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高等工程热力学课后答案

【篇一：工程热力学课后题答案】

一篇工程热力学第一章基本概念

1. 2. 3.

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。

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。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

200mm，水银柱高800mm，如图2-26所示。已知大气压力为

735mmhg，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

ph2o?200?9.80665?1.961?103?1.96.kpaphg?800?133.32?1.006

?105pa?106.6kpa

p?pb?(ph2o?phg)?98.0?(1.961?106.6)?206.6kpa

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?使用?

?30?，压力计中

?0.8g/cm3的煤油，斜管液体长度l?200mm，当地大气压力

pb?0.1mpa，求烟

p?l?gsin??200?0.8?9.81?0.5?784.8pa?784.8?10?6mpa

气的绝对压力（用mpa表示）解：

p?pb?pv?0.1?784.8?10?6?0.0992mpa

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

110kpa，b为真空表，读数为45kpa

表示）

。若当地大气压

pb?97kpa，求压力表a的读数（用kpa

pga?155kpa

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13.4mpa；

冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，

mmhg。若大气压力为0.098mpa，试求汽轮机进出处和冷凝器内

的蒸汽的绝对压力其读数为706

（用mpa表示）8.测得容器的真空度

p1?0.024m7pa;p2?0.003m9pa

pv?550mmhg，大气压力pb?0.098mpa，求容器内的绝对压力。

若大气

压变为

??0.10m，pb2pa

求此时真空表上的读数为多少

mmmpa

？

??579.8mpa p?0.0247mpa,pv

9.如果气压计压力为83kpa，试完成以下计算：（1）.绝对压力为0.1mpa1时的表压力；

（2）.真空计上的读数为70kpa时气体的绝对压力；（3）.绝对压

力为50kpa时的相应真空度（kpa）；（4）.表压力为0.25mpa时

的绝对压力（kpa）。（1）.

pg?17kpa；

p?13kpa；

（2）. （3）. （4）.

pv?33kpa；

p?333kpa。

10.摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为0℃和100℃，而华氏温标则相应地取为32℉和

212℉。试导出华氏温度和摄氏温度之间的换算关系，并求出绝对零度所对应的华氏温度。

tf?at?b

100℃代入，得将水在标准大气压下的冰点值32f和0℃，以及沸点值292f和

?32?0?b

?212?100a?b

解该二元一次方程组，得：

从而有当t

a?1.8,b?32。

tf?1.8t?32

??273.15℃时，有

11.气体进行可逆过程，满足式，并在

tf?1.8?(?273.15_)?32??459.7(?f)

pv?c（c为常数），试导出该气体从状态1变化到状态2时膨胀功的表达

p?v

图上定性画出过程线、示出膨胀功。

答案：略

12.某气体的状态方程为（1）.定稳下气体

pv?rgt，试导出：

p,v之间的关系；

（2）.定压下气体v,t之间的关系；（3）.定容下气体

p,t之间的关系。

答案：（1）.

p2v1

?p1v2

；（2）.

v2t2

?v1t1

；（3）.

p2t2

?p1t1

。

第二章热力学第一定律

1.一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量为q?180?10

kg/h，输出功率为p?55000kw

，全厂耗煤

qm,c?19.5t/h，煤的发热量为qc?30?103kj/kg。蒸汽在锅炉中吸热量q?2680kj/kg。试

求：

（1）.该动力厂的热效率?t；

（2）.锅炉的效率?b（蒸汽总吸热量煤的总发热量）。

解：（1）.锅炉中蒸汽吸热量

?h?qm?q?180?103?2680?4.82?10(kj/h)?1.34?10(kw)

p55000

??41% 5

?h1.34?10

热效率

?t?

（2）.锅炉效率

?b?

蒸汽总放热量?h

煤的总放热量?b

19.5?103?30?103

?b?qb,c?qc??1.625?105(kw)

3600

?1.34?10??h??82.5%

?b1.625?105

2.系统经一热力过程，放热8kj对外做功26kj。为使其返回原状态，对系统加热6kj，问需对系统作功多少？

解：由q??u

?w得

?u?q?w??8?26??34(kj)

对于返回初态的过程

?u???u?34kj

??w?q??u?6?34??28kj

故需对系统做功28kj。

3.气体在某一过程只能感吸收了54kj的热量，同时热力学能增加了

94kj。此过程是膨胀过程还是压缩过程？系统与外界交换的功是多少？答案：此过程为压缩过程；此过程中系统与外界交换的功是?40kj。4.1kg空气由

p1?5mpa,t1?0.5mpa膨胀到p2?0.5mpa,t2?500℃，得到热量

506kj

，对

外做膨胀功506kj。接着又从终态被压缩到初态，热出热量390kj，

试求：

（1）.[膨胀过程空气热力学能的增量；（2）.压缩过空气热力学能

的增量；（3）.压缩过程外界消耗的功。答案：（1）.?u

?0；（2）. ?u?0；（3）.w??390kj。

5.闭口系统中实施以下过程，试填补表中的空缺数据。

表中括号内的数为答案。

6.如图所示，某

封闭系统沿

a?c?b途径由状态a变化到b，吸入热量90kj，对外做功40kj，试问：

（1）.系统从a经d至b，若对外做功10kj，则吸收热量是多少？（2）.系统由b经曲线所示过程返回a，若外界对系统左贡23kj，

吸收热量为多少？（3）.设uadb 答案（1）.qadb （2）.qad

?5kj,ud?45kj,，那么过程a?d和d?b中系统吸收的热量各为多少？（2）.qba??73kj； ?60kj；

（4）.qdb?10kj。 ?50kj；

7.容积为1m的绝热封闭的气缸中装有完全不可压缩的流体，如图

2-31所示。试问：（1）.活塞是否对流体做功？（2）.通过对活

塞加压，把流体压力从

少？焓变化多少？

答案（1）.w

?0；（2）.?u?0,?h?2.8?10kj。

p1?0.2mpa提高到p3?3mpa，热力学能变化多

8.一质量为

4500kg的汽车沿坡度为15?的山坡下行，车速为300m/s。在距山

脚100m处开始刹车，

且在山脚处刚好刹住。若不计其它力，求因刹车而产生的热量。

q?2.04?105kj。

3440kj/kg，

9.某蒸汽动力装置，蒸汽流量为40t/h，汽轮机进出口处压力表读数

为9mpa，进口比为

【篇二：工程热力学,课后习题答案】

txt>工程热力学（第五版）廉乐明谭羽非等编

中国建筑工业出版社

第二章气体的热力性质

2-2.已知n2的m＝28，求（1）n2的气体常数；（2）标准状态下

n2的比容和密度；（3）p?0.1mpa，t?500℃时的摩尔容积mv。解：（1）n2的气体常数

r?r08314?m28＝296.9j/(kg?k)

（2）标准状态下n2的比容和密度

v?rt296.9?273?p101325＝0.8m3/kg

3v＝1.25kg/m ??

（3）p?0.1mpa，t?500℃时的摩尔容积mv

r0t

mv ＝p＝64.27m3/kmol

2-3．把co2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力pg1?30kpa，终了表压力pg2?0.3mpa，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求

被压入的co2的质量。当地大气压b＝101.325 kpa。解：热力系：储气罐。

应用理想气体状态方程。

压送前储气罐中co2的质量

m1?p1v1

rt1

p2v2

rt2 压送后储气罐中co2的质量 m2?

根据题意

容积体积不变；r＝188.9

p1?pg1?b （1）

（2）

（3）

（4） p2?pg2?b t1?t1?273 t2?t2?273

压入的co2的质量

m?m1?m2?vp2p1(?)rt2t1 （5）

将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得

m=12.02kg

2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的空气，

如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kpa，而鼓风机每小

时的送风量仍为300 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？解：同上题

m?m1?m2?vp2p130099.3101.325(?)?(?)?1000rt2t1287300273

＝41.97kg

2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1mpa

的空气3 m3，充入容积8.5 m3的储气罐内。设开始时罐内的温度

和压力与外界相同，问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压

力提高到0.7mpa？设充气过程中气罐内温度不变。解：热力系：储气罐。

使用理想气体状态方程。

第一种解法：

首先求终态时需要充入的空气质量

p2v27?105?8.5m2??rt2287?288kg

压缩机每分钟充入空气量

pv1?105?3m??rt287?288kg

所需时间

t?m2?m19.83min

第二种解法

将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为0.1mpa一

定量的空气压缩为0.7mpa的空气；或者说0.7mpa、8.5 m3的空气在0.1mpa下占体积为多少的问题。

根据等温状态方程

pv?const

0.7mpa、8.5 m3的空气在0.1mpa下占体积为

v1?p2v20.7?8.5??59.5p10.1 m3

压缩机每分钟可以压缩0.1mpa的空气3 m3，则要压缩59.5 m3

的空气需要的时间

??59.5?319.83min

2－8 在一直径为400mm的活塞上置有质量为3000kg的物体，气

缸中空气的温度为18℃，质量为2.12kg。加热后其容积增大为原来

的两倍。大气压力b＝101kpa，问：（1）气缸中空气的终温是多少？（2）终态的比容是多少？（3）初态和终态的密度各是多少？

解：热力系：气缸和活塞构成的区间。

使用理想气体状态方程。

（1）空气终态温度

t2?v2t1?v1582k

（2）空气的初容积

v1?mrt1?p0.527 m3

空气的终态比容

v2?v22v1?mm＝0.5 m3/kg

或者

v2?rt2?p0.5 m3/kg

（3）初态密度

?1?m2.12?v10.527＝4 kg /m3

?2?1?v22 kg /m3

2-9

解：（1）氮气质量

pv13.7?106?0.05m??rt296.8?300＝7.69kg

（2）熔化温度

2－14 如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为其质量成分为

go2?23.2%，gn2?76.8%。试求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比容和密度。

解：折合分子量

m?11?gi0.2320.768??m3228i＝28.86

气体常数

r?r08314?m28.86＝288j/(kg?k)

容积成分

ro2?go2m/mo2＝20.9％

【篇三：工程热力学课后答案】

标准状态下

p2?pg2?b

t1?t1?273 t2?t2?273

压入的co2的质量

（2）（3）（4）

的比容和密度；（3）

p?0.1mpa，t?500℃时的摩尔容积mv。

解：（1）n2的气体常数

m?m1?m2?

m=12.02kg

vp2p1

(?) rt2t1

（5）

将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得

r08314

?＝296.9j/(kg?k) m28

2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kpa，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？解：同上题

（2）标准状态下n2的比容和密度

rt296.9?2733

?＝0.8m/kg p1*******＝1.25kg/m v

m?m1?m2?

＝41.97kg

（3）

vp2p130099.3101.325(?)?(?)?1000rt2t1287300273

p?0.1mpa，t?500℃时的摩尔容积

2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为0.1mpa的空气3 m3，充入容积8.5 m3的储气罐内。设开始时罐内的温度和压力与外界相同，问

mv ＝0

＝64.27m

/kmol

在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到0.7mpa？设充气过程中气罐内温度不变。解：热力系：储气罐。使用理想气体状态方程。第一种解法：

首先求终态时需要充入的空气质量

2-3．把co2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力

终了表压力pg2?0.3mpa，pg1?30kpa，

温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的co2的质量。当地大气压b＝101.325 kpa。解：热力系：储气罐。应用理想气体状

态方程。

压送前储气罐中co2的质量

p2v27?105?8.5

m2??kg

rt2287?288

压缩机每分钟充入空气量

m1?

p1v1

rt1p2v2

rt2

pv1?105?3m??kg

rt287?288

所需时间

压送后储气罐中co2的质量

m2?

?19.83min m

第二种解法

将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为0.1mpa一

定量的空气压缩为0.7mpa的空气；

（1）

或者说0.7mpa、8.5 m3的空气在0.1mpa下占体积为多少的问题。根据等温状态方程

根据题意

容积体积不变；r＝188.9

p1?pg1?b

pv?const

0.7mpa、8.5 m3的空气在0.1mpa下占体积为

（2）熔化温度

v1?

p2v20.7?8.5

??59.5 m3 p10.1

，则

pv16.5?106?0.05

t??＝361k

mr7.69?296.8

2－14 如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为其质量成分为go2压缩机每分钟可以压缩0.1mpa的空气3 m3要压缩59.5 m3的空

气需要的时间

59.5

???19.83min

2－8 在一直径为400mm的活塞上置有质量为3000kg的物体，气

缸中空气的温度为18℃，质量为2.12kg。加热后其容积增大为原来

的两倍。大气压力b＝101kpa，问：（1）气缸中空气的终温是多少？（2）终态的比容是多少？（3）初态和终态的密度各是多少？

解：热力系：气缸和活塞构成的区间。使用理想气体状态方程。（1）空气终态温度

?23.2%，gn2?76.8%。

试求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比

容和密度。解：折合分子量

?＝28.86 gi0.2320.768

??m

3228i

气体常数

r08314

?＝288j/(kg?k) m28.86

t2?

t1?582k v1

容积成分

（2）空气的初容积

ro2?go2m/mo2＝20.9％ rn2?

1－20.9％＝79.1％

v1?

mrt1

?0.527 m3

v22v1

?＝0.5 m3/kg mm

标准状态下的比容和密度

空气的终态比容

m28.86

?＝1.288 kg /m3

22.422.4

v2?

或者

＝0.776 m3/kg

rt2

v2??0.5 m3/kg

（3）初态密度

2-15 已知天然气的容积成分

rch4?97%，

，

?1?

m2.12?＝4 kg /m3 v10.5271?2??2 kg /m3

rc2h6?0.6%rc4h10?0.18%

，

rc3h8?0.18%

，

rco2?0.2%

，

2-9

解：（1）氮气质量

rn2?1.83%。试求：

（1）天然气在标准状态下的密度；（2）各组成气体在标准状态下的分压力。解：（1）密度

pv13.7?10?0.05

?＝7.69kg rt296.8?300

m??rimi?(97?16?0.6?30?0.18?44?0.18?58?0.

＝16.48

过c变化到状态2。在这个过程中，热量和功的某些值已知，如表，试确定未知量。

?0?

m16.48

??0.736kg/m3 22.422.4

（2）各组成气体在标准状态下分压力因为：

pi?rip

pch4?97%*101.325?98.285kpa

同理其他成分分压力分别为：（略）

3－1 安静状态下的人对环境的散热量大约为400kj/h，假设能容纳2000人的大礼堂的通风系统坏了：（1）在通风系统出现故障后的

最初20min内礼堂中的空气内能增加多少？（2）把礼堂空气和所有的人考虑为一个系统，假设对外界没有传热，系统内能变化多少？

如何解释空气温度的升高。解：（1）热力系：礼堂中的空气。闭

口系统

根据闭口系统能量方程

解：闭口系统。使用闭口系统能量方程

(1)对1-a-2和2-b-1组成一个闭口循环，有

?q??w

即10＋（－7）＝x1+（－4） x1=7 kj

(2)对1-c-2和2-b-1也组成一个闭口循环 x2＋（－7）＝2+（－4）

x2=5 kj

(3)对过程2-b-1，根据q

q??u?w

因为没有作功故w=0；热量来源于人体散热；内能的增加等于人体

散热。

（1）热力系：礼堂中的空气和人。闭口系统

根据闭口系统能量方程

??u?w

?u?q?w??7?(?4)?－3 kj

3-6 一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环，试填充表中所

缺数据。

解：同上题

3-7 解：热力系：1.5kg质量气体闭口系统，状态方程：

q??u?w

因为没有作功故w=0；对整个礼堂的空气和人来说没有外来热量，

所以内能的增加为0。

空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收，导致的空气内能增加。 3－5，有一闭口系统，从状态1经a变化到状态2，

p?av?b

如图，又从状态2经b回到状态1；再从状态1经

内空气的温度。设充气过程是在绝热条件下进行的。

解：开口系统特征：绝热充气过程工质：空气（理想气体）

根据开口系统能量方程，忽略动能和未能，同时没有轴功，没有热

量传递。

?u?1.5[(1.5p2v2?85)?(1.5p1v1?85)]

＝90kj 由状态方程得 1000＝a*0.2+b 200=a*1.2+b 解上两式得：

a=-800 b=1160 则功量为

0?m2h2?m0h0?de

没有流出工质m2=0 de=du=(mu)cv2-(mu)cv1

1.2

w?1.5?pdv?1.5[(?800)v2?1160v]10.2

＝900kj 过程中传热量

终态工质为流入的工质和原有工质和m0= mcv2-mcv1 mcv2 ucv2- mcv1ucv1=m0h0 h0=cpt0 ucv2=cvt2 ucv1=cvt1

(1)

q??u?w

＝990 kj

3－8 容积由隔板分成两部分，左边盛有压力为600kpa，温度为27℃的空气，右边为真空，容积为左边5倍。将隔板抽出后，空气迅速

膨胀充满整个容器。试求容器内最终压力和温度。设膨胀是在绝热

下进行的。

解：热力系：左边的空气系统：整个容器为闭口系统过程特征：绝热，自由膨胀根据闭口系统能量方程

p1v

rt1p2vmcv2 =

rt2

mcv1=

代入上式(1)整理得

t2?

kt1t2p1

t1?(kt0?t1)

=398.3k

3－10

供暖用风机连同加热器，把温度为

t1?0℃的冷空气加热到温度为t2?250℃，然

后送入建筑物的风道内，送风量为0.56kg/s，风机轴上的输入功率为1kw，设整个装置与外界绝热。试计算：（1）风机出口处空气温度；（2）空气在加热器中的吸热量；（3）若加热器中有阻力，空气通过它时产生不可逆的摩擦扰动并带来压力降，以上计算结果是否正确？解：开口稳态稳流系统（1）风机入口为0℃则出口为

q??u?w

绝热q

对空气可以看作理想气体，其内能是温度的单值函数，得

mcv(t2?t1)?0?t2?t1?300k

根据理想气体状态方程

?cp?t?q??t?m

1.78℃

q1000

???cp0.56?1.006?103m

p2?

rt2p1v11

??p1＝100kpa v2v26

t2?t1??t?1.78℃

空气在加热器中的吸热量

3-9 一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，为500 kpa，25℃。充气开始时，

?cp?t?0.56?1.006?(250?1.78)q?m

罐内空气参数为100 kpa，25℃。求充气终了时罐＝138.84kw (3)若加热有阻力，结果1仍正确；但在加热器中的吸

热

量

减

少

。

加

热

器

中，

w??pdv?pv?rt

q?h2?h1?u2?p2v2?(u1?p1v1)

p2减小故吸热减小。 3－11

cpcv?r

t0?t0?473k＝200℃

一只0.06m3的罐，与温度为27℃、压力

3－13

解：w???h

为7mpa的压缩空气干管相连接，当阀门打开，空气流进罐内，压

力达到5mpa时，把阀门关闭。这一过程进行很迅速，可认为绝热。储罐的阀门关闭后放置较长时间，最后罐内温度回复到室温。问储

罐内最后压力是多少？解：热力系：充入罐内的气体

由于对真空罐充气时，是焓变内能的过程

对理想气体h

?cp?t

u?cv?t

3－14

解：（1）理想气体状态方程

mh?mu

t2?

t1p2

?2*293＝586k p1

p1vr

?t＝2500kj

rt1k?1

cpcv

t0?kt0?1.4?300?420k

（2）吸热：

罐内温度回复到室温过程是定容过程

q?mcv?t?

p2?

t2300p1??5＝3.57mpa t420

压力为1mpa和温度为200℃的空气在

3-15 解：烟气放热等于空气吸热 1m3空气吸取1.09 m3的烟气的热

一主管道中稳定流动。现以一绝热容器用带阀门的管道与它相连，慢慢开启阀门使空气从主管道流入容器。设（1）容器开始时是真空的；（2）容器装有一个用弹簧控制的活塞，活塞的位移与施加在活塞上的压力成正比，而活塞上面的空间是真空，假定弹簧的最初长度是自由长度；（3）容器装在一个活塞，其上有重物，需要1mpa 的压力举起它。求每种情况下容器内空气的最终温度？解:（1）同上题

q?1.09?245＝267kj

?t?

q267

?＝205℃ ?vc1.293?1?1.01

t2=10+205=215℃

3-16 解：m1h1?m2h2

?(m1?m2)h3

t?kt0?1.4?473?662k=389℃（2）h?u?w

h=cpt0 l=kp

h?cpt

代入得：

w??padl??pakdp?

111kpap?pv?rt222＝582k

m1ct1?m2ct2120*773＋210?473

(m1?m2)c330

＝309℃

cpcv?0.5r

t0?552k=279℃

3－17 解：等容过程

同（2）只是w不同

cpcp?r