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工程热力学习题集答案

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工程热力学习题集答案 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. 

n1iii

ii

M/

M/

37.热量 39.环境 40.增压比 41.孤立 42热力学能、宏观动能、重力位能

(T2－T1)

12T

T

47.当地音速 48.环境温度 49.多级压缩、中间冷却 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. kJ/kgK。 56. (定熵线) 57.（逆向循环）。 58.（两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程） 59.（预热阶段、汽化阶段、过热阶段）。 60.（增大） 二、单项选择题

三、判断题 1．√ 2．√ 3． 4．√ 5． 6． 7． 8． 9． 10．

11． 12． 13． 14．√ 15． 16． 17． 18．√ 19．√ 20．√ 21.（×） 22.（√） 23.（×） 24.（×） 25.（√） 26.（×） 27.（√） 28.（√） 29.（×） 30.（√） 四、简答题 1.它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进行，由无限接近平衡状态的状态组成的过程。

它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损耗现象的存在，可逆过程不会产生任何能量的损耗。

一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过程就是可逆过程。 气体:pv=RrT mkg气体:pV=mRrT 1kmol气体：pVm=RT nkmol气体：pV=nRT Rr是气体常数与物性有关，R是摩尔气体常数与物性无关。 3.干饱和蒸汽：x=1,p=ps t=ts

v=v″,h=h″ s=s″ 湿饱和蒸汽：0s

v′ 4.流速为当地音速(Ma=1)时的状态称为流体的临界状态。 流体临界状态的压力(临界压力)与其滞止压力的比值，称为临界压力比。 理想气体的临界压力比只与气体的物性有关(或比热比k有关) 5.汽耗率是每作1kw·h功(每发1度电)的新蒸汽耗量(汽耗量)。 热耗率是每作1kw·h功(每发1度电)的耗热量。 热耗率与热效率是直接关联的，热耗率越高，热效率就越低； 而汽耗率与热效率就没有这种对应关系，汽耗率低不一定热效率高，汽耗率高也不一定热效率低。

6.平衡态是指热力系的宏观性质不随时间变化的状态。稳定态是指热力系的状态不随时间而变化的状态。平衡必然稳定，稳定未必平衡。

7.前者：闭口系、任意工质、任意过程 后者：闭口系、理想气体、可逆过程 8.轮胎内气体压力为P=VMR,TVMRrr为常数，当T升高时P随之升高，容易引起爆破。 9.可以选择相同初、终状态间可逆过程熵的变化来计算。 10.在工程实际中，常引用“速度系数”φ、“喷管效率”η和“能量损失系数”ξ来表示因摩擦对喷管流动的影响。三者之间的关系为：ξ=1－φ2=1－η

11.略 12. 热力学第一定律的实质是什么并写出热力学第一定律的两个基本表达式。答：热力学第一定律的实质是能量转换与守恒原理。热力学第一定律的两个基本表达式为：q=Δu+w；q=Δh+wt

13. 热力学第二定律的实质是什么并写出熵增原理的数学表达式。答：热力学第二定律的实质是能量贬值原理。熵增原理的数学表达式为：dSiso≥0 。

14. 什么是可逆过程实施可逆过程的条件是什么 答：可逆过程为系统与外界能够同时恢复到原态的热力过程。实施可逆过程的条件是推动过程进行的势差为无穷小，而且无功的耗散。

五、名词解释 1.热力系储存能包括：热力学能、宏观动能和重力位能。 2.对于c－t图上曲边梯形面积，由微积分中值定理知，必然存在－ξ值使得曲边梯形面积与一矩形面积相等，这个ξ值在c－t图上就是平均质量热容的概念。 3.不可逆过程中，不可逆因素引起的熵的变化称为熵产。 4.所谓稳定流动，是指流体流经管道中任意点的热力状态参数及流速等均不随时间而变化的流动过程。

5.湿空气的焓值等于干空气的焓值与水蒸气的焓值之和。 六、分析题 1、解：（方法一）

过b、c分别作等温线，因为cbTT，故cbuu

（方法二）考虑过程b-c cbuu，acabuu 2、 解： 因为：wuq

1-3：131nk，且313STT1及0,<0uq 所以<0w 边压缩边放热

1-2：122121T<0,<0uq

所以有>0w 边膨胀边放热 1-4： 1441410nTTSS且及 >0,>0uq 14>01gRwTTn 边膨胀边吸热 1-5：151nk5151且TS

<0,>0,>0uqw 边膨胀边吸热边降温 3、请问一下几种说法正确吗为什么 （1）熵增大的过程必为不可逆过程； 答：不正确。熵增大的过程不一定为不可逆过程，因为熵增大包括熵流和熵产两部分，如果熵流大于0，而熵产为0的可逆过程，上仍然是增大的。

（2）熵产0gS的过程必为不可逆过程。 答：正确。熵产是由于热力过程中的不可逆因素导致的，因此当熵产0gS，则此过程必定为不可逆过程。

4、某循环在700K的热源及400K的冷源之间工作，如图3所示。 （1）用克劳修斯积分不等式判别循环是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆 （2）用卡诺定理判别循环是热机循环还是制冷循环，可逆还是不可逆 解： 方法1： 设为热机循环 图3 1212δ14000kJ4000kJ10kJ/K0700K400Krrr

QQQ

TTT 不可能

设为制冷循环： 符合克氏不等式，所以是不可逆制冷循环 方法2： 设为热机循环 设为制冷循环 c可能但不可逆，所以是不可逆制冷循环

七、计算题 1．解： （1）1900098.669098.66pkPa 298.6695.063.6pkPa

（2）取汽轮机汽缸内壁和蒸汽进、出口为系统，则系统为稳定流动系统，能量方程为 进、出口的动能差和位能差忽略不计，则 shwqh0.1575(22403440)1200

(kJ/kg)

（3）汽轮机功率 34401012001.33103600mshPqw(kW) （4）222311(14060)108/22shwckJkg

2．解： ()ccccmQmctt ()wwwmwQmctt

代入数据解得：32.48mt℃ 3、 解： （1）画出各过程的p-v图及T-s图 （2）先求各状态参数 等温过程 ：热量=膨胀功=技术功 所以，放热 4．解：根据能量方程有 2121862628WQQW(kJ)

5．解： （1）202731172.7%800273LcHTT

（2）000.727100012.12()606060cHWQPkW

（3）(1)1000(10.727)273LHcQQkJ 6．解 31321610.28710(35273)0.442/0.210gRT

vvmkgp 7、解： 缸内气体为热力系-闭口系。突然取走90kg负载，气体失去平衡，振荡后最终建立新的平衡。虽不计摩擦，但由于非准静态，故过程不可逆。但可以应用第一定律解析式。由于缸壁充分导热，所以缸内的气体在热力变化过程中的温度是不变的。

首先计算状态1和状态2的基本参数， (1) 求活塞上升的高度： 过程中质量不变，且等于 112212

12gg

PVPVmmRTRT

（2）气体在过程中作的功 根据热力学第一定律，QUW， 以及122211UUUmumu

由于21/,KJKgkmmuT且T1=T2，0u

由于不计摩擦气体所做的功，W分为两部分： 1W位克服大气所做的功；2W位活塞位能的增加量

则22(20590)9.814.11046.25pWEmghJ

或者，642220.215610Pa10010m4.110m88.4WpAHJ

8.解：

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工程热力学(第三版)习题答案全解可打印第九章

工程热力学(第三版)习题答案全解可打印第九章


π
pV 400 ∴ q m = 400 × 1 es = × R g T1 60
可逆定温功压缩功率为：
Wc ,T = − p1V1 ln =−
p2 p1
400 8 π × 0.1 × 10 6 × 0.786 × × 0.3 2 × 0.2 × ln = 15.4 × 10 3 J = 15.4kW s 60 4 1
n = 3× p1 v1 (π n −1 t1 = 20°C
n −1 n
p4 12.5 =3 =5 p1 0 .1
（1） wc = 3wc , L
Q p1 = 0.1MPa
− 1) ∴v =
1 1.3−1 1.3
R g T1 p1
=
287 × 293.15 0.1× 10
6
= 0.8413 m
3
kg kg
− 1] =
1.4 × 0.1× 10 6 × 140 × [6 1.4 − 1
1.4 −1 1.4
− 1] = 327.9 × 10 5 J
h
327.9 ×10 5 = 9108.3W = 9.11KW 3600 p n p1V1 [( 2 ) n −1 p1
n −1 n
（3）多变压缩
Wt , n = Nn = − 1] = 1 .2 × 0.1×10 6 × 140 × [6 1 .2 − 1
V h = 0.009m 3
π =7
1 n
σ = 0.06
1 n
n = 1.3
1
（1） η v = 1 −
Vc (π Vh
− 1) = 1 − σ (π
− 1) = 1 − 0.06 × (7 1.3 − 1) = 0.792
工程热力学第4版答案

工程热力学第4版答案

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（101325Pa ）下纯水的冰点是32F °，汽点是212F °，试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。

解：C F {}0{}32212321000t t °°−−=−−F C C 1809{}{}32{}321005t t t °°°=+=+1-2 英制系统中朗肯温度与华氏温度的关系为R F {}{}459.67T t °°=+。

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(R)T °在热力学绝对温标上读数为T （K ）， 则671.67491.67(R)491.67373.15273.15(K)273.15T T −°−=−−解得 R K {} 1.8{}T T °=（2）据上述关系K {}0T =时，R {}0T °=1-3 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 °？解：（1）N C {}100{}010001001000t t °°−−=−−N C {}9{}100t t °°=+（2） Q N C K {}{}9{}1009[{}273.15]100T t C t C T C °°°=+=++=−++ 据题意，当K {}0T =时，Q {}0T °=，解得上式中2358.35C =，代回原式得Q N {}{}2358.35T t °°=+N {}0T °=时，2358.385Q T =°。

工程热力学思考题答案

工程热力学思考题答案

第九章气体动力循环1、从热力学理论看为什么混合加热理想循环的热效率随压缩比ε和定容增压比λ的增大而提高,随定压预胀比ρ的增大而降低答：因为随着压缩比ε和定容增压比λ的增大循环平均吸热温度提高,而循环平均放热温度不变,故混合加热循环的热效率随压缩比ε和定容增压比λ的增大而提高.混合加热循环的热效率随定压预胀比ρ的增大而减低,这时因为定容线比定压线陡,故加大定压加热份额造成循环平均吸热温度增大不如循环平均放热温度增大快,故热效率反而降低.2、从内燃机循环的分析、比较发现各种理想循环在加热前都有绝热压缩过程,这是否是必然的答：不是必然的,例如斯特林循环就没有绝热压缩过程.对于一般的内燃机来说,工质在气缸内压缩,由于内燃机的转速非常高,压缩过程在极短时间内完成,缸内又没有很好的冷却设备,所以一般都认为缸内进行的是绝热压缩.3、卡诺定理指出两个热源之间工作的热机以卡诺机的热效率最高,为什么斯特林循环的热效率可以和卡诺循环的热效率一样答：卡诺定理的内容是：在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环,其热效率都相同,与可逆循环的种类无关,与采用哪一种工质无关.定理二：在温度同为T1的热源和同为T2的冷源间工作的一切不可逆循环,其热效率必小于可逆循环.由这两条定理知,在两个恒温热源间,卡诺循环比一切不可逆循环的效率都高,但是斯特林循环也可以做到可逆循环,因此斯特林循环的热效率可以和卡诺循环一样高.4、根据卡诺定理和卡诺循环,热源温度越高,循环热效率越大,燃气轮机装置工作为什么要用二次冷却空气与高温燃气混合,使混合气体降低温度,再进入燃气轮机答：这是因为高温燃气的温度过高,燃气轮机的叶片无法承受这么高的温度,所以为了保护燃气轮机要将燃气降低温度后再引入装置工作.同时加入大量二次空气,大大增加了燃气的流量,这可以增加燃气轮机的做功量.5、卡诺定理指出热源温度越高循环热效率越高.定压加热理想循环的循环增温比τ高,循环的最高温度就越高,但为什么定压加热理想循环的热效率与循环增温比τ无关而取决于增压比π答：提高循环增温比,可以有效的提高循环的平均吸热温度,但同时也提高了循环的平均放热温度,吸热和放热均为定压过程,这两方面的作用相互抵消,因此热效率与循环增温比无关.但是提高增压比,p不变,即平均放1提高,即循环平均吸热温度提高,因此循环的热效率提高.热温度不变,p26、以活塞式内燃机和定压加热燃气轮机装置为例,总结分析动力循环的一般方法.答：分析动力循环的一般方法：首先,应用“空气标准假设”把实际问题抽象概括成内可逆理论循环,分析该理论循环,找出影响循环热效率的主要因素以及提高该循环效率的可能措施,以指导实际循环的改善；然后,分析实际循环与理论循环的偏离程度,找出实际损失的部位、大小、原因及提出改进办法.7、内燃机定容加热理想循环和燃气轮机装置定压加热理想循环的热效率分别为111--=κεηt 和κκπη111--=t .若两者初态相同,压缩比相同,他们的热效率是否相同为什么若卡诺循环的压缩比与他们相同,则热效率如何为什么答：若两者初态相同,压缩比相同,它们的热效率相等.因为21v v =ε,12p p =π. 对于定压加热理想循环来说κ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2112v v p p ,将其带入定压加热理想循环热效率的公式可知,二者的效率相等.对于卡诺循环来说,112121--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=κκεv v T T ,又因为卡诺循环的热效率为1211211111--=-=-=κεηT T T T ,所以卡诺循环和它们的效率相等.8、活塞式内燃机循环理论上能否利用回热来提高热效率实际中是否采用为什么答：理论上可以利用回热来提高活塞式内燃机的热效率,原因是减少了吸热量,而循环净功没变.在实际中也得到适当的应用.如果采用极限回热,可以提高热效率但所需的回热器换热面积趋于无穷大,无法实现9、燃气轮机装置循环中,压缩过程若采用定温压缩可减少压缩所消耗的功,因而增加了循环净功如图8-1,但在没有回热的情况下循环热效率为什么反而降低,试分析之.答：采用定温压缩后,显然循环的平均吸热温度T 1降低,而循环的平均放热温度T 2却没有变化,121T T -=η,因此整个循环的热效率反而降低. 10、燃气轮机装置循环中,膨胀过程在理想极限情况下采用定温膨胀,可增大膨胀过程作出的功,因而增加了循环净功如图8-2,但在没有回热的情况下循环热效率反而降低,为什么图 8-2答：在膨胀过程中采用定温膨胀,虽然增加了循环净功,但是却提高了循环的平均放热温度T 2,而整个循环的平均吸热温度T 1没有变化,热效率121T T -=η因此循环的热效率反而降低. 11、燃气轮机装置循环中,压气机耗功占燃气轮机输出功的很大部分约60%,为什么广泛应用于飞机、舰船等场合答：因为燃气轮机是一种旋转式热力发动机,没有往复运动部件以及由此引起的不平衡惯性力,故可以设计成很高的转速,并且工作是连续的,因此,它可以在重量和尺寸都很小的情况下发出很大的功率.而这正是飞机、舰船对发动机的要求.12、加力燃烧涡轮喷气式发动机是在喷气式发动机尾喷管入口前装有加力燃烧用的喷油嘴的喷气发动机,需要突然提高飞行速度是此喷油嘴喷出燃油,进行加力燃烧,增大推力.其理论循环1-2-3-6-7-8-1如图8-3的热效率比定压燃烧喷气式发动机循环1-2-3-4-1的热效率提高还是降低为什么答：理论循环1-2-3-6-7-8-1的热效率小于定压燃烧喷气式发动机循环1-2-3-4-1的热效率.因为由图中可以看出循环6-7-8-4-6的压缩比小于循环1-2-3-4-1,因此循环6-7-8-4-6的热效率小于循环1-2-3-4-1,因此理论循环1-2-3-6-7-8-1虽然增大了循环的做功量,但是效率却降低了.13、有一燃气轮机装置,其流程示意图如图8-4 所示,它由一台压气机产生压缩空气,而后分两路进入两个燃烧室燃烧.燃气分别进入两台燃气轮机,其中燃气轮机Ⅰ发出的动力全部供给压气机,另一台燃气轮机Ⅱ发出的动力则为输出的净功率.设气体工质进入让汽轮机Ⅰ和Ⅱ时状态相同,两台燃气轮机的效率也相同,试问这样的方案和图9-16、图9-17所示的方案相比较压气机的s C ,η和燃气轮机的T η都相同在热力学效果上有何差别装置的热效率有何区别答：原方案：循环吸热量：t cm Q ∆=1循环功量：()()][1243h h h h m w w w c T net ---=-=题中方案：循环吸热量：t cm t cm t cm Q B A ∆=∆+∆='1 1 循环净功：()43'h h m w B net -= 2对于此方案,m A h 3-h 4=mh 2-h 1 3由123可以得到()()[]1243'h h h h m w net ---=所以这两种方案的循环吸热量和循环净功均相等,因此它们的热力学效果和热效率均相等.。

郑大工程热力学例题答案

郑大工程热力学例题答案

例1.1：已知甲醇合成塔上压力表的读数150kgf/cm 2，这时车间内气压计上的读数为780mmHg 。

试求合成塔内绝对压力等于多少kPa ？ 14819kPa例1.2：在通风机吸气管上用U 型管压力计测出的压力为300mmH 2O ，这时气压计上的读数750mmHg 。

试：（1）求吸气管内气体的绝对压力等于多少kPa ？ 103kPa（2）若吸气管内的气体压力不变，而大气压下降至735mmHg ，这时U 型管压力计的读数等于多少？504mmH 2O例1.3：某容器被一刚性壁分成两部分，在容器的不同部位安装有压力计，如图所示。

压力表A 、C 位于大气环境中，B 位于室Ⅱ中。

设大气压力为97KPa ：（1）若压力表B 、表C 的读数分别为75kPa 、0.11MPa ，试确定压力表A 上的读数及容器两部分内气体的绝对压力；p A =35kPa ， p Ⅰ=207kPa ， p Ⅱ=132kPa（2）若表C 为真空计，读数为24kPa ，压力表B 的读数为36kPa ，试问表A 是什么表？读数是多少？ A 为真空计，且p A =60kPa例1.4：判断下列过程中哪些是①可逆的②不可逆的③不确定是否可逆的，并扼要说明不可逆的原因。

（1）对刚性容器内的水加热，使其在恒温下蒸发；是不确定的。

（2）对刚性容器内的水作功，使其在恒温下蒸发；是不可逆的。

（3）对刚性容器中的空气缓慢加热。

使其从50℃升温到100℃。

是不确定的。

（4）一定质量的空气，在无摩擦、不导热的汽缸和活塞中被缓慢压缩。

是可逆的。

（5）50℃的水流与25℃的水流绝热混合。

是不可逆的。

例2.1：如图所示，某种气体工质从状态1（p 1、V 1）可逆地膨胀到状态2（p 2、V 2）。

膨胀过程中：（a ）工质的压力服从p=a-bV ，其中a 、b 为常数；（b ）工质的pV 值保持恒定为p 1V 1试：分别求两过程中气体的膨胀功。

答案：（a ）()()2221212b W a V V V V =---；（b ）2111ln V W p V V =例2.2：如图所示，一定量气体在气缸内体积由0.9m 3可逆地膨胀到1.4m 3，过程中气体压力保持定值，且p=0.2MPa ，若在此过程中气体内能增加12000J ，试求：（1）求此过程中气体吸入或放出的热量；112000J（2）若活塞质量为20kg ，且初始时活塞静止，求终态时活塞的速度（已知环境压力p 0=0.1Mpa ）。