界没有（ ）。
（A ）没有物质交换 （B ）没有热量交换 （C ）没有任何能量交换 （D ）没有功量交换 5、公式121q q t-=η适用于（ ）。
（A ）理想气体任意过程 （B ）理想气体可逆循环 （C ）任何工质可逆循环 （D ）任何工质任何循环 6、（ ）过程是可逆过程。
工程热力学 第一章 基本概念
1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数
热能动力装置工质对外做功需要经过压缩、 吸热、膨胀、排热等状态变化过程
热力状态： 系统在某一瞬间所呈现的宏观物理状况称为
系统的热力状态，简称状态。
平衡状态： 在没有外界作用的情况下，系统内部各处的
宏观性质均匀一致、不随时间而变化的状态称为 平衡状态。
状态参数：
冷凝器：向环 境放热，冷凝 为液体
膨胀机：通过节 流膨胀，压力降 低，温度降低
冷室吸热
上述各种燃气和蒸汽动力装置中，要实现能量 的转换和传递，需要的条件：
1）媒介介质 2）工作介质状态的变化：压缩、吸热、膨胀、 排热等过程
工质：实现热能和机械能之间转换的媒介物质。
对工质的要求:
1）膨胀性
2）流动性 3）热容量 4）稳定性，安全性 5）对环境友善 6）价廉，易大量获取
它们之间将发生热量传递，如果没有其它物 体影响，这两个物体的冷热程度将逐渐趋于一致， 最终将达到热平衡。
a) 热平衡定律（热力学第零定律）(1931年)
如果两个物体中的每一个 都分别与第三个物体处于热平衡， 则这两个物体彼此也必处于热平 衡。
AB C
既然两个独立的系统各自处于一定状态时是热 平衡的，那么，这两个系统具有一个共同的宏观性 质。可以用一个物理量－温度来描述。
热力学第零定律是温度测量的理论依据 。
b) 温度的物理意义
温度宏观上是反映物体冷热程度的物理量；
温度的高低反映物体内部微观粒子热运动的强 弱。
对于气体：
mc2源自BT2B 3k
2
k为波尔兹曼常数 c 为分子移动的均方根速度
c) 温标：温度的数值表示法。 建立温标的三个要素： ① 选择温度的固定点，规定其数值； ② 确定温度标尺的分度方法和单位； ③ 选择某随温度变化的物性作为温度测量的 依据。
[工学]工程热力学第1章-基本概念资料讲解
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R MRg
工程热力学
四、 状态参数坐标图（parametric coordinates）
一简单可压缩系只有两个独立参数，所以可用平 面坐标上一点确定其状态，反之任一状态可在平面坐 标上找到对应点，如：
p
p1 1
T
T2 2
p
p3 3
O
v1
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vO
s2
sO
T3
T
附：纯物质的p-v-T图
工程热力学
ppbpv (ppb) ppbpe (ppb)
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工程热力学
常用压力单位：
1Pa 1mN2 1MPa 1106Pa 1bar 1105Pa 1atm101325Pa 760mmHg 1mmHg 133.32Pa 1mmH2O9.80665Pa
工程热力学
1kPa 1103Pa
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环境压力与大气压力 环境压力是压力表所处环境 注：环境压力一般为大气压力，但不一定都是。
注意：1）不计恒外力场影响；
2）复相系未必不均匀—湿蒸汽； 单元系未必均匀—气液平衡分离状态。
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2. 按系统与外界质量交换
闭口系（closed system） （控制质量CM）
—热力系统和外界只有能量交换而 无物质交换
开口系统（open system） （控制体积CV） —热力系统和外界不仅有能量交换而
p A F c o s p b A(f 0 ) 准静态过程，可逆
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讨论：
工程热力学
1.可逆=准静态+没有耗散效应 2.准静态着眼于系统内部平衡，可逆着眼于
系统内部及系统与外界作用的总效果 3.一切实际过程不可逆 4.内部可逆过程的概念 5.可逆过程可用状态参数图上实线表示
工程热力学课后习题全集
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α=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0.1MPa ，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。
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。
工程热力学第一章
（3）好处：用系统的参数来计算；可以作 好处：用系统的参数来计算； 为实际过程中能量转换效果比较的标准和极 限；可把实际过程当作可逆过程进行分析计 然后再用经验系数加以修正。 算，然后再用经验系数加以修正。 （4）热量和功量 热量和功量都是过程量， 热量和功量都是过程量，它们的大小不仅与 过程的初终状态有关， 过程的初终状态有关，而且与过程的性质有 关。 可逆过程的功量： 可逆过程的功量： w = ∫ pdv 可逆过程的热量： 可逆过程的热量： q = ∫ Tds
C B A
课后题1 课后题1-5；1-6；1-9
（c）系统内部状态参数不随时间而变化 （d）系统内部状态不发生改变 2.均质等截面杆的两端的温度由分别维持 2.均质等截面杆的两端的温度由分别维持 t1 t2的两热源保持 t1 t2 不变，取此杆为系统， 不变，取此杆为系统， 则系统处于（ 则系统处于（B）。 平衡状态， （a）平衡状态，因其各截面温度不随时间改 变 非平衡状态， （b）非平衡状态，因其各截面温度不等 平衡状态， （c）平衡状态，因其各截面温度不随时间改 变，且流入系统的热量等于流出系统的热量 非平衡状态， （d）非平衡状态，因其处于重力场
4.基本状态参数：温度、压力、 4.基本状态参数：温度、压力、比体积 基本状态参数 温度： （1）温度：是热平衡的惟一判据
t = T − 273.15
（2）压力Βιβλιοθήκη p = B + pg
p = B−H
（3）比体积 二、平衡状态、状态公理及状态方程 平衡状态、 1.定义 是指在没有外界作用的情况下， 定义： 1.定义：是指在没有外界作用的情况下， 系统的宏观性质不随时间变化的状态。 系统的宏观性质不随时间变化的状态。 2.实现平衡的条件： 2.实现平衡的条件：系统内部及系统与外界 实现平衡的条件 之间各种不平衡势差消失
工程热力学课后题答案
工程热力学习题解答工程热力学习题解答第1章 基本概念基本概念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 MPa1-3上题中，若表A 为真空表，其读数为24.0kPa，表B 的读数为0.036 MPa，试确定表C 的读数。
解：则根据题意，有容器左侧的绝对压力为=−=−==024.0098.0vA b A p p p p 左0.074 MPa 若表B 为压力表，则容器左侧的绝对压力为gB C B p p p p +==左 ∴038.0036.0074.0gB C =−=−=p p p 左 MPa＜b p∴表C 是真空表，其读数为038.0098.0C b vC −=−=p p p =0.060 MPa 则容器右侧的绝对压力为=−=−=060.0098.0vC b p p p 右0.038 MPa 若表B 为真空表，则容器左侧的绝对压力为vB C B p p p p −==左习题1-2图∴110.0036.0074.0vB C =+=+=p p p 左 MPa＞b p∴表C 是压力表，其读数为098.0110.0b C gC −=−=p p p =0.012 MPa1-4由于水银蒸气对人体组织有害，所以在水银柱面上常注入一段水，以防止水银蒸气发生。
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答：C。孤立系虽与外界无质量及能量交换，但 系统内可以发生状态变化，从不平衡趋向平衡， 唯有已经达到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、终状 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。
V1 1m 23.92kg 3 v1 0.0418m / kg
所以
p2 p1 (V2 V1 ) 398.3kPa 298.3kPa / m3 (2m3 1m3 ) 696.6kPa
（2）由于汽缸容积从2m3起，两支弹簧同时作用于 活塞，所以线段2-3的斜率是1-2的两倍，即
例6 气缸活塞系统的活塞质量可忽略不计，活塞上装 设两支弹性常数相等的弹簧如图（a）。活塞处在汽 缸底部时两支弹簧都呈自由状态，当汽缸容积达 2m3时，第二支弹簧开始与活塞接触。初始时汽缸 内氨的比体积为0.0418m3/kg压力为398.3kPa，体 积为1m3。对系统加热，直至压力为1200kPa。已 知活塞外大气压力为100kPa。求： （1）第二支弹簧开始与活塞接触时 的缸内压力； （2）终态时氨的比体积； （3）过程中氨作的功。
例5 刚性绝热容器，分成两部分，一部分装气体， 一部分抽成真空，中间是隔板， （1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？ （2）设真空部分装有许多隔板，逐个抽去隔板， 每抽一块板让气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？
解：（1）系统不作功，因为功是通过边界传输的能 量，当取气体为系统时，系统边界从初态时占容器的 一部分扩大到全部容器，而容器是刚性的，所以没有 能量传递输出边界，也就没有作图功。 （2）系统仍不作功。 （3）第一种情况不能在p-v图上用实线表示，因为过 程不是准静态过程；第二种情况，若隔板数量是有限 的，则过程不能在p-v图上用实线表示，若数量是无 限的，则可以在p-v图上表示，因为每抽去一块隔板 ，系统偏离平衡状态无穷小，且很快恢复平衡，而每 个平衡态都可用图上一点表示，无穷多的点连成一条 实线。
w pdv pb (v2 v1 )
1 2
对不对？为什么？
图3
解：本例中气体膨胀过程是在有限压差下进行的 ，虽然气体最终又达到平衡状态，但在这两个平 2 衡态之间经历的状态是无法描述，因此用 w 1 pdv 计算过程功是错误的。考虑到气体膨胀后是体积 增大，把活塞上推了L，所以功为
p3 p2 2 , V3 V2 V3 V2 p3 p2 1200kPa 696.6kPa 2m3 2 2 298.3kPa / m3
解： pA F cos pb A Ff ——非准静态过程 pA F cos pb A Ff ——准静态过程 pA F cos pb A, Ff 0 ——可逆过程
图2
例3 压力为p1、比体积为v1的某种气体被质 量可忽略不计且无摩擦的活塞密封在垂直放 置的气缸内，如图3所示，现移去活塞上的重 物，气缸内气体膨胀，待气体达新的平衡状 态，活塞上升高度L。为求气缸内气体作的功 ，有人计算如下：
w FL pb AL pb (v2 v1 )
这个功只可能是由气体作出，虽然结果一样，但 两个解题过程基于的概念不一样，前者是错误的 。
例4 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 中做功相同 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TA>TB，所以物体 A具有的热量较物体B为多
解：据题意，过程的p-V图如图（b）所示。 （1）汽缸内氨的质量 3
m1
延伸线段2-1，与p轴交于0，因为活塞在汽缸底 部时，活塞外仅有大气压作用，而活塞从汽缸底 部移动到汽缸容积达2m3时，仅有一支弹簧作用 于活塞上，即0-1-2是一条直线。其斜率
p1 p0 tan V1 V0 398.3kPa 100kPa 3 298.3 kPa / m 1m3 p2 p1 V2 V1
博学 睿思 勤勉 致知
工程热力学
Engineering Thermodynamics
实事求是 敢为人先
例1 绝热活塞把一个刚性绝热容器分成A和B两部分（图 1）分别有某种气体，B侧设有电加热丝。活塞在容器内 可自由移动，但两部分气体不能相互渗透。合上电闸， B侧气体缓缓膨胀。问： （1）取A侧气体为系统，是什么系统； （2）取A侧和B侧全部气体为系统（不包括电热丝）， 是什么系统； （3）取A侧和B侧全部气体和电热丝为系统，是什么系 统； （4）取图中虚线内为系统，是什么系统？
例5 某种工质经历两阶段可逆膨胀过程，先 从0.1m3在150kPa下等压膨胀到0.2m3，然 后在压力与体积成线性关系的条件下膨胀 到0.4m3，此时压力为300kPa。在p-v图上 示意地画出过程线并求过程功。
解：p-v图上过pdV pdV
2
3
p2 p3 p1 (V2 V1 ) (V3 V2 ) 2 150kPa (0.2m 3 0.1m 3 ) 150kPa 300kPa (0.4m3 0.2 m3 ) 2 60kJ
图1
解：（1）闭口绝热系，因为系统仅与外界交换功；
（2）闭口系，系统与电热丝交换热量； （3）闭口绝热系，因为系统仅与外界交换电 能，没有热量越过边界； （4）孤立系。
例2 图2所示的气缸活塞系统，气缸内气体压力为p ，曲柄连杆对活塞发热作用力F，活塞与气缸摩擦 力为Ff，活塞的面积为A。讨论气缸内气体进行准 静态过程和可逆过程的条件。