工程热力学2(答案)

【例2-3】方程d pdv δμ=+与dq du w δ=+有何不同？答：前者适用于可逆过程，因为pdv 只能计算可逆过程的功；后者适用于任何过程。

【例2-4】焓的物理意义是什么?答：焓的物理意义可以理解如下：当工质流进系统时，带进系统的与热力状态有关的能量有内能μ与流动功pv ，而焓正是这两种能量的和。

因此,焓可以理解为工质流动时与外界传递的与其热力状态有关的总能量。

但当工质流不流动时，pv 不再是流动功，但焓作为状态参数仍然存在。

此时，它只能理解为三个状态参数的组合。

热力装置中，工质大都是在流动的过程中实现能量传递与转化的，故在热力计算中，焓比内能应用更广泛，焓的数据表（图）也更多。

【例2-5】说明热和功的区别与联系。

答：热和功都是能量的传递形式。

它们都是过程量，只有在过程进行时才有热和功。

热式由于温度不同引起的系统与环境之间的能量交换，而功是由于温差以外（只要是力差）的驱动力引起的系统与环境之间的能量交换。

在微观上，热量是物质分子无规则运动的结果，而功是物质分子有序运动的结果。

功在任何情况下可以完全转变为热，而热在不产生其他影响的情况下不可能完全完全转变为功。

【2-6】下列说法是否正确？（1） 机械能可完全转化为热能。

而热能却不能完全转化为机械能。

（2） 热机的热效率一定小于1。

（3） 循环功越大，热效率越高。

（4） 一切可逆热机的热效率都相等。

（5） 系统温度升高的过程一定是吸热过程。

（6） 系统经历不可逆过程后，熵一定增大。

（7） 系统吸热，其熵一定增大;系统放热，其熵一定减小。

（8） 熵产大于零的过程必为不可逆过程。

答：（1）对于单个过程而言，机械能可完全转化为热能，热能也能完全转化为机械能，例如定温膨胀过程。

对于循环来说，机械能可完全转化为热能，而热能却不能完全转化为机械能。

（2）热源相同时，卡诺循环的热效率是最高的，且小于1，所以一切惹急的热效率均小于1。

（3）循环热效率是循环功与吸热量之比，1211t q q w q q η-==，即热效率不仅与循环功有关，还与吸热量有关。

第一章思考题参考答案1．进行任何热力分析是否都要选取热力系统？答：是。

热力分析首先应明确研究对象，根据所研究的问题人为地划定一个或多个任意几何面所围成的空间，目的是确定空间内物质的总和。

2．引入热力平衡态解决了热力分析中的什么问题？答：若系统处于热力平衡状态，对于整个系统就可以用一组统一的并具有确定数值的状态参数来描述其状态，使得热力分析大为简化。

3．平衡态与稳定态的联系与差别。

不受外界影响的系统稳定态是否是平衡态？答：平衡态和稳定态具有相同的外在表现，即系统状态参数不随时间变化；两者的差别在于平衡态的本质是不平衡势差为零，而稳定态允许不平衡势差的存在，如稳定导热。

可见，平衡必稳定；反之，稳定未必平衡。

根据平衡态的定义，不受外界影响的系统，其稳定态就是平衡态。

在不受外界影响（重力场除外）的条件下，如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统所处的状态称为平衡状态。

4．表压力或真空度为什么不能当作工质的压力？工质的压力不变化，测量它的压力表或真空表的读数是否会变化？答：由于表压力和真空度都是相对压力，而只有绝对压力才是工质的压力。

表压力p与真空度v p与绝对压力的关系为：gb g p p p =+ b vp p p =-其中bp 为测量当地的大气压力。

工质的压力不变化，相当于绝对压力不变化，但随着各地的纬度、高度和气候条件的不同，测量当地的大气压值也会不同。

根据上面两个关系式可以看出，虽然绝对压力不变化，但由于测量地点的大气压值不同，当地测量的压力表或真空表的读数也会不同。

5．准静态过程如何处理“平衡状态”又有“状态变化”的矛盾？ 答：准静态过程是指系统状态改变的不平衡势差无限小，以致于该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态。

准静态过程允许系统状态发生变化，但是要求状态变化的每一步，系统都要处在平衡状态。

6．准静态过程的概念为什么不能完全表达可逆过程的概念？ 答：可逆过程的充分必要条件为：1、过程进行中，系统内部以及系统与外界之间不存在不平衡势差，或过程应为准静态的；2、过程中不存在耗散效应。

一判断题1.均匀则一定平衡。

反之平衡也一定均匀；（X）2.稳定状态一定是平衡状态；（X）3.判断一个热力过程是否可逆的条件是准平衡过程且无耗散效应；（V）4.次含只有在流动工质中才存在；（X ）5.对于定压过程热力学第一定律的表达式可写为q =湖；（V）6.闭口热力系吸收一定热量后，其!W一定增大；（A/）7.用压力表可以直接读出绝对压力值；（X ）8.白发过程为不可逆过程，非白发过程必为可逆过程；（X）9.w = Jpd v可用于准平衡过程求功量；（X ）10.热力系没有通过边界与外界交换能量，系统的热力状态也可能变化；（X）11.初、终态相同的热力过程，不可逆过程的炳变大于可逆过程的!W 变；（X）12.任意可逆循环的热效率都是门t=1-TJT1；（X）13.经不可逆循环，系统和外界均无法完全恢复原态；（X）14.理想气体的G,C v值与气体的温度有关，则它们的差值也与温度有关；（X）15.气体的比热可以从-8变化到+8的任何值；（X）16.理想气体的比热容与工质、温度和过程有关；（/）17.理想气体任意两个状态参数确定后，气体的状态就一定确定了；（X）18.理想气体的的次含只和温度有关，是状态参数，而实际气体的次含不是状态参数；（x）19.工质稳定流经热力设备时，所做的技术功等于膨胀功减去流动功；（V）20.多变过程即任意过程；（X）21.工质进行了一个吸热、升温、压力下降的多变过程，则多变指数n 满足0<n<1 ; （V）22.定温压缩是压气机最理想的工作模式；（v7）23.余隙容积的存在是耗功量增大；（X）24.制冷系统的制冷系数肯定大于1; （X）25.三种动力系统中蒸汽动力系统的效率是最高的，因为其最接近卡诺循环；（X）26.绝热节流的温度效应可用一个偏导数来表征，这个量称为焦耳- 汤姆逊系数。

它是一个状态的单值函数。

实际气体节流后温度可能升高、降低或不变；（/）27.理想气体流过阀门，前后参数变化为△ s>0, △ T=0;（"）28.对于缩放喷管，出口压力随着背压的变化而变化，故其流量也随着背压的变化而变化；（x）29.对于减缩喷管，当P b 4 P er时，减低P b流量保持不变；（A/）30.渐缩喷管出口气流的马赫数可以是任意非负数；（X ）31.喷管的流动过程中肯定能达到当地音速；（X）32.湿空气的相对湿度下降，湿空气中所含水分不一定减少；（A/）33.水蒸气的次含炳图上，湿蒸气区的等温线既为等压线，是一组斜率相同的倾斜直线；（X）34.对于饱和空气，t=t w=t d ；（V）35.对未饱和空气进行降温，含湿量先保持不变，再降低；（/）36.对于水（蒸汽），任意两个状态参数可确定其状态；（错）37.相对湿度较高的空气，其露点温度也较高；（X ）38.湿饱和蒸汽的次含等于饱和水的次含加上干度乘以汽化过程中1kg饱和水变成干饱和蒸汽所吸收的热量；（V）39.过热蒸汽的温度总是大于未饱和水的温度；（X）40.湿空气在总压力不变，干球温度不变的条件下，湿球温度愈低，其含湿量愈小。

第二章气体的热力性质思考题2-1 容器内盛有一定量的理想气体，如果将气体放出一部分后达到了新的平衡状态，问放气前、后两个平衡状态之间参数能否按状态方程表示为下列形式：（a ）222111T v P T v P = （b ）222111T V P T V P = 答：放气前、后两个平衡状态之间参数能按方程式（a ）形式描述，不能用方程式（b ）描述，因为容器中所盛有一定量的理想气体当将气体放出一部分后，其前、后质量发生了变化，根据1111RT m v p =，2222RT m v p =，而21m m ≠可证。

2-3 一氧气瓶内装有氧气，瓶上装有压力表，若氧气瓶内的容积为已知，能否算出氧气的质量。

答：能算出氧气的质量。

因为氧气是理想气体，满足理想气体状态方程式mRT PV =。

根据瓶上压力表的读数和当地大气压力，可算出氧气的绝对压力P ，氧气瓶的温度即为大气的温度；氧气的气体常数为已知；所以根据理想气体状态方程式，即可求得氧气瓶内氧气的质量。

2-4 夏天，自行车在被晒得很热的马路上行驶时，为何容易引起轮胎爆破？答：夏天自行车在被晒得很热的马路上行驶时，轮胎内的气体（空气）被加热，温度升高，而轮胎的体积几乎不变，所以气体容积保持不变，轮胎内气体的质量为定值，其可视为理想气体，根据理想气体状态方程式mRT PV =可知，轮胎内气体的压力升高，即气体作用在轮胎上的力增加，故轮胎就容易爆破。

2-5 气瓶的体积为5L ，内有压力为101325Pa 的氧气，现用抽气体积为0.1L 的抽气筒进行抽气。

由于抽气过程十分缓慢，可认为气体温度始终不变。

为了使其压力减少一半,甲认为要抽25次,他的理由是抽25次后可抽走25×0.1L=2.5L 氧气，容器内还剩下一半的氧气,因而压力就可减少一半;但乙认为要抽50次，抽走50×=5.0L 氧气，相当于使其体积增大一倍，压力就可减少一半。

你认为谁对? 为什么? 到底应该抽多少次?答：甲和乙的看法都是错误的。

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/3v1=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/32-3．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1111RT 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 ＝188.9B 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=12.02kg2-5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)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 m 3，充入容积8.5 m 3的储气罐内。

2016.09.27 工热第 02 章课后作业2-1一汽车在1h内消耗汽油34.1L，已知汽油的发热量为44000kJ/kg，汽油密度为750kg/m3。

测得该车通过车轮输出的功率为64kW，试求汽车通过排气、水箱散热等各种途径所放出的热量。

解：34.1 10 -3 750 44000 10 3 5P油==3.1258 10 W3600P散热=P油P车 3.1258 10 5 64 10 =3.1258 10 35W 点评：大家做题的时候，所有不标准的单位全部换算到国际制单位，不要出现 kJ/h 这种写法。

2-10 空气在压气机中被压缩，压缩前空气的参数是p1=0.1MPa、v1=0.845m3/kg；压缩后的参数是p2=0.8MPa、v2=0.175m3/kg。

设在压缩过程中 1kg 空气的热力学能增加 139.0kJ，同时向外放出热量 50kJ。

压气机每分钟产生压缩空气 10kg。

试求：（1）压缩过程中对1kg 空气作的功；（2）每产生 1kg 压缩空气所需的功（技术功）；（3）带动此压气机要用多大功率的电动机？解：Q U w w Q U 50 103 139 10 3 1.89 10 5Jd pv p v v p d d w w t pv 1.89 10 5 0.8 10 6 0.1750.1 10 60.845 2.445 10 5JP C q w mt 2.445 10 5 4.075 10 4 W2-19 医用氧气袋中空时呈扁平状态，内部容积为零。

接在压力为 14Mpa、温度为 17℃的钢质氧气瓶上充气。

充气后氧气袋隆起，体积为 0.008m3，压力为 0.15MPa，由于充气过程很快，氧气袋与大气换热可以忽略不计，同时因充入氧气袋内的气体质量与钢瓶内的气体质量相比甚少，故可以认为钢瓶内氧气参数不变。

设氧气可以视为理想气体，其热力学能可表示为u=0.657{T}k kJ/kg，焓与温度的关系为h=0.917{T}k kJ/kg，求充入氧气袋内氧气的质量。

复习思考题二答案一、填空题（每空1分，共10分）1、热力学第一定律解析式有时写成q =∆u ＋12⎰pdv ，此式适用于任意系统、任意工质和可逆过程。

2、既然余隙容积具有不利影响，是否可能完全消除它？对于往复式压气机，余隙容积不可能完全消除；对于旋转式压气机，则有可能完全消除。

3、气体动力循环和蒸汽动力循环提高循环热效率的共同原则：提高工质的平均吸热温度。

4、理想气体状态方程：pV nRT =。

5、刚性容器内湿空气温度保持不变而充入干空气，容器内湿空气的φ减小，d 减小，p v 减小。

（增大或减小）二、判断题（每题1分，共20分）1、闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，但系统内质量保持恒定的热力系不一定是闭口系统。

（√）2、可以由基本能量方程式得出功、热量和热力学能是相同性质的参数的结论。

（×）3、工质及气缸、活塞组成的系统经循环后，系统输出的功中不需要减去活塞排斥大气功才是有用功。

（√）4、气体流入真空容器，需要推动功。

（×）5、摩尔气体常数R 值是随气体的状态不同而不同的。

（×）6、如果某种工质的状态方程式为pv=RgT ，这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数。

（√）7、麦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。

（√）8、气体吸热后温度一定升高。

（×）9、熵是状态参数，只与初终状态有关，与过程无关。

（√）10、定容过程即无膨胀（或压缩）功的过程。

（√）三、选择题（每题1分，共10分）1、 热力学第一定律解析式有时写成：q=∆u ＋w ，那么适用范围是（A ）（A ）任意系统、任意工质和任意过程（B ）闭口系统、任意工质和任意过程（C ）任意系统、任意工质和可逆过程（D ）闭口系统、任意工质和可逆过程2、湿蒸汽经定温膨胀过程后其内能变化（B ）（A ）△U=0（B ）△U ＞0（C ）△U ＜0（D ）△U ＜0或△U ＞03、压气机压缩气体所耗理论轴功为（C ）（A ）pdv 12⎰ （B ）d pv ()12⎰ （C ） pdu 12⎰＋p 1v 1－p 2v 24、多级（共Z 级）压气机压力比的分配原则应是（B ）（A）βi=（P Z+1+P1）/Z （B）βi=（P Z+1/P1）1/Z（C）βi=P Z+1/P1 （D）βi=（P Z+1/P1）/Z5、工质熵减少的过程（B）（A）不能进行（B）可以进行（C）必须伴随自发过程才能进行（D）不确定6、闭口系统功的计算式W=U1－U2（D）（A）只适用于可逆绝热过程。

中国石油大学北京网络学院
工程热力学与传热学-第二阶段在线作业
参考答案
1.（
2.5分）干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为：
A、未饱和水
B、饱和水
C、湿蒸汽
D、过热蒸汽
我的答案：D 此题得分：2.5分
2.（2.5分）湿空气的d一定时，温度越高，其吸湿能力：
A、越强
B、越弱
C、相等
我的答案：A 此题得分：2.5分
3.（2.5分）湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于：
A、含湿量
B、相对湿度
C、露点
我的答案：A 此题得分：2.5分
4.（2.5分）再热循环的目的是：
A、提高蒸汽初温
B、提高蒸汽初压
C、降低冷凝压力
D、增加蒸汽干度
我的答案：D 此题得分：2.5分
5.（2.5分）回热循环的主要目的是：
A、提高蒸汽初温
B、提高蒸汽初压
C、降低冷凝压力
D、提高进入锅炉的给水温度。

2005工程热力学Ⅱ考题(A)题解一、湿空气温度为33℃，压力为100kPa ，测得湿球温度为22℃，利用h d −图求取其相对湿度、含湿量及水蒸气分压力。

（10分）答案：48%ϕ=、d 18.2C t =D、0.0141kg/kg d =干空气、v 2.2kPa p =。

二、分析湿空气绝热节流后相对湿度、含湿量、露点等参数的变化趋势并说明理由。

（10分）答题要点：湿空气可作为理想气体，绝热节流后温度不变，但总压力下降，故水蒸气饱和压力不变，分压力下降，故相对湿度减小；由于节流前后水蒸气和干空气质量均不变，故含湿量、露点不变。

三、当气流速度分别为亚声速和超声速时，下列形状管道中哪些宜于作喷管？（10分）....答题要点：在压力条件满足的条件下，亚声速时a 和c ；超声速b 适宜作喷管。

四、为了保持肉类贮藏室内温度在-15℃必须从贮藏室输出50kW 的热流量，用一台以R134a 为工质的制冷循环机组进行此项工作，该机组的压缩机绝热效率为0.95，环境介质的温度平均为25℃。

求：该机组循环的制冷系数、最小功率和循环工质的流量。

已知2418.6kJ/kg s h =，其他见R134a 热力性质表：（15分） '"h h '"s s/C t Ds /kPap kJ/kgkJ/(kg K)⋅-15 164.0 180.1 389.6 0.925 1.737 25665.8234.5 412.41.120 1.716答案： 5.1ε=、0.3224kg/s m q =、9.8kW P =。

五、某太阳能动力装置利用水为工质，从太阳能集热器出来的是175℃的饱和水蒸气，在汽轮机内不可逆膨胀后排向10kPa 的冷凝器，若不可逆熵产为0.3kJ/(kg K)⋅，忽略水泵功，求：（1）循环的热效率；（2）改善循环的热力学措施。

已知：查饱和水蒸气表：175℃，891.8kPa s p ="2773.3kJ/kg " 6.625kJ/(kg K)h s ==⋅、10kPa ，"2583.7kJ/kg '=191.7kJ/kg h h =、；"8.149kJ/(kg K)s =⋅、'=0.649kJ/(kg K)s ⋅、3'0.0010m /kg v =。

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 ＝pT R 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的储气罐内。

第二章 热力学第一定律2-1 一辆汽车 1 小时消耗汽油 34.1 升，已知汽油发热量为44 000 kJ/kg ，汽油密度0.75g/cm 3。

测得该车通过车轮出的功率为 64kW ，试求汽车通过排气，水箱散热等各种途径所放出的热量。

解：汽油总发热量33334.110m 750kg/m 44000kJ/kg 1125300kJQ −=×××=汽车散发热量out 3600(1125300643600)kJ/h 894900kJ/hQ Q W =−×=−×=2−2 质量为1 275 kg 的汽车在以60 000 m /h 速度行驶时被踩刹车止动，速度降至20 000 m/h ，假定刹车过程中0.5kg 的刹车带和4kg 钢刹车鼓均匀加热，但与外界没有传热，已知刹车带和钢刹车鼓的比热容分别是1.1kJ/(kg·K)和0.46kJ/(kg·K)，求刹车带和刹车鼓的温升。

解：汽车速度降低，动能转化为刹车带和刹车鼓的热力学能，没有传热和对外作功，故22car 2121()()02m c c U U E −+−=Δ= 160000m 16.67m/s 3600sc ==，220000m 5.56m/s 3600sc ==21s ,s b ,b 21()()V V U U m c m c t t −=+−22car 2121s ,s b ,b 22()()2()1275kg [(16.67m/s)(5.56m/s)]65.9C2[0.5kg 1.1kJ/(kg K)4kg 0.46kJ/(kg K)]V V m c c t t m c m c −−=−+×−=−=××⋅+×⋅D 2−3 1kg 氧气置于图2-1所示气缸内，缸壁能充分导热，且活塞与缸壁无磨擦。

初始时氧气压力为0.5MPa ，温度为27℃，若气缸长度2l ，活塞质量为10kg 。

工程热力学第二版答案严家禄
1、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系？
答：平衡(状态)值的是热力系在没有外界作用(意即热力、系与外界没有能力交换。

但不排除有恒定的外场如重力场作用)的情况下，宏观性质不随时间变化，即热力系在没有外界作用时的时间特征与时间无关。

所以两者是不同的。

如对气液两相平衡的状态。

尽管气液两相的温度。

压力都相同，但两者的密度差别很大，是非均匀系。

反之。

均匀系也不一定处于平衡志。

但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”又可能是统一的。

如对于处于平衡状态下的单相流体(气体或者液体)如果忽略重力的影响，又没有其他外场(电、磁场等)作用，那么内部各处的各种性质都是均一致的。

2、“过程量”和“状态量”有什么不同?
答：状态量是热力状态的单值函数，其数学特性是点函数，状态量的微分可以改成全微分，这个全微分的循环积分恒为零一而过程量不是热力状态的单值函数，即使在初终志完全相同的情况下。

过程量的大小与其中间经历的具体路径有关，过程量的微分不能写成全微分。

因此它的循环积分不是零而是一个确定的数值。