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⼯程热⼒学（第五版-）课后习题答案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 p1.0=，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 =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。
第1章 基本概念1．1 本章基本要求深刻理解热力系统、外界、热力平衡状态、准静态过程、可逆过程、热力循环的概念，掌握温度、压力、比容的物理意义，掌握状态参数的特点。
1．2 本章难点1．热力系统概念，它与环境的相互作用，三种分类方法及其特点，以及它们之间的相互关系。
2．引入准静态过程和可逆过程的必要性，以及它们在实际应用时的条件。
3．系统的选择取决于研究目的与任务，随边界而定，具有随意性。
选取不当将不便于分析。
选定系统后需要精心确定系统与外界之间的各种相互作用以及系统本身能量的变化,否则很难获得正确的结论。
4．稳定状态与平衡状态的区分：稳定状态时状态参数虽然不随时间改变，但是靠外界影响来的。
平衡状态是系统不受外界影响时，参数不随时间变化的状态。
二者既有所区别，又有联系。
平衡必稳定,稳定未必平衡。
5．注意状态参数的特性及状态参数与过程参数的区别。
1．3 例题例1：绝热刚性容器内的气体通过阀门向气缸充气。
开始时气缸内没有气体,如图1.1所示。
气缸充气后,气体推动气缸内的活塞向上移动,如图1.2所示。
设管道阀门以及气缸均可认为是绝热的。
若分别选取开口系统与闭口系统,试说明它们的边界应该如何划定?这些系统与外界交换的功量与热量又如何?解：(1)若以容器内原有的气体作为分析对象，属于闭口系统。
容器放气前，边界如图1.1中的虚线所示。
放气后边界如图1.2中的虚线所示。
气体对活塞作的功W 是闭口系统与外界交换的功量。
气体通过活塞与外界交换的热量Q 是此闭口系统的传热量。
图1.1 图1.2 图1.3 图1.4（2）若以容器放气后残留在容器内的气体作为分析对象，同样也是闭口系统。
这时放气前的边界如图1.3中的虚线所示。
放气后的边界如图1.4的虚线表示。
残留气体对离开容器的那部分放逸气体所作的功，是本闭口系统与外界交换的功，残留气体与放逸气体之间交换的热量是本系统的传热量。
（3） 类似地若以放逸气体为分析对象，同样也是闭口系统。
之前课件需要讲解的题：P3、P4（1-11）；P6（6）。
一．填空题1．能源按使用程度和技术可分为 常规 能源和 新 能源。
2．孤立系是与外界无任何 能量 和 物质 交换的热力系。
3．单位质量的广延量参数具有 强度量 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 54kpa 。
5．只有 准平衡 过程且过程中无任何 耗散 效应的过程是可逆过程。
6．克劳修斯积分/Q T δ⎰ 等于零 为可逆循环，小于零 为不可逆循环。
7．熵流是由 与外界热交换 引起的。
8．多原子理想气体的定值比热容V c =（g 72R ） ，双原子理想气体的定值比热容p c =（ 72g R ） 。
9．能源按其有无加工、转换可分为 一次 能源和 二次 能源。
10．绝热系是与外界无 热量 交换的热力系。
11．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定 两 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。
12．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 173a KP 。
13．如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使系统和外界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。
14．卡诺循环是由两个 定温 和两个 绝热可逆 过程所构成。
15．熵产是由 不可逆因素 引起的。
16．基本热力学状态参数有：（ 压力）、（温度 ）、（体积）。
17．理想气体的热力学能是温度的（单值 ）函数。
18．热力平衡的充要条件是：（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零 ）。
19．不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（熵产）。
20．熵增原理指出了热力过程进行的（方向 ）、（限度）、（条件）。
21．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_孤立系_。
22．在国际单位制中温度的单位是_开尔文_。
习题一刚性容器中贮有空气2kg,初态参数P 1=0.1MPa,T 1=293K,内装搅拌器,输入轴功率W S =0.2kW,而通过容器壁向环境放热速率为kW Q 1.0.= .求：工作1小时后由容器和外环境所构成地孤立系统地熵增.（已知空气定容比热为0.7175 kJ/kg.K,气体常数为0.287 kJ/kg.K ）解：取刚性容器中空气为系统,由闭系能量方程：U Q W s ∆+=..经1小时,()12..36003600T T mC Q W v s -+= ()K mC Q W T T v 5447175.021.02.036002933600..12=⨯-+=⎪⎭⎫ ⎝⎛-+= 由定容过程：1212T T P P =, MPa T T P P 186.02935441.01212=⨯== 取以上系统及相关外界构成孤立系统：sur sys iso S S S ∆+∆=∆ K kJ T Q S sur /2287.12931.036000=⨯==∆ K kJ S iso /12.22287.18906.0=+=∆习题二压气机空气由P 1 = 100 kPa,T 1 = 400 K,定温压缩到终态P 2 = 1000 kPa,过程中实际消耗功比可逆定温压缩消耗轴功多25%.设环境温度为T 0 = 300 K.求：压缩每kg 气体地总熵变.（已知空气气体常数为0.287 kJ/kg.K ）解：取压气机为控制体.按可逆定温压缩消耗轴功：kg kJ P P RT v v RT W SO /3.2641000100ln 400287.0ln ln 2112-=⨯=== 实际消耗轴功：()kg kJ W S /4.3303.26425.1-=-=由开口系统能量方程,忽略动能、位能变化：21h q h W S +=+因为理想气体定温过程：h 1=h 2故：kg kJ W q S /4.330-==孤立系统熵增：sur sys iso S S S ∆+∆=∆稳态稳流：0=∆sys Sk kg kJ T q P P R T q S S S sur ⋅=+=+=+-=∆/44.03004.3301000100ln 287.0ln 021012习题三如果室外温度为-10℃,为保持车间内最低温度为20℃,需要每小时向车间供热36000kJ,求：1) 如采用电热器供暖,需要消耗电功率多少.2) 如采用热泵供暖,供给热泵地功率至少是多少.3) 如果采用热机带动热泵进行供暖,向热机地供热率至少为多少.图1为热机带动热泵联合工作地示意图.假设：向热机地供热温度为600K,热机在大气温度下放热.图1解：1)用电热器供暖,所需地功率即等于供热率, 故电功率为360036000..==Q W = 10kW 2)如果热泵按逆向卡诺循环运行,而所需地功最少.则逆向卡诺循环地供暖系数为211..T T T W Q W +==ε=9.77 热泵所需地最小功率为W Q W ε..==1.02kW3)按题意,只有当热泵按逆卡诺循环运行时,所需功率为最小.只有当热机按卡诺循环运行时,输出功率为.W 时所需地供热率为最小.由 56.06002631112=-=-=T T c η 热机按所需地最小供热率为263KkW W Q tc 82.156.002.1/..min ===η习题四求出下述情况下,由于不可逆性引起地作功能力损失.已知大气p 0=1013215Pa,温度T 0为300K. （1）将200kJ 地热直接从p A =p 0、温度为400K 地恒温热源传给大气.（2）200kJ 地热直接从大气传向p B =p 0、温度为200K 地恒温热源B . （3）200kJ 地热直接从热源A 传给热源B .解：由题意画出示意图5.4.（1）将200kJ 地热直接从400K 恒温热源A 传给300K 地大气时, 5.0400200-=-=-=∆A A T Q S kJ/K 667.030020000-===∆T Q S kJ/K 热源A 与大气组成地系统熵变为kJ/K167.0667.05.001=+-=∆+∆=∆S S S A此传热过程中不可逆性引起地作功能力损失为kJ1.50167.03000=⨯==∏T（2）200kJ 地热直接从大气传向200K 地恒温热源B 时,1200200===∆B B T Q S kJ/K 667.030020000-=-=-=∆T Q S kJ/K kJ/K 333.01667.002=+-=∆+∆=∆B S S S 此过程不可逆引起地作功能力损失kJ100333.030020=⨯=∆=∏ S T （3）200kJ 直接从恒温热源A 传给恒温热源B ,则Q 图25.0400200-=-=-=∆A A T Q S kJ/K 1200200===∆B B T Q S kJ/K 5.015.03=+-=∆S kJ/K作功能力损失kJ 1505.030030=⨯=∆=∏S T可见（1）和（2）两过程地综合效果与（3）过程相同.。
工程热力学考试题集锦1一.是非题（正确的填“√”，错误的填“×”）1、系统的平衡状态是指系统在无外界影响的条件下宏观热力性质不随时间而变化的状态。
（ ）2、热量是储存于系统中的能量，温度越高，热量越多。
（）注：热量是过程量，与初末状态及过程有关W U Q +∆=，其中U ∆与初末状态有关，W 与过程有关。
3、稳定流动能量方程不适应于有摩擦的情况。
（）注：稳定流动方程适用于一切稳定流动过程。
4、由于热量Q 和功W 均是过程量，所以Q-W 之差值也是过程量。
（）5、凡是符合热力学第一定律的过程就一定能实现。
（ ）。
6、由于绝热压缩过程不向外界散热，在相同的进口条件和压力比条件下，绝热压缩过程消耗的功最小。
（ ）7、循环的热效率越高循环的净功越大，因此，循环的净功越大热效率也越大。
（）注:净功和效率没有必然联系8、系统吸热其熵一定增加，系统放热其熵不一定减少。
（）注：对于不同系统来说是不同的 9、对于即可以制冷又可以供热的同一套装置来说，其制冷系数越大，则其供热系数也越大。
（）注：对于制冷W q c =ε，对于供热1'+=+=εεW q W c10、在渐扩喷管中，截面积增大，则气流速度只能减小。
（）二、选择题1、pv=RT 描写了（ C ）的变化规律。
A 系统的初终状态B 理想气体的任意热力状态C 理想气体热力平衡状态D 任何气体任意热力状态2系统在可逆过程中与外界交换的热量，其大小决定于（ C ）。
A 系统的初终状态B 系统所经历的路程C 系统的初终态及所经历的路程D 系统熵的变化3 i f f W z z g c c h q +-+-+∆=)()(5.0122122适用于( D )。
A 开口系统的一切热力过程 B 稳定流动的可逆过程C 理想气体的稳定流动过程D 稳定流动的可逆与不可逆过程4、在稳定流动过程中，系统与外界交换的轴功i W 等于（ D ）。
A 膨胀功加流动功B 技术功C ⎰-VdpD )()(5.0122122z z g c c W f f t ----5、多变过程中工质的比热为负值，说明多变指数n 的范围是（ B ）。
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 =+⎰⎰⎰ 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=+⎰⎰⎰虽然： 0du =⎰但是： 0pdv ≠⎰所以： 0q δ≠⎰ 因此热量q 不是状态参数。
4. 用隔板将绝热刚性容器分成A 、B 两部分（图2-13），A 部分装有1 kg 气体，B 部分为高度真空。
将隔板抽去后，气体热力学能是否会发生变化？能不能用 d d q u p v δ=+ 来分析这一过程？答：这是一个有摩擦的自由膨胀过程，相应的第一定律表达式为q du dw δ=+。
又因为容器为绝热、刚性，所以0q δ=，0w δ=，因而0du =，即21u u =，所以气体的热力学能在在膨胀前后没有变化。
如果用 q du pdv δ=+ 来分析这一过程，因为0q δ=，必有du pdv =-，又因为是膨胀过程0dv >，所以0du <，即21u u <这与前面的分析得出的21u u =矛盾，得出这一错误结论的原因是自由膨胀是自由膨胀是一个非平衡过程，不能采用q du pdvδ=+这个式子来进行分析，否则将要得到错误的结论。
5. 说明下列论断是否正确：(1) 气体吸热后一定膨胀，热力学能一定增加； (2) 气体膨胀时一定对外作功； (3) 气体压缩时一定消耗外功。
答：(1)不正确：由q du pdv δ=+可知，当气体吸热全部变成对外作出的膨胀功时，热力学能就不增加，即当q pdv δ=时，0du =；又当气体吸热全部用来增加其热力学能时，即当q du δ=时，气体也不膨胀，因为此时，0pdv =，而0P >，所以0dv =。
(2)不正确：上题4就是气体膨胀而不对外做功的实例。
(3)正确：无摩擦时 w pdv δ=，0P >，压缩时0dv <，故0w δ<消耗外功；有摩擦时，w pdv δ<，0P >，压缩时0dv <，故0w δ=消耗更多的外功。
所以无论有无摩擦，也不论是否吸热或放热，气体压缩时一定消耗外功的。
图 2-13习 题2-1 冬季，工厂某车间要使室内维持一适宜温度。
在这一温度下，透过墙壁和玻璃窗等处，室内向室外每小时传出 0.7⨯106 kcal 的热量。
车间各工作机器消耗的动力为 500PS （认为机器工作时将全部动力转变为热能）。
另外，室内经常点着 50盏 100 W 的电灯。
要使这个车间的温度维持不变，问每小时需供给多少kJ 的热量（单位换算关系可查阅附表10和附表11）？[解] ： 为了维持车间里温度不变，必须满足能量平衡即Q Q ∙∙=∑∑出进所以有 Q Q Q Q ∙∙∙∙=++∑散动电灯加入因而66(0.710500632.415500.1859.854) 4.18681.588910/Q Q Q Q kJ h∙∙∙∙=--∑=⨯-⨯-⨯⨯⨯=⨯加入散动电灯*此题目的练习能量平衡概念及有关能量单位的换算。
2-2 某机器运转时，由于润滑不良产生摩擦热，使质量为 150 kg 的钢制机体在 30 min 内温度升高 50 ℃。
试计算摩擦引起的功率损失(已知每千克钢每升高 1 ℃需热量 0.461 kJ)。
[解] ： 摩擦引起的功率损失就等于摩擦热，故有0.46115050/(3060)1.9208/ 1.9208P Q C m t kJ s kW∙∙==∆=⨯⨯⨯==钢摩擦*此题目的练习能量平衡2-3 气体在某一过程中吸入热量 12 kJ ，同时热力学能增加 20 kJ 。
问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外所作的功是多少（不考虑摩擦）？PS 为公制马力的符号，1 PS = 75 kgf m/s 。
[解] ： 由闭口系能量方程： Q U W =∆+ 又不考虑摩擦，故有 21Q U Pdv =∆+⎰所以 2112208Pdv Q U kW =-∆=-=-⎰ 因为 0P >所以 0dV <因此，这一过程是压缩过程，外界需消耗功8 kW 。
2-4 有一闭口系，从状态1经过a 变化到状态2（图2-14）；又从状态2经过b 回到状态1；再从状态1经过c 变化到状态2。
在这三个过程中，热量和功的某些值已知（如下表中所列数值），某些值未知（表中空白）。
试确定这些未知值。
[解] ： 关键在于确定过程 1－2的热力学能变化，再根据热力学能变化的绝对值不随过程而变，对三个过程而言是相同的，所不同的只是符号有正、负之差，进而则逐过程所缺值可求。
根据闭口系能量方程的积分形式：Q U W =∆+2—b —1： 7(4)3U Q W kJ ∆=-=---=-1—a —2： 1037W Q U kJ =-∆=-=1—c —2： 3811Q U W kJ =∆+=+=将所得各值填入上表空中即可※ 此题可以看出几点： 图 2－141、不同热力过程，闭口系的热量 Q 和功 W 是不同的，说明热量与功是与过程有关的物理量。
2、 热力学能是不随过程变化的，只与热力状态有关。
以下内容请下载后欣赏换成小四字体后图与题目即可对应好y2-5 绝热封闭的气缸中贮有不可压缩的液体 0.002 m 3，通过活塞使液体的压力从 0.2 MPa 提高到 4 MPa （图2-15）。
试求： (1) 外界对流体所作的功； (2) 液体热力学能的变化； (3) 液体焓的变化。
[解] ：(1)由于液体是不可压缩的，所以外界对流体所作的功为零： W = 0(2)由闭口系能量方程：Q ＝ΔU + W 因为绝热， Q ＝ 0 又不作功 W = 0所以 ΔU = 0 即液体的热力学内能没有变化。
(3)虽然液体热力学能未变，但是由于其压力提高了，而容积不变，所以焓增加了 （6()00.002(40.2)107.6 H U PV kJ∆=∆+∆=+-⨯=2-6 同上题，如果认为液体是从压力为 0.2 MPa 的低压管道进入气缸，经提高压力后排向 4 MPa[答案]：Wt ＝ －7.6 kJ 外界消耗功 ΔU = 0 ΔH = 7.6 kJ2-7 已知汽轮机中蒸汽的流量q m =40 t/h ；汽轮机进口蒸汽焓 h 1= 3 442 kJ/kg ；出口蒸汽焓h 2=2 448 kJ/kg 如果考虑到汽轮机每小时散失热量 0.5⨯106 kJ ，进口流速为 70 m/s ，出口流速为 120 m/s ，进口比出口高 1.6 m ，那么汽轮机的功率又是多少？ [解] ：1）不考虑汽轮机散热以及进出口气流的动能差和位能差时，如右下图 因为0q =, 2/20C ∆=, 0zg ∆=根据开口系稳定流动的能量方程，(2-11)式，汽轮机对外作的功等于蒸汽经过汽轮机后的焓降：1234422448994/sh W h h h kJ kg =-∆=-=-=汽轮机功率39944010/360011044.44sh P W m kW∙=∙=⨯⨯=2）考虑汽轮机散热以及进出口气流的动能和位能差时，每kg 蒸汽的散热量 5351012.5/4010Q q kJ kg m∙∙⨯===⨯散根据(2-11)式有： 22sh C q h zg W ∆-=∆++∆+蒸汽作功 221221121()()2sh W h h q C C z z g=------223334422448(12070)/(210) 1.69.81/1012.5976.76/sh W kJ kg =---⨯+⨯-=功率3976.764010/360010852.95sh P W m kW ∙=∙=⨯⨯=各种损失及所占比例： 汽轮机散热损失：12.5/kJ kg 占 12.5/994 1.26%=蒸汽的进出动能差：2231(12070) 4.75/210kJ kg -=⨯ 占 4.75/9940.48%= 蒸汽的进出位能差： 31.69.81/100.0156/kJ kg ⨯= 占 0.0156/9940.002%= 三项合计 17.2656/kJ kg 占1.74%不超过百分之二，一般计算不考虑这三个因素也是足够精确的。
※ 此题的目的练习使用开口系稳定流动的能量方程及其在汽轮机功率计算中的应用和汽轮机有关损失的大致的数量级。
2-8 一汽车以 45 km/h 的速度行驶，每小时耗油 34.1⨯10-3 m 3。
已知汽油的密度为 0.75 g/cm 3，汽油的发热量为 44 000 kJ/kg ，通过车轮输出的功率为 87 PS 。
试求每小时通过排气及水箱散出的总热量。
[解]： 根据能量平衡，汽车所消耗的汽油所发出的热量等于其车轮轴输出的功率和通过排汽和水箱散出的热量之和，即有：333.41100.75104400087612.415 4.186811253000230358.18894941.82/shQ Q P kJ h∙∙--=-=⨯⨯⨯⨯-⨯⨯=-=散汽油 ※此题目练习能量平衡及能量单位的换算。
2-9 有一热机循环，在吸热过程中工质从外界获得热量 1 800 J ，在放热过程中向外界放出热量 1 080 J ，在压缩过程中外界消耗功 700 J 。
