清华大学工程热力学习题课

工程热力学课程习题

第一章

1- 1试将1物理大气压表示为下列液体的液柱高（mm ）, （1）水，⑵ 酒精，（3）液态 钠。它们的密度分别为 1000kg/m 3, 789kg/m 3和860kg/m 3。

1- 4人们假定大气环境的空气压力和密度之间的关系是 p=c p 1.4, c 为常数。在海平 面上空气的压力和密度分别为 1.013 X 05Pa 和1.177kg/m 3，如果在某山顶上测得大气压 为5X104P &试求山的高度为多少。重力加速度为常量，即 g=9.81m/s 2。

1- 7如图1-15所示的一圆筒容器，表 A 的读数为360kPa,表B 读数为170kPa,表 示室

I 压力高于室U 的压力。大气压力为760mmHg 。试求（1）真空室以及I 室和U 室的 绝对压力；（2）表C 的读数；（3）圆筒顶面所受的作用力。

图

14S

图 1-15

1- 8若某温标的冰点为20°,沸点为75°，试导出这种温标与摄氏度温标的关系（一 般为线性关系）。

1-

10若用摄氏温度计和华氏温度计测量同一个物体的温度。

有人认为这两种温度计

的读数不可能出现数值相同的情况，对吗？若可能，读数相同的温度应是多少？ 1-

14 一系统发生状态变化，压力随容积的变化关系为

pV 1.3=常数。若系统初态压力

为600kPa,容积为0.3m 3，试问系统容积膨胀至0.5m 3时，对外作了多少膨胀功。

1- 15气球直径为0.3m ，球内充满压力为150kPa 的空气。由于加热，气球直径可逆 地增大到0.4m

，并且空气压力正比于气球直径而变化。试求该过程空气对外作功量。

1-

16 1kg气体经历如图1-16所示的循环，A到B为直线变化过程，B到C为定容过程，C到A为定压过程。试求循环的净功量。如果循环为A-C-B-A则净功量有何变化？

图1-16

第二章

2-2水在760mmHg下定压汽化，温度为100C,比容从0.001m3/kg增加到

1.1763m3/kg,汽化潜热为2250kJ/kg。试求工质在汽化期间⑴ 内能的变化；⑵ 焓的变

化。

2-3定量工质，经历了一个由四个过程组成的循环，试填充下表中所缺的数据，并写出根据。

过程Q/ kJ W/ kJ△ U/ kJ

1201390

230395

340—1000

410

2-5 1kg 空气由p i=1.0MPa,t i=500C膨胀到p i=0.1MPa, t i=500C,得到的热量506kJ, 作膨胀功506kJ。又在同一初态及终态间作第二次膨胀仅加入热量39.1kJ。求：（1）第一次膨胀中空气内能增加多少？（2）第二次膨胀中空气作了多少功？（3）第二次膨胀中空

气内能增加多少？

2-6图2-10所示的气缸内充以空气。气缸截面积为100cm2,活塞距底面高度为10cm, 活塞及其上负载的总质量为195kg,当地大气压为771mmHg，环境温度t°=27C，气缸内气体恰与外界处于热力平衡。倘使把活

塞上的负载取去100kg，活塞将突然上升，最

后重新达到热力平衡。设活塞与气缸壁之间无摩擦，气体可通过气缸壁充分和外界换热，求活塞上升的距离和气体的换热量。

图1-1

各

困2-10

图2-10

2-7上题中若气缸壁和活塞都是绝热的，但两者之间不存在摩擦，此时活塞上升距

离如何？气体的最终状态又如何？已知/ u=c v/T,空气的C v=0.71kJ/（kg K）・<

2-12 1m3容器内的空气，压力为p o,温度为

T o。高压管路（p, T ）与之相通，使容器内压力达到p时关上阀门。设高压管路、阀门与容器均绝热，但有一冷却水管通过容器。若欲在充气过程中始终维持容器中的空气保持T o,则需向冷却水放出的热量为Q,求Q。

已知空气的R，C p和C v0

2-13 一台锅炉给水泵，将冷水压力由p i=6kPa升高至p2=2.0MPa,若冷凝水（水泵进5

口）流量为2X10 kg/h，水密度p2O=1000kg/m3。假定水泵效率为0.88,问带动此水泵至少要多大功率的电机。

2-14 一燃气轮机装置如图2-11所示。空气由1进入压气机升压后至2,然后进入回热器，吸收从燃气轮机排出的废气中的一部分热量后，经3进入燃烧室。在燃烧室中与

油泵送来的油混合并燃烧，产生的热量使燃气温度升高，经4进入燃气轮机（透平）作功。排出的废气由5送入回热器，最后由6排至大气。其中压气机、油泵、发电机均由燃气轮机带动。（1）试建立整个系统的能量平衡式；⑵若空气质量流量m1 =50t/h,进口焓

h1=12kJ/kg，燃油流量m7 =700kg/h，燃油进口焓h7=42kJ/kg,油发热量q=41800kJ/kg, 排出废气焓h6=418kJ/kg，求发电机发出的功率。

图2-11

2-15某电厂一台国产50000kW汽轮机发电机组，锅炉蒸汽量为220t/h,汽轮机进口处压力表上的读数为10.0MPa，温度为540 C。汽轮机出口处真空表的读数为

715.8mmHg。当时当地的大气压为760mmHg,汽轮机进、出口的蒸汽焓各为3483.4kJ/kg 和2386.5kJ/kg。试求：（1）汽轮机发出的轴功率为多少千瓦？⑵若考虑到汽轮机进口

处蒸汽速度为70m/s,出口处速度为140m/s,则对汽轮机功率的计算有多大影响？（3）如

已知凝汽器出口的凝结水的焓为146.54kJ/kg，而1kg冷却水带走41.87kJ的热量，则每小时需多少吨冷却水？是蒸汽量的几倍？

2-16 空气在某压气机中被压缩，压缩前空气的参数为p1=0.1MPa，

v1=0.845m3/kg；

压缩后为p2=0.8MPa, v i=0.175m3/kg，若在压缩过程中每千克空气的内能增加146.5kJ, 同时向外界放出热量50kJ;压气机每分钟生产压缩空气10kg。试求：(1)压缩过程中对1kg 空气所作的压缩功；(2)每产生1kg压缩空气所需的轴功；(3)带动此压气机所需功率至少要多少千瓦？

2-18某燃气轮机装置如图2-12所示。已知压气机进口处空气的焓h1=290kJ/kg,经压缩后，空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg,在截面2处与燃料混合，以C2=20m/s的速度进入燃烧室，在定压下燃烧，使工质吸入热量q=670kJ/kg。燃烧后燃气经喷管绝热膨

胀到状态3'，h3' =800kJ/kg，流速增至q ,燃气再进入动叶片，推动转轮回转作功。若燃气在动叶中热力状态不变，最后离开燃气轮机速度为C4=100m/s。求：