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ο30=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
压变为
MPa p b
102.0='，求此时真空表上的读数为多少
mmMPa
？
MPa p MPa p v
8.579,0247.0='= 9.如果气压计压力为kPa 83，试完成以下计算： （1）.绝对压力为11.0MPa 时的表压力；
（2）.真空计上的读数为kPa 70时气体的绝对压力； （3）.绝对压力为kPa 50时的相应真空度（kPa ）； （4）.表压力为MPa 25.0时的绝对压力（kPa ）。 （1）.
kPa p g 17=；
（2）.kPa p 13=； （3）.kPa p v 33=；
（4）.
kPa p 333=。
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。
B At t F +=
将水在标准大气压下的冰点值032
和F ο
℃，以及沸点值100292和F ο℃代入，得
??
?+=+=B
A B
100212032 解该二元一次方程组，得：
32,8.1==B A 。
从而有 328.1+=t t F
当15.273-=t
℃时，有
)(7.45932_)15.273(8.1F t F ο-=+-?=
11.气体进行可逆过程，满足pV C =（C 为常数）
，试导出该气体从状态1变化到状态2时膨胀功的表达式，并在
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g pV R T =，试导出：
（1）.定稳下气体
,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）.
2
1
12v v p p =；（2）.
1
2
12T T v v =；（3）.
1
2
12T T p p =。
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318010/q
kg h =?，输出功率为55000P kW
=，全厂耗煤
,19.5/m c q t h =，煤的发热量为33010/c q kJ kg =?。蒸汽在锅炉中吸热量2680/q kJ kg =。试
求：
（1）.该动力厂的热效率t η；
（2）.锅炉的效率B η（蒸汽总吸热量煤的总发热量）。
解：（1）.锅炉中蒸汽吸热量
)
(1034.1)/(1082.42680101805
8
3kW h kj q q m H ?=?=??=?=Φ
热效率
%4110
34.155000
5
=?=Φ=
H t P η （2）.锅炉效率
B
H
B ΦΦ=
=
煤的总放热量蒸汽总放热量η
%
5.8210625.11034.1)
(10625.13600
1030105.195
5
53
3,=??=ΦΦ=?=???=?=ΦB H c c b B kW q q η 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W U Q
+?=得
)(34268kj W Q U -=--=-=?
对于返回初态的过程
kj
U Q W kj
U U 2834634-=-='?-='=?-=?
故需对系统做功kj 28。
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kj 40-。 4.1kg 空气由
115,0.5p MPa t MPa ==膨胀到220.5,500p MPa t ==℃，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）.0=?U
；
（2）. 0=?U ；（3）.kj W 390-=。 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
b c a --途径由状态a 变化到b ，吸入热量kj 90，对外做功kj 40，试问：
（1）.系统从a 经d 至b ，若对外做功kj 10，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kj 23，吸收热量为多少？ （3）.设,45,5kj U kj U d adb ==，那么过程d a -和b d -中系统吸收的热量各为多少？
答案 （1）.kj Q adb 60=；（2）.kj Q ba 73-=； （2）.kj Q ad
50=；（4）.kj Q db 10=。
7.容积为3
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
MPa p 2.01=提高到MPa p 33=，热力学能变化多
少？焓变化多少？
答案 （1）.0=W
；
（2）.kj H U 3
108.2,0?=?=?。 8.一质量为kg 4500的汽车沿坡度为ο15的山坡下行，车速为s m /300。在距山脚m 100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。
kj Q 51004.2?=。
9.某蒸汽动力装置，蒸汽流量为h t /40，汽轮机进出口处压力表读数为MPa 9，进口比为
kg kj /3440，
汽轮机出口比焓为
kg kj /2240，真空表读数为kPa 06.95，当时当地大气压力为kPa 66.98，汽轮机
对环境放热为。试求：
（1）.汽轮机进出口蒸汽的绝压各为多少？ （2）.单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少？ （3）.汽轮机的功率为多少？ 答案 （1）.
MPa
p MPa p 6.3099.921==
（2）.kg kj sh /1200=ω
（3）.kW P
410332.1?=
（4）.考虑进出口动能差后sh ω的相对偏差
%67.0=sh ω
10.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为
MPa p 005.0=，比焓kg kj h /25001=，出口为同压下的水，比焓为
kg kj h /77.1372=,若蒸汽流量为h t /22，进入冷凝器的冷却水温为171='t ℃，冷却水出口温度为302
='t ℃，试求冷却水流量为多少？水的比热容为)./(18.4K kg kj 。 答案
)/(104.9563,h kg q w m ?=
11.某活塞式氮气压气机，压缩的氮气的参数分别为：MPa
p 1.01=，
kg m v /88.03
1=；
MPa p 0.12=，kg m v /16.03=。设在压缩过程中每kg 氮气热力学能增加kj 180，同时向外放出
热量
kj 60。压气机每min 生产压缩氮气kg 18，试求：
（1）.压缩过程对每kg 氮气所做的功； （2）.生产每kg 压缩氮气所需的功； （3）.带动比压气机至少要多大的电动机。 答案 （1）.kg kj /240-=ω； （2）.kg kj sh
/312-=ω；
（3）.kW P 6.93=。
12.流速为s m /600的高速空气突然受阻停止流动，即
02=c ，称为滞止。如滞止过程进行迅速，以致气
流受阻过程中与外界的热交换可以忽略，问滞止过程空气的焓变化了多少？
答案
kg kj h /180=?
第三章 理想气体及其混合物
1.把
2CO 压送到体积为35.0m 的贮气罐内。压送前贮气罐上的压力表读数为kPa 3，温度为C ο20，
压送终了时压力表读数为kPa 30，温度为C ο
50
。试求压送到罐内的2CO 的质量。大气压力为
MPa
p b 1.0=。
解
由
()())[]()kg T p T p R V T R V p T R V p m T
mR pV K kg kJ M R R kPa p p p kPa p p p g g g g g g b g b 143.02732010103273501013010189.05
.0.189.044314.813030101.01033101.033311221122322311=???
? ??+?-+???=???
?
??-=-=
?====
=+?=+==+?=+=
2. 体积为30
3.0m 的某钢性容器内盛有了
C kPa ο20,700的氮气。瓶上装有一排气阀，压力达到
kPa 875时发门开启，压力降到kPa 840时关闭。若由于外界加热的原因造成阀门开启，问：
(1)阀门开启时瓶内气体温度为多少？
(2)因加热造成阀门开闭一次期间瓶内氮气失去多少？设瓶内空气温度在排气过程中保持不变。 答案 （1）3.932
=t ℃；（2）kg m 0097.0=?
3.氧气瓶的容积3
30.0m
V
=瓶中氧气的表压力为
C
t MPa p g ο30,4.111==。问瓶中盛有多少氧气？
若气焊时用去一半氧气，温度降为
C t ο
202=，试问此时氧气的表压力为多少（当地大气压力
MPa
p b 1.0=）
答案
MPa p kg m g 625.0;86.72==
4.某锅炉每小时燃煤需要的空气量折合表准状况时为h m 366000
。鼓风机实际送入的热空气温度为
C ο250，表压力为kPa 0.20，当地大气压为MPa p b 1.0=，求实际送风量()h m 3。
解 ()MPa p p p g b 12.010201.03=?+=+=-
由
T R q pq g m V =
得
()()
h
m P T T q p q T q p T pq V V V V 35110000
0010068.112
.027325027366000101325.0.?=+??===
5.某理想气体比热比4.1==V p c c k
，定压比热容()K kg kJ c p .042.1=，求该气体的摩尔质量。
解 由
k c c V
p =及M
R
R c c g V p =
=-
得
()()
()mol g k c R M p 93.274.111042.1314
.811=-?=-=
6.在容积为3
1.0m 的封闭容器内装有氧气，其压力为kPa 300，温度为C ο
15，问应加入多少热量可使氧
气温度上升到C ο
800
？
(1)按定值比热容计算； (2)按平均比热容计算。 解
()[]k kg kJ M R R g .26.032
314.8===
()
()kg T R pV m g 2.1273151026.03.01030033=+????==
（1）()()()kJ t t R m t mc Q
g V 3.6121580026.02
5
2.12512=-???=-=?=
（2）查得()K kg kJ c V .656.015
=
()K kg kJ c V
.756.08000
=
(
)
()()kJ t c t c m Q t V t V
0.71415656.0800756.02.1..1020
12=?-??=-=
7.摩尔质量为
kg 30的某理想气体，在定容下由C
ο275，加热到C
ο
845
，若热力学能变化为
kg kJ 400，问焓变化了多少？
答案kg kJ h
9.557=?
8.将kg 1氮气由
C t ο
301=定压加热到C ο400，分别用定值比热容，平均比热容（表）计算其热力学能和焓的变化。 用定值比热容计算
()kJ kJ U 6.384,7.274=?H =?
用平均比热容计算
kJ kJ U 6.391,7.281=?H =?
9.
kg 2的2CO ，由C t kPa p ο900,80011==膨胀到C t kPa p ο600,12022==，试利用定值
比热容求其热力学能、焓和熵的变化。 解
()[])[]
()[]
()()()()
()K kJ p p R T T c m S kJ t mc kJ t mc U K kg kJ R c K kg kJ R c K kg kJ M R R g p p V g V g p g 215.0800120ln 189.01173873ln 85.02ln ln 510900600850.026.396900600661.02.661.0189.02
7
27.850.0189.029
29.189.044314.81212=??? ??
-?=???? ?
?-=?-=-??=?=?H -=-??=?=?=?===?=====
10. 在体积为35.1m V
=的钢性容器内装有氮气。初态表压力为
MPa
p g 0.21=，温度为C ο
230
，问
应加入多少热量才可使氮气的温度上升到C ο
750？其焓值变化是多少？大气压力为MPa 1.0。
(1)按定值比热容计算；
(2)按真实比热容的多项式计算； (3)按平均比热容表计算；
(4)按平均比热容的直线关系式计算。 解
)[]()()()kg T R V p m K kg kJ M R R g g 09.212732301029.05.1101.00.2.297.028
314
.83
611=+????+=====
（1）
()[]()[]()()()()
kJ t mc kJ t mc Q K kg kJ R c K kg kJ R c p V g V g p 4310141.123075004.109.2110137.8230750742.009.21.742.0297.02
5
25.04.1297.027
27?=-?=?=?H ?=-??=?==?===?==
（2）查得
()()()
()()()()()
()()
()()
kJ T
nR Q dT nC kJ T T nR T a T a T a n T nR dT aT T a a n dT nR dT nC n dT R C n dT nC Q kmol m M n a a a T a T a a C m p T T m p m p m V m p 432
1
,322822312322102
1
2
1
2
1
2102
1
,,2
1
,823102
210,10226.150********.87532.010005.910005.9]5031023314.87532.050310231042.03
1
5031023102335.52
1
50310233146.27[7532.0327532.028
09.211042.0,102335.5,3146.272
1?=-??+?=?+==?H ?=-??--??-?+-?
??+-??=--??
? ??++=?-++=-=-=====
?-=?==++=??????----（3）查得
())())
(
)
()()
()
()()
kJ t c t c m kJ t c
t c
m Q K kg kJ c K kg kJ c K kg kJ c K kg kJ c t p t p t p t p V
V
p p 410203
10
20
7500
2300
750023001022.1230045.1750092.109.21..10962.8230748.0750796.009.21...796.0,.748.0.092.1,.045.11212?=?-??=-=?H ?=?-??=-=====
（4）查得
()()[]()[]
()026
.9230750823.009.21..823.0297.012.1.120.175023000008955.0032.100008955.0032.12121
21
21=-??=?==-=-==+?+=+=t mc Q K kg kJ R c c K kg kJ t c t t V
g t t p
t t V
t t p ()()kJ t mc t t p 410228.123075012.109.21.21?=-??=?=?H
11. 某氢冷却发电机的氢气入口参数为
C
t MPa p g ο40,2.011==，出口参数为
C t MPa p g ο66,19.022==。若每分钟入口处体积流量为35.1m ，试求氢气经过发电机后的热力学
能增量、焓增量和熵增量。设大气压力为MPa p b 1.0=。
(1)按定值比热容计算；
(2)按平均比热容直线关系式计算。 解
()[]
()()
MPa p p p MPa p p p K kg kJ M R
R g b g b g 29.019.01.03.02.01.0.157.4314
.82211=+=+==+=+====
()
()min 3459.027********.45.1103.03
6111kg T R q p q g V m =+????== （1） 按定值比热
()[]()[]()()()()
()[]min .4504.03.029.0ln 157.42734027360ln 55.143459.0ln ln min 9.130406655.143459.0min 44.93406639.103459.0.39.10157.455.14.55.14157.42
7
271212K kJ p p R T T c q S kJ t c q kJ t c q U K kg kJ R c c K kg kg R c g p m p m V m g p V g p =??? ??
-++?=???? ?
?-=?=-??=?=?H =-??=?=?=-=-==?==
（2）按平均比热容的直线关系式
()()[]()()[]
()()
()[]
min .4459.03.029.0ln 157.431327366ln 39.143459.0ln ln 55.91406618.103459.0.18.1040660005945.012.10.39.1440660005945.03.1431212664066402121
K kJ p p R T T c q S kg kJ t c q U K kg kJ c K kg kJ c g t t p m t t V
m C C
V
C
C p =??? ?
?
-+?=???
?
??-=?=-??=?=?=+?+==+?+=οοοο
12. 利用内燃机排气加热水的余热加热器中，进入加热器的排气（按空气处理）温度为C ο
300，出口温度
为C ο
80
。不计流经加热器的排气压力变化，试求排气经过加热器的比热力学能变化，比焓变化和比熵的
变化。
(1)按定值比热容计算； (2)按平均比热容（表）计算。 答案
（1）
()K kg kJ s kg
kJ h kg
kJ u .4866.00.2219.157-=?-=?-=? （2）
()
K kg kJ s kg
kJ h kg
kJ u .4966.03.2251.162-=?-=?-=? 13. 进入气轮机的空气状态为C kPa ο600,600，绝热膨胀到
C kPa ο
300,100，略去动能、位能变化，
并设大气温度为
K
T 3000=，试求：
(1)每千克空气通过气轮机输出的轴功； (2)过程的熵产及有效能损失，并表示在s T -图上；
(3)过程可逆膨胀到kPa 100输出的轴功。
解 （1）
()()kg kJ t t c h h h w p s 4.301300600004.12121=-?=-=-=?-=
（2）
()[]K kg kJ p p R T T c s s g p g .0913.0600
100
ln 287.0873573ln 004.1ln ln
1212=-=-=?=? ()kg kJ s T i g 39.270913.03000=?=?=
熵产g s ?及有效能损失i 如图3-36中阴影面积所示。
（3）
()kg kJ p p k T kR w w k k g t sh 4.35160010011
4.1873287.04.1114.14.01121=??????????? ??-?-??=????
?????????? ??--==- 14.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
mol
n mol n mol n CO N O 3.0,65.0,08.0222===
试求混合气体的体积分数、质量分数和在C t kPa p ο27,400==时的比体积。
解
()()()()[]()
kg m p
T R v K kg kJ M R R w w w M M x w M M x w mol g M x M x x x n n x n n x mol n n eq g eq eq g N O CO eq
N N N eq O O O i i eq N O CO N N O O i 33
3,,0189.010
40030010252.0.252.094
.32314.8388.0536.0076.011536
.094
.3228
631.0076
.094
.3232
078.094.3244291.02863.032078.0291.0631.0078.011631
.003
.165.0078
.003.108
.003.13.065.008.02222
222
22222222
2=???==
====--=--==?=
=
=?===?+?+?===--=--======
=
=++==∑∑
15.试证明：对于理想气体的绝热过程，若比热容为定值，则无论过程是否可逆，恒有 ()
211
T T k R w g --=
式中：1T 和2T 分别为过程初终态的温度。
证明 对于理想气体的绝热过程，有
()21T T c T c u w V V -=?-=?-=
又
?????==-k c c R c c V p g
V p
得
1
-=
k R c g V
故 ()211
T T k R w g --=
证毕
第四章 理想气体的热力过程
1. 某理想气体初温
K T 4701=，质量为kg 5.2，
经可逆定容过程，其热力学能变化为kJ U 4.295=?，
求过程功、过程热量以及熵的变化。设气体
()35
.1,.4.0==k K kg kJ R g ，并假定比热容为定值。
解
kJ
U Q pdV W 4.2950
2
1
=?===?
由?????==-k
c R c c V p g
V p
得
()[]
()
()()K kJ T T mc S K T mc U T T T mc T mc U K kg kJ k R c V V V V g
V 568.0470
4
.573ln 143.15.2ln
3.573470143
.15.24
.295.143.11
35.14
.01121212=?==?=+?=+?=
-=?=?=-=
-=
2. 一氧化碳的初态为
K T MPa p 493,5.411==。定压冷却到K T 2932=。试计算kmol 1的一氧化
碳在冷却过程中的热力学能和焓的变化量，以及对外放出的热量。比热容取定值。
答案 kJ kJ U 441082.5,10154.4?=?H ?=?
3. 氧气由MPa p C t 1.0,3011
==ο被定温压缩至MPa p 3.02=。
(1)试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功；
(2)若按绝热过程压缩，初态与终态与上述相同，试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功； (3)将它们表示在同一副v p -图和s t -图上，试在图上比较两者的耗功。 解
()[]K kg kJ M R R g .26.032
314.8===
（1）55.863
.01
.0ln 30326.0ln
211,-=?==p p T R w g T t （2）
()kg kJ p p k T kR w k k g s
t 7.1011.03.011
4.130326.04.1114.14.01211,-=??????????? ??-?-??=????
?????????? ??--=- （3）两过程在
v p -图和s T -图上的表示分别如图3-37
（a ）和3-37（b ）所示。图中过程线T 21-为定温过程，s 21-为绝热过程线。从v p -图中可以看到，绝热过程耗功比定温过程耗功多出曲边三角
形面积s T
221--。
4.使将满足以下要求的理想气体多变过程在
v p -和
s
t -图
上表示出来（先画出4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8.0=n ，膨胀； (3)气体受压缩、降温又降压； (4)气体的多变指数2.1=n
，受压缩；
(5)气体膨胀、将压且放热。
答案 如图3-38（a ）和图3-38（b ）所示的
v p -图和s T -图上，1-1，1-2，1-3，1-4和1-5分别
为满足（1），（2），（3），（4）和（5）要求的多变过程线。 5.柴油机汽缸吸入温度C t ο601
=的空气33105.2m -?
，经可逆绝热压缩。空气的温度等于燃料的着火
温度。若燃料的着火温度为C ο
720，问空气应被压缩到多大的体积？
答案342
1063.1m V -?=
6.有kg 1空气，初态为C t MPa p ο27,6.011==，分别经下列三种可逆过程膨胀到MPa p 1.02=，
试将各过程画在
v p -图和s t -图上，并求各过程始态温度、做工量和熵的变化量：
(1)定温过程；
(2)25.1=n 的多变过程； (3)绝热过程。
答案
（1）
()K kg kJ s kg kJ w kg
kJ w C t t .514.0;3.1543.154;272=?===ο
（2） kg
kJ s kg kJ w kg kJ w C t t 154.0,6.1297.103,35.632=?==-=ο
(3)
,7.1202.86,2.932=?==-=s kg kJ w kg kJ w C t t ο
图和s T -图如图3-39所示。
7.一容积为3
2.0m 的贮气罐，内装氮气，其初压力
MPa p 5.01=，温度C t ο371=。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MPa 8.0时，阀门便自动打开，防走部分氮气，即罐中维持最大压力为MPa 8.0，问当贮气罐中氮气温度为C ο
287时，对罐内氮气共加入多少热量？
设氮气比热容为定值。 解()[]K kg kJ M R R g .297.028
314
.8===
由
T mR pV g =
()
()kg T R V p m g 086.12733710297.02.0105.03
6111=+????== 开始过程是定容过程，则
()()()
)
(0.21896.67150)(96.67496273278ln 10
297.0297
.027
2.0108.0ln 150300496297.02
5
086.14963105
.08.0.3
632232322232211122kJ Q Q Q kJ T T R Vc p T dT R Vc p dT c T R V
p dT c m Q kJ T c m Q K T P P T p V g p g p p g p p V V =+=+==+?????======-???=?==?==
???
8.容积为36.0m V
=的空气瓶内装有压力MPa p 101=，温度为K T 3001=的压缩空气，打开压缩空
气瓶上的阀门用以启动柴油机。假定留在瓶中的空气进行的是绝热膨胀。设空气的比热容为定值，
)./(287.0K kg kj R g =。
（1）.问过一段时间后，瓶中空气从室内空气吸热，温度有逐渐升高，最后重新达到与室温相等，即又恢复到K 300，问这时空气瓶中压缩空气的压力3p 为多大？
答案 （1） kg m K T 6.15,1.2712-=?= （2）
MPa p 75.73=
9.是导出理想气体定值比热容的多变过程的初、终态熵变为 1
2
12ln )1(p p R k n k
n s s g --=
-
解：主要步骤与公式
n
n g p p p T T p p R T T c s s 112121
21212ln ln
-???
? ??=-=-
由
?????==-k
c c R c c V p g V p 得
1
-=
k kR c g p
10.压力为kPa 160的kg 1空气，K 450定容冷却到K 300，空气放出的热量全部被温度为17℃的大气
环境所吸收。求空气所放出热量的饿有效能和传热过程、的有效能损失，并将有效能损失表示在s T -图
上。 解
()())(2.23450300ln 290450300717.01ln 11120122102
10,kJ T T T T T mc T T dT mc T T Q E V V Q
x -=??
????
--??=?
??
??
?--=???
??-=??? ??-=??δ
由于放出的热量全部被环境吸收，使热量有效能全部变成了无效能，故有效能损失
kJ I 2.23=
有效能损失如图3-40的s T -图上阴影面积所示。
11.空气进行可逆压缩的多变过程，多变
指数,3.1=n 耗功量为kg kj /95.67，
求热量和热力学能变化。
答
案
kJ U kJ Q 85.50,95.16=?-=
第六章 水蒸气
1.湿饱和蒸汽，85.0,9.0==x MPa p ，试由水蒸气表求u s v h t 和,,,,。
答案
kg kJ h C t s 99.2468,389.175==ο
()kg
kJ u K kg kJ s kg m v 43.2304.9431.5,18284.03===
2.过热蒸汽，425.0.3==t MPa p
℃，根据水蒸气表求u s h v ,,,和过热度D ，再用s h -图求上述参
数。
答案 查表：kg kJ h kg m v
7.3286,103638.03==
()C
t t D kg kJ u K kg kJ s s ο
107.1912958,.00255.7=-===
查图：kg kJ h kg m v
3290,105.03==
();
1902958,.00.7C D kg kJ u K kg kJ s ο
===
3.开水房用开水的蒸汽与20=t
℃同压下的水混合，试问欲得t 5的开水，需要多少蒸汽和水？
解 设需蒸汽为kg m V ，则水为V
w m m m -=。
由
MPa p 1.0=，查得kg kJ h kg kJ h 14.2675,52.417=''='
C t ο20=时，kg kJ h 96.832=
()()kg kJ h x h x h 07.235952.41714.014.267586.011=?+?='-+''=
根据热力学第学一定律
()[]()()()
()
kg m m m kg h h h h m m h m m h m h m V w V V V 4267733500073396.8307.235996.8352.41750000
21112=-=-==--?=--'==-+-'=?H
4.已知水蒸气kg kj h MPa p /1300,2.0==，试求其s t v ,,。
答案
()K kg kJ s C t kg m v .5452.3,30.120,3158.03===ο
5.kg 1蒸汽，95.0,0.211==x MPa p ，定温膨胀至MPa p 1.02=，求终态s h v ,,及过程中对外所
做的功。 解
()kg kJ w 0.683=
6.进汽轮机的蒸汽参数为
435,0.311==t MPa p ℃。若经可逆膨胀绝热至MPa p .2=，蒸汽流量为
s kg /0.4，求汽轮机的理想功率为多少千克：
答案
kW P 31066.4?=
7.一刚性容器的容积为MPa 3.0，其中
5
1
为饱和水，其余为饱和蒸汽，容器中初压为MPa 1.0。欲使
饱和水全部汽化，问需要加入多少热量？终态压力为多少？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℃。
()kJ I 410005.2?=
8.容积为3
36.0m 的刚性容器中贮有350=t
℃的水蒸气，其压力表度数为kPa 100。现容器对环境散热
使压力下降到压力表度数为kPa 50。试求：
（1）.确定初始状态是什么状态？ （2）.求水蒸气终态温度；
（3）.求过程放出的热量和放热过程的有效能损失。 设环境温度为20℃，大气压力为MPa 1.0。 答案 （1）过热蒸汽；
（2）C t ο8.1452
=（此结果为利用教材《热工基础与应用》后附录A-7所得。利用较详细水蒸气
热表或s h -图答案应为C ο
191
）
（3）kJ I kJ Q
8.35,6.82=-=（同上，kJ I kJ Q 2.27,1.59=-=）
9.气轮机的乏汽在真空度为kPa 96干度为88.0=x 的湿空气状态下进入冷凝器，被定压冷却凝结为饱和
水。试计算乏汽体积是饱和水体积的多少倍，以及kg 1乏汽2在冷凝器中放出的热量。设大气压力为
MPa 1.0。
答案
kg kJ q V V 2140,1005.3411
=?='
10.一刚性绝热容器内刚性各班将容器分为容积相同的
B A ,两部分。设A 的容积为316.0m ，内盛有压力
为MPa 1.0、温度为300℃的水蒸气；B 为真空。抽掉隔板后蒸汽蒸汽自由膨胀达到新的平衡态。试求终态水蒸气的压力、温度和自由膨胀引起的不可逆有效能损失。设环境温度为20℃，并假设该蒸汽的自由膨胀满足常数=pV 。
解（1）由
==1122V p V p 常数
得
()MPa V V p p 5.02
1
0.1211
2=?== （2） 由
C t MPa p ο300,0.111==，查得
()()m m V v m V V kg v V m K kg kJ s m v 3223
12111315161.062
.032.032.0262.02579
.016
.0.1216.7,2579.0===
=====
==
由
kg m v MPa p 3225161.0,5.0==，查得
工程热力学期末考试试题
一、1.若已知工质的绝对压力P=，环境压力Pa=，则测得的压差为(B)A.真空pv= B.表压力pg=.真空pv= D.表压力p g= 2.简单可压缩热力系的准平衡过程中工质压力降低，则(A) A.技术功为正 B.技术功为负 C.体积功为正 D.体积功为负 3.理想气体可逆定温过程的特点是(B)=0 =>W
(完整版)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 =+???蜒? 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=+???蜒?
工程热力学 思考题
工程热力学第五章思考题 5-1 热力学第二定律的下列说法能否成立？ （1）功量可以转换成热量，但热量不能转换成功量。 答：违反热力学第一定律。功量可以转换成热量，热量不能自发转换成功量。 热力学第二定律的开尔文叙述强调的是循环的热机，但对于可逆定温过程，所吸收的热量可以全部转换为功量，与此同时自身状态也发生了变化。从自发过程是单向发生的经验事实出发，补充说明热不能自发转化为功。 （2）自发过程是不可逆的，但非自发过程是可逆的。 答：自发过程是不可逆的，但非自发过程不一定是可逆的。 可逆过程的物理意义是：一个热力过程进行完了以后，如能使热力系沿相同路径逆行而回复至原态，且相互作用中所涉及到的外界也回复到原态，而不留下任何痕迹，则此过程称为可逆过程。自发过程是不可逆的，既不违反热力学第一定律也不违反第二定律。根据孤立系统熵增原理，可逆过程只是理想化极限的概念。所以非自发过程是可逆的是一种错误的理解。 （3）从任何具有一定温度的热源取热，都能进行热变功的循环。 答：违反普朗克-开尔文说法。从具有一定温度的热源取热，才可能进行热变功的循环。 5-2 下列说法是否正确？ （1）系统熵增大的过程必须是不可逆过程。 答：系统熵增大的过程不一定是不可逆过程。只有孤立系统熵增大的过程必是不可逆的过程。 根据孤立系统熵增原理，非自发过程发生必有自发补偿过程伴随，由自发过程引起的熵增大补偿非自发过程的熵减小，总的效果必须使孤立系统上增大或保持。可逆过程只是理想化极限的概念。 （2）系统熵减小的过程无法进行。 答：系统熵减小的过程可以进行，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。 （3）系统熵不变的过程必须是绝热过程。 答：可逆绝热过程就是系统熵不变的过程，但系统熵不变的过程可能由于熵减恰等于各种原因造成的熵增，不一定是可逆绝热过程。 （4）系统熵增大的过程必然是吸热过程，它可能是放热过程吗？ 答：因为反应放热，所以体系的焓一定减小。但体系的熵不一定增大，因为只要体系和环境的总熵增大反映就能自发进行。而放热反应会使环境获得热量，熵增为ΔH/T。体系的熵也可以减小，只要减小的量小于ΔH/T，总熵就为正，反应就能自发进行。 （5）系统熵减少的过程必须是放热过程。可以是吸热过程吗？ 答：放热的过程同时吸热。 （6）对不可逆循环，工质熵的变化∮ds?0。 答：∮ds=0。 （7）在相同的初、终态之间，进行可逆过程与不可逆过程，则不可逆过程中工质熵的变化大于可逆过程工质熵的变化。
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 =ｐb +p ｇ （p > p ｂ）， p = p b -ｐv (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 ｐb 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 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 则： 。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 ） 如何变化，并简述为什么。 答：u 、T 不变，P 减小，v 增大，s 增大。 5. 试由开口系能量方程一般表达式出发，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：开口系一般能量方程表达式为 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 代入能量方程，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 组元的状态方程。 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 ，则该组元的状态方程可写成：P i V = m i R i T 。 B 隔板 A 自由膨胀 12iso T T R S S S S S ?=?+?+?+?W R 0S ?=22t t,C 1111Q T Q T ηη==-=-iso 0S ?=iso 0 S ?=
工程热力学课后作业答案(第七章)第五版
7-1当水的温度t=80℃，压力分别为0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa 时，各处于什么状态并求出该状态下的焓值。 解：查表知道 t=80℃时饱和压力为0.047359MPa 。 因此在0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa 时状态分别为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。焓值分别为2649.3kJ/kg ，334.9 kJ/kg ，335 kJ/kg ，335.3 kJ/kg ，335.7 kJ/kg 。 7－2已知湿蒸汽的压力p=1MPa 干度x=0.9。试分别用水蒸气表和h-s 图求出h x ，v x ，u x ，s x 。 解：查表得：h``＝2777kJ/kg h`=762.6 kJ/kg v``＝0.1943m 3/kg v`＝0.0011274 m 3/kg u``= h``－pv``=2582.7 kJ/kg u`＝h`－pv`=761.47 kJ/kg s``=6.5847 kJ/(kg.K) s`＝2.1382 kJ/(kg.K) h x ＝xh``+(1-x)h`=2575.6 kJ/kg v x ＝xv``+(1-x)v`=0.1749 m 3/kg u x ＝xu``+(1-x)u`=2400 kJ/kg s x ＝xs``+(1-x)s`=6.14 kJ/(kg.K) 7-3在V ＝60L 的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定其温度t ＝210℃，干饱和蒸汽的含量m v =0.57kg ，试求此湿蒸汽的干度、比容及焓值。 解：t ＝210℃的饱和汽和饱和水的比容分别为： v``＝0.10422m 3/kg v`＝0.0011726 m 3/kg h``＝2796.4kJ/kg h`=897.8 kJ/kg 湿饱和蒸汽的质量：x m m v = `)1(``v x xv m V -+= 解之得： x=0.53 比容：v x ＝xv``+(1-x)v`=0.0558 m 3/kg 焓：h x ＝xh``+(1-x)h`=1904kJ/kg 7－4将2kg 水盛于容积为0.2m 3的抽空了的密闭刚性容器中，然后加热至200℃试求容器中 （1）压力；（2）焓；（3）蒸汽的质量和体积。 解：（1）查200℃的饱和参数 h``＝2791.4kJ/kg h`=852.4 kJ/kg v``＝0.12714m 3/kg v`＝0.0011565m 3/kg 饱和压力1.5551MPa 。 刚性容器中水的比容： 2 2.0=v ＝0.1 m 3/kg 工程热力学第四版沈维道 思考题 完整版 第1章 基本概念及定义 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。 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 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P b 应是“当地环境介质”的压 ) ( )( b v b b e b P P P P P P P P P P <-=>+=； 工程热力学习题集答案一、填空题 1．常规新 2．能量物质 3．强度量 4．54KPa 5．准平衡耗散 6．干饱和蒸汽过热蒸汽 7．高多 8．等于零 9．与外界热交换 10．7 2g R 11．一次二次12．热量 13．两 14．173KPa 15．系统和外界16．定温绝热可逆17．小大 18．小于零 19．不可逆因素 20．7 2g R 21、（压力）、（温度）、（体积）。 22、（单值）。 23、（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零）。 24、（熵产）。 25、（两个可逆定温和两个可逆绝热） 26、（方向）、（限度）、（条件）。 31.孤立系； 32.开尔文(K)； 33.－w s =h 2－h 1 或 －w t =h 2－h 1 34.小于 35. 2 2 1 t 0 t t C C > 36. ∑=ω ωn 1 i i i i i M /M / 37.热量 38.65.29% 39.环境 40.增压比 41.孤立 42热力学能、宏观动能、重力位能 43.650 44.c v (T 2－T 1) 45.c n ln 1 2T T 46.22.12 47.当地音速 48.环境温度 49.多级压缩、中间冷却 50.0与1 51.（物质） 52.（绝对压力）。 53.（q=(h 2-h 1)+(C 22 -C 12 )/2+g(Z 2-Z 1)+w S ）。 54.（温度） 55. (0.657)kJ/kgK 。 56. (定熵线) 57.（逆向循环）。 58.（两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程） 59.（预热阶段、汽化阶段、过热阶段）。 60.（增大） 二、单项选择题 1.C 2.D 3.D 4.A 5.C 6.B 7.A 8.A 9.C 10.B 11.A 12.B 13.B 14.B 15.D 16.B 17.A 18.B 19.B 20.C 21.C 22.C 23.A 三、判断题 1．√2．√3．?4．√5．?6．?7．?8．?9．?10．? 11．?12．?13．?14．√15．?16．?17．?18．√19．√20．√ 21.（×）22.（√）23.（×）24.（×）25.（√）26.（×）27.（√）28.（√） 29.（×）30.（√） 四、简答题 1.它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进行，由无限接近平衡 状态的状态组成的过程。 它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损耗现象的存在，可逆过程不会产生任何能量的损耗。 一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过程就是可逆过程。 2.1kg气体:pv=R r T mkg气体:pV=mR r T 1kmol气体：pV m=RT nkmol气体：pV=nRT R r是气体常数与物性有关，R是摩尔气体常数与物性无关。 3.干饱和蒸汽：x=1,p=p s t=t s v=v″,h=h″s=s″ 同济大学《工程热力学》期末模拟试卷 第一部分 选择题（共15分） 一、单项选择题（本大题共15小题，每题只有一个正确答案，答对一题得1分，共15分） 1、压力为10 bar 的气体通过渐缩喷管流入1 bar 的环境中，现将喷管尾部截去一段， 其流速、流量变化为。 【 】 A.流速减小，流量不变 B.流速不变，流量增加 C.流速不变，流量不变 D.流速减小，流量增大 2、某制冷机在热源T 1= 300K ，及冷源T 2= 250K 之间工作，其制冷量为1000 KJ ，消耗功为250 KJ ，此制冷机是 【 】 A.可逆的 B.不可逆的 C.不可能的 D.可逆或不可逆的 3、系统的总储存能为 【 】 A. U B. U pV + C. 2/2f U mc mgz ++ D. 2 /2f U pV mc mgz +++ 4、熵变计算式2121(/)(/)p g s c In T T R In p p ?=-只适用于 【 】 A.一切工质的可逆过程 B.一切工质的不可逆过程 C.理想气体的可逆过程 D.理想气体的一切过程 5、系统进行一个不可逆绝热膨胀过程后，欲使系统回复到初态，系统需要进行一个【】过 程 。 【 】 A.可逆绝热压缩 B.不可逆绝热压缩 C.边压缩边吸热 D.边压缩边放热 6、混合气体的通用气体常数，【】。【】 A.与混合气体的成份有关 B.与混合气体的质量有关 C.与混合气体所处状态有关 D.与混合气体的成份、质量及状态均无关系 7、贮有空气的绝热刚性密闭容器中装有电热丝，通电后如取空气为系统，则【】 A.Q＞0，△U＞0，W＞0 B.Q=0，△U＞0，W＞0 C.Q＞0，△U＞0，W=0 D.Q=0，△U=0，W=0 8、未饱和空气具有下列关系【】 A.t＞t w＞t d B.t＞t d＞t w. C.t = t d = t w D.t = t w＞t d 9、绝热节流过程是【】过程。【】 A.定压 B.定温 C.定熵 D.节流前后焓相等 10、抽汽式热电循环的结果是【】 A.提高循环热效率，提高热能利用率 B.提高循环热效率，降低热能利用率 C.降低循环热效率，提高热能利用率 D.降低循环热效率，降低热能利用率 11、一个橡皮气球在太阳下被照晒，气球在吸热过程中膨胀，气球内的压力正比于气球的容积，则气球内的气球进行的是【】 A.定压过程 B.多变过程 C.定温过程 D.定容过程 12、气体的容积比热是指【】 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 第四章气体和蒸汽的基本热力过程 4.1试以理想气体的定温过程为例，归纳气体的热力过程要解决的问题及使用方法解决。 答：主要解决的问题及方法： (1) 根据过程特点（及状态方程）——确定过程方程 (2) 根据过程方程——确定始、终状态参数之间的关系 (3) 由热力学的一些基本定律——计算,,,,,t q w w u h s ??? (4) 分析能量转换关系（P —V 图及T —S 图）（根据需要可以定性也可以定量） 例：1)过程方程式：T =常数（特征）PV =常数（方程） 2)始、终状态参数之间的关系： 12p p =2 1 v v 3)计算各量：u ?=0、h ?=0、s ?=21p RIn p -=21 v RIn v 4)P ?V 图，T ?S 图上工质状态参数的变化规律及能量转换情况 4.2对于理想气体的任何一种过程，下列两组公式是否都适用 答：不是都适用。第一组公式适用于任何一种过程。第二组公式21()v q u c t t =?=-适于定容过程,21()p q h c t t =?=-适用于定压过程。 4.3在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。定温过程气体的温度不变，在定温过程中是否需对气体加入热量？如果加入的话应如何计算？ 答：定温过程对气体应加入的热量 4.4过程热量q 和过程功w 都是过程量，都和过程的途径有关。由理想气体可逆定温过程热量公式 2 111 v q p v In v =可知，故只要状态参数1p 、1v 和2v 确定了，q 的数值也确定了，是否q 与途径无关？ 答：对于一个定温过程，过程途径就已经确定了。所以说理想气体可逆过程q 是与途径有关的。 4.5在闭口热力系的定容过程中，外界对系统施以搅拌功w δ，问这v Q mc dT δ=是否成立？ 答：成立。这可以由热力学第一定律知，由于是定容过2211 v v dv w pdv pv pvIn RTIn v v v ====??为零。故v Q mc dT δ=，它与外界是否对系统做功无关。 4.6绝热过程的过程功w 和技术功t w 的计算式： w =12u u -，t w =12h h - 是否只限于理想气体？是否只限于可逆绝热过程？为什么？ 第三章 理想气体的性质 1.怎样正确看待“理想气体”这个概念？在进行实际计算是如何决定是否可采用理想气体的一些公式？ 答：理想气体：分子为不占体积的弹性质点，除碰撞外分子间无作用力。理想气体是实际气体在低压高温时的抽象，是一种实际并不存在的假想气体。 判断所使用气体是否为理想气体（1）依据气体所处的状态（如：气体的密度是否足够小）估计作为理想气体处理时可能引起的误差；（2）应考虑计算所要求的精度。若为理想气体则可使用理想气体的公式。 2.气体的摩尔体积是否因气体的种类而异？是否因所处状态不同而异？任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是 0.022414m 3 /mol? 答：气体的摩尔体积在同温同压下的情况下不会因气体的种类而异；但因所处状态不同而变化。只有在标准状态下摩尔体积为 0.022414m 3 /mol 3.摩尔气体常数 R 值是否随气体的种类不同或状态不同而异？ 答：摩尔气体常数不因气体的种类及状态的不同而变化。 4.如果某种工质的状态方程式为pv =R g T ，那么这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗？ 答：一种气体满足理想气体状态方程则为理想气体，那么其比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数。 5.对于一种确定的理想气体，()p v C C 是否等于定值？p v C C 是否为定 值？在不同温度下()p v C C -、p v C C 是否总是同一定值？ 答：对于确定的理想气体在同一温度下()p v C C -为定值， p v C C 为定值。在不同温度下()p v C C -为定值，p v C C 不是定值。 6.麦耶公式p v g C C R -=是否适用于理想气体混合物？是否适用于实际 气体？ 答：迈耶公式的推导用到理想气体方程，因此适用于理想气体混合物不适合实际气体。 7.气体有两个独立的参数，u(或 h)可以表示为 p 和 v 的函数，即(,)u u f p v =。但又曾得出结论，理想气体的热力学能、焓、熵只取决于温度，这两点是否矛盾？为什么？ 答：不矛盾。实际气体有两个独立的参数。理想气体忽略了分子间的作用力，所以只取决于温度。 8.为什么工质的热力学能、焓、熵为零的基准可以任选？理想气体的热力学能或焓的参照状态通常选定哪个或哪些个状态参数值？对理想气体的熵又如何？ 答：在工程热力学里需要的是过程中热力学能、焓、熵的变化量。热力学能、焓、熵都只是温度的单值函数，变化量的计算与基准的选取无关。热力学能或焓的参照状态通常取 0K 或 0℃时焓时为0，热力学能值为 0。熵的基准状态取p 0=101325Pa 、T 0=0K 熵值为 0 。 9.气体热力性质表中的h 、u 及s 0的基准是什么状态？ 答：气体热力性质表中的h 、u 及s 0的基准是什么状态00(,)T P 00T K = 一.就是非题 1.两种湿空气的相对湿度相等,则吸收水蒸汽的能力也相等。() 2.闭口系统进行一放热过程,其熵一定减少() 3.容器中气体的压力不变,则压力表的读数也绝对不会改变。() 4.理想气体在绝热容器中作自由膨胀,则气体温度与压力的表达式为 k k p p T T 11212-??? ? ??=() 5.对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析,其结果与所取系统的形式无关。() 6.工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程,则工质熵的变化就是一样的。() 7.对于过热水蒸气,干度1>x () 8.对于渐缩喷管,若气流的初参数一定,那么随着背压的降低,流量将增大,但最多增大到临界流量。() 9.膨胀功、流动功与技术功都就是与过程的路径有关的过程量() 10.已知露点温度d t 、含湿量d 即能确定湿空气的状态。() 二.选择题(10分) 1.如果热机从热源吸热100kJ,对外作功100kJ,则()。 (A)违反热力学第一定律;(B)违反热力学第二定律; (C)不违反第一、第二定律;(D)A 与B 。 2.压力为10bar 的气体通过渐缩喷管流入1bar 的环境中,现将喷管尾部截去一小段,其流速、流量变化为()。 A 流速减小,流量不变(B)流速不变,流量增加 C 流速不变,流量不变(D)流速减小,流量增大 3.系统在可逆过程中与外界传递的热量,其数值大小取决于()。 (A)系统的初、终态;(B)系统所经历的过程; (C)(A)与(B);(D)系统的熵变。 4.不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后,其结果只能就是()。 (A)全部水变成水蒸汽(B)部分水变成水蒸汽 (C)部分或全部水变成水蒸汽(D)不能确定 5.()过程就是可逆过程。 (A)、可以从终态回复到初态的(B)、没有摩擦的 (C)、没有摩擦的准静态过程(D)、没有温差的 三.填空题(10分) 1.理想气体多变过程中,工质放热压缩升温的多变指数的范围_________ 2.蒸汽的干度定义为_________。 3.水蒸汽的汽化潜热在低温时较__________,在高温时较__________,在临界温度为__________。 4.理想气体的多变比热公式为_________ 5.采用Z 级冷却的压气机,其最佳压力比公式为_________ 四、名词解释(每题2分,共8分) 1.卡诺定理: 2..理想气体 3.水蒸气的汽化潜热 5.含湿量 五简答题(8分) 1、证明绝热过程方程式 2、已知房间内湿空气的d t 、wet t 温度,试用H —d 图定性的确定湿空气状态。 六.计算题(共54分) 1.质量为2kg 的某理想气体,在可逆多变过程中,压力从0、5MPa 降至0、1MPa,温度从162℃降至27℃,作出膨胀功267kJ,从外界吸收热量66、8kJ 。试求该理想气体的定 值比热容p c 与V c [kJ/(kg ·K)],并将此多变过程表示在v p -图与s T -图上(图上 先画出4个基本热力过程线)。(14分) 2.某蒸汽动力循环。汽轮机进口蒸汽参数为p1=13、5bar,t1=370℃,汽轮机出口蒸汽参数为p2=0、08bar 的干饱与蒸汽,设环境温度t0=20℃,试求:汽轮机的实际功量、理想功量、相对内效率(15分) 3.压气机产生压力为6bar,流量为20kg/s 的压缩空气,已知压气机进口状态1p =1bar,1t =20℃,如为不可逆绝热压缩,实际消耗功就是理论轴功的1、 15倍,求压气 机出口温度2t 及实际消耗功率P 。(已知:空气p c =1、004kJ/(kgK),气体常数R=0、287kJ/(kgK))。(15分) 4.一卡诺循环,已知两热源的温度t1=527℃、T2=27℃,循环吸热量Q1=2500KJ,试求:(A)循环的作功量。(B)排放给冷源的热量及冷源熵的增加。(10分) 一.就是非题(10分) 1、× 2、× 3、× 4、√ 5、√ 6、× 7、× 8、√ 9、×10、× 二.选择题(10分) 1、B 2、A3、A4、A5、C 三.填空题(10分) 《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； 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。 4题图 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。 10．分析汽车动力系统（图1-21）与外界的质能交换情况。吸入空气，排出烟气，输出动力（机械能）以克服阻力，发动机水箱还要大量散热。不考虑燃烧时，燃料燃烧是热源，燃气工质吸热；系统包括燃烧时，油料发生减少。 11．经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？包括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态？ 经历一个不可逆过程后，系统可以恢复原来状态，它将导致外界发生变化。包括系统和外界的整个大系统不能恢复原来 状态。 12．图1-22中容器为刚性绝热容器，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？ p 1 9题图 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_______。工程热力学第四版思考题答案(完整版)(沈维道)(高等教育出版社)
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