工程热力学课后作业问题详解chapter7

习题提示与答案 第七章 气体的流动7-1 设输气管内甲烷气流的压力为4.5 MPa 、温度为15 ℃、流速为30 m/s ，管道的内径为0.5 m ，试求每小时输送的甲烷为多少m 3。

提示：管内的甲烷可看做理想气体。

答案：V 0=893 220 m 3/h 。

7-2 一股空气流的流速为380 m/s 、温度为20 ℃，另一股空气流的流速为550 m/s 、温度为750 ℃。

已知750 ℃时κ=1.335，20 ℃时κ=1.400，试求这两股气流各属于亚声速还是超声速，其马赫数各为多少？提示：音速T R c g κ=，马赫数cc Ma f =。

答案：Ma 1=1.107，Ma 2=0.878。

7-3 在压缩空气输气管上接有一渐缩形喷管，喷管前空气的压力可通过阀门调节，而空气的温度为27 ℃，喷管出口的背压为0.1 MPa 。

试求喷管进口的压力为0.15 MPa 及0.25 MPa 时，喷管出口截面的流速和压力。

提示：视喷管入口处速度近似为零，临界压力()1-1cr κκ⎪⎭⎫ ⎝⎛-κ=12p p ；渐缩形喷管，p cr <p B 时，出口截面压力p 2等于背压p B ，出口流速小于当地声速；p cr >p B 时，出口截面压力p 2等于临界压力p cr ，出口截面流速等于当地声速。

答案：（1）p 2=0.1 MPa ，c f2错误!未找到引用源。

=256.8 m/s ；（2）p 2=0.132 MPa ，c f 2=317 m/s 。

7-4 按上题条件，求两种情况下出口截面气流的马赫数。

提示：等熵流动过程, 音速T R c g κ=，马赫数cc Ma f =。

答案：(1) Ma =0.783 6；(2) Ma =1。

7-5 设进入喷管的氦气的压力为0.4 MPa 、温度为227 ℃，而出口背压为0.15 MPa ，试选用喷管形状并计算出口截面气体的压力、速度及马赫数。

提示：视喷管入口处速度近似为零，临界压力()1-1cr 1-2κκ⎪⎭⎫ ⎝⎛κ=p p ，若p cr <p B ，则选用渐缩形喷管，若p cr >p B ，则选用缩放形喷管。

⼯程热⼒学课后问题详解《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。

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 /3v 1=ρ＝1.253/m kg（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积MvMv ＝pTR 0＝64.27kmol m/32-3．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1111RT v p m =压送后储气罐中CO2的质量2222RT v p m =根据题意容积体积不变；R ＝188.9Bp p g +=11 （1） Bp 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=12.02kg2-5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 ＝41.97kg2-6 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。

第七章 气体与蒸汽的流动7、1对改变气流速度起主要作用的就是通道的形状还就是气流本身的状态变化？答:改变气流速度主要就是气流本身状态变化,主要就是压力变化直接导致流速的变化。

7、2如何用连续性方程解释日常生活的经验:水的流通截面积增大,流速就降低？答:日常生活中水的流动一般都为稳定流动情况11221212f f m m m Ac A c q q q v v ====,对于不可压缩流体水1v =2v ,故有流速与流通截面积成反比关系。

7、3在高空飞行可达到高超音速的飞机在海平面上就是否能达到相同的高马赫数？答:不能,因为速度与压比有个反比关系,当压比越大最大速度越小,高空时压比小,可以达到高马赫数,海平面时压比增大,最大速度降低无法达到一样的高马赫数。

7、4当气流速度分别为亚声速与超声速时,下列形状的管道(图7-16)宜于作喷管还就是宜于作扩压管？答:气流速度为亚声速时图7-16中的1 图宜于作喷管,2 图宜于作扩压管,3 图宜于作喷管。

当声速达到超声速时时1 图宜于作扩压管,2 图宜于作喷管,3 图宜于作扩压管。

4 图不改变声速也不改变压强。

7、5当有摩擦损耗时,喷管的流出速度同样可用2f c ,似乎与无摩擦损耗时相同,那么摩擦损耗表现在哪里呢？答:摩擦损耗包含在流体出口的焓值里。

摩擦引起出口速度变小,出口动能的减小引起出口焓值的增大。

7、6考虑摩擦损耗时,为什么修正出口截面上速度后还要修正温度？答:因为摩擦而损耗的动能被气流所吸收,故需修正温度。

7、7考虑喷管内流动的摩擦损耗时,动能损失就是不就是就就是流动不可逆损失？为什么？答:不就是。

因为其中不可逆还包括部分动能因摩擦损耗转化成热能,而热能又被气流所吸收,所造成的不可逆。

7、8在图7-17 中图(a)为渐缩喷管,图(b) 为缩放喷管。

设两喷管的工作背压均为0、1MPa,进口截面压力均为1 MPa,进口流速1f c 可忽略不计。

1)若两喷管的最小截面面积相等,问两喷管的流量、出口截面流速与压力就是否相同？2) 假如沿截面2’-2’切去一段,将产生哪些后果？出口截面上的压力、流速与流量起什么变化？答:1)若两喷管的最小截面面积相等,两喷管的流量相等,渐缩喷管出口截面流速小于缩放喷管出口截面流速,渐缩喷管出口截面压力大于缩放喷管出口截面压力。

工程热力学课后习题答案工程热力学课后习题答案热力学是工程学中的重要分支，它研究能量转化和传递的规律。

在学习热力学的过程中，课后习题是检验学习成果和巩固知识的重要途径。

下面将为大家提供一些工程热力学课后习题的详细解答，希望能对大家的学习有所帮助。

1. 一个理想气体在等压条件下，从体积为1m³压缩到0.5m³，压力保持不变。

求气体对外界做功的大小。

解答：根据理想气体的等压过程，气体对外界做功的大小等于压力乘以体积的变化量。

即W = PΔV = P(V2 - V1) = P(0.5m³ - 1m³) = -0.5Pm³。

2. 一个系统的内能增加了1000J，同时对外界做了500J的功。

求系统所吸收的热量。

解答：根据能量守恒定律，系统吸收的热量等于内能增加量与对外界所做功的和。

即Q = ΔU + W = 1000J + 500J = 1500J。

3. 一个容器内有1kg的水，初始温度为20℃。

将容器放在恒温室内，经过一段时间后，水的温度升至30℃。

求水所吸收的热量。

解答：根据热容公式Q = mcΔT，其中 Q 表示吸收的热量，m 表示物体的质量，c 表示物体的比热容，ΔT 表示温度的变化量。

将题目中的数据代入公式，即 Q= 1kg × 4186J/kg℃ × (30℃ - 20℃) = 41860J。

4. 一个活塞与一个理想气体接触，气体的初始体积为1m³，初始压力为2MPa。

经过一定过程后，气体的体积减小到0.5m³，压力增加到4MPa。

求气体对外界做的功。

解答：根据理想气体的等压过程，气体对外界做的功等于压力乘以体积的变化量。

即W = PΔV = P(V2 - V1) = 4MPa × (0.5m³ - 1m³) = -2MJ。

5. 一个系统的内能增加了2000J，同时对外界做了1000J的功。

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MvMv ＝pT 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 压送后储气罐中CO2的质量 根据题意容积体积不变；R ＝188.9Bp p g +=11 （1） Bp 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=12.02kg2-5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 ＝41.97kg2-6 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。

工程热力学课后答案工程热力学是学习热力学基础和热力学应用的重要课程。

虽然每节课上老师会解释和演示相关内容和实例，但是在课后掌握和巩固知识点就需要有答案作为参考。

因此，在本篇文章中，我将为大家提供一些工程热力学课后练习题的答案，希望能够对大家学习和复习工程热力学有所帮助。

1. 热力学第一定律表明什么？热力学第一定律是能量守恒定律，表明能量既不能被创造，也不能被毁灭，只能从一种形式转化为另一种形式。

2. 热力学第二定律表明什么？热力学第二定律是关于热力学过程可能发生的方向的规定。

它表明，热量不会自己从低温物体向高温物体流动，也不会使机械功完全转化为热量。

即，热量不能自发地从低温物体流向高温物体，而是需要一定的外力作用。

这个过程在自然中总是不可逆的。

3. 什么是熵？它的单位是什么？熵是热力学状态函数，通常用符号S表示，表示物体的无序程度。

在一个封闭系统中，熵的增加意味着该系统内部的无序程度增加。

熵的单位是焦耳/开尔文（J/K）。

4. 什么是焓？它的单位是什么？焓是热力学状态函数，通常用符号H表示，表示在恒定压力下，系统的总能量。

焓是一种状态函数，它只与系统的初始状态和结束状态有关，而与系统的历史路径无关。

焓的单位是焦耳（J）。

5. 什么是热容？它的单位是什么？热容是指物体在接受热量时所发生的温度变化。

它的单位是焦耳/开尔文（J/K）。

6. 什么是定常流动？定常流动是一种稳定状态，其中流体的流量、速度、温度和压力在空间和时间上都是恒定的，不随时间而变化。

7. 什么是等熵流动？等熵流动是一种不发生能量转化的流动过程，也称为绝热流动。

在这种流动中，热流量和机械功是恒定的，并且没有热交换。

在等熵流动中，熵保持不变。

8. 什么是朗肯循环？朗肯循环是一种理想的热力学循环，常用于内燃机以及蒸汽动力机的操作中。

朗肯循环包括四个过程：恒容热量加热、等熵膨胀、恒容冷却和等熵压缩。

9. 什么是布雷顿-珀西循环？布雷顿-珀西循环是一种用于产生电力的循环，常见于燃煤或天然气发电厂中。

第七章 习题解答7-2 ()10.1762.60.927772575.56x h x h xh '''=-+=⨯+⨯= kJ kg()10.1 2.13820.9 6.5847 6.104x s x s xs '''=-+=⨯+⨯=kJ kg K ⋅ 0.90.19430.17487x v xv ''==⨯= 3m2575.5610000.174872400.69 x x x u h Pv =-=-⨯=kJ kg 查h-s 图，2575x h =kJ kg ， 6.14x s =kJ kg K ⋅，0.175x v =3m257510000.1752400x x x u h pv =-=-⨯=kJ kg 7-3 ⑴ 定容过程：()2121q u h h v p p ==---()()110.850.0010.85 1.69 1.437v x v xv '''=-+=-⨯+⨯= 3m kg ()()1110.85417.60.852675.12336.46h x h xh '''=-+=-⨯+⨯=kJ kg 查h-s 图：22925h =kJ kg()29252336.46 1.437150100517q ∴=--⨯-=kJ kg ⑵ 查h-s 图：1 6.45s =kJ kg ，27.7s = kJ kg工质吸热，熵增加为：1217.7 6.45 1.25s s s =-=-= kJ kg热源放热，熵减少为：205170.411000273q s T =-=-=-+ kJ kg 孤立系统的熵增为：12 1.250.410.84iso s s s =+=-= kJ kg7-4 (1) 1.556 MPa p =，30.20.1 m 2x v == 30.12714 m v ''=，0.10.7865''0.12714x v x v ≈== (2)()10.2135852.40.78652791.4 2377.4 kJ/kgx h x h xh '''=-+=⨯+⨯=(3) 20.7865 1.573v m m x =⋅=⨯= kg'' 1.5730.127140.2v v m v =⋅=⨯=3m (4)()[]10 1.5732377.483.860.2 1.5563118.2 kJv x q m h h v p p =---⎡⎤⎣⎦=⨯--⨯=7-5 (1) 定压过程：()21W p V V =-查附表3：10.001v =3m 20.090v = 3m kg()30000.0900.0012534W =⨯-⨯= kJ (2) 定压过程：21q h h h ==-查附表3：1852.93h =kJ kg 23114.4h =k J k g()3114.4852.9324522.9q =-⨯=kJ7-624v d c m v xmv π''''⋅≥=2440.9515000.194336003600 3.14xmv d π''⨯⨯⨯≥=⨯ ∴0.06258 m d ≥7-7 湿蒸汽中其加热作用的仅为干饱和蒸汽：()air p xm h h m c T '''-=⋅∆ ()()4000 1.293 1.00512.00306.6kg h 0.942725.5561.4m ⨯⨯⨯-==-7-8 充满饱和水的容器比较危险 7-9 ()11221x x x mv m v m v =+()112221210.3748120.80.19430.83830.27274m v m x v x m m ''''+⨯+⨯⨯===+⨯()312''30.8380.272740.6857 m x V mv m m xv ==+=⨯⨯=()11222x x x Q mu mu m u =--()()()11112222x x x x x m h pv m h p v m h p v =-----()32762.90.838697.10.1627000.8380.27274=⨯+⨯-⨯⨯()()2748.55000.37481227770.8762.610000.80.1943--⨯-⨯+-⨯⨯193.7 kJ =-7-10 查附表3：12886h =kJ kg 23387h = kJ kg10.012v =3m 20.018v =3m k g2133872886501q h h =-=-=kJ kg 21501 h h h ∆=-=kJ kg()()21501180000.0180.012393u q p v v ∆=--=-⨯-=kJ kg 7-11 ()1查 h-s 图：0.816x = 2118k J k gx h = 6.94x s =kJ kg 13325h =k J k g33x t =℃ 1211833251207t x w h h h =-∆=-=-=- kJ kg()2()0.25273331130.5t t w w '=+⨯+=- kJkg7-12 查表 t=25℃，1104h = kJ kg查h-s 图：22708h = kJ kg 20.136v =3m k g33046h =kJ kg 30.184v =3mk g (1) ()31B Q m h h η⋅⋅=-煤()1000030401040.6984143029400η⨯-∴==⨯(2) ()()46321030402708 3.3210Q m h h =-=-=⨯kJ()3232=U m h h p v v ∆---⎡⎤⎣⎦()46103040270814000.1840.136 2.5610=⋅---=⨯⎡⎤⎣⎦kJ 7-13 (1) 由附表2：20t =℃时，183.86h =kJ kg100t =℃时，22675.71h =kJ kg由 ()1221p y m c t m h h ⋅⋅∆=-，得：()()()21212675.7183.862001001503650180 1.079p y h h m m c t --⨯⨯===⋅-⨯kg h7-14 节流前后焓相等，查h-s 图：0.968x =7-15 (1) 查附表3得 10.0010053v '=m 3/kg 128.191v ''= m 3/kg 137.72h '= kJ/kg 2560.6h ''= kJ/kg ()10.928.1910.10.0010053252380.0010053x xv x v v n v v '''+-⨯+⨯====''(2)()211 0.92560.60.1137.72137.722180.6 kJ/kgq h h h xh x h h ''''=∆=-=+--=⨯+⨯-=。

第7章 水 蒸 汽例1：容积为0.63m 的密闭容器内盛有压力为3.6bar 的干饱和蒸汽，问蒸汽的质量为多少，若对蒸汽进行冷却，当压力降低到2bar 时，问蒸汽的干度为多少，冷却过程中由蒸汽向外传出的热量为多少解：查以压力为序的饱和蒸汽表得：1p =3.6bar 时，"1v =0.51056kg m /3 "1h =2733.8kJ /kg蒸汽质量 m=V/"1v =1.1752kg查饱和蒸汽表得：2p =2bar 时，'2v =0.0010608kg m /3 "2v =0.88592kg m /3 '2h =504.7kJ /kg ''2h =2706.9kJ /kg 在冷却过程中，工质的容积、质量不变，故冷却前干饱和蒸汽的比容等于冷却后湿蒸汽的比容即： "1v =2x v或"1v =''22'22)1(v x v x +- 由于"1v ≈''22v x=≈"2"12v v x 0.5763 取蒸汽为闭系，由闭系能量方程 w u q +∆=由于是定容放热过程，故0=w所以 1212u u u q -=∆=而u =h -pv 故)()("11"1222v p h v p h q x x ---= 其中：2x h =''22'22)1(h x h x +-=1773.8kJ /kg则 3.878-=q kJ /kgQ=mq=1.1752⨯(-878.3) =-1032.2kJ例2：1p =50bar C t 01400=的蒸汽进入汽轮机绝热膨胀至2p =0.04bar 。

设环境温度C t 0020=求：（1）若过程是可逆的，1kg 蒸汽所做的膨胀功及技术功各为多少。

（2）若汽轮机的相对内效率为0.88时，其作功能力损失为多少解：用h -s 图确定初、终参数初态参数：1p =50bar C t 01400=时，1h =3197kJ /kg 1v =0.058kg m /31s =6.65kJ /kgK则1111v p h u -==2907 kJ /kg6.65kJ /kgK终态参数：若不考虑损失，蒸汽做可逆绝热膨胀，即沿定熵线膨胀至2p =0.04bar ，此过程在h-s 图上用一垂直线表示，查得2h =2020 kJ /kg 2v =0.058kg m /3 2s =1s =6.65kJ /kgK2222v p h u -==1914 kJ /kg膨胀功及技术功：21u u w -==2907-1914=993 kJ /kg21h h w t -==3197-2020=1177 kJ /kg2）由于损失存在，故该汽轮机实际完成功量为t ri t w w η='=0.88⨯1177=1036 kJ /kg此不可逆过程在h-s 图上用虚线表示，膨胀过程的终点状态可以这样推算，按题意'21'h h w t -=，则'12't w h h -==3197-1036=2161 kJ /kg这样利用两个参数'2p =0.04bar 和'2h =2161 kJ /kg ，即可确定实际过程终点的状态，并在h-s 图上查得'2s =7.12kJ /kgK ，故不可逆过程熵产为22's s s g -=∆=7.12-6.65=0.47kJ /kgK作功能力损失)(00g f s s T s T w ∆+∆=∆=∆因绝热过程0=∆f s则kg kJ s T w g /7.13747.0)20273(0=⨯+=∆=∆例3：0.1kg 水盛于一绝热的刚性容器中，工质的压力的0.3Mpa ，干度为0.763。

第七章 思考题1. 什么情况下必须采用多级压缩？多级活塞式压缩机为什么必须采用级间冷却？ 答：为进一步提高终压和限制终温,必须采用多级压缩。

和绝热压缩及多变压缩相比，定温压缩过程，压气机的耗功最小，压缩终了的气体温度最低，所以趋近定温压缩是改善压缩过程的主要方向，而采用分级压缩、中间冷却是其中一种有效的措施。

采用此方法，同样的压缩比，耗功量比单级压缩少，且压缩终温低，温度过高会使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质。

理论上，分级越多，就越趋向于定温压缩，但是无限分级会使系统太复杂，实际上通常采用2－4级。

同时至于使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质,必须采用级间冷却。

2. 从示功图上看，单纯的定温压缩过程比多变或绝热压缩过程要多消耗功，为什么还说压气机采用定温压缩最省功？答：这里说的功是技术功，而不是体积功，因为压缩过程是可看作稳定流动过程，不是闭口系统，在p-v 图上要看吸气、压缩和排气过程和p 轴围成的面积，不是和v 轴围成的面积。

3. 既然余隙不增加压气机的耗功量，为什么还要设法减小它呢？答：有余隙容积时，虽然理论压气功不变，但是进气量减少，气缸容积不能充分利用，当压缩同量的气体时，必须采用气缸较大的机器，而且这一有害的余隙影响还随着增压比的增大而增加，所以应该尽量减小余隙容积。

4. 空气压缩制冷循环能否用节流阀代替膨胀机，为什么？答：蒸汽制冷循环所以采用节流阀代替膨胀机，是因为液体的膨胀功很小，也就是说液体的节流损失是很小的，而采用节流阀代替膨胀机，成本节省很多，但是对于空气来说，膨胀功比液体大的多，同时用节流阀使空气的熵值增加很大，从T-s 图上可以看出，这样使吸热量减少，制冷系数减少。

5. 绝热节流过程有什么特点？答：缩口附近流动情况复杂且不稳定，但在缩口前后一定距离的截面处，流体的流态保持不变，两个截面的焓相等。

对于理想气体，绝热节流前后温度不变。

6. 如图7-15(b)所示，若蒸汽压缩制冷循环按351212' 运行，循环耗功量没有变化，仍为h 2-h 1，而制冷量则由h 1-h 4增大为h 1-h 5,这显然是有利的，但为什么没有被采用？ 答：如果按351212'运行，很难控制工质状态，因此采用节流阀，经济实用。

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kPap p p p kPaPa p kPap 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：MPaPa g L p 6108.7848.7845.081.98.0200sin -⨯==⨯⨯⨯==αρMPa 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。

第七章 气体与蒸汽的流动7.1对改变气流速度起主要作用的是通道的形状还是气流本身的状态变化？ 答：改变气流速度主要是气流本身状态变化，主要是压力变化直接导致流速的变化。

7.2如何用连续性方程解释日常生活的经验：水的流通截面积增大，流速就降低？ 答：日常生活中水的流动一般都为稳定流动情况11221212f f m m m Ac A c q q q v v ====，对于不可压缩流体水1v =2v ，故有流速和流通截面积成反比关系。

7.3在高空飞行可达到高超音速的飞机在海平面上是否能达到相同的高马赫数？ 答：不能，因为速度和压比有个反比关系，当压比越大最大速度越小，高空时压比小，可以达到高马赫数，海平面时压比增大，最大速度降低无法达到一样的高马赫数。

7.4当气流速度分别为亚声速和超声速时，下列形状的管道（图7-16）宜于作喷管还是宜于作扩压管？答：气流速度为亚声速时图7-16中的1 图宜于作喷管，2 图宜于作扩压管，3 图宜于作喷管。

当声速达到超声速时时1 图宜于作扩压管，2 图宜于作喷管，3 图宜于作扩压管。

4 图不改变声速也不改变压强。

7.5当有摩擦损耗时，喷管的流出速度同样可用cf2无摩擦损耗时相同，那么摩擦损耗表现在哪里呢？答：摩擦损耗包含在流体出口的焓值里。

摩擦引起出口速度变小，出口动能的减小引起出口焓值的增大。

7.6考虑摩擦损耗时，为什么修正出口截面上速度后还要修正温度？答：因为摩擦而损耗的动能被气流所吸收，故需修正温度。

7.7考虑喷管内流动的摩擦损耗时，动能损失是不是就是流动不可逆损失？为什么？答：不是。

因为其中不可逆还包括部分动能因摩擦损耗转化成热能，而热能又被气流所吸收，所造成的不可逆。

7.8在图7-17 中图（a）为渐缩喷管,图（b）为缩放喷管。

设两喷管的工作背压均为0.1MPa，进口截面压力均为1 MPa，进口流速c可忽略不计。

1）若两1f喷管的最小截面面积相等，问两喷管的流量、出口截面流速和压力是否相同？2) 假如沿截面2’-2’切去一段，将产生哪些后果？出口截面上的压力、流速和流量起什么变化？答：1）若两喷管的最小截面面积相等，两喷管的流量相等，渐缩喷管出口截面流速小于缩放喷管出口截面流速，渐缩喷管出口截面压力大于缩放喷管出口截面压力。

７．５ 典型题精解例题７－１ 在如图７－６所示的绝热混合器中，氮气与氧气均匀混合。

已知氮气进口的压力10.5MPa p =，温度127C t =︒，质量13kg m =；氧气进口压力20.1MPa p =，温度2127C t =︒，质量22kg m =。

（１）求混合后的温度；（２）问混合气流出口压力3p 能否达到0.4MPa 。

解 （１）确定混合后气流的温度 根据热力学第一定律223121,N 312,CO 32()0()()0p p Q H H H m c T T m c T T =-+=-+-=于是，两股气合流后的温度为 22221,N 12,CO 231,N 2,CO p p p p m c T m c T T m c m c +=+其中22222222g,N 3N g,O 3O ,N g,N ,O g,O 8.314J/(mol K)297J/(kg K)2810kg/mol8.314J/(mol K)260J/(kg K)3210kg/mol 71.040kJ/(kg K)270.909kJ/(kg K)2p p R R M R R M c R c R --⨯===⋅⨯⨯===⋅⨯==⋅==⋅将这些数值代入式（a ）得 3336.8K T =（２）这实际上是一个判断过程能否实现的问题。

先假定，求控制体积的熵产，如熵产大于零，则出口压力可以达到该值，否则就不能达到。

混合后2N 的摩尔分数为2N 3/280.63163/282/32x ==+混合后2N 分压力:22N N 30.63160.4MPa 0.253MPa p x p ==⨯= 则 22O 3N 0.147MPa p p p =-= 于是iso 312g S S S S S ∆=∆=--2222221231122N O 331,N g,N 2,O g,O 1122()(lnln )(ln ln )336.8K 0.253MPa3kg [1040J/(kg K)ln297J/(kg K)ln ]300K 0.5MPap p m m s m s m s p p T Tm c R m c R T p T p =+--=-+-=⨯⋅⨯-⋅336.8K 0.147MPa2kg [909J/(kg K)ln 260J/(kg K)ln ]400K 0.1MPa 151J/k 0+⨯⋅⨯-⋅=-<由计算可知，这是一个熵产小于零的过程，因此不可能发生。

第七章 水蒸气性质和蒸汽动力循环思 考 题1. 理想气体的热力学能只是温度的函数，而实际气体的热力学能则和温度及压力都有关。

试根据水蒸气图表中的数据，举例计算过热水蒸气的热力学能以验证上述结论。

[答]： 以500℃的过热水蒸汽为例，当压力分别为1bar 、30bar 、100bar 及300bar 时，从表中可查得它们的焓值及比容，然后可根据u h pv =-计算它们的热力学能，计算结果列于表中：由表中所列热力学能值可见：虽然温度相同，但由于是实际气体比容不同，热力学能值也不同。

2. 根据式(3-31)ch T pp =⎛⎝ ⎫⎭⎪⎡⎣⎢⎢⎤⎦⎥⎥∂∂可知：在定压过程中d h =c p d T 。

这对任何物质都适用，只要过程是定压的。

如果将此式应用于水的定压汽化过程，则得d h = c p d T =0（因为水定压汽化时温度不变，d T =0）。

然而众所周知 , 水在汽化时焓是增加的 (d h >0)。

问题到底出在哪里?[答] ：的确，d h =c p d T 可用于任何物质，只要过程是定压过程。

水在汽化时，压力不变，温度也不变，但仍然吸收热量（汽化潜热）吸热而不改变温度，其比热应为无穷大，即此处的p C 亦即为T C ，而T C =∞。

此时0dh =∞＝不定值，因此这时的焓差或热量（潜热）不同通过比热和温差的乘积来计算。

3. 物质的临界状态究竟是怎样一种状态？[答] ：在较低压力下，饱和液体和饱和蒸汽虽具有相同的温度和压力，但它们的密度却有很大的差别，因此在重力场中有明显的界面（液面）将气液两相分开，随着压力升高，两饱和相的密度相互接近，而在逼近临界压力（相应地温度也逼近临界温度）时，两饱和相的密度差逐渐消失。

流体的这种汽液两相无法区分的状态就是临界状态。

由于在临界状态下，各微小局部的密度起伏较大，引起光线的散射形成所谓临界乳光。

4. 各种气体动力循环和蒸汽动力循环，经过理想化以后可按可逆循环进行计算，但所得理论热效率即使在温度范围相同的条件下也并不相等。