工程热力学经典例题-第九章_secret

９．２典型题精解

例题９－１空气为53111110Pa,50C,0.032m ,p t V =?=?=进入压气机按多变过程压缩至5322110Pa,0.0021m p V =?=。试求：（１）多变指数；（２）压气机的耗功；（３）压缩终了空气温度；（４）压缩过程中传出的热量。

解（１）多变指数

2112

()n p V p V = 211231

ln 1 1.27240.032ln ln 0.0021

p p n V V === （２）压气机的耗功

t 1122[]1n

W p V p V n =-- 53531.2724[110Pa 0.032m 3210Pa 0.0021m ]

0.272416.44kJ

=??-??=-

（３）压缩终温

5(1)/0.2724/1.2724

2215

13210Pa ()(50273)()677.6K 110Pa

n n p T T K p -?==+=? （４）压缩过程传热量

t 21t ()p Q H W mc T T W =?+=-+

53211

g 1110Pa 0.032m 3.55210kg 287J/(kg K)323K

pV m R T -??===???

于是

233.55210kg 1004J/(kg K)(677.6323)K 16.4410J Q -=???--?

=3.80kJ

例题９－２压气机中气体压缩后的温度不宜过高，取极限值为150C ?，吸入空气的压力和温度为110.1MPa,20C p t ==?。若压气机缸套中流过465kg/h 的冷却水，在汽缸套中的水温升高14C ?。求在单级压气机中压缩3

250m /h 进气状态下空气可能达到的最高压力，及压气机必需的功率。

解法１

（１）压气机的产气量为

631g 10.110Pa 250m /h

297.3kg/h 287J/(kg K)293K

V m p q q R T ??===??

（２）求多变压缩过程的多变指数根据能量守恒有 2g a s h o

Q Q =- 即 22221,h o h o h o ()m n m q c T T q c t -=-?

222,h o h o h o 21465kg/h 4187J/(kg K)14K

()

297.3kg/h (150-20)K

m n m q c t c q T T -?-???=

702.5J /(k g K

=-? 又因 g 5

112

n V n k n k c c R n n --==-- 即 1.45

702.5J/(kg K)287J/(kg K)12

n n --?=

???- 解得 n=1.20

（３）求压气机的终压

/(1)6 1.20/0.20

2211

423K (

)0.1

()

293K

n n T p p T -==??

60.90510P a 0.905M P a

=?=

（４）求压气机的耗功

t g 12 1.201()297.3kg/h h/s 10.203600

m n W q R T T n =

-=??-

287J /(k g K )(293

423)K

18.4510W 18.45k W

???-=-?=-

解法２

在求得压气机产气量m q 后，再求压气机的耗功量为

2222t h o ,h o h o h o 21()m m p W Q H Q H q c t q c T T =-?=--?=-?--

31465k g /h h /s 4187J /(k g K )14K

36001

297J/h h/s 1004J/(kg K)(15020)K 3600

18.341018.34kW

W =-????-?

??-=-?=- 由 t g 12()1

m n

W q R T T n =

可求得多变指数为 g 12t

()

1m n q R T T W =

297.3kg/h h/s 287J/(kg K)(20-150)K

3600

1-18.3410W

1.20

????-

?= 压气机的终压为 /(

(

)0.905MPa

n n T p p T -== 讨论

本例题提到压气机排气温度的极限值。压气机的排气温度一般规定不得超过160~180C ? 由于排气温度超过限定值，会引起润滑油变质，从而影响润滑效果，严重时还可能引起自燃，甚至发生爆炸，所以不可能用单级压缩产生压力很高的压缩空气。

例如，实验室需要压力为6.0MPa 的压缩空气，应采用一级压缩还是两级压缩？若采用两级压缩，最佳中间压力应为多少？设大气压力为0.1MPa ，大气温度为20C ?，n =1.25采用中冷器将压缩空气冷却到初温，压缩终了空气的温度又是多少？

决定上述例子是采用一级压缩还是二级压缩，实际上就是要看压缩终温是否超过了规定值。

如采用了一级压缩，则终了温度为(1)/4211

(

)664.5K 391.5C n n

p T T p -===?，显然超过了润滑油允许温度。所以应采用两级压缩中间冷却，最佳中间压力2p =0.7746MPa ，

两级压缩后的终温则为(1)/44211

(

)441K n n

p T T T p -===。例题９－３轴流式压气机从大气吸入110.1MPa,17C p t ==?的空气，经绝热压缩至

20.9MPa p =。由于摩阻作用，使出口空气温度为307C ?，若此不可逆绝热过程的初、终

态参数满足1122n n

p v p v =，且质量流量为720kJ/min ，试求：（１）多变指数；（２）压气机的绝热效率；（３）拖动压气机所需的功率；（４）由于不可逆多耗的功量.

t W ?；（５）若环境温度0117C t t ==?，求由于不可逆引起的有效能损失.

I ；（６）在T-s 图上用面积表示出

t W ?和I 。

解（１）求多变指数

不可逆绝热压缩过程的初、终态参数满足多变过程的关系

(1)/2'211

2'16621()1ln(/)ln(580K/290K)

0.315ln(/)ln[0.910Pa/(0.110Pa)]

n n T p

T p n T T n p p -=-===

则多变指数 1.461

n = （２）求压气机的绝热效率可逆绝热压缩过程的终温 (1)/0.4/1.4

22110.9MPa ()290K()=543.3K 0.1MPa

n n p T T p -== 压气机的绝热效率

21c,s 2'1(543.3-290)K

87.3%(580-290)K

T T T T η-=

==-

（３）求压气机所耗功率

t m

2'1()p P W

q c T T ==-

631

720kg /min min /s 1004J/(kg K)(580K

3.4910W 3.4910kW =?

???-=?=? （４）求由于不可逆多耗的功量

t t t t c,s c,s (1)W W W W ηη?=-=-

3(10.873)

3.4910k W

443.2k W

=-??= （５）求有效能的损失

()().

0g 02'102'2m m m I q T s q T s s q T s s =?=-=- 由于2’与２状态在一条定压线上，故

m p T I q T c T = 31580K 720kg /min min /s 290K 1004J/(kg K)ln

60543.3K 228.410W 228.4kW =?

???=?= （６）不可逆而多耗的功量t W ?如图９－７中面积'

22542----所示，不可逆引起的有效能损失I 如图面积１－５－４－３－１所示。

讨论

（１）由于不可逆多消耗的功率443.2kW ，且压缩终温2'T 比2T 高将近37C ?，这都是

不利的。

（２）由于不可逆多耗的功量.

t W ?与不可逆损失.

I 并不相等。这是因为.

t W ?转变为热量被气体吸收（使气体温度从2T 上升到2'T ）其中一部分仍为有效能的缘故。但是，对于压缩气体来说，增加这部分有效能实际上并无用处。

（３）不可逆绝热压缩过程的熵产22g g 11ln

ln p T p s c R T p ?=-，

可简化为2'g 1

ln p T

s c T ?=。例题９－４汽油机的增压器吸入1198kPa,17C p t ==?的空气——燃油混合物，经绝热压缩到2216kPa p =。已知混合物的初始密度31 1.3kg/m ρ=，混合物中空气与燃油的质量比为14：1，燃油耗量为0。66kg/min 。求增压器的绝热效率为0.84时，增压器的功率。

设混合物可视为理想气体，比热容为定值k =1.38。

解先求混合物的g R 及p c

3111g 3111

10Pa

259.9J/(kg K)1.3kg/m 290K

p v p R T T ρ?====?

g 1.38

259.9J/(kg K)943.8J/(kg K)1 1.381

p k c R k =

=??=?-- 可逆绝热压缩时，增压器出口的混合物温度 (1)/0.38/1.38

2211216kPa (

)290()360.5K 98kPa

k k p T T K p -=== 由 12

c,s 12'

T T T T η-=

可求得不可逆绝热压缩时，混合物的终温 12

2'1c,s

(290-360.5)K

290K-

=373.9K 0.84

T T T T η-=-

按题意可知，混合物的空燃比为，即１燃油对应于的混合物，则经过增压器混合物的耗量为

0.66kg/min min/s 150.165kg/s 60

m q =?

?= 不可逆压缩时，增压器所消耗的功率 '

t 12'()m m p P q w q c T T ==-

0.165kg/s 943.8J/(kg K)(290373.9)K 13.07kW

=???-=-

例题９－５某轴流式压气机对2SO 和2CO 的混合物进行绝热压缩。已知初温

125C t =?，初压1102kPa p =，混合气体的质量分数为22CO N 0.3,0.65w w ==。试求在下

列两种情况下每分钟上产66kg 压力为400kPa 的压缩气体的耗功量：

（１）若压缩过程是可逆的；

（２）若压气机的绝热效率c,s 0.84η=，并计算不可逆绝热压缩过程的熵产。（按定值比热容计算22,SO ,CO 0.644kJ/(kg K),0.644kJ/(kg K)p p c c =?=?, 2,N p c =

1.038kJ/(kg K)?）

解（１）求混合气体的,,g p R c k 等

S O C O N g g ,i 110.30.650.05

i i i

w w w

w R

R w R w R M M =--=--====∑∑∑

-3-3-3

0.050.30.65

8.314J/(mol K)(++)64.110kg/mol 4410kg/mol 2810kg/mol 256J/(kg K)

=????=?

,p i p i i

c wc =∑

0.05644J /(k g K )0.3845J /(k g K )0.65

K)960.4J/(kg K)

=??+??+??=?

g (960.4

256)J /(k g K )704.4J /(k g K )

960.4J /(k g K )

1.363

704.4J/(kg K)

V p p V

c c R c k c =-=-?=??=

压气机的耗功量为

g 1(1)/2t 11()1m k k q kR T p P W k p -??

-??-??

0.363/1.36331 1.363

66k g /m i n 256J /(k g K )(25

273)K

60 1.3631

400k P a 1()102k P a 138.310W 138.3k W

=?????+-?

?-????

=-?=- （２）不可逆过程压气机的耗功率为

c,s /138.3kW/0.84164.7kW p p η==-=-

为了求不可逆绝热压缩过程的熵产，需先求出出口温度。可逆时的出口温度

(1)/(1.363-1)/1.363

2211400kPa (

)298K()=428.8K 102kPa

k k p T T p -== 不可逆时的出口温度，根据 12

c,s 12'

T T T T η-=-

得

2'112c,s 298K-428.8K

()/298K-=453.7K 0.84

T T T T η=--=

不可逆过程的熵产

2'g 166453.7K ln

kg/s 960.4J/(kg K)ln =59.6W/K 60428.8K

m p T s q c T ?==?? 讨论

例题９－４～９－５，关键是要先求出混合气体的物性参数g R 及,,p V c c κ等值。例题９－６活塞式压气机从大气吸入压力为0.1MPa ，温度为27C ?的空气，经n=1.3

的多变过程压缩0.7MPa.后进入一储气筒，再经储气筒上的渐缩喷管排入大气，参见图９－８。由于储气筒散热，进入喷管时空气压力为0.7MPa ，温度为60C ?，已知喷管出口截面面积为2

4cm 。试求：

（１）流经喷管的空气流量；

（２）压气机每小时吸入大气状态下的空气容积；（３）压气机的功率；

（４）将过程表示在T-s 图上。

解（１）对于喷管来说，属校核计算型题目。确定喷管出口压力，因 b cr 30.1MPa 0.1430.5280.7MPa

p p γ==<= 所以

40cr 3cr 0.5280.7MPa 0.3696MPa p p p γγ===?= 喷管出口截面上的流速

f 4cr,4c c ==

73)K

333.9m /s

= g 33

287J/(kg K)333K 0.1365m /kg 0.710Pa

R T v p ??=

()1/31/1.4

343cr 10.1365m /kg(

)0.2154m /kg 0.528

v v γ=== 流经喷管的空气流量 42f 444

4333.9m/s 410m 0.620kg/s 0.2154m /kg m c A q v -??=== （２）压气机吸入大气状态下的体积流量

m g m g V q R T q R T q p p =

630.620k g /s 287J /(k g K )(27327)K

3600s /h

0.110P a 1921.8m /h ???+=

??= （３）压气机的耗功率

11(1)/2t 1

[1(

)]1

m g n n

q nR T p P W n p -==

(1.3-1)/1.3

30.620kg/s 0.3287J/(kg K)(27327)K 0.7MPa [1()]

1.310.1MPa

131.310W 131.3kW

????+=

--=-?=- （４）过程表示如图９－９所示，１－２是在压气机中进行的多变压缩过程，２－３是

在储气筒总进行的定压放热过程，３－４是在喷管中进行的可逆绝热膨胀过程。

讨论

这是一压气机与喷管的综合题。喷管的计算属校核计算问题，它的进口状态是３，出口状态是４。进口状态、背压及喷管尺寸已知，可从它入手，求得流过喷管的流量（求解时注意喷管出口压力的确定）。此流量也是通过压气机的流量，于是求压气机的耗功率等问题就迎刃而解。

例题９-7某活塞式压气机的余隙比0.05C =，进气的初参数10.1MPa p =, 127t =C ? 压缩终压为20.6MPa p =。若压缩过程与膨胀过程的多变指数相同，均为n =1.2，气缸直径 D =200mm ，活塞行程S =300mm ，机轴转速为500r/min 。试求：（１）画出压气机示功图；（２）求压气机的有效吸气容积；（３）求压气机的容积效率；（４）求压气机排气及拖动压气机所需的功率。

解（１）压气机示功图如图９－10所示。（２）压气机的有效吸气及活塞排量 2

2-33h 13(0.2m)0.3m

9.4310m 4

D V V V S ππ??=-=

根据余隙比 33

h 10.05V V C V V V

==-

求得 -33433h 0.050.059.4310m 4.7110m V V -==??=? 及 -3343-331h 39.4310m 4.7110m 9.90110m V V V -=+=?+?=? 按可腻多变膨胀过程３－４参数间的关系得 1/431/1.2

-3324310.6MPa () 4.7110m () 2.09610m 0.1MPa

n p V V p -==?=? 有效吸气容积

-33-33-33149.90110m 2.09610m 7.80510m V V V =-=?-?=?

（３）压气机的容积效率

-33

h 7.805

10m 82.8%9.4310

m V V V η?===?

（４）压气机排气温度 (1)/0.2/1.2

22110.6MPa ()300K()404.4K 0.1MPa

n n p T T p -=== 压气机所耗功率

(1)/21141

()[1()]1n n n p

P N

p V V n p -=--- 6-330.2/1.2500 1.20.6M P a r /s 0.110P a 7.80510m [1()]

60 1.210.1M P a

??????-- 3

13.5810W =13.58k W

=-?- 例题９－８在两级压缩活塞式压气机装置中，空气从初态110.1MPa,27C p t ==?、压缩到终压4 6.4MPa p =。设两气缸中的可逆多变过程的多变指数均为n =1.2，且级间压力取最佳中间压力。要求压气机每小时向外供给４3

m 的压缩空气量。求：（１）压气机总的耗功率；（２）每小时流经压气机水套及中间冷却器总的水量。设水流过压气机水套及中间

冷却器时的温升都是15 C ?。

解（１）压气机总的耗功率

中间压力2p

620.810Pa p =

==?

.(1)/41,1321()1n n m t i i n p P q w p V n p -??

==-??-??

∑

.(1)/233121()1n n n p p V n p -??

=-??-??

因为

4(1)/444.

3()n n p V T p

T p p V -=

= 故 .

433(1)/43(/)

n n

p V p V p p -=

所以 .(1)/44432()11n n n

p P p V n p -??=-??-??

63(11.2)/1.231.2

6.4MPa

6.410Pa 4m /h ()11.210.8MPa 8997410J/h

-??

=??-??-??=-?

=-25.0kW

（２）总的冷却水量

空气的终温4T

31300K T T == (1)/(1.21)/1.24433

()300K 8424.3K n n

p T T p --==?= 空气的质量流量为

63444 6.410Pa 4m /h

210.2kg/h 287J/(kg K)424.3K

m g p V q R T ??=

==?? 压缩空气在多变压缩过程中，对冷却水放出的热流量.

n Q （也是冷却水流经压气机水套时带走的热流量）

t 2122()n m p Q H W q c T T P =?+=-+

2210.2kg/h 1004J/(kg K)(424.3300)K 8997410J/h 37.5110J/h

=???--?=-?

压缩空气在中间冷却器中，对冷却水放出的热流量.

p Q （也是冷却水流经中间冷却器时带走的热流量）

32()210.2kg/h 1004J/(kg K)(300424.3)K p m p Q q c T T =-=??- 6

26.2310J/h =-?

冷却水流经压气机水套及中间冷却器时，带走的总热流量.

Q ...

(37.511026.2310)J/h n p Q Q Q =+=?+? 6

63.7410J/h =?

每小时流经压气机水套及中间冷却器总的冷却水量为

22.

6,H O

,H O 63.7410J/h

1014.9kg/h 4187J/(kg K)15K

m p Q

q c t ?===??? 例题９－９一两级活塞式氮气压缩机，进气10.1MPa,27C p t ==?，级间有中间冷却器。高压缸的进气温度31t t =，排气压力4 6.4MPa p =，两级压缩均为n =1.3的多变过程，每小时生产32.1610kg ?的氮气。中间冷却器的进口水温27C t =?，流量2,H O 1.2kg/s m q =，环境温度027C t =?。在最佳压比条件下，求：（１）压气机的耗功率；（２）冷却器中由于不可逆传热的有效能损失，并将传热过程及有效能损失表示在T-s 图上。

解（１）压气机的耗功率

opt 8π=

(1)/(1)/122111

(1)m g n n n n

m q nR T q nRT P n n M ππ--????=

-=-????--

331

2 2.1610kg/h h/s 1.38.314J/(mol K)300K 3600(1.31)2810kg/mol

-???

????=

-?? 0.3/1.3

18???-??

285.3kW =-

（２）压气机的排气温度 (1)/0.3/1.321300K 8484.8K n n

T T π

-==?=

对中间冷却器列出稳定流动能量方程22.

N H O 0H H ?+?= 即 222232,H O ,H O 2,H O 1,H O ()()0m p m p q c T T q c T T -+-= 则中冷器的出口水温 2222232,H O 1,H O ,H O ,H O

()m p m p q c T T T T q c -=

+319.9K =

水在冷却器中的熵增 2

2222221

H O

,H O ,H O 2,H O H O ,H O ,H O 1,H O

d ln

T T m p m p T T Q q c T

T S q c T

T δ?=

==?

373.2W/K = 氮气在冷却器中的熵增 .

ln(

)m p T S q c T ?= 332.161078.314J/(mol K)300K ()kg/s ln

360022810kg/mol 484.8K 298.8W/K

-??=???=-

冷却器中传热过程引起的熵产

2...

g H O (373.2298.8)W/K 74.4W/K S S S ?=?+?=-= 有效能损失

g 0297K 74.4W/K 22.110W =22.1kW I T S =?=?=?

（３）传热过程及有效能损失在T-s 图上的表示，如图９－11所示。２－３是氮气在冷却器中的定压放热过程，'

12-是水在冷却器中的吸热过程。面积a-b-c-d-a 表示了有效能的损失。

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）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。解：（1）2N 的气体常数 28 83140==M R R ＝)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 1013252739.296?==p RT v ＝kg m /3 v 1= ρ＝3/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝p T R 0＝kmol m /3 2-3．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 ＝ 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 1 111RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2222RT v p m = 根据题意容积体积不变；R ＝ B 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= 2-5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，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)273 325.1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝ 2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为的空气3 m 3，充入容积 m 3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 288 2875.810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 ==m m t 2 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一定量的空气压缩为的空气；或者说、 m 3的空气在下占体积为多少的问题。根据等温状态方程 const pv = 、 m 3的空气在下占体积为 5.591 .05.87.01221=?==P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩的空气3 m 3，则要压缩 m 3的空气需要的时间 == 3 5.59τ 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℃

工程热力学例题答案解

例1:如图，已知大气压p b=101325Pa ，U 型管内汞柱高度差H =300mm ，气体表B 读数为0.2543MPa ，求：A 室压力p A 及气压表A 的读数p e,A 。解：强调： P b 是测压仪表所在环境压力例2:有一橡皮气球，当其内部压力为0.1MPa （和大气压相同）时是自由状态，其容积为0.3m 3。当气球受太阳照射而气体受热时，其容积膨胀一倍而压力上升到0.15MPa 。设气球压力的增加和容积的增加成正比。试求：（1）该膨胀过程的p~f （v ）关系；（2）该过程中气体作的功；（3）用于克服橡皮球弹力所作的功。解：气球受太阳照射而升温比较缓慢，可假定其，所以关键在于求出p~f （v ） (2) （3）例3：如图，气缸内充以空气，活塞及负载195kg ，缸壁充分导热，取走100kg 负载，待平衡后，不计摩擦时，求：（1）活塞上升的高度 ;（2）气体在过程中作的功和换热量，已知解：取缸内气体为热力系—闭口系分析：非准静态，过程不可逆，用第一定律解析式。计算状态1及2的参数：过程中质量m 不变据因m 2=m 1,且 T 2=T 1 体系对外力作功注意：活塞及其上重物位能增加例4：如图，已知活塞与气缸无摩擦，初始时p 1=p b ，t 1=27℃，缓缓加热，使 p 2=0.15MPa ，t 2=207℃ ，若m =0.1kg ，缸径=0.4m ，空气求：过程加热量Q 。解：据题意 ()()121272.0T T m u u m U -=-=? 例6 已知：0.1MPa 、20℃的空气在压气机中绝热压缩后，导入换热器排走部分热量，再进入喷管膨胀到0.1MPa 、20℃。喷管出口截面积A =0.0324m2，气体流速c f2=300m/s 。已知压气机耗功率710kW ，问换热器的换热量。解：稳定流动能量方程 ——黑箱技术例7:一台稳定工况运行的水冷式压缩机，运行参数如图。设空气比热 cp =1.003kJ/(kg·K)，水的比热c w=4.187kJ/(kg·K)。若不计压气机向环境的散热损失、动能差及位能差，试确定驱动该压气机所需功率。[已知空气的焓差h 2-h 1=cp (T 2-T 1)] 解：取控制体为压气机（不包括水冷部分流入：流出： 6101325Pa 0.254310Pa 355600Pa B b eB p p p =+=+?=()()63 02160.110Pa 0.60.3m 0.0310J 30kJ W p V V =-=??-=?=斥L ?{}{}kJ/kg K 0.72u T =1 2T T =W U Q +?=()()212211U U U m u m u ?=-=-252 1.96010Pa (0.01m 0.05m)98J e W F L p A L =??=???=???={}{}kJ/kg K 0.72u T =W U Q +?=g V m pq q R T =()f 22g p c A R T =620.110Pa 300m/s 0.0324m 11.56kg/s 287J/(kg K)293K ???==??()111 11111m V m P e q p q P q u p v ++?++() 1 2 1 22222m V m e q p q q u p v ++Φ?Φ++水水

工程热力学思考题答案,第三章

第三章理想气体的性质 1.怎样正确看待“理想气体”这个概念？在进行实际计算是如何决定是否可采用理想气体的一些公式？答：理想气体：分子为不占体积的弹性质点，除碰撞外分子间无作用力。理想气体是实际气体在低压高温时的抽象，是一种实际并不存在的假想气体。判断所使用气体是否为理想气体（1）依据气体所处的状态（如：气体的密度是否足够小）估计作为理想气体处理时可能引起的误差；（2）应考虑计算所要求的精度。若为理想气体则可使用理想气体的公式。 2.气体的摩尔体积是否因气体的种类而异？是否因所处状态不同而异？任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是 0.022414m 3 /mol? 答：气体的摩尔体积在同温同压下的情况下不会因气体的种类而异；但因所处状态不同而变化。只有在标准状态下摩尔体积为 0.022414m 3 /mol 3.摩尔气体常数 R 值是否随气体的种类不同或状态不同而异？答：摩尔气体常数不因气体的种类及状态的不同而变化。 4.如果某种工质的状态方程式为pv =R g T ，那么这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗？答：一种气体满足理想气体状态方程则为理想气体，那么其比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数。 5.对于一种确定的理想气体，()p v C C 是否等于定值？p v C C 是否为定

值？在不同温度下()p v C C -、p v C C 是否总是同一定值？答：对于确定的理想气体在同一温度下()p v C C -为定值， p v C C 为定值。在不同温度下()p v C C -为定值，p v C C 不是定值。 6.麦耶公式p v g C C R -=是否适用于理想气体混合物？是否适用于实际气体？答：迈耶公式的推导用到理想气体方程，因此适用于理想气体混合物不适合实际气体。 7.气体有两个独立的参数，u(或 h)可以表示为 p 和 v 的函数，即(,)u u f p v =。但又曾得出结论，理想气体的热力学能、焓、熵只取决于温度，这两点是否矛盾？为什么？答：不矛盾。实际气体有两个独立的参数。理想气体忽略了分子间的作用力，所以只取决于温度。 8.为什么工质的热力学能、焓、熵为零的基准可以任选？理想气体的热力学能或焓的参照状态通常选定哪个或哪些个状态参数值？对理想气体的熵又如何？答：在工程热力学里需要的是过程中热力学能、焓、熵的变化量。热力学能、焓、熵都只是温度的单值函数，变化量的计算与基准的选取无关。热力学能或焓的参照状态通常取 0K 或 0℃时焓时为0，热力学能值为 0。熵的基准状态取p 0=101325Pa 、T 0=0K 熵值为 0 。 9.气体热力性质表中的h 、u 及s 0的基准是什么状态？答：气体热力性质表中的h 、u 及s 0的基准是什么状态00(,)T P 00T K =

工程热力学第四版课后思考题答案

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。或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。 4题图 9题图

哈工大工程热力学习题答案——杨玉顺版

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：

工程热力学-课后思考题答案

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。

工程热力学经典例题-第二章_secret

2.5 典型例题例题２－１一个装有２kg 工质的闭口系经历如下过程：过程中系统散热25kJ ，外界对系统做功100kJ ，比热力学能减少15kJ/kg ，并且整个系统被举高1000m 。试确定过程中系统动能的变化。解由于需要考虑闭口系统动能及位能的变化，所以应用第一定律的一般表达式（２－７b ），即 2 f 12 Q U m c m g z W =?+?+?+ 于是 2 f 1K E 2 m c Q W U m g z ?= ?=--?-? (25k J )(100k J )(2k g )(1 =----- 2 -3 (2k g )(9.8m /s )(1000m 10) -?? = +85 .4k 结果说明系统动能增加了 85.4kJ 。讨论（１）能量方程中的Q ,W ，是代数符号，在代入数值时，要注意按规定的正负号含义代入。U ?，mg z ?及 2 f 12 m c ?表示增量，若过程中它们减少应代负值。（２）注意方程中每项量纲的一致，为此mg z ?项应乘以310-。例题２－２一活塞汽缸设备内装有５kg 的水蒸气，由初态的比热力学能 12709.0kJ/kg u =，膨胀到22659.6kJ/kg u =，过程中加给水蒸气的热量为 80kJ ，通过搅拌器的轴输入系统18.5kJ 的轴功。若系统无动能、位能的变化，试求通过活塞所做的功解依题意画出设备简图，并对系统与外界的相互作用加以分析。如图２－４所示，这是一闭口系，所以能量方程为 Q U W =?+ 方程中是总功，应包括搅拌器的轴功和活塞膨胀功，则能量方程为 p a d d l e p i Q U W W =?++ p s i t o n p a d d l e 2 ()W Q W m u u =--- (+80kJ)(18.5kJ)(5kg)(2659.62709.9)kJ/kg =---- 350kJ =+ 讨论（１）求出的活塞功为正值，说明系统通过活塞膨胀对外做功。

工程热力学经典例题-第三章_secret

3．5 典型例题例题3－１某电厂有三台锅炉合用一个烟囱，每台锅炉每秒产生烟气733 m （已折算成标准状态下的体积），烟囱出口出的烟气温度为100C ?，压力近似为101.33kPa ，烟气流速为30m/s 。求烟囱的出口直径。解三台锅炉产生的标准状态下的烟气总体积流量为烟气可作为理想气体处理，根据不同状态下，烟囱内的烟气质量应相等，得出因p =0p ，所以烟囱出口截面积 32V 299.2m /s 9.97m q A = == 烟囱出口直径 3.56m 讨论在实际工作中，常遇到“标准体积”与“实际体积”之间的换算，本例就涉及到此问题。又例如：在标准状态下，某蒸汽锅炉燃煤需要的空气量3V 66000m /h q =。若鼓风机送入的热空气温度为1250C t =?，表压力为g120.0kPa p =。当时当地的大气压里为b 101.325kPa p =，求实际的送风量为多少？解按理想气体状态方程，同理同法可得而 1g1b 20.0kPa 101.325kPa 121.325kPa p p p =+=+= 故 33V1101.325kPa (273.15250)K 66000m 105569m /h 121.325kPa 273.15kPa q ?+=?=? 例题３－２对如图３－９所示的一刚性容器抽真空。容器的体积为30.3m ，原先容器中的空气为0.1MPa ，真空泵的容积抽气速率恒定为30.014m /min ，在抽气工程中容器内温度保持不变。试求：（１）欲使容器内压力下降到0.035MPa 时，所需要的抽气时间。（２）抽气过程中容器与环境的传热量。解（１）由质量守恒得即所以 V d d q m m V τ-= （３）一般开口系能量方程由质量守恒得 out d d m m =- 又因为排出气体的比焓就是此刻系统内工质的比焓，即out h h =。利用理想气体热力性质得

(完整版)工程热力学习题集附答案

工程热力学习题集一、填空题 1．能源按使用程度和技术可分为能源和能源。 2．孤立系是与外界无任何和交换的热力系。 3．单位质量的广延量参数具有参数的性质，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。 5．只有过程且过程中无任何效应的过程是可逆过程。 6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水饱和水湿蒸气、和。 7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越、水蒸气含量越，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为可逆循环。 9．熵流是由引起的。 10．多原子理想气体的定值比热容V c = 。 11．能源按其有无加工、转换可分为能源和能源。 12．绝热系是与外界无交换的热力系。 13．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14．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。 15．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。 16．卡诺循环是由两个和两个过程所构成。 17．相对湿度越，湿空气越干燥，吸收水分的能力越。（填大、小） 18．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为不可逆循环。 19．熵产是由引起的。 20．双原子理想气体的定值比热容p c = 。 21、基本热力学状态参数有：（）、（）、（）。 22、理想气体的热力学能是温度的（）函数。 23、热力平衡的充要条件是：（）。 24、不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（）。 25、卡诺循环由（）热力学过程组成。 26、熵增原理指出了热力过程进行的（）、（）、（）。 31.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_______。 32.在国际单位制中温度的单位是_______。

工程热力学习题(第3章)解答

第3章热力学第一定律 3.5空气在压气机中被压缩。压缩前空气的参数为p 1=1bar ，v 1=0.845m 3/kg ，压缩后的参数为p 2=9bar ，v 2=0.125m 3/kg ，设在压缩过程中1kg 空气的热力学能增加146.5kJ ，同时向外放出热量55kJ 。压缩机1min 产生压缩空气12kg 。求：①压缩过程中对1kg 空气做的功；②每生产1kg 压缩空气所需的功（技术功）；③带动此压缩机所用电动机的功率。解：①闭口系能量方程 q=?u+w 由已知条件：q=-55 kJ/kg ，?u=146.5 kJ/kg 得 w =q -?u=-55kJ-146.5kJ=-201.5 kJ/kg 即压缩过程中压气机对每公斤气体作功201.5 kJ ②压气机是开口热力系，生产1kg 空气需要的是技术功w t 。由开口系能量守恒式：q=?h+w t w t = q -?h =q-?u-?(pv)=q-?u-(p 2v 2-p 1v 1) =-55 kJ/kg-146.5 kJ/kg-(0.9×103kPa×0.125m 3/kg-0.1×103kPa×0.845m 3/kg) =-229.5kJ/kg 即每生产1公斤压缩空气所需要技术功为229.5kJ ③压气机每分钟生产压缩空气12kg ，0.2kg/s ，故带动压气机的电机功率为 N=q m·w t =0.2kg/s×229.5kJ/kg=45.9kW 3.7某气体通过一根内径为15.24cm 的管子流入动力设备。设备进口处气体的参数是：v 1=0.3369m 3/kg ， h 1=2826kJ/kg ，c f1=3m/s ；出口处气体的参数是h 2=2326kJ/kg 。若不计气体进出口的宏观能差值和重力位能差值，忽略气体与设备的热交换，求气体向设备输出的功率。解：设管子内径为d ，根据稳流稳态能量方程式，可得气体向设备输出的功率P 为： 2222f1121213(0.1524)()()(28262326)440.3369 c d P m h h h h v ×=?=?=?× =77.5571kW 。 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，压力为500kPa ，温度为25℃。充气开始时，罐内空气参数为50kPa ，10℃。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：根据开口系统的能量方程，有： δQ =d(m·u )+(h out +c 2fout +gz out )δm out -(h in +c 2fin +gz in ) δm in +δW s 由于储气罐充气过程为绝热过程，没有气体和功的输出，且忽略宏观能差值和重力位能差值，则δQ =0，δm out =0，(c 2fin +gz in )δm in =0，δW s =0，δm in =d m ，故有： d(m·u )=h in ·d m 有： m ·d u +u ·d m=h in ·d m 即：m ·d u=(h in -u )·d m =pv ·d m =R g T ·d m 分离积分变量可得：(c v /R g )·d T /T=d m /m 因此经积分可得：(c v /R g )ln(T 2/T 1)= ln(m 2/m 1) 设储气罐容积为V 0，则：m 1=p 1·V 0/(R g T 1)，m 2=p 2·V 0/(R g T 2) 易得T 2=T 1· (p 2/p 1) R g /cp =283×(500/50)0.287/1.004=546.56 K 3.10一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，压力为1000kPa ，温度为27℃。充气开始时，储气罐内为真空，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：根据开口系统的能量方程，有： δQ =d(m·u )+(h out +c 2fout +gz out )δm out -(h in +c 2fin +gz in ) δm in +δW s 由于储气罐充气过程为绝热过程，没有气体和功的输出，且忽略宏观能差值和重力位能差值，则δQ =0，δm out =0，(c 2fin +gz in )δm in =0，δW s =0，δm in =d m ，故有： d(m·u )=h in ·d m

工程热力学课后题答案

习题及部分解答第一篇工程热力学第一章基本概念 1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量：答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。 2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。 3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。若水柱高 mm 200，水银柱高mm 800，如图2-26所示。已知大气压力为mm 735Hg ，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ？解：根据压力单位换算 kPa p p p p kPa Pa p kPa p Hg O H b Hg O H 6.206)6.106961.1(0.98)(6.10610006.132.133800.96.110961.180665.92002253=++=++==?=?==?=?= 4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若已知斜管倾角 30=α，压力计中使用3/8.0cm g =ρ 的煤油，斜管液体长度mm L 200=，当地大气压力MPa p b 1.0=，求烟气的绝对压力（用MPa 表示）解： MPa Pa g L p 6108.7848.7845.081.98.0200sin -?==???==α ρ MPa p p p v b 0992.0108.7841.06=?-=-=- 5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C 为压力表，读数为 kPa 110，B 为真空表，读数为kPa 45。若当地大气压kPa p b 97=，求压力表A 的读数（用kPa 表示） kPa p gA 155= 6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。（1）.取水为系统；（2）.取电阻丝、容器和水为系统；（3）.取图中虚线内空间为系统。答案略。 7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为MPa 4.13；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为mmHg 706。若大气压力为MPa 098.0，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力（用MPa 表示） MPa p MPa p 0039.0;0247.021== 8.测得容器的真空度 mmHg p v 550=，大气压力 MPa p b 098.0=，求容器内的绝对压力。若大气

工程热力学习题解答

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 p v =-，()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？

广大复习资料之工程热力学第三章思考题答案

第三章思考题 3-1门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行,若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温度的目的,你认为这种想法可行吗? 解：按题意，以门窗禁闭的房间为分析对象，可看成绝热的闭口系统，与外界无热量交换，Q =0，如图3.1所示，当安置在系统内部的电冰箱运转时，将有电功输入系统，根据热力学规定：W <0，由热力学第一定律W U Q +?=可知，0>?U ，即系统的热力学能增加，也就是房间内空气的热力学能增加。由于空气可视为理想气体，其热力学能是温度的单值函数。热力学能增加温度也增加，可见此种想法不但不能达到降温目的，反而使室内温度有所升高。 3-2既然敞开冰箱大门不能降温，为什么在门窗紧闭的房间内安装空调器后却能使温度降低呢? 解:仍以门窗紧闭的房间为对象。由于空调器安置在窗上，通过边界向环境大气散热,这时闭口系统并不绝热,而且向外界放热，由于Q<0，虽然空调器工作时依旧有电功W 输入系统，仍然W<0，但按闭口系统能量方程：W Q U -=?，此时虽然Q 与W 都是负的,但W Q >，所以?U<0。可见室内空气热力学能将减少,相应地空气温度将降低。 3-6 下列各式，适用于何种条件？(说明系统、工质、过程) 1）?q=du+ ?w ；适用于闭口系统、任何工质、任何过程 2）?q=du+ pdv ；适用于闭口系统、任何工质、可逆过程 3）?q=c v dT+ pdv ；适用于闭口系统、理想气体、任何过程 4）?q=dh ；适用于开口系统、任何工质、稳态稳流定压过程 5）?q=c p dT- vdp 适用于开口系统、理想气体、可逆过程 3-8 对工质加热，其温度反而降低，有否可能？答：有可能，如果工质是理想气体，则由热力学第一定律Q=ΔU+W 。理想气体吸热，则Q>0，降温则ΔT<0，对于理想气体，热力学能是温度的单值函数，因此，ΔU <0。在此过程中，当气体对外作功，W>0，且气体对外作功大于热力学能降低的量，则该过程遵循热力学第一定律，因此，理想气体能进行吸热而降温的过程。 3-9 “任何没有容积变化的过程就一定不对外做功“这种说法对吗？说明理由。答：这种说法不正确。系统与外界传递的功不仅仅是容积功，还有轴功等形式，因此，系统经历没有容积变化的过程也可以对外界做功。 3-10 说明以下论断是否正确： 1）气体吸热后一定膨胀，热力学能一定增加；答：不正确。由热力学第一定律Q=ΔU+W ，气体吸热，Q>0，可能使热力学能增加，也可能膨胀做功。 2）气体膨胀时一定对外做功；答：不正确。自由膨胀就不对外做功。容积变化是做膨胀功的必要条件，不是充分条件。 3）气体压缩时一定消耗外功；答：不正确。气体冷却时容积缩小但是不用消耗外功。

工程热力学课后习题及答案第六版完整版

工程热力学课后习题及答案第六版完整版 Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】

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 28 83140== M R R ＝)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 101325 2739.296?== p RT v ＝kg m /3 v 1=ρ＝3/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝ p T R 0＝kmol m /3 2-3．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 ＝ 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的质量压送后储气罐中CO 2的质量根据题意容积体积不变；R ＝ B 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 )1 122(21T p T p R v m m m -= -= （5）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 m 3的空气，如外界的温度增高

到27℃，大气压降低到，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 )273 325 .1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝41.97kg 2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为的空气3 m 3，充入容积8.5 m 3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 288 2875.810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 == m m t 2 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一定量的空气压缩为的空气；或者说、 m 3的空气在下占体积为多少的问题。根据等温状态方程、8.5 m 3的空气在下占体积为 5.591 .05.87.01221=?== P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩的空气3 m 3，则要压缩 m 3的空气需要的时间 == 3 5.59τ 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

工程热力学例题

工程热力学例题 1.已知一闭口系统沿a c b途径从状态a变化到状态b时，吸入热量80KJ/kg，并对外做功 30KJ/Kg。(1)、过程沿adb进行，系统对外作功10KJ/kg，问系统吸热多少? (2)、当系统沿曲线从b返回到初态a、外界对系统作功20KJ/kg，则系统与外界交换热量的方向和大小如何? (3)、若ua=0，ud=40KJ/Kg，求过程ad和db的吸热量。解：对过程acb，由闭口系统能量方程式得：（1）、对过程adb闭口系统能量方程得：（2）、对b-a过程，同样由闭口系统能量方程得：即，系统沿曲线由b返回a时，系统放热70KJ/Kg。 (3)、当ua=0，ud=40KJ/Kg，由ub-ua=50KJ/Kg，得ub=50KJ/Kg，且：（定容过程过程中膨胀功wdb=0）过程ad闭口系统能量方程得：过程db闭口系统能量方程得： 2. 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，（2）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. 空气在某压气机中被压缩。压缩前空气的参数是p1=0.1MPa，v1=0.845m3/kg；压缩后的参数是p2=0.8MPa，v2=0.175m3/kg。假定空气压缩过程中，1kg空气的热力学能增加146KJ，同时向外放出热量50KJ，压气机每分钟产生压缩空气10kg。求：（1）压缩过程中对每公斤气体所做的功；（2）每生产1kg的压缩空气所需的功；（3）带动此压气机至少需要多大功率的电动机？分析：要正确求出压缩过程的功和生产压缩气体的功，必须依赖于热力系统的正确选取，及对功的类型的正确判断。压气机的工作过程包括进气、压缩和排气3个过程。在压缩过程中，进、排气阀门均关闭，因此此时的热力系统式闭口系统，与外界交换的功是体积变化功w。要生产压缩气体，则进、排气阀要周期性地打开和关闭，气体进出气缸，因此气体与外界交换的功为轴功ws。又考虑到气体动、位能的变化不大，可忽略，则此功也是技术功wt。（1）解：压缩过程所做的功，由上述分析可知，在压缩过程中，进、排气阀均关闭，因此取气缸中的气体为热力系统，如图（a）所示。由闭口系统能量方程得：

工程热力学经典例题-第四章_secret

冷源吸热，则 S sio ( 2.055 2.640 0)kJ/K 0 所以此循环能实现。效率为 c 1 T 2 1 303K 68.9% c T 1 973K 而欲设计循环的热效率为 800kJ 1 60% c 2000 kJ c 即欲设计循环的热效率比同温度限间卡诺循环的低，所以循环可行。（２）若将此热机当制冷机用，使其逆行，显然不可能进行，因为根据上面的分析，此热机循环是不可逆循环。当然也可再用上述３种方法中的任一种，重新判断。欲使制冷循环能从冷源吸热 800kJ ，假设至少耗功 W min ， 4． 4 典型例题精解４.４ .１判断过程的方向性，求极值例题４－１欲设计一热机，使之能从温度为 973K 的高温热源吸热 2000kJ ，并向温度为 303K 的冷源放热 800kJ 。（１）问此循环能否实现？（２）若把此热机当制冷机用，从冷源吸热 800K ，能否可能向热源放热 2000kJ ？欲使之从冷源吸热 800kJ,至少需耗多少功？解（１）方法１：利用克劳修斯积分式来判断循环是否可行。如图４－ 5a 所示。 Q |Q 1| |Q 2| 2000kJ -800kJ = -0.585kJ/K <0 T r T 1 T 2 973K 303K 所以此循环能实现，且为不可逆循环。方法２：利用孤立系统熵增原理来判断循环是否可行。如图４－源、冷源及热机组成，因此 5a 所示，孤立系由热 S iso S H S L S E S E 0 a ）式中：和分别为热源及冷源的熵变；原来状态，所以为循环的熵变，即工质的熵变。因为工质经循环恢复到而热源放热，所以 S E b ） S H |Q 1 | T 1 2000kJ 2. 055 k J/ K 973K c ） S L |Q 2 | T 2 800kJ 2. 640kJ/K 303K d ）将式（ b ）、（ c ）、（d ）代入式（ a ），得方法３：利用卡诺定理来判断循环是否可行。若在 T 1和T 2 之间是一卡诺循环，则循环 W t |Q 1 | |Q 1 | |Q 2| |Q 1| 根据孤立系统熵增原理，此时，