郑大工程热力学例题答案

例1.1：已知甲醇合成塔上压力表的读数150kgf/cm 2，这时车间内气压计上的读数为780mmHg 。试求合成塔内绝对压力等于多少kPa ？ 14819kPa

例1.2：在通风机吸气管上用U 型管压力计测出的压力为300mmH 2O ，这时气压计上的读数750mmHg 。 试：（1）求吸气管内气体的绝对压力等于多少kPa ？ 103kPa

（2）若吸气管内的气体压力不变，而大气压下降至735mmHg ，这时U 型管压力计的读数等于多少？

504mmH 2O

例1.3：某容器被一刚性壁分成两部分，在容器的不同部位安装有压力计，如图所示。压力表A 、C 位于大气环境中，B 位于室Ⅱ中。设大气压力为97KPa ：

（1）若压力表B 、表C 的读数分别为75kPa 、0.11MPa ，试确定压力

表A 上的读数及容器两部分内气体的绝对压力；

p A =35kPa ， p Ⅰ=207kPa ， p Ⅱ=132kPa

（2）若表C 为真空计，读数为24kPa ，压力表B 的读数为36kPa ，试

问表A 是什么表？读数是多少？ A 为真空计，且p A =60kPa

例1.4：判断下列过程中哪些是①可逆的②不可逆的③不确定是否可逆的，并扼要说明不可逆的原因。

（1）对刚性容器内的水加热，使其在恒温下蒸发；是不确定的。

（2）对刚性容器内的水作功，使其在恒温下蒸发；是不可逆的。

（3）对刚性容器中的空气缓慢加热。使其从50℃升温到100℃。是不确定的。

（4）一定质量的空气，在无摩擦、不导热的汽缸和活塞中被缓慢压缩。是可逆的。

（5）50℃的水流与25℃的水流绝热混合。是不可逆的。

例2.1：如图所示，某种气体工质从状态1（p 1、V 1）可逆地膨胀到状态2

（p 2、V 2）。膨胀过程中：

（a ）工质的压力服从p=a-bV ，其中a 、b 为常数；

（b ）工质的pV 值保持恒定为p 1V 1

试：分别求两过程中气体的膨胀功。

答案：（a ）()()2221212

b W a V V V V =---；（b ）2111ln V W p V V =

例2.2：如图所示，一定量气体在气缸内体积由0.9m 3可逆地膨胀到1.4m 3，

过程中气体压力保持定值，且p=0.2MPa ，若在此过程中气体内能增加

12000J ，试求：

（1）求此过程中气体吸入或放出的热量；112000J

（2）若活塞质量为20kg ，且初始时活塞静止，求终态时活塞的速度

（已知环境压力p 0=0.1Mpa ）。70.7m/s

例2.3：一封闭系统从状态1沿1-2-3途径到状态3，传递给外界的

热量为47.5kJ ，系统对外作功为30kJ ，如图。（1）若沿1-4-3途径

变化时，系统对外作功15kJ ，求过程中系统与外界传递的热量。

Q 143=-62.5kJ

（2）若系统从状态3沿图示曲线途径到达状态1，外界对系统

作功6kJ ，求该过程中系统与外界传递的热量。Q 31=71.5kJ

（3）若U 2=175kJ ，U 3=87.5kJ ，求过程2-3传递的热量及状态1

的内能。U 1=165kJ

例2.4：某稳定流动系统与外界传递的热量Q= -12kJ ，焓的变化Δ

H= -111 kJ ，动能变化ΔE k =4kJ.问该系统对外所做的轴功和技术功

分别是多少？ w t =99 kJ w s =95 kJ

例2.5：某燃气轮机装置，如图所示。已知压气机进口处空气的焓

h 1=290kJ/kg 。经压缩后，空气升温使焓增加为h 2=580kJ/kg 。在截

面2处空气和燃料的混合物以c 2=20m/s 的速度进入燃烧室，在定

压下燃烧，燃烧后燃气速度不变，以h 3=1250kJ/kg 的焓值进入喷管绝热膨胀到状态3’，h’3=800kJ/kg ，流速增加到c 3’，此燃气进入动叶片，推动转轮回转做功。若燃气在动叶片中的热力状态不变，最后离开燃气轮机的速度c 4=100m/s 。

求：（1）若空气流量为100kg/s ，压气机消耗的功率为多大？N s1=-29000kW

（2）若燃料发热值q B =43960kJ/kg ，燃料的耗量为多少？q m2=1.569m/s

（3）燃气在喷管出口处的流速是多少？ c 3’=949m/s

（4）燃气轮机的功率是多大？N s2=45219kW

（5）燃气轮机装置的总功率为多少？N s =16219kW

例 2.6：空气在某压气机中被压缩。压缩前空气参数：p 1=0.1MPa ，v 1=0.845m 3/kg ；压缩后p 2=0.8MPa ，v 2=0.175m 3/kg 。在压缩过程中1kg 空气的热力学能增加146kJ ，同时向外放出热量50kJ ，压气机每分钟生产压缩空气10kg 。求：①压缩过程中对每公斤气体所做的功；②每产生1kg 的压缩气体所需的功；③带动此压气机至少需要多大功率的电动机？ w=-196kJ/kg ，w s = -251.5kJ/kg ，N s == -41.9kW

例2.7：某热机从t 1=1000℃的热源吸热1000kJ ，又向t 2=150℃的冷源放热。

① 求该热机可能达到的最高热效率；66.8%

② 最多可产生多少循环净功；668kJ

③ 若在传热时存在温差，吸热时有200℃温差，放热时有100℃温差，试求其热效率和循环净功。

51.3% ， 513kJ

例2.8：利用逆向卡诺循环作为热泵向房间供热，设室外温度为-5℃，室内温度保持20℃。要求每小时向室内供热2.5×104kJ ，试问：（1）每小时从室外吸收多少热量？（2）此循环的供暖系数多大？（3）热泵由电动机驱动，如电动机效率为95%，电动机的功率多大？（4）如果直接用电炉取暖，每小时耗电多少kW ·h ？

2.3×104kJ/h ，11.72，0.585kW ，6.94kW

例2.9（2-9）：有人声称设计了一套热力设备，可将65℃的热水的20%变成100℃的水，而其余的80%将热量传给15℃的大气，最终水温为15℃，试判断该设备是否可能。水的比热容为 4.186/()c kJ kg K =?。 孤立系统ΔS iso =0.0265mkJ/K>0，所以该设备可以实现。

例2.9：某热机工作于T 1=2000K ，T 2=300K 的两个恒温热源之间，试问下列几种情况能否实现，是否是可逆循环？（1）Q 1=1kJ ，W net =0.9kJ ；（2）Q 1=2kJ ，Q 2=0.3kJ ；（3）Q 2=0.5kJ ，W net =1.5kJ 。

解：（1）方法一 在T 1、T 2之间工作的可逆循环的热效率是最高的，等于卡诺循环的热效率。

213001185%2000

c T T η=-

=-= Q 2=Q 1-W net =1-0.9=0.1kJ 10.990%1net t c W Q ηη===> 所以不可能实现 方法二：克劳修斯不等式

121210.10.000167/02000300Q Q Q

kJ K T T T δ-=+=+=>? 不可能实现 方法三：孤立系统熵增原理。取高温热源和低温热源为孤立系统，高温热源放热，低温热源吸热，则熵变 12121210.10.000167/02000300iso Q Q S S S kJ K T T --?=??=

+=+=-<＋，不可能实现 （2）能实现，是可逆循环；（3）能实现，是不可逆循环

例2.10：某热机工作于T 1=2000K ，T 2=300K 的两个恒温热源之间，试问下列几种情况能否实现，是否是可逆循环？（1）Q 1=1kJ ，W net =0.9kJ ；（2）Q 1=2kJ ，Q 2=0.3kJ ；（3）Q 2=0.5kJ ，W net =1.5kJ 。

（1）不能实现；（2）能实现，是可逆循环；（3）能实现，是不可逆循环

例2.11欲设计一热机，使之能从温度为973K 的高温热源吸热2000kJ ，并向温度为303K 的冷源放热800kJ 。

（1）问此循环能否实现；欲使之从高温热源吸热2000kJ ，该热机最多能向外做多少功？

（2）若把此热机当制冷机用，从温度为303K 的冷源吸热800kJ ，向温度为973K 的热源放热，该过程与外界交换的功为1200kJ ，该过程能否实现？欲使之从冷源吸热800kJ ，至少需耗多少功？

（1）此循环能实现，1377kJ ；（2）该过程不能实现，-1769kJ

例2.12：5kg 的水起初与温度为295K 的大气处于热平衡状态，用一制冷机在这

5kg 的水和大气之间工作，使水定压冷却到280K ，求所需的最小功是多少？水

的比热容为 4.186/()c kJ kg K =? 8.19kJ

例 2.13：气体在气缸中被压缩，气体的内能和熵的变化分别为45kJ/kg 和

()0.289kJ/kg k

s ?=-，外界对气体作功165kJ/kg ，过程中气体只与环境交换热量，环境温度300K ，问该过程是否能实现？该过程能够实现。

例2.14：将200℃10g 的铁块浸入20℃1L 的水中，整个系统的熵变是多少？该过程是否为可逆过程？已知铁的比容c Fe =480 kJ/(kg·K)，水的比容c H2O =4.2 kJ/(kg·K)

0.252kJ/K ，不可逆过程

例 3.1：体积为0.0283m 3的瓶内装有氧气，压力为6.865×105Pa ，温度为294K 。发生泄漏后，压力降至

4.901×105Pa 才被发现，而温度未变。问至发现为止，共漏去多少kg 氧气？0.073kg

例3.2：某电厂有三台锅炉合用一个烟囱，每台锅炉每秒产生烟气73m 3（已折算成标准状态下的体积），烟囱出口处的烟气温度为100℃，压力近似为101.33kPa ，烟气流速为30m/s ，求烟囱的出口直径。3.56m

例3.3：在直径为d=40cm 的活塞上放置m b =3000kg 的重物，气缸内盛有温度为T 1=18℃、质量为m=2.12kg 的空气。对汽缸加热后，气体容积增加到原来的2倍。设大气压力为p b =0.1MPa ，求空气的初态比体积、终态比体积、终态压力和终态温度。空气按理想气体计算，且其气体常数R=0.287kJ/(kg ·K)。 比体积0.5m 3/kg ，0.33MPa ，302℃

例3.4：在燃气轮机装置中，用从燃气轮机中排出的乏气对空气进行加热（加热在空气回热器中进行），然后将加热后的空气送入燃烧室进行燃烧。若空气在回热器中，从127℃定压加热到327℃。试按下列比热容值计算对每kg 空气所加入的热量。

（1）按真实比热容计算（经验公式）； 207.546kJ/kg

（2）按平均比热容表计算； 206.03kJ/kg

（3）按定值比热容计算；

200.8kJ/kg

（4）按空气的热力性质计算。 206.04kJ/kg

例3.5：已知某理想气体的比定容热容c v =a+bT ，其中a 、b 为常数，T 为绝对温度。试导出其内能、焓、

熵的计算式。

答案：内能()()2221212b u a T T T T ?=-+-；焓()()()2221212

b h a R T T T T ?=+-+-； 熵 ()222111

ln ln T v s a b T T R T v ?=+-+

例3.6：体积V 1=0.14m 3的某种理想气体，从初态p 1=0.2MPa ，温度t 1=25℃，被压缩到p 2=1.6MPa ，V 2=0.022m 3。已知气体的c p =1.047kJ/(kg ·K)，c v =0.743kJ/(kg·K)。求：（1）压缩过程中气体的熵变。（2）理想气体熵变的各计算式对该压缩过程是否都适用呢？ -0.121 kJ/K ，适用

例3.7：0.25kg 的CO 在闭口系统中由p 1=0.25MPa 、t 1=120℃膨胀到p 2=0.125MPa 、t 2=25℃，做出膨胀功W=8.0kJ 。已知环境温度t 0=25℃，CO 的气体常数R=0.297kJ/(kg·K)，定容比热容c v =0.747kJ/(kg·K)，试计算过程热量，并判断该过程是否可逆。

-9.74kJ ，不可逆

例3.8：空气是氧和氮的混合物，其组成近似为1kmol 氧对应于3.1894kmol 氮，求空气的摩尔质量，气体常数及质量分数。M=28.95kg/kmol ；R=0.287kJ/(kg/K)；x O2=0.2638，x N2=0.7362

例3.9：烟囱每秒排出绝对压力为0.11MPa 、温度为300℃的烟气30m 3，由烟气分析仪测得烟气体积分数为20.104CO V =，20.052O V =，20.099H O V =，20.745N V =。试求每秒排出烟气的质量以及各组成气体

的质量。m=38.19kg/s ；m CO2=6.051kg/s ，m O2=2.2kg/s ，m H2O =2.356kg/s ，m N2=27.583kg/s

例3.10（课本例3-4）：某绝热刚性容器，内由隔板分开，A 室内盛有氮气，压力p A1=0.5MPa ，体积V A =0.4m 3，温度t A =15℃；B 内盛有二氧化碳气体，压力p B1=0.4MPa ，体积V B =0.3m 3，温度t B =60℃。现将隔板抽掉，两种气体均匀混合并处于平衡状态。按理想气体处理，且按比定值热容计算，c vA =0.741kJ/(kg·K)，c vB =0.653kJ/(kg·K)，R A =0.297kJ/(kg·K)，R B =0189kJ/(kg·K)，求：（1）氮气和二氧化碳气体的质量；（2）混合后气体的压力和温度；（3）混合后氮气和二氧化碳气体的分压力；（4）混合过程中熵的变化。

（1）2.34kg ，1.91kg ；（2）307K ，463kPa;（3）305 kPa ，158 kPa;（4）0.704 kJ/K

例3.11：管路中输送9.5MPa 、55℃的乙烷，若乙烷在定压下温度升高到110℃，为保证原来输送的质量流量，试用压缩因子图计算乙烷气的流速应提高多少？ 2.09倍

例3.12：利用水蒸汽表判断下列各点的状态，并确定其h 、s 、x 值。

（1）2p MPa =，300t C =?； 过热蒸汽；h=3024.2kJ/kg ；s=6.8022kJ/(kg ?K)

（2）9p MPa =，3

0.017/v m kg =； 湿蒸汽；x=0.8166；h=2491.3kJ/kg ；s=5.2427kJ/(kg ?K)

（3）0.5p MPa =，0.9x =； h=2536.8kJ/kg ；s=6.3233kJ/(kg ?K)

（4）1p MPa =，175t C =?； 未饱和水；h=741.2kJ/kg ；s=2.0904kJ/(kg ?K)

（5）1p MPa =，30.2404/v m kg =。 过热蒸汽；h=2976.0kJ/kg ；s=6.988kJ/(kg ?K)

例3.13：某锅炉每小时生产10000kg 的蒸汽，蒸汽的表压力p g =2.4MPa ，温度t 1=350℃。设锅炉给水的温度为t 2=40℃，锅炉效率ηB =0.78。煤的发热量（热值）为q P =2.97×104kJ/kg 。求每小时锅炉的煤耗量是多少？汽锅内水的加热和汽化、以及蒸汽的过热都在定压下进行。

1278kg/h

例3.14：压力为100kPa ，温度为30℃，相对湿度为60%的湿空气经绝热节流至50kPa 。试求节流后空气的相对湿度（湿空气按理想气体处理）。30%

例3.15：有100m 3的湿空气，其参数为大气压力p=0.1MPa ，温度t 1=35℃，φ=0.7。

（1）试求其t d、d、m a、m st；28.66℃，25.48g/kg(干空气)，108.68kg，2.769kg

（2）将空气定压冷却至t2=5℃，试确定被冷凝的水蒸汽量△m st。2.174kg

例3.16：房间的容积为50m3，室内空气温度为30℃，相对湿度为60%，大气压力p b=0.1013MPa。求湿空气的露点温度t d，含湿量d，干空气的质量m a，水蒸汽的质量m st及湿空气的焓值H。若湿空气定压冷却到10℃，求冷凝水量△m st和放热量Q。21.1℃，16.03g/kg(干空气)，56.78kg，0.477kg，2372.8kJ

例4.1：一容积为0.15m3的储气罐，内装氧气，其初态压力p1=0.55MPa、温度t1=38℃。若对氧气加热，其温度、压力都升高。储气罐上装有压力控制阀，当压力超过0.7MPa时，阀门便自动打开，放走部分氧气，即储气罐中维持的最大压力为0.7MPa。问：当储气罐中氧气温度为285℃时，对罐内氧气共加入多少

热量？（设氧气的比热容为定值：

5

2

v

c R

=，

7

2

p

c R

=）182.46kJ

例4.2：空气在膨胀透平中由p1=0.6MPa、T1=900K绝热膨胀到p2=0.1MPa，工质的质量流量为q m=5kg/s。设比热容为定值，k=1.4，R=0.287kJ/(kg·K)。试求：

（1）膨胀终了时，空气的温度及膨胀透平的功率；1811.1kW

（2）过程中内能和焓的变化量；-1297.7kW，-1811.1kW

（3）将单位质量的透平输出功表示在p-v图、T-s图上；

（4）若透平的效率为η

T

=0.9，则终态温

度和膨胀透平的功率又为多少？575.5K，

1630kW

例4.3：如图所示，两端封闭而且具有绝热壁的

气缸，被可移动的、无摩擦的、绝热的活塞分

为体积相同的A、B两部分，其中各装有同种理

想气体1kg。开始时活塞两边的压力、温度都相

同，分别为0.2MPa，20℃，现通过A腔气体内

的一个加热线圈，对A腔气体缓慢加热，则活塞向右缓慢移动，直至

p A2=p B2=0.4MPa时，试求：

① A，B腔内气体的终态容积各是多少？0.591m3，0.259m3

② A，B腔内气体的终态温度各是多少？815.2K，357.5K

③过程中供给A腔气体的热量是多少？422.4kJ

④ A，B腔内气体的熵变各是多少？0.8325kJ/(kgK)，0

⑤在p-V图、T-s图上，表示出A，B腔气体经过的过程。

例 4.4：空气以q m=0.012kg/s的流速稳定流过压缩机，入口参数p1=0.102MPa、T1=305K，出口压力p2=0.51MPa，然后进入储气罐。求1kg空气的焓变△h和熵变△s，以及压缩机的技术功率P t和每小时散热量q Q。

（1）空气按定温压缩；0，0.462kJ/(kgK)，-1.69kW，-6084kJ/h

（2）空气按n=1.28的多变过程压缩，比热容取定值。129.2kJ/kg，-0.1086kJ/(kgK)，-2.03kW，-1708.6kQ/h 例4.5：水蒸气从p1=1MPa，t1=300℃的初态可逆绝热膨胀到p2=0.1MPa，求1kg水蒸气所作的膨胀功和技术功。371.63kJ/kg，467kJ/kg

例4.6：一封闭绝热的汽缸活塞装置内有1kg压力为0.2MPa的饱和水，缸内维持压力不变。

（1）若装设一叶轮搅拌器搅动水，直至汽缸内80%的水蒸发为止，求带动此搅拌器需消耗多少功？ -1761.28kJ

（2）若除去绝热层，用450K 的恒温热源来加热缸内的水，使80%的水蒸发，这时加热量又是多少？ 1761.28kJ

例4.7：在一台蒸汽锅炉中，烟气定压放热，温度从1500℃降低到250℃。所放出的热量用以生产水蒸汽。压力为10MPa 、温度为30℃的锅炉给水被加热汽化、过热成压力为10MPa 、温度为450℃的过热蒸气。取烟气的比热容为定值，c p =1.079kJ/(kg·K)。试求：（1）产生1kg 过热蒸汽需要多少kg 的烟气？（2）生产1kg 过热蒸汽时，烟气的熵变以及过热蒸汽的熵变。（3）将烟气和水蒸汽作为孤立系统，求生产1kg 过热蒸汽时孤立系统的总熵变。

2.3kg ，-

3.0298kJ/K ，5.9931 kJ/K ，2.9633 kJ/K

例 4.8：将p 1＝0.1MPa ，t 1＝5℃，ф1＝60％的湿空气在加热器内加热，在t 2

＝20℃下离开。试确定在此定压过程中对空气供的热量及离开加热器时的湿

空气相对湿度。15.15kJ/kg(a)，22.4%

例4.9：烘干用空气的初态参数是t 1＝25℃，ф1＝60％，p 1=0.1MPa 。在加热器

内被加热到50℃之后再送入烘箱。从烘箱出来时的温度是40℃。求：

（1）每蒸发1kg 水分需供入多少空气；（2）加热器中应加入多少热量。（课

本84页例4－4）252.5kg(a)，6464kJ

例4.10：p 1＝0.1MPa ，t 1＝32℃，ф1＝60％的湿空气，以q m =1.5kg/s 的质量流量进入到冷却设备的蒸发盘管被冷却去湿，最后以t 2＝15℃的饱和湿空气下离开。求每秒的凝结水量q m,w 以及放热量Q 。

0.01146kg/s ，-54.78kJ/s

例 4.11：某压气机吸气（湿空气）压力为p 1=0.1MPa ，温度为25℃，相对湿度ф=62%，若把它压缩至p 2=0.4MPa ，然后冷却为35℃，问是否会出现凝析？（课本108页例4－5）p st2=7.852kPa> p s2=5.622kPa ，会出现凝析

例4.12：要将p 1=0.1MPa ，t 1=17℃的空气压缩到p 2=1.6MPa 。设压缩过程的多变指数n=1.25，余隙容积与工作体积之比为5%。试用计算证实采用双级压缩比单级压缩更好。

采用单级压缩时，压缩功 10.7411

1

t e n W pV n =--，终温T 2=505K ，容积效率：59%v η= 采用双级压缩时，压缩功 '10.6391

t e n W pV n =--，各级排汽温度 321383T T T K ===，每一级容积效率：89.8%v η= 可以看出，采用双级压缩比单级的功耗要小，排汽温度更低，容积效率更高，效果更好。

例4.13：空气由初态压力98.07kPa ，温度20℃，经三级压气机压缩后，压力提高到12.26MPa 。若空气进入各级气缸时的温度相同，且各级压缩指数均为1.25。试求生产质量为1kg 的压缩空气所消耗的最小功，并求各级气缸的排气温度；又若单级压气机一次压缩到12.26MPa ，压缩指数也是1.25，则所耗的功和排气温度各为多少？-479kJ ，404K ；-684kJ ，769.6K

例4.14：试分析多变指数在1

过程线1－2在过起点的绝热线的右方和定容线的右方，这表明是吸热膨胀过程（即q>0、w>0）。而且过程线在定温线的下方，表明气体的温度降低，即△u <0、△h <0，这说明膨胀时气体所作的功大于加入的热量，所以气体的热力学能减少、温度下降。

例4.15：试确定下列多变过程的多变指数n，将过程绘于同一p-v图和T-s图上，并判定过程特性：吸热还是放热？输出功还是耗功？内能增大还是减小？设工质为空气，比热容c v＝0.717kJ/(kgK)，绝热指数k=1.4。

n1=1.325，n2=0.92

由于p2> p1，v2< v1，且1

根据q>0，0

例4.16：某气体循环由下列可逆过程组成：1-2为绝热压缩过程，初温度为T1，压缩比ε=(V1/V2)=8；2-3为定压加热过程，V3=2V2；3-4为定温膨胀过程，V4=V1；4-1为定容放热过程。若设气体k=1.4，试：（1）绘出该循环的p-v图及T-s图；

（2）计算相同温限的卡诺循环热效率；78.3%

（3）计算该循环的热效率。37.6%

例4.17：氧气O2由t1=40℃，p1=0.1MPa被压缩到p2=0.4MPa，试计算压缩1kg氧气消耗的技术功：

（1）按定温压缩；（2）按绝热压缩，设为定值比热容；（3）将上述两过程表示在p-v图和T-s图上，试比较两种情况下技术功的大小。

（1）-112.8 kJ/kg；（2）-138.3 kJ/kg

例4.18：如图所示，1mol 理想气体，从状态1经定压过程达到状态2，再经定容过程达到状态3。另一途径为经直线1-3直接达到3。已知p 1＝0.1MPa ，T 1＝300K ，v 2=3v 1，p 3=2p 2，

试证明：（1）122313Q Q Q +≠；（2）122313S S S ?+?=?

证明：（1）由热力学第一定律

1212122112Q U W U U W =?+=-+ 23322

Q U U W =-+ 上两式相加得：

122321123223311223Q Q U U W U U W U U W W +=-++-+=-++

而 13311

Q U U W =-+ p-v 图为示功图，过程线与v 轴所围的面积为功量。显然W 13>W 12，W 23=0

所以 W 13>W 12+W 23，则 131223

Q Q Q >+，即 122313Q Q Q +≠ （2）1-2为定压过程，p 2＝p 1＝0.1MPa ，过程方程2211

v T v T =，得 221113900v T T T K v ===， 2121

ln ln 3p p T S mc mc T ?== 2-3为定容过程，v 3＝v 2＝3v 1，p 3=2p 2=2p 1，过程方程

3322p T p T =，得 3322221800p T T T K p === 3232

ln ln 2v v T S mc mc T ?== 则 ()1223l n 3l n 2l n 3

l n 2p v p v S S m c m c m c c ?+?=+=+ 而 ()3313v p v p 11ln ln ln 2ln 3p v S m c c m c c p v ?

??=+=+ ??

?

所以 12231S S S ?+?=?

例5.1：现有一空气压缩机进口压力1142.8p kPa =，未经冷却的气体温度1200t C =?，流速160/c m s =；排气压力2428.4p kPa =，温度2260t C =?，流速2210/c m s =；周围环境温度20℃。试求每kg 空气在机内作稳定流动时火用变化值等多少？（按理想气体考虑，空气定压比热容 1.01/()p c kJ kg K =?，R=0.287kJ/(kg ·K)）-137.89 kJ/kg

例5.2：一刚性绝热容器用刚性透热壁分成A 、B 两部分且各储有1kg

空气，压力和温度分别为100kPa 、600kPa 和300K 、700K ，如图所

示。通过传热，两侧温度最后相等。设大气温度T 0＝300K ，试求该过程的有效能损失（内能火用损失、物理火用损失）。已知：

c v =0.717kJ/(kg·K)，c p =1.004kJ/(kg·K) 37.5kJ

例5.3：经过一段管路后，压缩空气的压力和温度由0.9MPa 、50℃降至0.8MPa 、45℃，环境温度T 0=293K ，压力p 0=0.1MPa 。求火用效率和火用损失。已知空气c p =1.012kJ/(kg·K)，R=0.287kJ/(kg·K)

94.45%，10.34kJ/kg

例5.4：刚性容器A容积V=3m3，内有CO2，压力p2=0.6MPa，温度t2=27℃，通过

阀门与管道连接，如图。管道中CO2作稳定流动，p1=2MPa，t1=27℃。若将阀门开

启，管道则向A充气，直至A中压力达到p3=1.8MPa，然后将阀门关闭，这时t3=57℃。

经足够时间，容器中CO2的温度又降至t4=27℃，与大气温度t0相等。试求整个过

程有效能损失。大气压力p0=0.1MPa 1924kJ

例5.5：现有一换热器，热流体进出口温度分别为450K和310K，流量M H=2.5kg/min，

比热容C pH=4.40kJ/(kg·K)；冷流体进出口温度分别为298K和390K，比热容

C pC=4.70kJ/(kg·K)；环境温度T0=298K。试确

定冷、热流体的火用变化值、火用损耗以及火

用效率等多少？（换热时按定压过程分析）

热流体：318.37kJ/min

冷流体：-197.81kJ/min

火用损失120.56kJ/min

火用效率62.13%

例5.6：内燃机入口气体参数为温度t1=900℃，

压力为p1=0.85MPa ，流速c1=120m/s。在内燃机内绝热膨胀做功后，变为温度t2=477℃，压力p2=0.1MPa ，流速c2=70m/s的废气。取气体比热容c p=1.1kJ/(kg·K)，气体常数R=0.28kJ/(kg·K)，大气温度t0=25℃，压力为p0=0.1MPa ，试计算：（1）该过程完成的轴功；（2）内燃机入口和出口气体的火用值；（3）理论上该过程能完成的最大轴功；（4）该过程的火用损失。

470.10kJ/kg，699.1 kJ/kg，197.1 kJ/kg，502 kJ/kg，31.9 kJ/kg

例6.1：某远洋轮采用蒸汽动力装置作为动力，该装置以朗肯循环运行。

若蒸汽初态为p1=6MPa，t1=560℃，冷凝器内蒸汽压力p2=0.006MPa。（1）

求蒸汽在汽轮机出口干度；（2）若不计水泵耗功，求该装置的热效率ηt；

（3）若该装置的功率为10MW，求每小时的耗汽量。

x=0.837，42.17%，2.356×104kg/h

例6.2：某蒸汽动力设备按一级抽汽回热（混合式）理想循环工作。如图

所示，已知新蒸汽参数p1＝5MPa，t1=430℃，汽轮机排汽压力p2＝

0.006MPa，抽汽压力p A=1MPa，忽略泵功，试求：①定性画出循环的T-s

，放热量q2及输出净功w net；④

图；②抽汽系数α；③循环吸热量q

循环热效率；⑤相应朗肯循环的热效率。

0.226，2507.8 kJ/kg，1492.2 kJ/kg，1015.6 kJ/kg，40.5%，38.2%

例6.3：某压缩空气制冷装置，压缩机的增压比为5，空气进入膨胀机的

温度为30℃，离开冷藏室的温度为-10℃。试计算循环制冷系数ε，循

环比吸热量q2和循环比耗功量w0。

制冷系数1.713，吸热量71.98kJ/kg，耗功量42.02kJ/kg

例6.4：某氨（NH3）蒸气压缩理想的制冷循环如图1-2-3-4-5-1所示，蒸发器中的温度t1=-20℃，冷凝器中的温度为t4=20℃。已知制冷量Q0=100000kJ/h，制冷剂参数：

求：（1m

水从20℃制成0℃的冰，且水的比热容c H2O为4.168kJ/(kgK)，冰的熔解热r为333kJ/kg，每小时所产生的冰量。

0.0243kg/s，5.178kW，5.368，240.2kg/h

工程热力学(第五版_)课后习题答案

工程热力学(第五版_)课后 习题答案 本页仅作为文档页封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March

2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。 解：（1）2N 的气体常数 28 83140==M R R ＝)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 1013252739.296?==p RT v ＝kg m /3 v 1= ρ＝3/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝p T R 0＝kmol m /3 2-3．把CO 2压送到容积3m 3的储气罐里，起始表压力301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO 2的质量。当地大气压B ＝ 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CO 2的质量 1 111RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2222RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝ B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO 2的质量

)1122(21T p T p R v m m m -= -= （5） 将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m= 2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m 3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少 解：同上题 1000)273 325.1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝ 2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为的空气3 m 3，充入容积 m 3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 288 2875.810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 ==m m t 2 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一定量的空气压缩为的空气；或者说、 m 3的空气在下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程 const pv = 、 m 3的空气在下占体积为 5.591 .05.87.01221=?==P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩的空气3 m 3，则要压缩 m 3的空气需要的时间 == 3 5.59τ 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℃

哈工大工程热力学习题答案——杨玉顺版

第二章 热力学第一定律 思 考 题 1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？ 答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何？ 答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h pv =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d （变大） 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？ 答：尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大）似乎相象，但两者 的数学本质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+??? 因为 0du =?，()0d pv =? 所以 0dh =?， 因此焓是状态参数。 而 对 于 能 量 方 程 来 说 ，其循环积分：

工程热力学第五版习题答案

第四章 4-1 1kg 空气在可逆多变过程中吸热40kJ,其容积增大为1102v v =,压力降低为8/12p p =,设比热为定值,求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓与熵的变化。 解:热力系就是1kg 空气 过程特征:多变过程) 10/1ln()8/1ln()2/1ln()1/2ln(== v v p p n ＝0、9 因为 T c q n ?= 内能变化为 R c v 2 5= ＝717、5)/(K kg J ? v p c R c 5 727==＝1004、5)/(K kg J ? =n c ==--v v c n k n c 51＝3587、5)/(K kg J ? n v v c qc T c u /=?=?＝8×103J 膨胀功:u q w ?-=＝32 ×103 J 轴功:==nw w s 28、8 ×103 J 焓变:u k T c h p ?=?=?＝1、4×8＝11、2 ×103J 熵变:12ln 12ln p p c v v c s v p +=?＝0、82×103)/(K kg J ? 4－2 有1kg 空气、初始状态为MPa p 5.01=,1501=t ℃,进行下列过程: (1)可逆绝热膨胀到MPa p 1.02=; (2)不可逆绝热膨胀到MPa p 1.02=,K T 3002=; (3)可逆等温膨胀到MPa p 1.02=; (4)可逆多变膨胀到MPa p 1.02=,多变指数2=n ; 试求上述各过程中的膨胀功及熵的变化,并将各过程的相对位置画在同一张v p -图与s T -图上 解:热力系1kg 空气 （1） 膨胀功:

])1 2(1[111k k p p k RT w ---=＝111、9×103J 熵变为0 (2))21(T T c u w v -=?-=＝88、3×103J 1 2ln 12ln p p R T T c s p -=?＝116、8)/(K kg J ? (3)21ln 1p p RT w =＝195、4×103)/(K kg J ? 2 1ln p p R s =?＝0、462×103)/(K kg J ? (4)])1 2(1[111 n n p p n RT w ---=＝67、1×103J n n p p T T 1)1 2(12-=＝189、2K 1 2ln 12ln p p R T T c s p -=?＝－346、4)/(K kg J ? 4-3 具有1kmol 空气的闭口系统,其初始容积为1m 3,终态容积为10 m 3,当初态与终态温度 均100℃时,试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。该过程为:(1)可逆定温膨胀;(2)向真空自由膨胀。 解:(1)定温膨胀功===1 10ln *373*287*4.22*293.112ln V V mRT w 7140kJ ==?1 2ln V V mR s 19、14kJ/K (2)自由膨胀作功为0 ==?12ln V V mR s 19、14kJ/K 4－4 质量为5kg 的氧气,在30℃温度下定温压缩,容积由3m 3变成0.6m 3,问该过程中工质 吸收或放出多少热量？输入或输出多少功量？内能、焓、熵变化各为多少？ 解:===3 6.0ln *300*8.259*512ln V V mRT q －627、2kJ 放热627、2kJ 因为定温,内能变化为0,所以 q w = 内能、焓变化均为0

工程热力学例题答案解

例1:如图，已知大气压p b=101325Pa ，U 型管内 汞柱高度差H =300mm ，气体表B 读数为0.2543MPa ，求：A 室压力p A 及气压表A 的读数p e,A 。 解： 强调： P b 是测压仪表所在环境压力 例2:有一橡皮气球，当其内部压力为0.1MPa （和大气压相同）时是自由状态，其容积为0.3m 3。当气球受太阳照射而气体受热时，其容积膨胀一倍而压力上升到0.15MPa 。设气球压力的增加和容积的增加成正比。试求： （1）该膨胀过程的p~f （v ）关系； （2）该过程中气体作的功； （3）用于克服橡皮球弹力所作的功。 解：气球受太阳照射而升温比较缓慢，可假定其 ，所以关键在于求出p~f （v ） (2) （3） 例3：如图，气缸内充以空气，活塞及负载195kg ，缸壁充分导热，取走100kg 负载，待平 衡后，不计摩擦时，求：（1）活塞上升的高度 ;（2）气体在过程中作的功和换热量，已 知 解：取缸内气体为热力系—闭口系 分析：非准静态，过程不可逆，用第一定律解析式。 计算状态1及2的参数： 过程中质量m 不变 据 因m 2=m 1,且 T 2=T 1 体系对外力作功 注意：活塞及其上重物位能增加 例4：如图，已知活塞与气缸无摩擦，初始时p 1=p b ，t 1=27℃，缓缓加热， 使 p 2=0.15MPa ，t 2=207℃ ，若m =0.1kg ，缸径=0.4m ，空气 求：过程加热量Q 。 解： 据题意 ()()121272.0T T m u u m U -=-=? 例6 已知：0.1MPa 、20℃的空气在压气机中绝热压缩后，导入换热器排走部分热量，再进入喷管膨胀到0.1MPa 、20℃。喷管出口截面积A =0.0324m2，气体流速c f2=300m/s 。已知压气机耗功率710kW ，问换热器的换热量。 解： 稳定流动能量方程 ——黑箱技术 例7:一台稳定工况运行的水冷式压缩机，运行参数如图。设空气比热 cp =1.003kJ/(kg·K)，水的比热c w=4.187kJ/(kg·K)。若不计压气机向环境的散热损失、动能差及位能差，试确定驱动该压气机所需功率。[已知空气的焓差h 2-h 1=cp (T 2-T 1)] 解：取控制体为压气机（不包括水冷部分 流入： 流出： 6101325Pa 0.254310Pa 355600Pa B b eB p p p =+=+?=()()63 02160.110Pa 0.60.3m 0.0310J 30kJ W p V V =-=??-=?=斥L ?{}{}kJ/kg K 0.72u T =1 2T T =W U Q +?=()()212211U U U m u m u ?=-=-252 1.96010Pa (0.01m 0.05m)98J e W F L p A L =??=???=???={}{}kJ/kg K 0.72u T =W U Q +?=g V m pq q R T =()f 22g p c A R T =620.110Pa 300m/s 0.0324m 11.56kg/s 287J/(kg K)293K ???==??()111 11111m V m P e q p q P q u p v ++?++() 1 2 1 22222m V m e q p q q u p v ++Φ?Φ++水水

工程热力学第四版课后思考题答案

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 =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？ 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。 有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。 8．分别以图1-20所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这些是什么系统。 参加公路自行车赛的运动员是开口系统、运动手枪中的压缩空气是闭口绝热系统、杯子里的热水是开口系统（闭口系统——忽略蒸发时）、正在运行的电视机是闭口系统。 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。取正在使用的家用电热水器为控制体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统？ 不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a 图）。包括电加热器则为开口绝热系统（b 图）。 将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部包括在内，构成孤立系统。或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。 4题图 9题图

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 1.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。 2.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。 3.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。 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？在绝对压力计算公式 P 二P b P e (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? 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”。 5.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。 6.经验温标的缺点是什么？为什么? 答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可能是微小的），因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点。 7.促使系统状态变化的原因是什么？举例说明答：分两种不同情况：⑴若系统原本不处于平衡状态，系统内各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作用下，各个部分发生相互作用, 系统的状态将发生变化。例如，将一块烧热了的铁扔进一盆水中，对于水和该铁块构成的系统说来，由于水和铁块之间存在着温度差别，起初系统处于热不平衡的状态。这种情况下，无需外界给予系统任何作用，系统也会因铁块对水放出热量而发生状态变化：铁块的温度逐渐降低，水的温度逐渐升高，最终系统从热不平衡的状态过渡到一种新的热平衡状态；⑵若系统原处于平衡状态，则只有在外界的作用下（作功或传热）系统的状态才会发生变。 &图1-16a、b所示容器为刚性容器：⑴将容器分成两部分。一部分装气体, 一部分抽 成真空，中间是隔板。若突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？⑵设真空部分装 有许多隔板，每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再抽去一块, 问气体係统）是否作功? 图1-16 .吾苦翹E附團 ⑶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？ 答：⑴；受刚性容器的约束，气体与外界间无任何力的作用，气体（系统）不对外界作功; ⑵b情况下系统也与外界无力的作用，因此系统不对外界作功；

(完整版)工程热力学习题集附答案

工程热力学习题集 一、填空题 1．能源按使用程度和技术可分为 能源和 能源。 2．孤立系是与外界无任何 和 交换的热力系。 3．单位质量的广延量参数具有 参数的性质，称为比参数。 4．测得容器的真空度48V p KPa =，大气压力MPa p b 102.0=，则容器内的绝对压力为 。 5．只有 过程且过程中无任何 效应的过程是可逆过程。 6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水 饱和水 湿蒸气、 和 。 7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 、水蒸气含量越 ，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为可逆循环。 9．熵流是由 引起的。 10．多原子理想气体的定值比热容V c = 。 11．能源按其有无加工、转换可分为 能源和 能源。 12．绝热系是与外界无 交换的热力系。 13．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14．测得容器的表压力75g p KPa =，大气压力MPa p b 098.0=，则容器内的绝对压力为 。 15．如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使 都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。 16．卡诺循环是由两个 和两个 过程所构成。 17．相对湿度越 ，湿空气越干燥，吸收水分的能力越 。（填大、小） 18．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为不可逆循环。 19．熵产是由 引起的。 20．双原子理想气体的定值比热容p c = 。 21、基本热力学状态参数有：（ ）、（ ）、（ ）。 22、理想气体的热力学能是温度的（ ）函数。 23、热力平衡的充要条件是：（ ）。 24、不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（ ）。 25、卡诺循环由（ ）热力学过程组成。 26、熵增原理指出了热力过程进行的（ ）、（ ）、（ ）。 31.当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为_______。 32.在国际单位制中温度的单位是_______。

工程热力学-课后思考题答案

第一章基本概念与定义 1．答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定 2．答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。 3．答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。 4．答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。 5．答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。 6．答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。 7．答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。 8．答：（1）第一种情况如图1-1（a）,不作功（2）第二种情况如图1-1（b）,作功（3）第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。 9．答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。系统和外界整个系统不能恢复原来状态。 10．答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。 11．答：不一定。主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。

工程热力学,课后习题答案

工程热力学(第五版)习题答案 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2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状 态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。 解：（1）2N 的气体常数 2883140==M R R ＝296.9)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 1013252739.296?==p RT v ＝0.8kg m /3 v 1 =ρ＝1.253/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝p T R 0＝64.27kmol m /3 2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力 301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，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

11 11RT v p m = 压送后储气罐中CO2的质量 22 22RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝188.9 B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO2的质量 )1122(21T p T p R v m m m -=-= （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 1000)273325.1013003.99(287300)1122(21?-=-=-=T p T p R v m m m ＝41.97kg

最新工程热力学课后作业答案第五版

工程热力学课后作业答案第五版

2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3） MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。 解：（1）2N 的气体常数 28 8314 0= = M R R ＝296.9)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 101325 2739.296?== p RT v ＝0.8kg m /3 v 1= ρ＝1.253/m kg （3） MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝ p T R 0＝64.27kmol m /3 2-3．把CO 2压送到容积3m 3的储气罐里，起始表压力 301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温 度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO 2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CO 2的质量 1 1 11RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2 2 22RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝188.9 B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO 2的质量

)1 122(21T p T p R v m m m -= -= （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 m 3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 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题 1000)273 325.1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝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 m 3，充入容积8.5 m 3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 288 2875 .810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 == m m t 2 19.83min 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 m 3的空气在0.1MPa 下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程 const pv = 0.7MPa 、8.5 m 3的空气在0.1MPa 下占体积为 5.591 .05 .87.01221=?== P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩0.1MPa 的空气3 m 3，则要压缩59.5 m 3的空气需要的时间 == 3 5 .59τ19.83min 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？

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。 ⒍ 经验温标的缺点是什么?为什么? 答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可能是微小的），因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点。 ⒎ 促使系统状态变化的原因是什么?举例说明。 答：分两种不同情况： ⑴ 若系统原本不处于平衡状态，系统内各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作用下，各个部分发生相互作用，系统的状态将发生变化。例如，将一块烧热了的铁扔进一盆水中，对于水和该铁块构成的系统说来，由于水和铁块之间存在着温度差别，起初系统处于热不平衡的状态。这种情况下，无需外界给予系统任何作用，系统也会因铁块对水放出热量而发生状态变化：铁块的温度逐渐降低，水的温度逐渐升高，最终系统从热不平衡的状态过渡到一种新的热平衡状态； ⑵ 若系统原处于平衡状态，则只有在外界的作用下（作功或传热）系统的状态才会发生变。 ⒏ 图1-16a 、b 所示容器为刚性容器：⑴将容器分成两部分。一部分装气体， 一部分抽成真空，中间是隔板。若突然抽去隔板，气体(系统)是否作功？ ⑵设真空部分装有许多隔板，每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再抽去一块， 问气体(系统)是否作功？ ⑶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？ 答：⑴；受刚性容器的约束，气体与外界间无任何力的作用，气体（系统）不对外界作功； ⑵ b 情况下系统也与外界无力的作用，因此系统不对外界作功；

工程热力学期末试题及答案

工程热力学期末试卷 建筑环境与设备工程专业适用 （闭卷，150分钟） 班级 姓名 学号 成绩 一、简答题(每小题5分，共40分) 1. 什么是热力过程？可逆过程的主要特征是什么？ 答：热力系统从一个平衡态到另一个平衡态，称为热力过程。可逆过程的主要特征是驱动过程进行的势差无限小，即准静过程，且无耗散。 2. 温度为500°C 的热源向热机工质放出500 kJ 的热量，设环境温度为30°C ，试问这部分热量的火用（yong ）值（最大可用能）为多少？ 答： =??? ? ?++- ?=15.27350015.273301500,q x E 303.95kJ 3. 两个不同温度（T 1,T 2）的恒温热源间工作的可逆热机，从高温热源T 1吸收热量Q 1向低温热源T 2放出热量Q 2，证明：由高温热源、低温热源、热机和功源四个子系统构成的孤立系统熵增 。假设功源的熵变△S W =0。 证明：四个子系统构成的孤立系统熵增为 （1分） 对热机循环子系统： 1分 1分 根据卡诺定理及推论： 1分 4. 刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，如右图所示。若将隔板抽去，试分析容器中空气的状态参数（T 、P 、u 、s 、v ）如变化，并简述为什么。 答：u 、T 不变，P 减小，v 增大，s 增大。 自由膨胀 12iso T T R S S S S S ?=?+?+?+?W 1212 00ISO Q Q S T T -?= +++R 0S ?= iso S ?=

5. 试由开口系能量程一般表达式出发，证明绝热节流过程中，节流前后工质的焓值不变。（绝热节流过程可看作稳态稳流过程，宏观动能和重力位能的变化可忽略不计） 答：开口系一般能量程表达式为 绝热节流过程是稳态稳流过程，因此有如下简化条件 ， 则上式可以简化为： 根据质量守恒，有 代入能量程，有 6. 什么是理想混合气体中某组元的分压力？试按分压力给出第i 组元的状态程。 答：在混合气体的温度之下，当i 组元单独占有整个混合气体的容积（中容积）时对容器壁面所形成的压力，称为该组元的分压力；若表为P i ，则该组元的状态程可写成：P i V = m i R i T 。 7. 高、低温热源的温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数是否就愈大，愈有利？试证明你的结论。 答：否，温差愈大，卡诺制冷机的制冷系数愈小，耗功越大。（2分） 证明：T T w q T T T R ?==-= 2 2212ε，当 2q 不变，T ?↑时，↑w 、↓R ε。即在同样2q 下(说明 得到的收益相同)，温差愈大，需耗费更多的外界有用功量，制冷系数下降。（3分） 8. 一个控制质量由初始状态A 分别经可逆与不可逆等温吸热过程到达状态B ，若两过程中热源温度均为 r T 。试证明系统在可逆过程中吸收的热量多，对外做出的膨胀功也大。

工程热力学课后题答案

习题及部分解答 第一篇 工程热力学 第一章 基本概念 1. 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。 2. 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。 3. 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 mm 200，水银柱高mm 800，如图2-26所示。已知大气压力为mm 735Hg ，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 kPa p p p p kPa Pa p kPa p Hg O H b Hg O H 6.206)6.106961.1(0.98)(6.10610006.132.133800.96.110961.180665.92002253=++=++==?=?==?=?= 4. 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 30=α，压力计中 使用3/8.0cm g =ρ 的煤油，斜管液体长度mm L 200=，当地大气压力MPa p b 1.0=，求烟 气的绝对压力（用MPa 表示）解： MPa Pa g L p 6108.7848.7845.081.98.0200sin -?==???==α ρ MPa p p p v b 0992.0108.7841.06=?-=-=- 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 kPa 110，B 为真空表，读数为kPa 45。若当地大气压kPa p b 97=，求压力表A 的读数（用kPa 表示） kPa p gA 155= 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MPa 4.13；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为mmHg 706。若大气压力为MPa 098.0，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力（用MPa 表示） MPa p MPa p 0039.0;0247.021== 8.测得容器的真空度 mmHg p v 550=，大气压力 MPa p b 098.0=，求容器内的绝对压力。若大气

工程热力学习题解答

1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？ 答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何？ 答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h p v =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d （变大） 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？ 答：尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大）似乎相象，但两者的数学本 质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+??? 因为 0du =?，()0d pv =? 所以 0dh =?， 因此焓是状态参数。 而对于能量方程来说，其循环积分： q du pdv δ=+??? 虽然： 0du =? 但是： 0pdv ≠? 所以： 0q δ≠? 因此热量q 不是状态参数。 4. 用隔板将绝热刚性容器分成A 、B 两部分（图2-13），A 部分装有1 kg 气体，B 部分为高度真空。将隔板抽去后，气体热力学能是否会发生变化？能不能用 d d q u p v δ=+ 来分析这一过程？

工程热力学课后习题及答案第六版完整版

工程热力学课后习题及 答案第六版完整版 Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】

2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩 尔 容 积 Mv 。 解：（1）2N 的气体常数 28 83140== M R R ＝)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 101325 2739.296?== p RT v ＝kg m /3 v 1=ρ＝3/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝ p T R 0＝kmol m /3 2-3．把CO 2压送到容积3m 3的储气罐里，起始表压力301=g p kPa ，终了表压力 3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2 ＝70℃。试求被压入的CO 2的质量。当地大气压B ＝ 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CO 2的质量 压送后储气罐中CO 2的质量 根据题意 容积体积不变；R ＝ B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO 2的质量 )1 122(21T p T p R v m m m -= -= （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 m 3的空气，如外界的温度增高

到27℃，大气压降低到，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少 解：同上题 1000 )273 325 .1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝41.97kg 2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为的空气3 m 3，充入容积8.5 m 3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 288 2875.810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 == m m t 2 第二种解法 将空气充入储气罐中，实际上就是等温情 况下把初压为一定量的空气压缩为的空气；或者说、 m 3的空气在下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程 、8.5 m 3的空气在下占体积为 5.591 .05.87.01221=?== P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩的空气3 m 3，则要压缩 m 3的空气需要的时间 == 3 5.59τ 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

工程热力学课后习题及答案第六版(完整版)

2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下 2 N 的比容和密度；（3） MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。 解：（1）2N 的气体常数 28 8314 0= = M R R ＝296.9)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 101325 2739.296?= =p RT v ＝0.8kg m /3 v 1= ρ＝1.253 /m kg （3） MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积 Mv Mv ＝ p T R 0＝64.27kmol m /3 2-3．把CO 2压送到容积3m 3的储气罐里，起始表压力 301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ， 温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO 2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CO 2的质量 1 1 11RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2 222RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝188.9 B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO 2的质量 )1 1 22(21T p T p R v m m m -= -= （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 m 3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 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题 1000)273 325.1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝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 m 3，充入容积8.5 m 3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：