中国石油大学工程热力学第五章习题课【精选】

第一章测试1.热力学起源于热功及物理学科。

（）A:错B:对答案:B2.热力学的四个基本定律不包括（）。

A:热力学第零定律B:动量传递定律C:热力学第一定律D:热力学第三定律答案:B3.化工热力学是化学工程学科重要的专业基础课和核心课程。

（）A:错B:对答案:B4.热力学定律具有普遍性，不但能解决生产实际的问题，还能用于宇宙问题的研究。

（）A:对B:错答案:A5.经典热力学原理本身不能独立地解决实际问题，而需要与表达系统特征的模型相结合。

（）A:错B:对答案:B6.计算机的应用，深化和拓宽了化工热力学的研究范畴，促进了化工热力学学科的发展，也更充分地发挥了热力学理论在化学工程中的作用。

（）A:错B:对答案:B7.化工热力学的主要任务是研究物质和能量有效利用的极限，给出可能性、方向和限度的判断，能预测其推动力并给出过程变化的速率。

（）A:错B:对答案:A8.化工热力学中着重研究热力学函数在工程中的应用，不包括（）。

A:Gibbs自由能B:焓C:熵答案:D9.化工热力学在研究实际问题时，通常将实际过程变成“理想模型+校正”的处理问题方法，即共性加个性的方法。

理想模型不包括（）。

A:理想溶液B:活度系数C:理想气体D:可逆过程答案:B10.（）不属于经典热力学。

A:化学热力学B:统计热力学C:工程热力学D:化工热力学答案:B第二章测试1.流体的p、V、T是物质最基本的性质之一，是研究热力学的基础，而且流体的p、V、T是可以直接测量的性质。

（）A:对B:错答案:A2.纯物质p-V图上，临界等温线在临界点处的曲率等于（）。

A:1B:0C:不确定答案:B3.某压力下的纯物质，当温度高于该压力下的饱和温度时，物质的状态为（）。

A:液体B:饱和蒸汽C:超临界流体D:过热蒸汽答案:D4.在p→0或者V→∞时，任何的状态方程都还原为理想气体方程。

（）A:错B:对答案:B5.RK方程能成功地用于气相 p-V-T 关系的计算，但应用于液相效果较差，不能预测饱和蒸汽压和汽液平衡。

习题提示与答案第五章热力学第二定律5-1蒸汽机中所用新蒸汽的温度为227 °C,排出乏汽的温度为100 °C,如按卡诺循环计算，试求其热效率。

提示：新蒸汽与乏汽的温度分别看做卡诺循环的高、低温热源温度。

答案：7ft = 0.254。

5-2海水表而温度为10 °C,而深处的温度为4 °C。

若设计一热机利用海水的表而和深处作为高温热源及低温热源并按卡诺循环工作，试求该热机的热效率。

提示：略。

答案：7t = 0.021 2 o5-3 一卡诺热机的热效率为40%,若它从高温热源吸热4 000 kJ/h,而向25 °C的低温热源放热，试求高温热源的温度及热机的功率。

提示：略。

答案：T ri =497K, P = 0.44 kWo5-4某内燃机每作出1 kW-h的功需消耗汽油514.8 go已知每千克汽油燃烧时町放出41 868 kJ的热量, 试求该内燃机的实际热效率。

提示：热机的吸热量等于燃料的放热量。

答案：— 0.167。

5-5有报告宣称某热机H 160 °C的热源吸热，向5 °C的低温环境放热，而在吸热1000kJ/h时可发出功率0.12 kWo试分析该报告的正确性。

提示：热机热效率不可能大于在相同温度范围内工作的卡诺热机的热效率。

答案：报告不正确，不可能实现。

5-6冇A 、B 两个卡诺热机，A 从温度为700 °C 的热源吸热，向温度为/的热源放热。

B 则从温度为啲热源取得-A 排岀的热量并向温度为100 °C 的热源放热。

试求：当两热机 的循环净功相同或两热机的热效率相同吋温度/的数值。

提示:答案：两热机循环净功相同时f = 400 °C,两热机热效率相同时严= 329.4 °C 。

5-7以氮气作为工质进行一个R 诺循坏，其高温热源的温度为1 000 K 、低温热源的温度为300 K ；在定温压缩过程中，氮气的压力由0.1 MPa 升高到0.4 MPa 。

工程热力学智慧树知到课后章节答案2023年下中国石油大学（华东）中国石油大学（华东）绪论单元测试1.据统计，通过热能形式而被利用的能量，我国占（）以上。

答案:902.热能的利用有（）两种基本形式。

答案:热能的间接利用（动力应用）;热能的直接利用3.工程热力学主要采用（）研究方法。

答案:宏观4.宏观研究方法的典型思路是：从宏观定律出发，经过一系列严密的逻辑推理，得到一些普遍的结论和公式，应用这些结论和公式分析具体的工程问题。

答案:对5.工程热力学是从工程技术角度出发，主要采用宏观的研究方法，针对具体问题采用抽象、概括、理想化和简化的方法，目的突出实际现象的本质和主要矛盾。

答案:对第一章测试1.（）是燃气膨胀做功，属于燃气动力装置中的设备。

答案:内燃机;燃气轮机2.燃煤电厂、核电站常用水蒸汽作为工作物质，其相应的整套装置称为蒸汽动力装置。

答案:对3.所有的热能动力装置都有以下（）几个共性。

答案:做完功后废气或乏汽还要放热;作功物质还要经历被压缩耗功的过程;做功的物质（例如燃气或水蒸气）都要先吸热、再膨胀做功4.与外界没有物质交换，但有热量或功交换的热力系统是( )。

答案:闭口系统5.以下系统中，（）质量不变。

答案:稳定流动的开口系统;闭口系统6.系统内质量保持恒定的热力系统一定是闭口系统。

答案:错7.开口系统内，当流进和流出系统的物料流量相同时，系统内的质量也可以保持恒定。

答案:对8.系统或工质的基本状态参数有（）。

答案:比体积;压力;温度9.如果容器中气体压力保持不变，当地环境压力变大，那么压力表的读数（）。

答案:变小10.在环境压力不变情况下，当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？答案:越小11.状态参数图上有一条连续实线表示的过程，则该过程是（）。

答案:准平衡过程12.关于准平衡（静态）过程，下列说法错误的是（）。

答案:准平衡过程不存在，所以此概念的引入没有意义13.可逆过程是（）。

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 中国建筑工业出版社第二章 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 /3 v 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 /3 2-3．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 压送后储气罐中CO2的质量 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。

工程热力学与传热学第五章水蒸气与湿空气典型问题分析典型问题一.基本概念分析1临界点时，饱和液体的焓等于干饱和蒸汽的焓。

2某液体的温度为T，若其压力大于T对应的饱和压力，则该液体一定处于未饱和液体状态。

3干饱和蒸汽被定熵压缩，将变为（）。

4知道了温度和压力，就可以确定水蒸气的状态。

5水蒸气的定温膨胀过程满足Q=W。

6相对湿度为ϕ=0时，说明空气中完全没有水蒸气。

7相对湿度为ϕ=1时，说明空气中都是水蒸气。

8空气的相对湿度越大，其含湿量越高。

9对未饱和湿空气，露点温度即水蒸气分压力所对应的水的饱和温度。

10pV=nRT公式适用于（1）水蒸气（2）湿空气（3）理想气体。

11湿空气的d一定时，温度越高，其吸湿能力（1）越强（2）越弱（3）相等。

12湿空气压力一定时，其中水蒸气的分压力取决于（1）含湿量（2）相对湿度（3）露点。

13冬季，室内玻璃窗内侧为什么会结霜？14为什么阴天晾衣服不宜干，而晴天易干？15冬季室内供暖，为何要加湿？16霉季时，冷水管的表面常有水滴出现，为什么？二.计算题分析1利用水蒸气表，确定下列各点的状态（1）t=45 ºC, v=0.00100993 m3/kg ;（2）t=200 ºC, x= 0.9 ;（3）p=0.5 MPa, t= 165ºC ;（4）p=0.5 MPa, v=0.545 m3/kg2水蒸气由p1 = 1 MPa , t1 =300ºC可逆绝热膨胀到p2 = 0.1 MPa , 求1kg水蒸气所作的膨胀功和技术功。

3房间的容积为50m3,室内空气温度为30ºC，相对湿度为60%，大气压力为0.1013MPa，求：湿空气的露点温度t d，含湿量d，空气的质量m a，水蒸气质量m v。

一. 基本概念分析解答 1 √；2 √；3 过热蒸汽；4 ╳；5 ╳；6 √；7 ╳；8 ╳；9 √；10 （2）（3）；11 （1）；12（1）；二. 计算题分析解答1. 解：（1）由已知温度，查饱和水与饱和水蒸气表，知：v kg m v ==/00101.03'，确定该状态为饱和水，查饱和水与饱和蒸汽表得： )./(6490.0,/76.191,01.0K kg kJ s kg kJ h MPa p s ===（2）该状态为湿蒸汽，查饱和水与饱和水蒸汽表，得：)./(4312.6),./(3307.2,/47.2792,/34.852''''''K kg kJ s K kg kJ s kg kJ h kg kJ h ====)./(0212.6)./(3307.2)9.01()./(4312.69.0)1(/5.2598/34.852)9.01(/47.27929.0)1(''''''K kg kJ K kg kJ K kg kJ s x xs s kg kJ kg kJ kg kJ h x xh h x x =⨯-+⨯=-+==⨯-+⨯=-+=（3）,867.151,5.0C t MPa p s ︒== 现 ,s t t 所以为过热蒸汽状态，查未饱和水和过热水蒸气表得： )./(8647.6,/2.2767,160,5.0K kg kJ s kg kJ h C t MPa p ==︒==，)./(9160.6,/6.2789,170,5.0K kg kJ s kg kJ h C t MPa p ==︒==，题给出,165C t ︒=故焓和熵可从上面两者之间按线性插值求得：)./(8904.6,/7.2778K kg kJ s kg kJ h ==（4）MPa p 5.0=时，饱和蒸汽的比体积''3'',/37490.0v v kg m v =，所以该状态为过热蒸汽状态，查未饱和水和过热蒸汽表得： )./(5297.7,/9.3104,/54164.0,320,5.03K kg kJ s kg kJ h kg m v C t MPa p ===︒==)./(5643.7,/6.3125,/55115.0,330,5.03K kg kJ s kg kJ h kg m v C t MPa p ===︒==按线性插值求得：)./(5422.7,/4.3112,6.323K kg kJ s kg kJ h C t ==︒=。

第五章 习题解答5-1 ⑴ 12,187331364.14%873t c T T T η--===⑵ 0,10.641410064.14 kW t c W Q η==⨯= ⑶ ()()2,1110.641410035.86 kW t c Q Q η=-=-⨯= 5-2 12,1100040060%1000t c T T T η--=== 0,10.61000600 kJ < 700 kJ t c W Q η==⨯= 该循环发动机不能实现5-3 ()()121 1.011000300707 kJ/kg p q c T T =-=⨯-=133323331221.41.41lnln ln 300 0.287300ln 362.8 kJ/kg1000p pT q RT RT RT p p T κκ--⎛⎫=== ⎪⎝⎭⎛⎫=⨯⨯=- ⎪⎝⎭12707362.8344.2 kJ/kg w q q =+=-=1344.248.68%707w q η=== 5-4 12,1100030070%1000t c T T T η--=== ,10.7707495 kJ/kg t c w q η==⨯= 5-5 ⑴221126310000089765 kJ/h 293T Q Q T ==⨯= ⑵12,122939.77293263c T T T ε===-- 12,1000002.84 kW 9.773600cQ P ε===⨯⑶100000100000 kJ/h 27.78 kW 3600P ===5-6 ⑴12,1229314.65293273c T T T ε===-- 12,2010000.455 kW 9.773600cQ P ε⨯===⨯由()1221212003600T T T PT T -⨯=-220t =℃ 得1313 K 40T ==℃5-7 2,10.351000015000 kJ/h t c Q Q ηε==⨯⨯= 5-8 ()()2111000010.37000 kJ/h t Q Q η=-=⨯-=215000700022000 kJ/h Q Q Q =+=+=总 5-9 可逆绝热压缩终态温度2T1 1.411.422110.3300410.60.1p T T p κκ--⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭K可逆过程0Q U W =∆+=，不可逆过程0Q U W ''=∆+= 且 1.1W W '=，则 1.1U U '∆=∆()()21211.1v v mc T T mc T T '-=-()()21211.1300 1.1410.6300421.7T T T T '=+-=+⨯-=K 2211421.70.3ln ln 0.1 1.01ln 0.287ln 3000.1p T p S m c R T p '⎛⎫⎛⎫∆=-=⨯- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=0.00286 kJ/kg.K5-10 理论制冷系数：21,122587.37293258c T T T ε===-- 制冷机理论功率：21,1257004.74 kW 7.373600cQ P ε===⨯散热量：12125700 4.743600142756 kJ/h Q Q P =+=+⨯=冷却水量：21H O 1427564867.2 kg/h 4.197Q mc t ===∆⨯5-11 ⑴ 1111003070 kJ W Q U =-∆=-=热源在完成不可逆循环后熵增0.026kJ/kg.K 则第二个过程热源吸热：120.0261006000.026115.6 kJ Q Q T T ⎛⎫=+=+⨯= ⎪⎝⎭工质向热源放热：()22115.63085.6 kJ W Q U =-∆=---=- 5-12 可逆定温压缩过程熵变：211ln0.287ln 0.66 kJ/kg K 0.1p s R p ∆=-=-⨯=-⋅ 可逆过程耗功：1120.1ln0.287400ln 264 kJ/kg 1p w RT p ==⨯⨯=- 实际耗功：()1.25 1.25264330 kJ/kg w w '==⨯-=- 因不可逆性引起的耗散损失：()33026466 kJ/kg q w w ''=-=---=- 总熵变：0660.660.44 kJ/kg K 300q s s T ''∆=∆+=-+=-⋅ 5-13 ()121v q c T T =-，()231p q c T T =-()()31313121121212111111111p v c T T T T v v q wq q c T T T T p p ηκκ---==-=-=-=---- 5-14 1112lnp q RT p =，()421223ln v pq c T T RT p =-+ ()412412223321111122lnln 1111lnlnv p T T pc T T RT T p p q p p q RT T p p κη--++-=-=-=-5-15 ⑴11940 K T '=，2660 K T '=216601166%1940T T η'=-=-=' ⑵01100066%660 kJ W Q η==⨯=20,max11600110001700 kJ 2000T W Q T ⎛⎫⎛⎫=-=⨯-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭0,max 0700660 kJ 40 kJ W W W δ=-=-=5-16 11114000.10.445 kg 0.287313p V m RT ⨯===⨯ 22222000.10.238 kg 0.287293p V m RT ⨯===⨯ ()()11220v v U m c T T m c T T ∆=-+-=1122120.4453130.238293306 K 0.4450.238m T m T T m m +⨯+⨯===++()()12120.4450.2380.2873060.3 MPa 0.10.1m m RT p V V ++⨯⨯===++ 1122121122 ln ln ln ln 3060.3 0.4451.01ln 0.287ln 3130.43060.3 0.2381.01ln 0.287ln 0.0093 kJ/K2930.2p p S m s m s T p T p m c R m c R T p T p ∆=∆+∆⎛⎫⎛⎫=-+- ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎛⎫=⋅-⋅ ⎪⎝⎭⎛⎫+-⋅= ⎪⎝⎭5-17 ⑴2211400 2.51000 K pT T p ==⨯=()()1210.7231000400433.8 kJ/kg v q c T T =-=⨯-=12331ln 0.287400ln 264.3 kJ/kg 10v q RT v ==⨯=-⑵12433.8264.3169.5 kJ/kg w q q =-=-=21264.31139.0%433.8q q η=-=-=5-18 ⑴()12201s R T T W m w m κκκ'-===- ()()21201201.41298258.2 K 0.5 1.40.287T T m R κκ'--=-=-=⨯⨯⑵1 1.412 1.42112980.4229.4 K p T T p κκ--⎛⎫==⨯= ⎪⎝⎭()()120.287298229.40.5 1.41 1.4134.5 kWs R T T W m w m κκκ-⨯-===⨯⨯--= 5-19 1 1.311.322111303515.5 K 0.1n np T T p --⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()()21 1.3 1.40.287515.53031 1.31 1.4150.8 kJ/kgv n q c T T n κ--=-=⨯⨯----=- 环境熵变：1050.80.175 kJ/kg K 290q s T ∆===⋅空气熵变：22211ln ln p T ps c R T p ∆=-515.511.005ln 0.287ln 0.127 kJ/kg K 3030.1=⨯-=-⋅孤立系统熵变：120.1750.1270.048 kJ/kg K iso s s s ∆=∆+∆=-=⋅ 5-20 1 1.411.422110.2800505.1 K 1p T T p κκ--⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭()()120.2968800505.1218.8 kJ/kg 1 1.41R T T w κ-⨯-===--()()()12120210212112021 505.1800 218.81000.2968167.6 kJ/kg2001000u u v ex ex u u p v v T s s RT RT c T T p p p -=---+-⎛⎫=--- ⎪⎝⎭⎛⎫=-⨯⨯-= ⎪⎝⎭排开环境所作的功为作功能力损失（51.2kJ/kg ）5-21 1 1.211.222110.2800611.8 K 1n np T T p --⎛⎫⎛⎫==⨯= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭()()120.2968800611.8279.3 kJ/kg 1 1.21R T T w n -⨯-===--31110.29688000.237 m /kg 1000RT v p ⨯=== 32220.2968611.80.908 m /kg 200RT v p ⨯=== 22221111ln ln ln ln 11.40.2968611.80.2ln 0.2968ln 0.20 kJ/kg K1.418000.1p T p T p R s c R R T p T p κκ∆=-=--⨯=-=⋅-()()()()()()1212021021120210 10.2968 800611.81000.9080.2373000.21.41 132.5 kJ/kg u u ex ex u u p v v T s s RT T p v v T s κ-=---+-=---+∆-=⨯--⨯-+⨯-= 5-22 1112001013.94 kg 0.287500pV m RT ⨯===⨯ ()()2113.94 1.0056005001400.7 kJ p Q mc T T =-=⨯⨯-=21600ln1.005ln 0.1832 kJ/kg K 500p T s c T ∆==⨯=⋅ 01400.730013.940.1832634.6 kJ q Ex Q T m s =-⋅∆=-⨯⨯= 030013.940.1832766.1 kJ q An T m s =⋅∆=⨯⨯=5-23 ()()12 1.40.287500320180.74 kJ/kg 1 1.41s R T T w κκ-⨯⨯-===--22113200.1lnln 1.005ln 0.287ln 5000.5 0.0134 kJ/kg Kp T p s c R T p ∆=-=⨯-⨯=⋅()()()1212021120 1.0055003203000.0134184.92 kJ/kgh h p ex ex h h T s s c T T T s -=-+-=-+∆=⨯-+⨯=12180.7497.7%184.92s ex h h w ex ex η===-5-24 ⑴21300201167.3%100020T T η'+=-=-='- ⑵013001170%1000t T T η=-=-= ()()110000.70.67327 kJ t L Q ηη=-=⨯-= ⑶()()211100010.673327 kJ Q Q η=-=⨯-=12110211111111 10003270.09 kJ/K9801000300320S Q Q T T T T ⎛⎫⎛⎫∆=-+- ⎪⎪''⎝⎭⎝⎭⎛⎫⎛⎫=-+-= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭0iso 3000.0927 kJ L T S =∆=⨯= 符合！。