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 11 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 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： 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
-1第十三章 13 设湿空气中水蒸气的状态为：(1) p v ＝0.001 MPa ，t ＝20 ℃；(2) p v ＝0.004 MPa ，t ＝29 ℃。试求按水蒸气表及理想气体状态方程确定水蒸气的比体积所产生的差别。 解 (1) p v ＝0.001 MPa ，t ＝20 ℃，查水蒸气表，当t ＝20 ℃时，饱和蒸汽压力P s =0.002 337 Mpa ，01729.0s =′′=ρρ kg/m 3。 相对湿度 s V s V 4279.0002337.0001.0ρρ?====p p 绝对湿度 =0.0073984 kg/m 01729.04279.0s V ×==?ρρ3水蒸汽的比容 165.1351 V ==ρν kg/m 3 按理想气体方程得 2.13510001.02935.461R 6 V V =××==ρνT i m 3/kg (2) p v ＝0.004 MPa ，t ＝29 ℃，查水蒸气表，当t ＝29 ℃时 饱和蒸汽压力p s =0.004026 MPa ，904028.0s =′′=ρρ kg/m 3 相对湿度 s V s V 199354.0004026 .0004.0ρρ?=≈===p p 绝对湿度 =0.02871728 kg/m 028904.099354.0s V ×==?ρρ3水蒸汽的比容 82.341 V ==ρν kg/m 3 按理想气体方程得 84.3410 004.03025.461R 6V V =××==ρνT i m 3/kg
1313 -2 湿空气的温度为50 ℃，相对湿度为50%，试求绝对湿度及水蒸气的分压力。 解 查水蒸气表，饱和蒸汽压力p s =0.012335 MPa, 饱和蒸汽密度 kg/m 08302.0s =′′=ρρ3 ∴ 绝对湿度 =0.04151 kg/m 08302.05.0s V ×==?ρρ3水蒸汽的分压力 MPa 0061675.0012335.05.0V =×==s p p ? -3 设大气压力为0.1 MPa ，干球温度为40 ℃，湿球温度为32 ℃，试求相对湿度及绝对湿度。 解 由t ＝40 ℃，t W ＝25 ℃，查图得相对湿度56=?%，查水蒸汽表t ＝40 ℃， 05116.0s =′′=ρρ kg/m 3 ∴绝对湿度 =0.2865 kg/m 5116.056.0s V ×==?ρρ 3 13-4 按习题12-1的条件，设湿空气的压力为0.1 MPa ，试求湿空气的密度按理想气体状态方程及按水蒸气表计算所产生的差别。 解 （1） Mpa ，t ＝20 ℃时 , MPa 001.0V =p 1.0V =p 查水蒸汽表，在12-1题中已求得=0.0073984 kg/m V ρ3 而干空气得分压力为 p A =1－0.001=0.999 MPa 故湿空气的密度 073984.0293 1.28710999.06V A +××=+=ρρρ=1.184 kg/m 3按理想气体状态方程得： 184.1293 5.46110001.02931.28710999.0R R 66V V A A =××+××=+=T p T p i ρ kg/m 3（2） MPa, t ＝29 ℃ 时 004.0V =p 查水蒸汽表，在12-1题中已求得=0.028 717 28 kg/m V ρ3
第十三章 化学热力学基础 1.在无化学反应的热力变化过程中，如果有两个独立的状态参数各保持不变，则过程就不可能进行。在进行化学反应的物系中是否受此限制？ 答：否。对于发生化学反应的物系，参与反应的物质的成分或浓度也可变化，故确定其平衡状态往往需要两个以上的独立参数。 2.化学反应实际上都有正向反应与逆向反应在同时进行，化学反应是否都是可逆反应？怎样的反应才是可逆反应？ 答：一切含有化学反应的实际过程都是不可逆的。并不是能够逆向进行就是可逆过程。如果在完成某含有化学反应的过程后，当使过程沿相反方向进行时，能够使物系和外界完全恢复到原来状态，不留下任何变化，这样的理想过程是可逆过程。 3.反应热和反应热效应的关系是什么？它们是否是性质相同的量？ 答：反应热是指化学反应中物系与外界交换的热量。若反应在定温定容或定温定压下不可逆地进行，且没有作出有用功（这时反应的不可逆程度最大），则这时的反应热称为反应热效应。 否。反应热是过程量，与反应过程有关，而热效应是专指定温反应过程中不作有用功时的反应热，是状态量。 4.反应焓、燃烧焓、生成焓、标准生成焓、标准燃烧焓相互间是什么关系？它们与热效应有何联系？ 答：定温定压反应的热效应等于反应前后物系的焓差（21p Q H H =-），这个焓 差叫做“反应焓”。燃料的燃烧反应是不作有用功的反应，1mol 燃料完全燃烧时的定压热效应常称为“燃烧热”其绝对值称为热值。由一些单质（或元素）化合成1mol 化合物时的热效应称为该化合物的“生成热”，定温定压的热效应等于焓差，故定温定压的生成热又称为“生成焓”。通常，在涉及化学反应的过程中，规定101325p Pa =、298.15T K =为标准状态，这一状态下的热效应称标准热效应。标准状态下的燃烧热和生成热分别称为“标准燃烧焓”和“标准生成焓”。 5.为什么氢的热值分高热值与低热值，而碳的热值却不必分高低？ 答：氢作为燃料燃烧时，燃烧产物可能是气态也可能是液态，所以有高热值低热值之分，其差之为潜热。而碳作为燃料其燃烧产物只能是气态。所以只有一个热值。 6.赫斯定律是通过实验得到的，你能否尝试从热力学第一定律推出赫斯定律？ 答：若反应在定温定容或定温定压下不可逆地进行，且没有作出有用功（这时反应的不可逆程度最大），则这时的反应热称为反应热效应。 证明： 若忽略宏观位能和动能的变化，化学反应过程中热力学第一定律解析式可表达成如下形式：21u Q U U W W =-++
沈维道《工程热力学》（第4版）课后习题 第10章蒸汽动力装置循环 10-1简单蒸汽动力装置循环（即朗肯循环），蒸汽的初压p1＝3MPa，终压p2＝6kPa，初温如表10-1所示，试求在各种不同初温时循环的热效率ηt、耗汽率d及蒸汽的终干度x2，并将所求得的各值填写入表内，以比较所求得的结果。 表10-1 t1/℃300500 ηt0.34830.3716 d/（kg/J） 1.009×10－68.15×10－7 x20.7610.859 解：（1）当p1＝3MPa，t1＝300℃，p2＝6kPa时，查h-s图得： h1＝2996kJ/kg、h2＝2005kJ/kg、x2＝0.761，t2′＝36℃ h2′＝c w t2′＝4.187×36＝150.7kJ/kg 若不计水泵耗功，则热效率 （2）当p1＝3MPa，t2＝500℃，p2＝6kPa时，查h-s图得：h1＝3453kJ/kg、h2＝2226kJ/kg、x2＝0.859、t2′＝36℃
若不计水泵耗功，则热效率 将计算的结果代入表格得表10-1所示，详见电子版答案10-1 10-2简单蒸汽动力装置循环，蒸汽初温t1＝500℃，终压p2＝0.006MPa，初压p1如表10-2所示，试求在各种不同的初压下循环的热效率ηt，耗汽率d及蒸汽终干度x2，并将所求得的数值填入表内，以比较所求得的结果。 表10-2 p1/MPa 3.015.0 ηt0.37160.4287 d（kg/J）8.15×10－7 6.05×10－7 x20.8590.746 解：（1）由题意可知，p1＝3MPa，t1＝500℃，p2＝6kPa，即为上题的第（2）点，详见10-1的第（2）点。 （2）当p1＝15MPa，t1＝500℃，查h-s图得，h1＝3305kJ/kg，s1＝6.345kJ/（kg·K）当p2＝6kPa时，查饱和水蒸气表得，s′＝0.5208kJ/（kg·K）、h′＝151.47kJ/kg s″＝8.3283kJ/（kg·K）、h″＝2566.5kJ/kg 因为s2＝s1＝6.345kJ/（kg·K），故
《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; ⑶ a 中所示的情况为气体向真空膨胀(自由膨胀)的过程，是典型的不可逆过程。过程中气体不可能处于平衡状态,因此该
第十三章课后习题 13-1 设大气压力0.1b p MPa =，温度28t C =?，相对湿度0.72?=，试用饱和空气状态参数表确定湿空气的,,,v d p t d h 。 解：由 从附表中查得： 再根据 在同一表上查出， 13-2 设压力0.1p MPa =，填充下表中的空格： 13-3 湿空气的24C ?=?d t=35C,t ，总压力0.10133p MPa =，试求：（１） d ?和；（２）在海拔１５００ｍ处大气压力ｐ＝0.084MPa 时的d ?和. 解：（1）从附表 由得 ，由 ，得 。
（2）同理查得 ， 可见，大气压力低，只要温度不变，露点温度不变，则? 不变，但 d 上升。 13-4 (1)湿空气的总压力0.1p MPa =，水蒸气的分压力v p 由1.2KPa 增大到2.4MPa.试求：（１）含湿量的相对变化率/d d ?；（２）0.1p MPa =，v p 由13.5KPa 增大到２７．０ＫＰａ时的 /d d ?； （３） 1.2v p KPa =，ｐ由0.1MPa 变为0.061MPa 是的/d d ?；（４）写出v p ～/d d ?的函数关系式。 解：由式可得kg 水蒸气/kg 干空气 （1） ； （2）；
（3） ； （4） 13-5 已知室内空气的1120,40%t C ?=?=，与室外2210,80%t C ?-?=的空气相混合，,1,250/,20/m a m a q kg s q kg s ==。求混合后湿空气状态的333,,t h ?。 解：由附表得， 时， 。
由能量守恒方程 质量守恒 因 因代入数据解得查出，所以
工程热力学课后习题及答案第六版完整版 Revised as of 23 November 2020
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 ＝)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 101325 273 9.296?== 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
习题提示与答案 第十三章 湿空气 13-1 设湿空气中水蒸气的状态为：(1)p v ＝0.001 MPa ，t ＝20 ℃；(2)p v ＝0.004 MPa ，t ＝29 ℃。试求按水蒸气表及理想气体状态方程确定水蒸气的比体积所产生的差别。 提示：水蒸气的温度确定时，其饱和压力确定；s v s v ρρp p = = ?。 答案：(1)v ＝136 m 3/kg ，v i ＝135.5 m 3/kg ；(2)v ＝34.80 m 3/kg ，v i ＝34.8 m 3/kg 。 13-2 湿空气的温度为50 ℃，相对湿度为50%，试求绝对湿度及水蒸气的分压力。 提示：绝对湿度s v ?ρρ=，水蒸气分压力s p p ?=v 。 答案：v ρ＝0.041 51 kg/m 3，p v ＝6.167 kPa 。 13-3 设大气压力为0.1 MPa ，干球温度为40 ℃，湿球温度为32 ℃，试求相对湿度及绝对湿度。 提示：由干、湿球温度可确定相对湿度，绝对湿度s v ?ρρ=。 答案：?=56%，v ρ=0.028 65 kg/m 3。 13-4 按习题13-1的条件，设湿空气的压力为0.1 MPa ，试求湿空气的密度按理想气体状态方程及按水蒸气表计算所产生的差别。 提示：水蒸气的温度确定时，其饱和压力确定，且绝对湿度s ρρ?=v ；湿空气密度v A ρρρ+=；理想气体：v ρ1 = 。 答案：(1)ρ＝1.184 kg/m 3，i ρ＝1.184 kg/m 3；(2)ρ＝1.136 kg/m 3，i ρ＝1.136 kg/m 3。 13-5 设大气压力为0.1 MPa 、温度为35 ℃，相对湿度为60%，试求在通风良好的遮荫处放置的水可能达到的最低温度。 提示：通风良好的遮荫处的水可能达到的最低温度为湿球温度，其数值可根据球温度和相对湿度，由湿空气的相对湿度和干球温度、湿球温度关系线图确定。 答案：t min =28 ℃。 13-6 冬天室外空气温度为0 ℃、压力为0.1 MPa 、相对湿度为80%，引入室内后温度升高至17 ℃，试根据湿空气的h -d 图确定室内空气的相对湿度。 提示：含湿图中，两个参数即可确定湿空气的状态。湿空气的加热过程，其含湿量d 不变。