下载文档原格式
工程热力学第四章答案【篇一：工程热力学答案(第四版严家騄著含第六章)】考题1、如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变，对吗？答：不对。
因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力两个因素。
因此即使容器中的气体压力保持不变，当大气压力变化时，压力表的读数也会随之变化，而不能保持不变。
2、“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、质交换，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态。
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匀一致的。
3、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的？答：“平衡”意味着宏观静止，无变化，而“过程”意味着变化运动，意味着平衡被破坏，所以二者是有矛盾的。
对一个热力系来说，或是平衡，静止不动，或是运动，变化，二者必居其一。
但是二者也有结合点，内部平衡过程恰恰将这两个矛盾的东西有条件地统一在一起了。
这个条件就是：在内部平衡过程中，当外界对热力系的作用缓慢得足以使热力系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。
4、“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；而过程量不是热力状态的单值函数，即使在初、终态完全相同的情况下，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。
习题1-1 一立方形刚性容器，每边长 1 m，将其中气体的压力抽至 1000 pa，问其真空度为多少毫米汞柱?容器每面受力多少牛顿？已知大气压力为 0.1mpa。
-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 sV s V 4279.0002337.0001.0ρρϕ====p p 绝对湿度 =0.0073984 kg/m 01729.04279.0s V ×==ϕρρ3水蒸汽的比容 165.1351V ==ρν kg/m 3按理想气体方程得2.13510001.02935.461R 6V 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 199354.0004026.0004.0ρρϕ=≈===p p 绝对湿度 =0.02871728 kg/m 028904.099354.0s V ×==ϕρρ3水蒸汽的比容 82.341V ==ρν kg/m 3按理想气体方程得84.3410004.03025.461R 6V V =××==ρνT i m 3/kg1313湿空气 ·177·-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 ×==ϕρρ3水蒸汽的分压力 MPa 0061675.0012335.05.0V =×==s p p ϕ-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 第二章 热力学第一定律2-1 一辆汽车在1.1 h 内消耗汽油37.5 L ，已知通过车轮输出的功率为64 kW ，汽油的发热量为44 000 kJ/kg ，汽油的密度为0.75 g/cm 3，试求汽车通过排气、水箱散热及机件的散热所放出的热量。
解 37.5 L=33cm 105.37×消耗汽油量 kg 13.281075.01037.533=×××=−m 汽油燃烧发出的热量kJ 10238.10044013.2861×=×=Q1.1小时内汽车发出功kJ/h1053.203606450×=×=W 所以通过排气、机件散热所发出的热量kJ 1084.91053.210238.15562×=×−×=Q2-2 一台工业用蒸汽动力装置，每小时能生产11 600 kg 蒸汽，而蒸汽在汽轮机中膨胀作功输出的功率为3 800 kW 。
如果该装置每小时耗煤1 450 kg ，煤的发热量为30 000 kJ/kg ，而在锅炉中水蒸气吸收的热量为2 550 kJ/kg 。
试求：(1)锅炉排出废烟气带走的能量；(2)汽轮机排出乏汽带走的能量。
（1）每小时该装置煤的发热量 kJ/h 1043500300014551×=×=Q每小时锅炉中水蒸汽吸热kJ/h 108.29502550011652×=×=Q所以废气带走的热量5521g 108.29510435×−×=−=Q Q QkJ/h 10392.17×=（2）每小时汽轮机输出功kJ/h 108.1363600380050×=×=W所以乏汽带走的能量5502w 108.136108.295×−×=−=W Q WkJ/h 1059.17×=2-3 夏日室内使用电扇纳凉，电扇的功率为0.5 kW ，太阳照射传入的热量为0.5 kW 。
《工程热力学》（第四版）习题提示及答案12章习题提示与答案习题提示与答案第十二章制冷循环12-1 设有一制冷装置按逆向卡诺循环工作，冷库温度为-5 ℃，环境温度为20 ℃，求制冷系数的数值。
又若利用该机器作为热泵，由－5 ℃的环境取热而向20 ℃的室内供热，求其供热系数。
提示：略。
答案：10.72=ε，11.72=ζ。
12-2 有一台空气压缩制冷装置，冷藏库温度为-10 ℃，空气冷却器中冷却水的温度为15 ℃，空气的最高压力为0.5 MPa 、最低压力为0.1 MPa ，试求制冷系数、单位质量工质的制冷量及装置消耗的净功。
提示：空气压缩制冷循环，循环中各过程可逆，制冷系数111)(12-???? ??=-κκp p ε，制冷量q 2=c p 0ΔT ，循环净功εq w 20=。
答案：ε=1.71；q 2=81.49 kJ/kg ；w 0=-47.6 kJ/kg 。
12-3 有一台空气压缩制冷装置，冷藏库温度为-10 ℃，冷却器中冷却水温度为20 ℃，空气的最高压力为0.4 MPa 、最低压力为0.1 MPa 。
若装置的制冷量为150 kW ，试求带动制冷装置所需的功率、冷却水带走的热量、装置中空气的流量以及膨胀机和压气机的功率。
提示：空气压缩制冷循环，制冷系数1)(11)(12-=-κκp p ε，装置所耗功率εQ P 2 =，制冷量q 2=c p 0ΔT ，冷却水带走的热量P Q Q +=21 ，工质流量22q Q q m =，膨胀机功率P T =q m w s =q m c p 0ΔT ，压气机功率P c =q m (w c )s =q m c p 0ΔT 。
答案： P =72.9 8 kW ；=1Q 2 222.89 kW ，q m =8 159 kg/h ，P T =290.84 kW ，P T =218 kW ，P c =290.84 kW 。
12-4 按上题所述条件，若压气机绝热效率为0.8，膨胀机效率为0.85，试求装置消耗的功率及制冷系数。
1．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？ 不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。
2．有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。
对不对，为什么？不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。
3．平衡状态与稳定状态有何区别和联系？平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态。
4．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？绝对压力计算公式p =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b )中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压p b 改变，压力表读数就会改变。
当地大气压p b 不一定是环境大气压。
5．温度计测温的基本原理是什么？ 6．经验温标的缺点是什么？为什么？不同测温物质的测温结果有较大的误差，因为测温结果依赖于测温物质的性质。
7．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。
有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。
8．分别以图1-20所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这些是什么系统。
参加公路自行车赛的运动员是开口系统、运动手枪中的压缩空气是闭口绝热系统、杯子里的热水是开口系统（闭口系统——忽略蒸发时）、正在运行的电视机是闭口系统。
9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。
取正在使用的家用电热水器为控制体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统？不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a 图）。
包括电加热器则为开口绝热系统（b 图）。
将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部包括在内，构成孤立系统。
工程热力学第4 版习题解本题解是沈维道、童钧耕编写高等教育出版社出版的“十一五”国家级规划教材《工程热力学》第 4 版的配套资料。
本题解提供的解法是从教学的角度出发的，未必是唯一的或是最好的，题解中出现的错误恳请读者批评指正。
上海交通大学机械与动力工程学院童钧耕2007/11/22第一章基本概念1-1英制系统中采用华氏温标，它规定在标准大气压（101 325 Pa）下纯水的冰点是32 F，汽点是212 F，试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。
{t}F 32 {t}C 0解：212 32 100 0180 {t}C 32 9{t}C 32{t}F100 51-2英制系统中朗肯温度与华氏温度的关系为{T}R {t}F 459.67。
已知热力学绝对温标及朗肯温标在纯水冰点的读数分别是273.15K和491.67R；汽点的读数分别是373.15K和671.67R。
（1）导出朗肯温度和开尔文温度的关系式；（2）开尔文温标上绝对零度在朗肯温标上是多少度？解：（1）若任意温度T在朗肯温标上读数为T(R)在热力学绝对温标上读数为T（K），671.67 491.67 T(R) 491.67则373.15273.15 T(K) 273.15解得{T}R 1.8{T}K（2）据上述关系{T}K 0时，{T}R 01-3设一新温标，用符号N 表示温度单位（它的绝对温标是用Q 表示温度单位）。
规定 纯水的冰点和汽点100N 和1000N 。
试求：（1）该新温标与摄氏温标的关系；（2）若该温标的绝对零度与热力学温标零度相同，则该温标读数为0N 时，其绝对温标 读数是多少Q ？{t }N 100 {t } C 0解：（1） 1000 100 100 0{t }N 9{t } C 100（2） {T }Q {t }N C 9{t } C 100 C 9[{T }K 273.15]100 C据题意，当{T }K 0时，{T }Q 0，解得上式中 C 2358.35，代回原式得{T }Q {t }N 2358.35{T }N 0时，T 2358.385Q 。
工程热力学课后思考题答案第四版1 •不•定，稳定流动系统内质量也保持fii定。
2.不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热最），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。
3.平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态。
4.当地大气压內改变，压力表读数就会改变。
当地大气压內不一定是环境大气压。
5.热力学第零定律The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperature. In order to measure temperature of body A, we compare body C — a thermometer — with body A and temperature scales（温度的标丿Q,简称温杓;）separately. When they are in thermal equilibrium, they have the same temperature. Then we can know the temperature of body A with temperature scale marked on thermometer.6.不同测温物质的测温结果有较大的误菲，因为测温结果依赖于测温物质的性质。
7.有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。
8.参加公路白行车赛的运动员是开口系统、运动手枪屮的压缩空气是闭口绝热系统、杯子里的热水是开口系统（闭口系统——忽略熬发时）、正在运行的电视机是闭口系统。
9.不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a图）。
包括电加热器则为开口绝热系统（b 图）。
将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部 包括在内，构成孤立系统。
或者说，孤立系统把所有发生相互作用的 部分均包括在内。
10.吸入空气，排出烟气，输出动力（机械能）以克服阻力，发动机 水箱还要大量散热。
工程热力学第四版答案第一章基本概念真空容器的长度为1-1毫米，容器两侧的压力为1-1毫米？容器每面受力多少牛顿？已知大气压力为0.1mpa。
[解]：(1)FA.Pa（pb？p）？1m2？（0.1？106pa？1000pa）？99000npv?pb?p?(0.1?106pa?1000pa)/133.3224?742.56mmhg(2)1-2试确定表压为0.01mpa时u型管压力计中液柱的高度差。
(1)u型管中装水，其密度为1000kg/m3；（2） U形管内充满酒精，密度为789kg/m3。
[溶液]：根据公式（1-6），PG=？Gz、明白了吗？z=pgg(1)z水0.01?106??3?1.0197m?1019.7mm?水g10?9.80665pgpg0.01?106??1.2494m?1292.4mm(2)?z酒精??酒精g789?9.80665?此题目的目的是练习如果通过u型管压力计的液柱高度差计算表压力。
1-3用u型管测量容器中气体的压力。
在水银柱上加一段水图(1-12)，测得水柱度850mm，汞柱度520mm。
当时大气压力为755mmhg，问容器中气体的绝对压力为若干？[解决方案]：高水柱和汞柱的高大气压力之和是容器中的空军单位，需要转换。
的绝对压力，但各种压Pph2o？phg？B850? 9.806375? (520?955)? 133.3224? 178320帕？1.7832bar图1-121-4用斜管压力计测量量锅炉管道中烟气的真空度。
管子的倾角??30，压力计中使用密度为800kg/m3的煤油。
倾管中液柱长度为l=200mm。
当时大气压力-1-pv??glsin30?800?9.80665?0.2?0.5=784.5pa=80mmh2ob=745mmhg，问烟气的真空度为若干毫米汞柱？绝对压力为若干毫米汞柱？[解]：(1)根据式(1-6)式有（2）根据公式（1-5），有p?b?pv?745?784.5?750062?10?3?739.12mhg?此题目的练习真空度，绝对压力，表压之间的关系及压力单位之间的换算关系。
10-第十章 实际气体1 已知甲烷CH 4的临界点参数为p c ＝4.64 MPa 、T c ＝190.7 K ，试利用通用压缩因子图，确定温度为100 ℃、压力为4 MPa 时甲烷的比体积，并与按理想气体状态方程式计算得到的数值进行比较，计算后者的误差为多少?解 甲烷（CH 4）在指定状态下的对比态参数为：862.064.44===c r p p p96.17.1903.37===c r T T T 由通用压缩因子图查得 Ｚ=0.985再查得CH 4的气体常数 R g =0.518 3 kJ/(kg K)，0476.040003735183.0985.0g =××==p T zR v m 3/kg若按理想气体处理，则有：0483.040003735183.0g =×==′pT R v m 3/kg %45.10145.00483.00476.00483.0==−=′−′v v v10-2 已知乙烯C 2H 4的临界点参数为p c ＝5.12 MPa 、T c ＝283 K ，试利用通用压缩因子图，确定温度为50 ℃、压力为5 MPa 时乙烯的比体积并计算按理想气体处理所引起的误差。
解 乙烯（C 2H 4）在指定状态时的对比态参数：977.012.55c r ===p p p 142.12832.323c r ===T T T 由通用压缩因子图查得：z =0.76；乙烯（C 2H 4）的气体常数为：R g =0.296 4 kJ/kg k ，因此有：60002.3232964.076.0g ××==p T zR v =0.014 6 m 3/kg 若按理想气体处理，则有： 0192.050002.3232964.0g =×==′p T R v m 3/kg %2424.00196.00146.00192.0==−=′−′v v v10-3 设某气体遵守状态方程式p (v －b )＝R g T ，试证明：c p －c V ＝R g证明 比热差的一般表达式为：v p v p T p T v T c c )()(∂∂∂∂=− 对于状态方程为p (v －b )＝R g T 的气体，有： bv TR p −=g则有： Tpb v R T p v =−=∂∂g )(p R TvpT R b v p g g )(,=∂∂+= 把上述结果代入一般表达式，则有：错误！未定义书签。
所示，若当地大气压）管子。
求烟气的封良好，蒸汽只能从盖子中间的缝隙逸出，在缝隙的上方有一个可移动的小柱塞，所以只有锅内蒸汽的压力超过了柱塞的压力后蒸汽才能逸出，所示，已知当场大气1表示）。
p / MPa 1.655 1.0690.7240.5000.3960.3170.2450.1930.1033V / cm114.71163.87245.81327.74409.68573.55655.48704.64491.612 和过程3-1。
试0.5 × 10 Pa 2 × (54.09J/kg ×1kg ×103 - 0.1×10 Pa × 0.1561m )工程热力学第 4 版习题解解：可逆过程对外界作功最大，故按可逆定温膨胀计算：V2V 1w = R g T ln= 0.26kJ/(kg · K) × (273.15 + 27)K × ln = 54.09kJ/kgA × 2lA × l m '2m '2c 2 2W = W 0 +Δc 2 = p 0 (V 2 - V 1 ) +（a ）图 2-1m 1 R g T 1p 11kg × 260J/(kg · K) × 300.15K 6V 1 === 0.1561m 3V 2 = 2V 1 = 0.3122m 3代入式（a ）6 310kgc 2 == 87.7m/s 2-4 气体某一过程中吸收了 50J 的热量，同时，热力学能增加 84J ，问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外作功是多少 J ？解：取气体为系统，据闭口系能量方程式W = Q - ΔU = 50J - 84J = -34J所以过程是压缩过程，外界对气体作功 34J 。
6的总功率是 375kW ，且最终全部变成热能，另外，室内经常点着 50 盏 100W 的电灯，若使该车间温度保持不变，问每小时需另外加入多少热量？解：要使车间保持温度不变，必须使车间内每小时产生的热量等散失的热量，即Q = Q m + Q E + Q B + Q l = 06Q E = 50 × 0.1kJ/s × 3600s = 18000kJ66 62-6 夏日，为避免阳光直射，密闭门窗，用电扇取凉，若假定房间内初温为 28℃，压力为 0.1MPa ，电扇的功率为 0.06kW ，太阳直射传入的热量为 0.1kW ，若室内有三人，每人每10，活塞、。
