武汉理工工程热力学和传热学作业

工程热力学与传热学 理想气体的热力性质和过程课后作业答案要点思考题：6. 热力学第一定律的数学表达式可写成w u q +∆=或⎰+∆=21pdv t c q v ，两者有何不同？答：适用范围不同。

前者适用于任意工质、任意过程；后者适用于理想气体、定比热容、可逆过程，因为p d v 计算功适用于可逆过程，而内能的变化是利用比热容和温度计算的，只有理想气体内能才是温度的函数，并且只有定比热容才能这么计算，基于比热容计算内能的推导也涉及到了可逆过程假设。

8. 有两个任意过程1-2和1-3，点2和点3在同一条绝热线上，如图所示。

试问△u 12与△u 13谁大谁小？又如2和3在同一条等温线上呢？答：内能是状态参数，内能的变化只和状态差异有关，跟过程无关，所以比较△u 12与△u 13的关系只需要比较点2和3的内能大小即可。

（1）若2和3在同一条绝热线上，对过程2→3，利用热力学第一定律，q =u 3－u 2+w ，因为绝热，且是膨胀过程，所以q =0，u 2-u 3=w >0，所以u 2>u 3。

△u 12﹣△u 13=（u 2－u 1）－（u 3－u 1）=u 2－u 3>0。

（2）若2和3在同一定温线上，如果工质为理想气体，其热力学能是温度的函数，所以u 2=u 3，则对应的△u 12﹣△u 13=（u 2－u 1）－（u 3－u 1）=u 2－u 3=0；但是如果工质不是理想气体，热力学能也不仅是温度的函数，还和体积等有关，此时能确定的是w>0，u 2-u 3=w-q ，因为q 与w 的大小关系是未知的，所以u 2与u 3的关系也是不确定的，从而△u 12与△u 13的大小关系也不确定。

说明：应注意题目中并没有指明工质是否为理想气体，所以，在分析点2和3的内能大小时，不能简单地从理想气体的角度来判断。

P绝热线v321P定温线v 321习题：1. 活塞式压缩机每分钟从大气中吸入压力为0.1MPa 、温度为17°C 的空气0.2m 3。

---○---○------○---○---学 院专业班级学 号姓 名………… 评卷密封线 ……………… 密封线内不要答题，密封线外不准填写考生信息，违者考试成绩按0分处理 ……………… 评卷密封线 ………… 武汉理工大学考试试卷(A) 2010 ~2011 学年 1 学期 工程热力学和传热学 课程 时间120分钟 学时， 学分，闭卷,总分100分,占总评成绩 100 % 2010年12月11日 题 号 一 二 三 四 五 六 七 八 九 十 合 计 满 分100 得分 评卷人 复查人 一、选择题(本题10分，每小题2分) 1、对刚性容器中的空气缓慢加热，使其从50℃升温到120℃，此过程 A 一定可逆 B 一定不可逆 C 可能可逆也可能不可逆 D 无法判断 2、湿空气在总压力不变、焓值不变的条件下，干球温度愈低，其含湿量 A 愈大 B 愈小 C 不变 D 可能增大也可能减小 3、一定量的理想气体绝热的流过阀门，其熵变ΔS A 一定大于0 B 一定小于0 C 一定等于0 D 可能大于0也可能小于0 4、两块无限大靠得很近的平行平板间的遮热板，当遮热板的位置移动、不在正中间时，其遮热效果 A 增大 B 减小 C 可能增大也可能减小 D 不变 5、平壁和圆管壁材料相同，厚度相同，且圆管内表面积等于平壁表面积，在两侧表面温度相同条件下，其导热量 A 平壁大 B 圆管壁大 C 一样大 D 无法判断 二、填空题(本题20分，每小题5分) 1 如图所示，某容器被一刚性壁分成两部分，在容器的不同位置安装有压力计。

若大气压力为97kPa,表C 为真空计，读数是24kPa,压力表B 的读数是36kPa,则表A 的读数是（ ）。

2 可逆热机采用某实际气体做工质，工作在高温热源527℃和低温热源127℃之间。

已知每一循环中吸收的热量为120KJ ，该热机在此循环中所做的功为（ ）。

3 已知某理想气体的平均摩尔比热 Cp,m =29.538J/(mol.k)，Cp,w =29.931 J/(mol.k)，求Cp,m =（ ），Cv,m =（ ） 4 在某润滑油冷却器中，润滑油从50℃被冷却到40℃，而冷却水则从30℃被加热到35℃。

工程热力学与传热学 水蒸气的热力性质和过程课后作业答案要点思考题：2. 蒸发和沸腾有何不同？为什么在沸腾时对应于一定的压力就有一定的饱和温度？ 答：（1）蒸发和沸腾的区别：①蒸发只发生在液体表面，而沸腾是在液体表面和内部同时发生。

②蒸发在任何温度下都能发生，而沸腾是在液体达到一定温度时下才能发生。

③蒸发是缓慢的汽化过程，而沸腾是剧烈的汽化过程。

④液体蒸发时加热，温度可以上升，而液体沸腾时加热，温度保持不变。

（2）对于一定压力下的液体，只有加热使液体温度达到一定值时，液体内产生的气泡的饱和压力（当前温度下的饱和蒸气压）才等于液体的压力，气泡产生和存在的力学条件才具备，液体才能产生气泡、发生沸腾，如果液体温度低于这个温度，这个力学条件就不具备，就不能发生沸腾，这个温度即为液体对应压力下的饱和温度，只跟压力有关，两者一一对应。

所以，对于给定压力下的液体，其沸腾时的温度就是该压力下的饱和温度，即沸腾时对应于一定的压力就有一定的饱和温度。

习题：1. 按水蒸汽表和h-s 图，求压力为p =3MPa 、干度x =0.98的湿蒸汽的状态参数。

3333256=3MPa 233.84=0.0012163/ =0.06662/=1008.4/ =2801.9/=2.6455/=6.1832/0.98(1)0.980.06662/10.980.0012s x p t v m kg v m kg h kJ kg h kJ kg s kJ kg K s kJ kg K x v xv x v m kg '''=''''''⋅⋅='''=+-=⨯-⨯解：查附表，第页，可得时，℃，，，（），（）由干度，可得＋（）336163/0.06531/(1)0.982801.9/10.981008.4/2766.03/(1)0.98 6.1832/10.98 2.6455/ 6.1124/2766.03/(3100.06531x x x x m kg m kg h xh x h kJ kg kJ kg kJ kgs xs x s kJ kg K kJ kg K kJ kg K u h pv kJ kg '''=+-=⨯-⨯'''=+-=⨯⋅-⨯⋅=⋅=-=-⨯⨯＝＋（）＝（）＋（）（）（）3)10/2570.1/286=3MPa 0.98kJ kg kJ kgh s p x h s u h pv ⨯-=-=-－＝也可以查水蒸气的图（第页附图），图上等压线与等干度线的交点即为所求状态点：通过该交点的等温线的温度即为该状态下的温度；交点对应纵轴值为该状态下的焓值；交点对应横轴值为该状态下的熵值；某些图也有等体积线，则通过交点的等体积线的体积即为该状态下的比体积；利用可得该状态下的热力学能值。

《工程热力学与传热学》一、填空题（每题2分，计20分）1.如果热力系统与外界之间没有任何形式的能量交换，那么这个热力系统一定是( ）2.理想气体的比热容只与( ）参数有关。

3.若组成热力系统的各部分之间没有热量传递，热力系统将处于热平衡状态。

此时热力系统内部一定不存在( ）。

4.若组成热力系统的各部分之间没有相对位移，热力系统将处于力平衡状态。

此时热力系统内部一定不存在( ）。

5.干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为：( ）。

6.湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于( ）。

7. 再热循环的目的是( ）。

8. 回热循环的主要目的是( ）。

9.热辐射可以不依靠( ），在真空中传播。

10. 流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与( ）的过程无关。

二. 判断题（每题1分，计20分）1.孤立系统的热力状态不能发生变化；（）2.孤立系统就是绝热闭口系统；（）3.气体吸热后热力学能一定升高；（）4.只有加热，才能使气体的温度升高；（）5.气体被压缩时一定消耗外功；（）6.封闭热力系内发生可逆定容过程，系统一定不对外作容积变化功；（）7.流动功的改变量仅取决于系统进出口状态，而与工质经历的过程无关；（）8.在闭口热力系中，焓h是由热力学能u和推动功pv两部分组成。

（）9.理想气体绝热自由膨胀过程是等热力学能的过程。

（）10.对于确定的理想气体，其定压比热容与定容比热容之比cp/cv的大小与气体的温度无关。

（）11.一切可逆热机的热效率均相同；（）12.不可逆热机的热效率一定小于可逆热机的热效率；（）13.如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变等于可逆过程的熵变；（）14.如果从同一状态到同一终态有两条途径：一为可逆过程，一为不可逆过程，则不可逆过程的熵变大于可逆过程的熵变；（）15.不可逆过程的熵变无法计算；（）16.工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小；（）17.封闭热力系统发生放热过程，系统的熵必然减少。

工程热力学和传热学第二章基本概念一．基本概念系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环：二、习题1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。

（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海域，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。

试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。

试述按下列三种方式取系统时，系统与外界交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）取虚线内空间为系统。

图1-15．判断下列过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。

（1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰互相缓慢摩擦，使之化为0℃的水。

（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。

（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。

（4）100℃的水和15℃的水混合。

6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。

大气压力为760mmHg。

试求:（1）真空室以及I室和II室的绝对压力；（2）表C的读数；（3）圆筒顶面所受的作用力。

图1-2第三章热力学第一定律一．基本概念功：热量：体积功：节流：二．习题1．膨胀功、流动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别？2．下面所写的热力学第一定律表达是否正确？若不正确，请更正。

工程热力学与传热学 理想混合气体和湿空气作业答案要点 习题：1. 已知空气的体积分数为：222N O CO He Ar 78.026%21.000%0.030%0.014%0.930%1 atm ϕϕϕϕϕ=====，，，，，试计算其平均分子量、气体常数和各组成气体的分压力（设总压力为）解：各气体的千摩尔质量如下表所示：11//78.026%2821.000%320.030%440.014%40.930%4028.958314J/kg K 287.23J/kg K 28.95i i i i i n n i i i i i i i i i M M V n RT p n x V nRT p nm n M m M x M M n n n MR R R R M ϕϕ======∑∑======⨯+⨯+⨯+⨯+⨯====⋅=⋅∑∑空气可作理想气体来处理，且平均分子质量由分子质量与气体常数之间的关系可得气体常数（）（222N O CO He Ar 0.287kJ/kg K =1atm 0.78atm0.21atm0.0003atm0.00014atm0.0093atmi i i i i i i p x p p pp p p p p ϕϕφϕ=⋅=→==⨯======）（）由所以4. 湿空气的温度为60℃，相对湿度ϕ=50%，试求水蒸气的分压力。

v v s ss v s 253600.019919MPa 19919Pa0.519919Pa 9959.5Pap p p p t p p p ϕϕϕ=====⨯解：根据相对湿度的定义＝可得查教材第页饱和水与饱和水蒸气热力性质表，℃时对应的饱和压力则=＝5. 某船空气调节装置的回风与新风风量之比m a,2/m a,1=3.5，夏季，新风状态t 1=38℃，1ϕ=40%，室内回风t ２=26℃，2ϕ=60%，求混合后空气的状态参数。

解：先画出解题示意图：1122122a,11a,22a,1a,23a,11a,1 38C 40% 26C 60%28912=16.3g/kg =82kJ/kg 12.8g/kg =58kJ/kg m +m t t h d d h d h m h m h h m d m ϕϕ=︒=︒-+=+1有多种方法可求，现举例如下：（）据已知条件：新风、＝和回风、＝首先在图上（教材第页）确定、点的位置读图可得干空气，干空气；=干空气，干空气利用湿空气混合后能量和质量守恒，可得（）22a,1a,23a,231312323a,12132133333m +m m == 3.53.513.6g/kg 4.53.563.3kJ/kg4.528928.5=56%23123 1220mm,d d d d h h d d h h m d d d h h h d h h d t h d ϕ=+=≈+=≈-=-=（）－－可得=，－－则可得干空气干空气根据和查教材第页图得℃，（）新风和回风混合后的状态点在上，采用如下方式确定点的位置。

①压缩过程中对1kg气体所作的功；②每生产1kg的压缩气体所需的功；③带动此压缩机的电动机的功率。

2、温度为800k，压力为5.5Mpa的燃气进入燃气轮机，在燃气轮机内绝热膨胀后流出燃气轮机。

①在燃气轮机出口处检测废气的压力和温度，现在有两组值：一组压力为1.0Mpa，温度为485k，另一组压力为0.7Mpa，温度为495k，试判断这两组值谁是正确的？②此过程是否可逆？（燃气的性质按空气处理，Cp=1.004kJ/kg·k,Rg=0.287kJ/kg·k,环境温度T0=300k）3、有一平底铝制水壶，壶底直径24cm，铝底厚2mm，内装20℃的水，置于电炉上。

已知：铝的导热系数210 W/（m·k），传热量Q=388W，壶内壁对水的换热系数465W/（m2·k）。

问：快速把壶从电炉上取下，并立即用手贴在壶底上，能否把手烫坏(即求壶底温度)？4、在换热器中，重油从300℃被冷却到200℃，而石油从25℃被加热到175℃。

如果换热器设计成（1）顺流式：（2）逆流式，并假定这两种情况的传热系数和所传递的热量完全一样，试确定换热器的对数平均温差，并比较逆流方式与顺流方式的经济性。

（提示：比较所需的换热面积。

）A ⎰21pdv B⎰21)(pvd C221211vpvppdv-+⎰3、摄氏温度与热力学温度的差值为：＿＿＿A 273.15B 273.16C 0D 任意定义4、柴油机循环的吸热量越大，则循环的热效率____________A越大B越小C不一定D不变5、蒸汽压缩制冷装置主要由压缩机、_________、膨胀阀和________组成。

A蒸发器/锅炉B排气阀/ 蒸发器ဠC锅炉/冷凝器D冷凝器/蒸发器6、扩压管的作用是获得_______气流，同时速度_______。

A高压\下降B高压/上升C低压/下降D低压/上升7、冬季取暖，若不采取任何其它措施，室内温度，室内相对湿度。