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工程热力学(第五版_)课后习题答案

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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）MPap1.0，500t℃时的摩尔容积Mv。

解：（1）2N的气体常数

2883140MRR＝296.9)/(KkgJ

（2）标准状态下2N的比容和密度

1013252739.296pRTv＝0.8kgm/3

v1＝1.253/mkg

（3）MPap1.0，500t℃时的摩尔容积Mv

Mv ＝pTR0＝64.27kmolm/3

2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力301gpkPa，终了表压力3.02gpMpa，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

1111RTvpm

压送后储气罐中CO2的质量

2222RTvpm

根据题意

容积体积不变；R＝188.9

Bppg11 （1）

Bppg22 （2）

27311tT （3）

27322tT （4）

压入的CO2的质量

)1122(21TpTpRvmmm （5） 工程热力学（第五版 ）课后习题答案 将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得

m=12.02kg

2-5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TpTpRvmmm＝41.97kg

2-6 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。设开始时罐内的温度和压力与外界相同，问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到0.7MPa？设充气过程中气罐内温度不变。

解：热力系：储气罐。

使用理想气体状态方程。

第一种解法：

首先求终态时需要充入的空气质量

2882875.810722225RTvpmkg

压缩机每分钟充入空气量

28828731015RTpvmkg

所需时间

mmt219.83min

第二种解法

将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为0.1MPa一定量的空气压缩为0.7MPa的空气；或者说0.7MPa、8.5 m3的空气在0.1MPa下占体积为多少的问题。

根据等温状态方程

constpv

0.7MPa、8.5 m3的空气在0.1MPa下占体积为

5.591.05.87.01221PVpV m3

压缩机每分钟可以压缩0.1MPa的空气3 m3，则要压缩59.5 m3的空气需要的时间

35.5919.83min

2－8 在一直径为400mm的活塞上置有质量为3000kg的物体，气缸中空气的温度为18℃，质量为2.12kg。加热后其容积增大为原来的两倍。大气压力B＝101kPa，问：（1）气缸中空气的终温是多少？（2）终态的比容是多少？（3）初态和终态的密度各是多少？

解：热力系：气缸和活塞构成的区间。

使用理想气体状态方程。 （1）空气终态温度

1122TVVT582K

（2）空气的初容积

p=3000×9.8/(πr2)+101000=335.7kPa

pmRTV110.527 m3

空气的终态比容

mVmVv1222＝0.5 m3/kg

或者

pRTv220.5 m3/kg

（3）初态密度

527.012.211Vm＝4 kg /m3

212v2 kg /m3

2-9

解：（1）氮气质量

3008.29605.0107.136RTpvm＝7.69kg

（2）熔化温度

8.29669.705.0105.166mRpvT＝361K

2－14 如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为其质量成分为%2.232go，%8.762Ng。试求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比容和密度。

解：折合分子量

28768.032232.011iiMgM＝28.86

气体常数

86.2883140MRR＝288)/(KkgJ

容积成分 2/22MoMgroo＝20.9％

2Nr 1－20.9％＝79.1％

标准状态下的比容和密度

4.2286.284.22M＝1.288 kg /m3

1v＝0.776 m3/kg

2-15 已知天然气的容积成分%974CHr，%6.062HCr，%18.083HCr，%18.0104HCr，%2.02COr，%83.12Nr。试求：

（1） 天然气在标准状态下的密度；

（2） 各组成气体在标准状态下的分压力。

解：（1）密度

100/)2883.1442.05818.04418.0306.01697(iiMrM

＝16.48

30/736.04.2248.164.22mkgM

（2）各组成气体在标准状态下分压力

因为：prpii

325.101*%974CHp98.285kPa

同理其他成分分压力分别为：（略）

3－1 安静状态下的人对环境的散热量大约为400KJ/h，假设能容纳2000人的大礼堂的通风系统坏了：（1）在通风系统出现故障后的最初20min内礼堂中的空气内能增加多少？（2）把礼堂空气和所有的人考虑为一个系统，假设对外界没有传热，系统内能变化多少？如何解释空气温度的升高。

解：（1）热力系：礼堂中的空气。

闭口系统

根据闭口系统能量方程

WUQ

因为没有作功故W=0；热量来源于人体散热；内能的增加等于人体散热。

60/204002000Q＝2.67×105kJ

（1）热力系：礼堂中的空气和人。 闭口系统

根据闭口系统能量方程

WUQ

因为没有作功故W=0；对整个礼堂的空气和人来说没有外来热量，

所以内能的增加为0。

空气温度的升高是人体的散热量由空气吸收，导致的空气内能增加。

3－5，有一闭口系统，从状态1经a变化到状态2，如图，又从状态2经b回到状态1；再从状态1经过c变化到状态2。在这个过程中，热量和功的某些值已知，如表，试确定未知量。

过程 热量Q（kJ） 膨胀功W（kJ）

1-a-2 10 x1

2-b-1 -7 -4

1-c-2 x2 2

解：闭口系统。

使用闭口系统能量方程

(1)对1-a-2和2-b-1组成一个闭口循环，有

WQ

即10＋（－7）＝x1+（－4）

x1=7 kJ

(2)对1-c-2和2-b-1也组成一个闭口循环

x2＋（－7）＝2+（－4）

x2=5 kJ

(3)对过程2-b-1，根据WUQ

)4(7WQU－3 kJ

3-6 一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环，试填充表中所缺数据。

过程 Q（kJ） W（kJ） ΔE（kJ） 1～2 1100 0 1100

2～3 0 100 -100

3～4 -950 0

-950

4～5 0 50 -50

解：同上题

3-7 解：热力系：1.5kg质量气体

闭口系统，状态方程：bavp

)]85115.1()85225.1[(5.1vpvpU＝90kJ

由状态方程得

1000＝a*0.2+b

200=a*1.2+b

解上两式得：

a=-800

b=1160

则功量为

2.12.0221]1160)800(21[5.15.1vvpdvW＝900kJ

过程中传热量

WUQ＝990 kJ

3－8 容积由隔板分成两部分，左边盛有压力为600kPa，温度为27℃的空气，右边为真空，容积为左边5倍。将隔板抽出后，空气迅速膨胀充满整个容器。试求容器内最终压力和温度。设膨胀是在绝热下进行的。

解：热力系：左边的空气

系统：整个容器为闭口系统

过程特征：绝热，自由膨胀

根据闭口系统能量方程

WUQ

绝热0Q

自由膨胀W＝0

因此ΔU=0

对空气可以看作理想气体，其内能是温度的单值函数，得

KTTTTmcv300120)12(

根据理想气体状态方程

161211222pVVpVRTp＝100kPa

3-9 一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，为500 kPa，25℃。充气开始时，罐内空气参数为100 kPa，25℃。求充气终了时罐内空气的温度。设充气过程是在绝热条件下进行的。

解：开口系统

特征：绝热充气过程

工质：空气（理想气体）

根据开口系统能量方程，忽略动能和未能，同时没有轴功，没有热量传递。

dEhmhm00220

没有流出工质m2=0

dE=dU=(mu)cv2-(mu)cv1

终态工质为流入的工质和原有工质和m0= mcv2-mcv1

mcv2 ucv2- mcv1ucv1=m0h0 (1)

h0=cpT0

ucv2=cvT2

ucv1=cvT1

mcv1=11RTVp

mcv2 =22RTVp

代入上式(1)整理得

21)10(1212ppTkTTTkTT=398.3K

3－10 供暖用风机连同加热器，把温度为01t℃的冷空气加热到温度为2502t℃，然后送入建筑物的风道内，送风量为0.56kg/s，风机轴上的输入功率为1kW，设整个装置与外界绝热。试计算：（1）风机出口处空气温度；（2）空气在加热器中的吸热量；（3）若加热器中有阻力，空气通过它时产生不可逆的摩擦扰动并带来压力降，以上计算结果是否正确？

解：开口稳态稳流系统

（1）风机入口为0℃则出口为310006.156.01000CpmQTQTCpm1.78℃

78.112ttt℃

空气在加热器中的吸热量

)78.1250(006.156.0TCpmQ＝138.84kW

(3)若加热有阻力，结果1仍正确；但在加热器中的吸热量减少。加热器中)111(22212vPuvPuhhQ，p2减小故吸热减小。

3－11 一只0.06m3的罐，与温度为27℃、压力为7MPa的压缩空气干管相连接，当阀门打开，空气流进罐内，压力达到5MPa时，把阀门关闭。这一过程进行很迅速，可认为绝热。储罐的阀门关闭后放置较长时间，最后罐内温度回复到室温。问储罐内最后压力是多少？

解：热力系：充入罐内的气体

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工程热力学-课后思考题答案

工程热力学-课后思考题答案

工程热力学 高等教育出版社 沈维道主编 思考题答案 m整理

- 1 - 第一章基本概念与定义

1．答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定

2．答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。

3．答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。

4．答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。

5．答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。

6．答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。

7．答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。

8．答：（1）第一种情况如图1-1（a）,不作功（2）第二种情况如图1-1（b）,作功（3）第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。

9．答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。系统和外界整个系统不能恢复原来状态。

10．答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。

11．答：不一定。主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。

工程热力学复习资料

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第一章 基 本 概 念

1.基本概念

热力系统：用界面将所要研究的对象与周围环境分隔开来，这种人为分隔的研究对象，称为热力系统，简称系统。

边界：分隔系统与外界的分界面，称为边界。

外界：边界以外与系统相互作用的物体，称为外界或环境。

闭口系统：没有物质穿过边界的系统称为闭口系统，也称控制质量。

开口系统：有物质流穿过边界的系统称为开口系统，又称控制体积，简称控制体，其界面称为控制界面。

绝热系统：系统与外界之间没有热量传递，称为绝热系统。

孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换，称为孤立系统。

单相系：系统中工质的物理、化学性质都均匀一致的系统称为单相系。

复相系：由两个相以上组成的系统称为复相系，如固、液、气组成的三相系统。

单元系：由一种化学成分组成的系统称为单元系。

多元系：由两种以上不同化学成分组成的系统称为多元系。

均匀系：成分和相在整个系统空间呈均匀分布的为均匀系。

非均匀系：成分和相在整个系统空间呈非均匀分布，称非均匀系。

热力状态：系统中某瞬间表现的工质热力性质的总状况，称为工质的热力状态，简称为状态。

平衡状态：系统在不受外界影响的条件下，如果宏观热力性质不随时间而变化，系统内外同时建立了热的和力的平衡，这时系统的状态称为热力平衡状态，简称为平衡状态。

状态参数：描述工质状态特性的各种物理量称为工质的状态参数。如温度（T）、压力（P）、比容（υ）或密度（ρ）、内能（u）、焓（h）、熵（s）、自由能（f）、自由焓（g）等。

基本状态参数：在工质的状态参数中，其中温度、压力、比容或密度可以直接或间接地用仪表测量出来，称为基本状态参数。

温度：是描述系统热力平衡状况时冷热程度的物理量，其物理实质是物质内部大量微观分子热运动的强弱程度的宏观反映。

热力学第零定律：如两个物体分别和第三个物体处于热平衡，则它们彼此之间也必然处于热平衡。

压力：垂直作用于器壁单位面积上的力，称为压力，也称压强。

工程热力学沈维道第五版思考题答案

工程热力学沈维道第五版思考题答案

工程热力学沈维道第五版思考题答案

1.在无摩擦的内平衡过程中，单位质量的物质温度升高1℃所吸收的热量。 [单选题] *

A 热容

B比定容热容

C比定压热容

D比热容(正确答案)

2.在定容的情况下，单位质量的物质温度升高1℃所吸收的热量。 [单选题] *

A 热容

B比定容热容(正确答案)

C比定压热容

D比热容

3.在定压的情况下，单位质量的物质温度升高1℃所吸收的热量。 [单选题] *

A 热容

B比定容热容

C比定压热容(正确答案)

D比热容

4.由液态变为气态的过程为 [单选题] *

A 升华 B 结晶

C 凝结

D 汽化(正确答案)

5.气相转变为液相的过程 [单选题] *

A 汽化

B 结晶

C 凝结(正确答案)

D 升华

6. 液相和气相处于动态平衡的状态 [单选题] *

A 稳定状态

B 准平衡状态

C 饱和状态(正确答案)

D 未饱和状态

7.水温低于饱和温度时的水 [单选题] *

A 未饱和水(过冷水)(正确答案)

B 饱和水

C 饱和蒸汽

D 过热蒸汽

8.水温达到当前压力所对应的饱和温度时的水 [单选题] *

A 未饱和水(过冷水)

B 饱和水(正确答案) C 饱和蒸汽

D 过热蒸汽

9.饱和水和饱和蒸汽的混合物 [单选题] *

A 饱和湿空气

B 湿蒸汽(正确答案)

C 干饱和蒸汽

D 未饱和湿空气

10. 水蒸气的温度高于当前压力所对应的饱和温度时叫做 [单选题] *

A 未饱和水(过冷水)

B 饱和水

C 饱和蒸汽

D 过热蒸汽(正确答案)

11. 饱和蒸汽与湿蒸汽质量之比 [单选题] *

A 湿度

B 干度(正确答案)

C 相对湿度

D 绝对湿度

12.

干空气和水蒸气的混合物 [单选题] *

A 过热水蒸气

B 湿蒸汽

C 干饱和蒸汽 D 湿空气(正确答案)

13. 干空气和饱和水蒸气的混合物 [单选题] *

A 饱和水

B 湿饱和蒸汽

C 干饱和蒸汽

D 饱和湿空气(正确答案)

工程热力学习题集答案

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一、填空题

1．常规 新

2．能量 物质

3．强度量

4．54KPa

5．准平衡 耗散

6．干饱和蒸汽 过热蒸汽

7．高 多

8．等于零

9．与外界热交换

10．72gR

11．一次 二次

12．热量

13．两

14．173KPa

15．系统和外界

16．定温 绝热可逆

17．小 大

18．小于零

19．不可逆因素

20．72gR

21、（压力）、（温度 ）、（体积）。

22、（单值）。

23、（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零）。

24、（熵产）。

25、（两个可逆定温和两个可逆绝热）

26、（方向）、（限度）、（条件）。

31.孤立系；

32.开尔文(K)；

33.－ws=h2－h1 或 －wt=h2－h1

34.小于

35. 221t0ttCC

36.

n1iiiiiM/M/

37.热量

38.65.29% 39.环境

40.增压比

41.孤立

42热力学能、宏观动能、重力位能

43.650

44.cv(T2－T1)

ln12TT

46.22.12

47.当地音速

48.环境温度

49.多级压缩、中间冷却

50.0与1

51.（物质）

52.（绝对压力）。

53.（q=(h2-h1)+(C22-C12)/2+g(Z2-Z1)+wS）。

54.（温度）

55. (0.657)kJ/kgK。

56. (定熵线)