工程热力学作业
1-1 一立方形刚性容器，每边长1m ，将其中气体的压力抽至1000Pa ，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 。 解：p = 1 000 Pa = 0.001 MPa
真空度mmHg Pa MPa MPa MPa p p p b V 56.74299000099.0001.01.0===-=-= 容器每面受力F ＝p V A = 9 900 Pa×1m 2 =9.9×104 N
1-2 试确定表压力为0.01 MPa 时U 形管压力计中液柱的高度差。(1)U 形管中装水，其密度为1 000 kg/m 3；(2) U 形管中装酒精，其密度为789 kg/m 3。 解： 因为表压力可以表示为p g =ρgΔz ，所以有
g
p z g
ρ=
?
既有（1）mm m s m m kg Pa g p z g
72.101901972.1/80665.9/10001001.02
36==??=?＝水ρ （2） mm m s
m m kg Pa g p z g
34.129729734.1/80665.9/7891001.02
36==??=?＝酒精
ρ 1-7 从工程单位制热力性质查得，水蒸气在500℃、100at 时的比体积和比焓分别为v =0.03347m 3/kg 、h =806.6kcal/kg 。在国际单位制中，这时水蒸气的压力和比热力学能各为多少？
解： 水蒸气压力p =100at×9.80665×104Pa/at = 9.80665×106Pa=9.80665MPa 比热力学能u=h-pv=806.6kcal ×4.1868kJ/kcal)/kg-9806.65kPa ×0.03347m 3/kg = 3377.073kJ-328.228kJ =3048.845kJ
2-1 冬季，工厂某车间要使室内维持一适宜温度。在这一温度下，透过墙壁和玻璃等处，室内向室外每一小时传出0.7×106kcal 的热量。车间各工作机器消耗的动力为是500PS(认为机器工作时将全部动力转变为热能)。另外，室内经常点着50 盏100W 的电灯，要使该车间的温度保持不变，问每小时需供给多少kJ 的热量？
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 Q = Q 机＋Q 灯＋Q 散＋Q 补 = 0
Q 机 = 500PSh = 500×2.647796×103 kJ = 1.32×106 kJ Q 灯 = 50×100W×3600s = 1.8×107J = 1.8×104 kJ Q 散 = -0.7×106kcal =- 0.7×106×4.1868kJ = -2.93×106 kJ
Q 补 = -Q 机-Q 灯＋Q 散 = -1.32×106 kJ-1.8×104 kJ+2.93×106 kJ = 1.592×106 kJ
2-2 某机器运转时，由于润滑不良产和摩擦热，使质量为150kg 的钢制机体在30min 内温度升高50℃。试计算摩擦引起的功率损失（已知每千克钢每升高1℃需热量0.461kJ ）。 解：由于功损转变为热产，所以
W 损＝Q 损＝0.461kJ/(kg ·℃)×50℃×150kg = 3457.5 kJ P 损 = Q 损/t = 3457.5kJ/(30×60)s = 1.92 kW
2-3 气体在某一过程中吸入热量12kJ ，同时热力学能增加20kJ 。问此过程是膨胀过程还是 压缩过程？对外所作功是多少J （不考虑考虑摩擦）？ 解: 取气体为系统，据闭口系能量方程式 Q = ΔU +W W =Q ?ΔU =12kJ ?20kJ = ?8kJ
所以过程是压缩过程，外界对气体作功8kJ 。
2-7 已知汽轮机中蒸汽的流量q m =40 t/h ，汽轮机进口蒸汽焓h 1=3442 kJ/kg ，出口蒸汽焓h 2=2448 kJ/kg ，试计算汽轮机的功率(不考虑汽轮机的散热以及进、出口气流的动能差和位能差)。
如果考虑到汽轮机每小时散失热量0.5×106kJ ，进口流速为70 m/s ，出口流速为120m/s ，进口比出口高1.6 m ，那么汽轮机的功率又是多少? 解： 稳定流动的能量方程
sh w z g c h q +?+?+?=2
2
1 （1）不考虑汽轮机的散热以及进、出口气流的动能差和位能差 w sh = w T = -Δh = h 1-h
2 = 3442kJ/kg-2448kJ/kg = 994 kJ/kg
功率P T =q m w T = 40×103kg/3600s×994kJ/kg = 1.104×104 kW （2）考虑汽轮机的散热以及进、出口气流的动能差和位能差
kg kJ h kg h kJ q /5.12/1040/105.03
6-=??-= Δh = -994 kJ/kg
221c ?=kg kJ kg J s m s m /75.4/47502
)/70()/120(22==- gΔz=-9.807m/s 2×1.6m=-15.69J/kg=-15.69×10-3 kJ/kg
所以
kg
kJ kg kJ kg kJ kg kJ kg kJ z
g c h q w sh /77.976/1069.15/75.4/994/5.122
1
32=?+-+-=?-?-?-=- 功率P T =q m w sh = 40×103kg/3600s×976.77kJ/kg=1.085×104 kW
2-8 一汽车以45km/h 的速度行驶，每小时耗油34.1×10-3m 3。已知汽油的密度为0.75g/cm3，汽油的发热量为44000 kJ/kg ，通过车轮输出的功率为87 PS 。试求每小时通过排气及水箱散出的总热量。
解： 汽油总发热量 Q =34.1×10?3m 3×750kg/m 3×44000kJ/kg=1125300kJ
输出功 Ws=87P S ·h=2.647796×103×87=230358kJ 汽车散发热量 Q out =Q -Ws ＝1125300kJ -230358kJ =894942 kJ
2-9有一热机循环，在吸热过程中工质从外界获得热量1800J ，在放热过程中向外界放出热量1080 J ，在压缩过程中外界消耗功700 J 。试求膨胀过程中工质对外界所作的功。 解：由循环净热量＝循环净功
即q 0=w 0
得1800-1080＝W-700
故膨胀过程中工质对外界所作的功W ＝1420 J
3-1 已知氖的相对分子质量为20.183，在25℃时比定压热容为 1.030 kJ ／(kg.K)。试计算(按理想气体)： (1)气体常数；
(2)标准状况下的比体积和密度；
(3)25℃时的比定容热容和热容比。 解：（1）气体常数 )/(411956.0)/(951.411/10183.20)
/(31451.83
K kg kJ K kg J mol
kg K mol J M R R g ?=?=??==
- （2）由理想气体状态方程
T R pv g =得 比体积kg m Pa
K
K mol J p
T R v g /111.11001325.115.273)/(956.41135
=???=
=
密度3
3
/900.0/111.111m kg kg
m v ===
ρ （3）由迈耶分式 g v p R c c =-00得 比定容热容
)
/(618.0)/(411956.0)/(030.100K kg kJ K kg kJ K kg kJ R c c g
p v ?=?-?=-=
热容比667.1)
/(618.0)
/(030.10
00=??=
=
K kg kJ K kg kJ c c V p γ
3-2 容积为2.5 m 3的压缩空气储气罐，原来压力表读数为0.05 MPa ，温度为18℃。充气后压力表读数升为0.42 MPa ，温度升为40℃。当时大气压力为0.1 MPa 。求充进空气的质量。 解：充气前p 1 = p g1+p b = 0.05MPa+0.1MPa = 0.15MPa ，K T 15.2911815.2731=+=
充气后p 2 = p g2+p b = 0.42MPa+0.1MPa = 0.52MPa ，K T 15.3134015.2732=+= 由理想气体状态方程
T R pv g =，得
223.315.052.0)4015.273()1815.273(122121=++==MPa
MPa K K p T p T v v 由T mR pV g =，得kg K K kg J m Pa T R pV m g 486.4)1815.273()/(1.2875.21015.03
61=+????==
又容积V ＝ v 1m 1 = v 2m 2，所以kg kg v m v m 459.14486.4223.32
1
12=?==
充进空气的质量kg kg kg m m m 973.9486.4459.1412=-=-=?
3-7 定比热容理想气体，进行了1→2、4→3两个定容过程以及1→4、2→3两个定压过程(图3-18)。试证明： q 123>q 143
证明：)()(230120123T T c T T c q p V -+-=
由迈耶公式g v p R c c =-00
，则
)
()())(()()
()(23130230120230120123T T R T T c T T R c T T c T T c T T c q g V g V V p V -+-=-++-=-+-= 同理
)
()()
()(14130430140143T T R T T c T T c T T c q g V v p -+-=-+-=
对定压过程
常数==p R T v g
，则)(23223v v R p T T g --＝，)(14114v v R p T T g --＝ 又01423>-=-v v v v ，12p p >
所以0))(()()(23121423143123>--=---=-v v p p T T R T T R q q g g 所以q 123>q 143
3-8 某轮船从气温为-20℃的港口领来一个容积为40 L 的氧气瓶。当时压力表指示出压力为15 MPa 。该氧气瓶放于储藏舱内长期未使用，检查时氧气瓶压力表读数为15.1MPa ，储藏室当时温度为17℃。问该氧气瓶是否漏气?如果漏气，漏出了多少(按理想气体计算，并认为大气压力p b ≈0.1 MPa)?
解：由附表1查得，氧气气体常数)/(8.259K kg J R g ?=
-20℃时，压力Pa Pa Pa p p p b g 66611101.15101.01015?=?+?=+= 17℃时，压力Pa Pa Pa p p p b g 66622102.15101.0101.15?=?+?=+=
由T mR pV g =，得kg K K kg J m Pa T R V p m g 184.9)2015.273()/(8.25904.0101.1536111=-????==
kg K K kg J m Pa T R V p m g 066.8)1715.273()/(8.25904.0102.153
6222=+????==
所以kg kg kg m 118.1066.8184.9=-=? 氧气瓶漏气，且漏出1.118kg 氧气。
3-12 空气从T 1=300 K 、p 1=0.1 MPa 压缩到p 2=0.6 MPa 。试计算过程的膨胀功(压缩功)、技术功和热量，设过程是(1)定温的、(2)定熵的、(3)多变的(n=1.25)。按定比热容理想气体计算，不考虑摩擦。 解：(1)定温过程
kg /kJ 324.154MPa
6.0MPa 1.0ln K 300)K kg /(kJ 2871.0p p ln T R q w w 211g T T ,t T -=??====
(2)定熵过程
kg /kJ 947.143])MPa
1.0MPa 6.0(1[K 300)K kg /(kJ 2871.014.11])
p p
(1[1k T R w 4
.11
4.1k
1
k 1
21
g s -=-????-=--=--
kg /kJ 526.201kg /kJ )947.143(4.1kw w s s ,t -=-?== 0q s = (3)多变过程
kg
/kJ 477.148])MPa
1.0MPa 6.0(1[K 300)K kg /(kJ 2871.0125.11])
p p
(1[1n T R w 25
.11
25.1n
1
n 1
21
g n -=-????-=--=--kg /kJ 597.185kg /kJ )477.148(25.1nw w n s ,n -=-?== 终温K 29.429)
MPa
1.0MPa
6.0(K 300)
p p
(T T 25
.1125.1n
1n 1
212=?==--
查附表1，得C V0=0.718)K kg /(kJ ?, C p0=1.005)K kg /(kJ ?
kg
/kJ 595.55K )30029.429(125.1)K kg /(kJ 005.1)K kg /(kJ 718.025.1)
T T (1n C nC q 120
p 0V n -=-?-?-??=---=
4-1 设有一卡诺热机，工作在温度为1 200 K 和300 K 的两个恒温热源之间。试问热机每作出1 kW·h 功需从热源吸取多少热量?向冷源放出多少热量?热机的热效率为若干?
解：卡诺热机效率%751200
300
11121,=-=-==
T T Q W C t η 吸收热量kJ kJ
W
Q C
t 4800%
753600,1==
?=
η 放出热量kJ kJ kJ W Q Q 12003600480012=-=-=
4-2 以空气为工质，在习题4一l 所给的温度范围内进行卡诺循环。已知空气在定温吸热过程中压力由8 MPa 降为2 MPa 。试计算各过程的功和热量及循环的热效率(按空气热力性质表计算)。
解：（1）室温吸热过程1→2
kg kJ MPa
MPa
K K kg kJ p p T R w w q g T t T T /606.47728ln 1200)/(2871.0ln 2111,11=???==== （2）定熵膨胀过程2→3
kg kJ kg kJ kg kJ u u w s /26.719/07.214/33.93332=-=-=
kg kJ kg kJ kg kJ h h w s t /6.977/19.300/79.127732,=-=-= 0=s q
（3）定温放热过程3→4
kg kJ K
K kg kJ T T q w w q T T t T T /402.1191200300/606.4771222,22-=?-=?-=== （4）定熵压缩过程4→1
kg kJ u u w s /26.71914-=-=
kg kJ h h w s t /6.97714,-=-= 0=s q
%751200
300
1112,=-=-
=T T C t η 4-4 两台卡诺热机串联工作。A 热机工作在700℃和t 之间；B 热机工作在t 和20℃之间。试计算在下述情况下的t 值： (1)两热机输出的功相同；
(2)两热机的热效率相同。 解：（1）输出功相同，如图所示 故有w 1=w 2
即))(20())(700(1212s s t s s t --=-- 解得t=360℃
w 1 w 2
（2）由ηη'= 有T
K
K T )15.27320(1)15.273700(1+-
=+-
解得： T = 534.12K , t = 261℃
4-10 有质量均为m 的二物体，比热容相同，均为c p (比热容为定值，不随温度变化)。A 物体初温为T A ，B 物体初温为T B (T A >T B )。用它们作为热源和冷源，使可逆热机工作于其间，直至二物体温度相等为止。试证明：
(1)二物体最后达到的平衡温度为
B A m T T T =
(2)可逆热机作出的总功为
)
2()()(210B A B A p B B A p B A A p T T T T mc T T T mc T T T mc Q Q W -+=---=-=
(3)如果抽掉可逆热机，使二物体直接接触，直至温度相等。这时二物体的熵增为
证明：（1）可逆条件下的熵方程可表示为
0=+++?
?m
B
m
A
T T p T T p T
dT mc T
dT mc S S S S ＝＝热机冷源热源孤立系????
故有0ln ln
=+B
m A m T T
T T B A m T T T =2
即B A m T T T =
（2）
)
2()()(210B A B A p B B A p B A A p T T T T mc T T T mc T T T mc Q Q W -+=---=-=
（3）2
B
A m
T T T +=' B
B
A p A
B A p T T T m c T T T m c S 2ln 2ln +++=?
5-1 用管道输送天然气(甲烷)。已知管道内天然气的压力为4.5 MPa ，温度为295 K 、流速为30 m/s ，管道直径为0.5m 。问每小时能输送天然气多少标准立方米?
解：h m s m s m m c D Ac v q q m v /101195.2/8875.5/30)5.0(4
1
41343221?==??====ππ
由T mR pV g =得，111T mR q p g V =，222T mR q p g V =， 即
h m K
MPa K h m MPa T p T q p q V V /10716.8295101325.015.273/101195.25.435341
22112?=????==
5-2 温度为750℃、流速为550m/s 的空气流，以及温度为20℃、流速为380m/s 的空气流，是亚音速气流还是超音速气流?它们的马赫数各为若干？已知空气在750℃时 γ0=1.335；在20℃时γ0=1.400。
解：（1）750℃时，
当地音速s m K K kg J T R c g s /22.626)15.273750()/(1.287335.1101=+???==γ
11s c c <，故为亚音速； 878.0/22.626/55011===
s
m s
m c c Ma s （2）20℃时，
当地音速s m K K kg J T R c g s /26.343)15.27320()/(1.2874.1202=+???==γ
22s c c <，为超音速； 107.1/26.343/38022===
s
m s m c c Ma s 6-1 已知活塞式内燃机定容加热循环的进气参数为MPa p 1.01=、C t 501= ，压缩比6=ε，加入的热量kg kJ q /7501=。试求循环的最高温度、最高压力、压升比、循环的净功和理论热效率。认为工质是空气并按定比热容理想气体计算。
解
：
状
态
1
：
MPa
p 1.01=，
K
T 15.3231=，
kg m MPa
K
K kg J p T R v g /9278.01.015.323)/(1.28731
11=??=
=
状态2：kg m kg
m v v /1546.06
/9278.0331
2==
=ε MPa MPa v v p p 229.161.0)(
4.12
1120
=?==γ K R v p T g
8.6612
22==
状态3：23v v =
)(2301T T c q V -=
a
状态5：K K T T 3.833)6
1
(4.1706)1(14.11350=?==--γε
kg kJ K K K kg KJ T T c q V /29.366)15.3233.833()/(718.0)(1502=-??=-=
K T T 4.17063max == MPa p p 168.33max ==
7-2 已知下列各状态：
（1）MPa p 31=、C t
300=； （2）MPa p 51=、C t
155=；
（3）MPa p 3.01=、92.0=x ；
试利用水和水蒸气热力性质表查出或计算出各状态的比体积、熵和热力学能。
解:（1）MPa
p 3=300=t ℃
kg m v /081226.03= kg kJ h /4.2992
= )/(5371.6K kg kJ s ?= kg kJ kg m Pa kg kJ pv h u /722.2748/081226.0103/4.299236=??-=-= （2）MPa p 5= t=155℃
kg m v /0010933.0)140155(140
1600010768
.00010988.00010768.03=-?--+
=
kg kJ h /7.656)140155(14016023
.59219.67823.592=-?--+=
)/(8869.1)140155(140
1607345
.19377.17345.1K kg kJ s ?=-?--+=
kg kJ pv h u /2335.6510010933.01057.6563=??-=-= (3) MPa p 3.0= x=0.92
kg m v /0010732.03=' kg m v /60587.03=''
kg kJ h /58.561=' kg kJ h /26.2725='' )/(6721.1K kg kJ s ?=' )/(9921.6K kg kJ s ?=''
kg m v x v x v /5575.0)1(3=''+'-= )/(5665.6)1(K kg kJ s x s x s ?=''+'-= kg kJ h x h x h /1656.2552)1(=''+'-= kg kJ pv h u /92.2384=-=
热工基础大作业
核电站在中国的兴起发展 能源是现代社会发展的重要物质基础，是实现经济增长最重要的生产要素之一。一个国家（或地区）经济增长率和生活水平与能源消耗、与当地人均用电量有直接的（正比）关系。世界各国的能源消费结构存在比较大的差异，主要取决于该国的资源构成、经济发展水平以及能源战略. 由于化石燃料对环境的污染及不可再生性，各国积极发展可再生能源，核电作为安全经济的清洁能源受到各国的普遍重视。 现代电力工业的发展状况是一个国家是否发达的重要标志之一，而核电技术的发展程度则在一定意义上反映了该国高新技术水平的高低。 核能发电的能量来自核反应堆中可裂变材料(核燃料)进行裂变反应所释放的裂变能。裂变反应指铀-235、钚-239、铀-233等重元素在中子作用下分裂为两个碎片，同时放出中子和大量能量的过程。反应中，可裂变物的原子核吸收一个中子后发生裂变并放出两三个中子。若这些中子除去消耗，至少有一个中子
能引起另一个原子核裂变，使裂变自持地进行，则这种反应称为链式裂变反应。实现链式反应是核能发电的前提。核电站由核岛（主要包括反应堆、蒸汽发生器）、常规岛（主要包括汽轮机、发电机）和配套设施组成。核电站与一般电厂的区别主要在于核岛部分。 核电之所以能成为重要的能源支柱之一，是由它的安全性、运行稳定、寿期长和对环境的影响小等优点所决定的。大部分核电发达国家的核能发电比常规能源发电更为经济。核电在我国也具有较强的潜在经济竞争力，目前它的经济性已可以与引进的脱硫煤电厂相比较。 据科学家分析，我国煤电燃料链温室气体的排放系数约为1302.3等效CO2克／千瓦时，水电燃料链为107.6等效CO2克／千瓦时。核电站自身不排放温室气体，考虑到它在建造和运行中所用的材料，其燃料链温室气体的排放系数约为13.7等效CO2克／千瓦时。可见，核电站向环境释放的温室气体，只是同等规模煤电厂的百分之一。而且世界上有比较丰富的核资源，核燃料有铀、钍氘、锂、硼等等，世界上铀的储量约为417万吨。地球上可供开发的核燃料资源，可提供的能量是矿石燃料的十多万倍。核能应用作为缓和世界能源危机的一种经济有效的措施有许多的优点，其一核燃料具有许多优点，如体积小而能量大，核能比化学能大几百万倍；1000克铀释放的能量相当于2400吨标准煤释放的能量；一座100万千瓦的大型烧煤电站，每年需原煤300～400万吨，运这些煤需要2760列火车，相当于每天8列火车，还要运走4000万吨灰渣。同功率的压水堆核电站，一年仅耗铀含量为3％的低浓缩铀燃料28吨；每一磅铀的成本，约为20美元，换算成1千瓦发电经费是0．001美元左右，这和目前的传统发电成本比较，便宜许多；而且，由于核燃料的运输量小，所以核电站就可建在最需要的工业区附近。核电站的基本建设投资一般是同等火电站的一倍半到两倍，不过它的核燃料费用却要比煤便宜得多，运行维修费用也比火电站少，如果掌握了核聚变反应技术，使用海水作燃料，则更是取之不尽，用之方便。各种能源向环境释放的放射性物质也相差很大。科学家调查证实，从对公众和工作人员产生的辐射照射看，煤电燃料链分别是核电燃料链的50倍和10倍。 我国在1971年建成第一艘核潜艇以后，立即转入了对核电站的研究和设计。经过几十年的努力，我国迄今已经建成核电机组8套，还有3套正在建设之中，到2005年将全部建成，届时我国的核电装机容量将达到870万千瓦。从我国的第一套核电机组———秦山30万千瓦核电机组并网发电以来，到目前为止，我 国核发电总量已超过为1500亿千瓦时。 秦山核电站是我国大陆第一座核电站。它 是我国自行设计建造的30万千瓦原型压水堆 核电站，于1985年开工建设，1991年12月15 日首次并网发电，1994年投入商业运行，已有 十多年安全运行的良好业绩，被誉为“国之光荣”。 我国自行设计、建造的秦山二期核电站，装有两台60万千瓦压水堆核电机组，于1996年6月2日开工建设。1号机组于2002年2月6日实现首次并网，2002年4月15日提前47天投入商业运行。它的建成为我国核电自主化事业的进一步发展奠定了坚实的基础。
(完整版)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 =+???蜒? 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=+???蜒?
建筑物理2热工学大作业
班级建筑141 姓名钟诚 学号3140622027 指导老师Tony
建筑物理2热工学大作业 1.查资料得:宁波市冬季日平均气温在5℃~13℃之间，则取室外温度为t1=7℃，室内适宜温度取为t2=22℃，室内外温差15℃. 2.建筑维护结构材料的选取 ①墙体：墙体分外墙、保温层和内墙外墙（d1=240mm)和内墙(d2=140mm)材料 为灰砂石砌体，λ=1.10；保温层材料(d3=60mm)为矿棉板，λ=0.050 ②屋顶：钢筋混凝土（d1=30mm）λ=1.74；保温砂浆(d2=20mm)λ=0.29；油毡 防水层(d3=10mm)λ=0.17 ③楼地面：钢筋混凝土(d=150mm)λ=1.74 ④门：胶合板(d=50mm)λ=0.17 ⑤窗：单层玻璃材料取平板玻璃(d=5mm)λ=0.76 窗框窗洞面积比25%
3.传热阻计算 ①墙体：R1=0.24/1.10=0.218(㎡·K/W) R2=0.14/1.10=0.127(㎡·K/W) R3=0.06/0.05=1.2(㎡·K/W) R(wall)=Ri+R1+R2+R3+Re=0.11+0.218+0.127+1.2+0.04=1.695(㎡·K/W) ②屋顶：R1=0.03/1.74=0.017(㎡·K/W) R2=0.02/0.29=0.069(㎡·K/W) R3=0.01/0.17=0.059(㎡·K/W) R(roof)=Ri+R1+R2+R3+Re=0.11+0.017+0.069+0.059+0.04=0.295(㎡·K/ W) ③楼地面: R1=0.150/1.74=0.086(㎡·K/W) R(floor)=Ri+R1+Re=0.11+0.086+0.08=0.276(㎡·K/W) ④门: R1=0.05/0.17=0.294(㎡·K/W) R(door)=Ri+R1+Re=0.11+0.294+0.04=0.444(㎡·K/W) ⑤窗：R1=0.005/0 .76=0.0066(㎡·K/W) R(window)=Ri+R1+Re=0.11+0.0066+0.04=0.1566(㎡·K/W)
工程热力学作业.
1-1 一立方形刚性容器，每边长1m ，将其中气体的压力抽至1000Pa ，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 。 解：p = 1 000 Pa = 0.001 MPa 真空度mmHg Pa MPa MPa MPa p p p b V 56.74299000099.0001.01.0===-=-= 容器每面受力F ＝p V A = 9 900 Pa×1m 2 =9.9×104 N 1-2 试确定表压力为0.01 MPa 时U 形管压力计中液柱的高度差。(1)U 形管中装水，其密度为1 000 kg/m 3；(2) U 形管中装酒精，其密度为789 kg/m 3。 解： 因为表压力可以表示为p g =ρgΔz ，所以有 g p z g ρ= ? 既有（1）mm m s m m kg Pa g p z g 72.101901972.1/80665.9/10001001.02 36==??=?＝水ρ （2） mm m s m m kg Pa g p z g 34.129729734.1/80665.9/7891001.02 36==??=?＝酒精 ρ 1-7 从工程单位制热力性质查得，水蒸气在500℃、100at 时的比体积和比焓分别为v =0.03347m 3/kg 、h =806.6kcal/kg 。在国际单位制中，这时水蒸气的压力和比热力学能各为多少？ 解： 水蒸气压力p =100at×9.80665×104Pa/at = 9.80665×106Pa=9.80665MPa 比热力学能u=h-pv=806.6kcal ×4.1868kJ/kcal)/kg-9806.65kPa ×0.03347m 3/kg = 3377.073kJ-328.228kJ =3048.845kJ 2-1 冬季，工厂某车间要使室内维持一适宜温度。在这一温度下，透过墙壁和玻璃等处，室内向室外每一小时传出0.7×106kcal 的热量。车间各工作机器消耗的动力为是500PS(认为机器工作时将全部动力转变为热能)。另外，室内经常点着50 盏100W 的电灯，要使该车间的温度保持不变，问每小时需供给多少kJ 的热量？ 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 Q = Q 机＋Q 灯＋Q 散＋Q 补 = 0 Q 机 = 500PSh = 500×2.647796×103 kJ = 1.32×106 kJ Q 灯 = 50×100W×3600s = 1.8×107J = 1.8×104 kJ Q 散 = -0.7×106kcal =- 0.7×106×4.1868kJ = -2.93×106 kJ Q 补 = -Q 机-Q 灯＋Q 散 = -1.32×106 kJ-1.8×104 kJ+2.93×106 kJ = 1.592×106 kJ
工程热力学课后作业答案(第七章)第五版
7-1当水的温度t=80℃，压力分别为0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa 时，各处于什么状态并求出该状态下的焓值。 解：查表知道 t=80℃时饱和压力为0.047359MPa 。 因此在0.01、0.05、0.1、0.5及1MPa 时状态分别为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。焓值分别为2649.3kJ/kg ，334.9 kJ/kg ，335 kJ/kg ，335.3 kJ/kg ，335.7 kJ/kg 。 7－2已知湿蒸汽的压力p=1MPa 干度x=0.9。试分别用水蒸气表和h-s 图求出h x ，v x ，u x ，s x 。 解：查表得：h``＝2777kJ/kg h`=762.6 kJ/kg v``＝0.1943m 3/kg v`＝0.0011274 m 3/kg u``= h``－pv``=2582.7 kJ/kg u`＝h`－pv`=761.47 kJ/kg s``=6.5847 kJ/(kg.K) s`＝2.1382 kJ/(kg.K) h x ＝xh``+(1-x)h`=2575.6 kJ/kg v x ＝xv``+(1-x)v`=0.1749 m 3/kg u x ＝xu``+(1-x)u`=2400 kJ/kg s x ＝xs``+(1-x)s`=6.14 kJ/(kg.K) 7-3在V ＝60L 的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定其温度t ＝210℃，干饱和蒸汽的含量m v =0.57kg ，试求此湿蒸汽的干度、比容及焓值。 解：t ＝210℃的饱和汽和饱和水的比容分别为： v``＝0.10422m 3/kg v`＝0.0011726 m 3/kg h``＝2796.4kJ/kg h`=897.8 kJ/kg 湿饱和蒸汽的质量：x m m v = `)1(``v x xv m V -+= 解之得： x=0.53 比容：v x ＝xv``+(1-x)v`=0.0558 m 3/kg 焓：h x ＝xh``+(1-x)h`=1904kJ/kg 7－4将2kg 水盛于容积为0.2m 3的抽空了的密闭刚性容器中，然后加热至200℃试求容器中 （1）压力；（2）焓；（3）蒸汽的质量和体积。 解：（1）查200℃的饱和参数 h``＝2791.4kJ/kg h`=852.4 kJ/kg v``＝0.12714m 3/kg v`＝0.0011565m 3/kg 饱和压力1.5551MPa 。 刚性容器中水的比容： 2 2.0=v ＝0.1 m 3/kg 《工程热力学》沈维道主编第四版课后思想题答案（1?5章）第1章基本概念 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答：否。当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。 2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。这种观点对不对，为什么? 答：不对。"绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。物质并不“拥有”热量。一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。 3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系? 答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。 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？在绝对压力计算公式 P 二P b P e (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? 答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。 “当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说，计算式中的Pb应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它 意义上的“大气压力"，或被视为不变的“环境大气压力”。 5.温度计测温的基本原理是什么? 答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。 6.经验温标的缺点是什么？为什么? 答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。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制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可能是微小的），因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点。 7.促使系统状态变化的原因是什么？举例说明答：分两种不同情况：⑴若系统原本不处于平衡状态，系统内各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作用下，各个部分发生相互作用, 系统的状态将发生变化。例如，将一块烧热了的铁扔进一盆水中，对于水和该铁块构成的系统说来，由于水和铁块之间存在着温度差别，起初系统处于热不平衡的状态。这种情况下，无需外界给予系统任何作用，系统也会因铁块对水放出热量而发生状态变化：铁块的温度逐渐降低，水的温度逐渐升高，最终系统从热不平衡的状态过渡到一种新的热平衡状态；⑵若系统原处于平衡状态，则只有在外界的作用下（作功或传热）系统的状态才会发生变。 &图1-16a、b所示容器为刚性容器：⑴将容器分成两部分。一部分装气体, 一部分抽 成真空，中间是隔板。若突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？⑵设真空部分装 有许多隔板，每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再抽去一块, 问气体係统）是否作功? 图1-16 .吾苦翹E附團 ⑶上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在P-V图上表示？ 答：⑴；受刚性容器的约束，气体与外界间无任何力的作用，气体（系统）不对外界作功; ⑵b情况下系统也与外界无力的作用，因此系统不对外界作功； 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？ 第四章 4-1 1kg 空气在可逆多变过程中吸热40kJ,其容积增大为1102v v =,压力降低为8/12p p =,设比热为定值,求过程中内能的变化、膨胀功、轴功以及焓与熵的变化。 解:热力系就是1kg 空气 过程特征:多变过程) 10/1ln()8/1ln()2/1ln()1/2ln(== v v p p n ＝0、9 因为 T c q n ?= 内能变化为 R c v 2 5= ＝717、5)/(K kg J ? v p c R c 5 727==＝1004、5)/(K kg J ? =n c ==--v v c n k n c 51＝3587、5)/(K kg J ? n v v c qc T c u /=?=?＝8×103J 膨胀功:u q w ?-=＝32 ×103 J 轴功:==nw w s 28、8 ×103 J 焓变:u k T c h p ?=?=?＝1、4×8＝11、2 ×103J 熵变:12ln 12ln p p c v v c s v p +=?＝0、82×103)/(K kg J ? 4－2 有1kg 空气、初始状态为MPa p 5.01=,1501=t ℃,进行下列过程: (1)可逆绝热膨胀到MPa p 1.02=; (2)不可逆绝热膨胀到MPa p 1.02=,K T 3002=; (3)可逆等温膨胀到MPa p 1.02=; (4)可逆多变膨胀到MPa p 1.02=,多变指数2=n ; 试求上述各过程中的膨胀功及熵的变化,并将各过程的相对位置画在同一张v p -图与s T -图上 解:热力系1kg 空气 （1） 膨胀功: ])1 2(1[111k k p p k RT w ---=＝111、9×103J 熵变为0 (2))21(T T c u w v -=?-=＝88、3×103J 1 2ln 12ln p p R T T c s p -=?＝116、8)/(K kg J ? (3)21ln 1p p RT w =＝195、4×103)/(K kg J ? 2 1ln p p R s =?＝0、462×103)/(K kg J ? (4)])1 2(1[111 n n p p n RT w ---=＝67、1×103J n n p p T T 1)1 2(12-=＝189、2K 1 2ln 12ln p p R T T c s p -=?＝－346、4)/(K kg J ? 4-3 具有1kmol 空气的闭口系统,其初始容积为1m 3,终态容积为10 m 3,当初态与终态温度 均100℃时,试计算该闭口系统对外所作的功及熵的变化。该过程为:(1)可逆定温膨胀;(2)向真空自由膨胀。 解:(1)定温膨胀功===1 10ln *373*287*4.22*293.112ln V V mRT w 7140kJ ==?1 2ln V V mR s 19、14kJ/K (2)自由膨胀作功为0 ==?12ln V V mR s 19、14kJ/K 4－4 质量为5kg 的氧气,在30℃温度下定温压缩,容积由3m 3变成0.6m 3,问该过程中工质 吸收或放出多少热量？输入或输出多少功量？内能、焓、熵变化各为多少？ 解:===3 6.0ln *300*8.259*512ln V V mRT q －627、2kJ 放热627、2kJ 因为定温,内能变化为0,所以 q w = 内能、焓变化均为0 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 Q+ = ? U W 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。 ? Q＝2.67×105kJ 2000? = 20 60 / 400 （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 ? = Q+ U W 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。 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 ??=W δ Qδ 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W U Q +?= =---=-=?)4(7W Q U －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。 解：同上题 3-7 解：热力系：1.5kg 质量气体 闭口系统，状态方程：b av p += )]85115.1()85225.1[(5.1---=?v p v p U ＝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 2.1 2.022 1 ]1160)800(21[5.15.1v v pdv W --==?＝900kJ 过程中传热量 W U Q +?=＝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 W U Q +?= 以下为《高等工程热力学与传热学》思考题（大学 单春贤）答案，该答案由多人完成，可能不完全并不保证正确率。答案仅供参考。 高等工程热力学 1、稳定态：当系统与外界之间不存在是外界遗留下有限变化的作用时，不会发生有限状态变化的系统状态。处于稳定态的系统，只要没有受到是外界留下有限变化的作用，就不可能产生有限速率的状态变化。 平衡态：当系统的各个参数不随时间而变化，且系统与外界不存在能量与物质的交换，则系统达到平衡态。 联系：稳定平衡态：一个约束系统，当只容许经历在外界不留下任何净影响的过程时，从一个给定的初始容许态能够达到唯一的一个稳定态。 区别：平衡是不存在各种势差；而稳定是状态不随时间变化。 如果一系统在不受外界影响的条件下，已处于稳定态，该系统不一定处于平衡态。 2、热力学第一定律能量表述：加给热力系的热量，等于热力系的能量增量与热力系对外作功之和。dW dE Q +=d ；在热力系统的两个给定稳态之间进行的一切绝热过程的功都是相同的。 热力学第二定律能量表述：克劳修斯说：不可能把热从低温物体传导高温物体而不引起其他变化，即热从低温物体不可能自发地传给高温物体。 热力学第一定律的火用、火无表述：在任何过程中，火用和火无的总量保持不变。 热力学第二定律的火用、火无表述：若是可逆过程，则火用保持不变；若是不可逆过程，则部分转化为火无，火无不能转化为火用。 3、处于稳定态的系统，只要没有受到使外界留下有限变化的作用，就不可能产生有限速率的状态变化。当系统与外界之间不存在使外界遗留下有限变化的作用时，不会发生有限状态变化的系统状态。重物下落时，由于受到重力作用，做匀加速运动，速率发生变化，若不对外界产生影响，则过程不可能实现。 4、（1）(P,V,P'',V'')0AC F = ''''P V PV nbP =- (P',V',P'',V'')0BC F = ''' '''''' P V V P V V nB = + ''(P,V,P'')'' AC PV nbP V f P -= = '''''(P',V',P'')(V'nB')P''BC P V V V f = =+ 合并消去''V (P,V,P'')(P',V',P'')AC BC f f = 即 ''' ''(V'nB')P'' PV nbP P V V P -=+ （*） 工程热力学课后答案 2-2.解：（1）2N 的气体常数 28 8314 0==M R R ＝296.9)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 101325 2739.296?==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Mv Mv ＝p T R 0 ＝64.27kmol m /3 2-3．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 11 11RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2 2 22RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝188.9 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解：同上题 10)273 325 .1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝41.97kg 2-6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 19.83min 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 m 3 的空气在0.1MPa 下占体积为多少的问题。 根据等温状态方程 const pv = 0.7MPa 、8.5 m 3 的空气在0.1MPa 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0.1MPa 的空气 3 m 3 ，则要压缩 59.5 m 3 的空气需要的时间 == 3 5 .59τ19.83min 2－8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 == 11 2 2T V V T 582K （2）空气的初容积 p=3000×9.8/(πr 2 )+101000=335.7kPa == p m RT V 1 10.527 m 3 空气的终态比容 7-1当水的温度t=80℃，压力分别为、、、及1MPa时，各处于什么状态并求出该状态下的焓值。 解：查表知道t=80℃时饱和压力为。 因此在、、、及1MPa时状态分别为过热、未饱和、未饱和，未饱和、未饱和。焓值分别为kg，kJ/kg，335 kJ/kg，kJ/kg，kJ/kg。 7－2已知湿蒸汽的压力p=1MPa干度x=。试分别用水蒸气表和h-s图求出hx，vx，ux，sx。解：查表得：h``＝2777kJ/kg h`= kJ/kg v``＝kg v`＝m3/kg u``= h``－pv``= kJ/kg u`＝h`－pv`= kJ/kg s``= kJ/ s`＝kJ/ hx＝xh``+(1-x)h`= kJ/kg vx＝xv``+(1-x)v`= m3/kg ux＝xu``+(1-x)u`=2400 kJ/kg sx＝xs``+(1-x)s`= kJ/ 7-3在V＝60L的容器中装有湿饱和蒸汽，经测定其温度t＝210℃，干饱和蒸汽的含量mv=，试求此湿蒸汽的干度、比容及焓值。 解：t＝210℃的饱和汽和饱和水的比容分别为： v``＝kg v`＝m3/kg h``＝kg h`= kJ/kg 湿饱和蒸汽的质量： 解之得： x= 比容：vx＝xv``+(1-x)v`= m3/kg 焓：hx＝xh``+(1-x)h`=1904kJ/kg 7－4将2kg水盛于容积为的抽空了的密闭刚性容器中，然后加热至200℃试求容器中（1）压力；（2）焓；（3）蒸汽的质量和体积。 解：（1）查200℃的饱和参数 h``＝kg h`= kJ/kg v``＝kg v`＝kg 饱和压力。 刚性容器中水的比容： ＝m3/kg 11-1空气压缩致冷装置致冷系数为2.5，致冷量为84600kJ/h ，压缩机吸入空气的压力为0.1MPa ，温度为-10℃，空气进入膨胀机的温度为20℃，试求：压缩机出口压力；致冷剂的质量流量；压缩机的功率；循环的净功率。 解：压缩机出口压力 1)12(1/)1(-= -k k p p ε 故：))1/(()11(12-+=k k p p ε＝0.325 MPa 2 134p p p p = T3=20+273=293K k k p p T T /)1()3 4(34-=＝209K 致冷量：)41(2T T c q p -=＝1.01×（263-209）＝54.5kJ/kg 致冷剂的质量流量==2q Q m 0.43kg/s k k p p T T /)1()1 2(12-=＝368K 压缩功：w1=c p (T2-T1)=106 kJ/kg 压缩功率：P1=mw1=45.6kW 膨胀功：w2= c p (T3-T4)=84.8 kJ/kg 膨胀功率:P2=mw2=36.5kW 循环的净功率:P=P1-P2=9.1 KW 11-2空气压缩致冷装置，吸入的空气p1=0.1MPa ，t1=27℃，绝热压缩到p2=0.4MPa ，经冷却后温度降为32℃，试计算：每千克空气的致冷量；致冷机消耗的净功；致冷系数。 解：已知T3=32+273=305K k k p p T T /)1()1 2(12-=＝446K k k p p T T /)1()34( 34-=＝205K 致冷量：)41(2T T c q p -=＝1.01×（300-205）＝96kJ/kg 致冷机消耗的净功: W=c p (T2-T1)－c p (T3-T4)=46.5kJ/kg 致冷系数：==w q 2ε 2.06 11－3蒸气压缩致冷循环，采用氟利昂R134a 作为工质，压缩机进口状态为干饱和蒸气，蒸发温度为-20℃，冷凝器出口为饱和液体，冷凝温度为40℃，致冷工质定熵压缩终了时焓值为430kJ/kg ，致冷剂质量流量为100kg/h 。求：致冷系数；每小时的制冷量；所需的理论功率。 解：在lgp-h 图上查各状态点参数。 ,p1=0.133MPa h1=386kJ/kg s1=1.739 kJ/(kg ?K) ,p2=1.016 MPa h2=430 kJ/kg ,h3=419 kJ/kg h5=h4=256 kJ/kg 《工程热力学》 沈维道主编 第四版 课后思想题答案（1~5章） 第1章 基本概念 ⒈ 闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答：否。当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。 ⒉ 有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。这种观点对不对，为什么? 答：不对。“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。物质并不“拥有”热量。一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。 ⒊ 平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系? 答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。 ⒋ 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？在绝对压力计算公式 b e p p p =+ ()b p p >; b v p p p =- ()b p p < 中，当地大气压是否必定是环境大气压? 答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。 “当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说，计算式中的Pb 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。 ⒌ 温度计测温的基本原理是什么? 答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。 ⒍ 经验温标的缺点是什么?为什么? 答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。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制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可能是微小的），因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点。 ⒎ 促使系统状态变化的原因是什么?举例说明。 答：分两种不同情况： ⑴ 若系统原本不处于平衡状态，系统内各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作用下，各个部分发生相互作用，系统的状态将发生变化。例如，将一块烧热了的铁扔进一盆水中，对于水和该铁块构成的系统说来，由于水和铁块之间存在着温度差别，起初系统处于热不平衡的状态。这种情况下，无需外界给予系统任何作用，系统也会因铁块对水放出热量而发生状态变化：铁块的温度逐渐降低，水的温度逐渐升高，最终系统从热不平衡的状态过渡到一种新的热平衡状态； ⑵ 若系统原处于平衡状态，则只有在外界的作用下（作功或传热）系统的状态才会发生变。 ⒏ 图1-16a 、b 所示容器为刚性容器：⑴将容器分成两部分。一部分装气体， 一部分抽成真空，中间是隔板。若突然抽去隔板，气体(系统)是否作功？ ⑵设真空部分装有许多隔板，每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再抽去一块， 问气体(系统)是否作功？ ⑶上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在P-v 图上表示？ 答：⑴；受刚性容器的约束，气体与外界间无任何力的作用，气体（系统）不对外界作功； ⑵ b 情况下系统也与外界无力的作用，因此系统不对外界作功； 2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下 2 N 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 8314 0= = M R R ＝296.9)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 101325 2739.296?= =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 Mv Mv ＝ p T R 0＝64.27kmol 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 ＝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CO 2的质量 1 1 11RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2 222RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝188.9 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 1 22(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99.3kPa ，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0.1MPa 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： 水的饱和蒸汽压力和温度关系 实验报告 水的饱和蒸汽压力和温度关系 一、实验目的 1、通过水的饱和蒸汽压力和温度关系实验，加深对饱和状态的理解。 2、通过对实验数据的整理，掌握饱和蒸汽P-t关系图表的编制方法。 3、学会压力表和调压器等仪表的使用方法。 二、实验设备与原理 456 7 1. 开关 2. 可视玻璃 3. 保温棉（硅酸铝） 4. 真空压力表（-0.1～1.5MPa） 5. 测温管 6. 电压指示 7. 温度指示8. 蒸汽发生器9. 电加热器10. 水蒸汽11.蒸馏水12. 调压器 图1 实验系统图 物质由液态转变为蒸汽的过程称为汽化过程。汽化过程总是伴随着分子回到液体中的凝结过程。到一定程度时，虽然汽化和凝结都在进行，但汽化的分子数与凝结的分子数处于动态平衡，这种状态称为饱和态，在这一状态下的温度称为饱和温度。此时蒸汽分子动能和分子总数保持不变，因此压力也确定不变，称为饱和压力。饱和温度和饱和压力的关系一一对应。 二、实验方法与步骤 1、熟悉实验装置及使用仪表的工作原理和性能。 2、将调压器指针调至零位，接通电源。 3、将调压器输出电压调至200V，待蒸汽压力升至一定值时，将电压降至30-50V保温（保温电压需要随蒸汽压力升高而升高），待工况稳定后迅速记录水蒸汽的压力和温度。 4、重复步骤3，在0～4MPa（表压）范围内实验不少于6次，且实验点应尽量分布均匀。 5、实验完毕后，将调压器指针旋回至零位，断开电源。 6、记录室温和大气压力。 四、数据记录 五、实验总结 1. 绘制P-t关系曲线将实验结果绘在坐标纸上，清除偏离点，绘制曲线。工程热力学课后答案
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