习题及部分解答第一篇工程热力学第一章基本概念1.指岀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.指岀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200mm，水银柱高800mm，如图2-26所示。

已知大气压力为735mm Hg，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P H 2。

=200 9.80665 = 1.961 103=1.96.kPa5卩也=800 133.32 =1.006 10 Pa = 106.6kPap 二P b (P H2O P Hg) =98.0 (1.961 106.6) = 206.6kPa4.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。

若已知斜管倾角二^30，压力计中3使用；=0.8g / cm的煤油，斜管液体长度L = 200mm，当地大气压力p b =0.1MPa，求烟气的绝对压力(用MPa表示)解：p 二L 也sin := 200 0.8 9.81 0.5=784.8 Pa = 784.8 10“ MPap 二p b - p v =0.1 -784.8 10^ =0.0992MPa5.一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110kPa，B为真空表，读数为45kPa。

若当地大气压p b = 97kPa，求压力表A的读数(用kPa表示) P g A =155kPa6.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13.4MPa ；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为706mmHg。

若大气压力为0.098MPa，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) p_! = 0.0247M Pa P2 = 0.0039M Pa压变为p* =0.1 0M? P a 求此时真空表上的读数为多少mmMPa ?p =0.0247MPa, P v =579.8MPa9.如果气压计压力为83kPa，试完成以下计算：（1）.绝对压力为O.IMPal时的表压力；（2）.真空计上的读数为70kPa时气体的绝对压力；（3）.绝对压力为50kPa时的相应真空度（kPa）；（4）.表压力为0.25MPa时的绝对压力（kPa）。

（1）. p g =17kPa ；（2）. p =13kPa；（3）. P v =33kPa ；（4）.p =333kPa。

10.摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为0 c和100 c,而华氏温标则相应地取为32下和212下。

试导岀华氏温度和摄氏温度之间的换算关系，并求岀绝对零度所对应的华氏温度。

t F = At B将水在标准大气压下的冰点值32 F和0 c,以及沸点值292 F和100 c代入，得；32 = 0 + B02=100A + B解该二元一次方程组，得： A = 1.8, B = 32。

从而有t F=1.8t 32当t = -273.15 c时，有t F =1.8X(-273.15 _)+32 = -459.7(F)11.气体进行可逆过程，满足pV =C （C为常数），试导出该气体从状态1变化到状态2时膨胀功的表达式，并在p -V图上定性画岀过程线、示岀膨胀功。

答案：略12.某气体的状态方程为pV =Rg T，试导出：（1）.定稳下气体p,v之间的关系；（2）.定压下气体v,T之间的关系；答案：（1）.山二勺；（2） .^2 ；（ 3）.上。

P i V V i T i P i T i第二章热力学第一定律3i.一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量为q =i80 iO kg / h ，输出功率为 P =55000kW ，全厂耗煤3q m ,c =i9.5t/h ，煤的发热量为q c =30^<i0 kJ / kg 。

蒸汽在锅炉中吸热量 q = 2680kJ / kg 。

试求：（1）•该动力厂的热效率 t ； （2）.锅炉的效率 B （蒸汽总吸热量煤的总发热量）。

解：（1）.锅炉中蒸汽吸热量邛二 q m q =180 103 26808 5-4.82 10 （kj/h ） =1.34 10 （kW ）P 55000热效率t5=41%① H 1.34"05（2）.锅炉效率煤的总放热量2. 系统经一热力过程，放热 8kj 对外做功26kJ 。

为使其返回原状态，对系统加热 6kJ ，问需对系统作功 多少？解：由Q 二U - W 得U =Q —W - -8 -26 - -34（kj ）对于返回初态的过程U - - U =34kjW =Q - U =6 -34 二-28kj故需对系统做功28kj 。

蒸汽总放热量 ：＞H二qb,c3319.5 1 0330 1 0336005= 1.625 105(kW)51.34 105叫 1.625 105 二825%3.气体在某一过程只能感吸收了54kJ的热量，同时热力学能增加了94kJ。

此过程是膨胀过程还是压缩过程？系统与外界交换的功是多少？答案：此过程为压缩过程；此过程中系统与外界交换的功是_40kj。

4.1kg 空气由5 =5MPa,t| = 0.5MPa 膨胀到p2 = 0.5MPa,t2 = 500 °c,得到热量506kJ ,对外做膨胀功506kJ。

接着又从终态被压缩到初态，热出热量390kJ，试求：(1).［膨胀过程空气热力学能的增量；(2).压缩过空气热力学能的增量；(3).压缩过程外界消耗的功。

答案：(1) . J：U =0; (2) . L U =0; (3) .W - -390kj。

5.闭口系统中实施以下过程，试填补表中的空缺数据。

a 「c 「b 途径由状态变化到，吸入热量，对外做功，试问:（1） .系统从a 经d 至b ，若对外做功10kj ，则吸收热量是多少？（2） .系统由b 经曲线所示过程返回 a ，若外界对系统左贡 23kj ，吸收热量为多少？（3） .设U adb = 5kj,U d = 45kj,，那么过程a - d 和d - b 中系统吸收的热量各为多少？ 答案（1）Qdb =60kj ；（ 2）.Q ba = -73kj ；（2） . Q a d — 50kj ； （4） . Q db —10 kj 。

37. 容积为1m 的绝热封闭的气缸中装有完全不可压缩的流体，如图2-31所示。

试问：（1） .活塞是否对流体做功？（2） .通过对活塞加压，把流体压力从5 =0.2MPa 提高到P 3 =3MPa ，热力学能变化多 少？焓变化多少？3答案（1）.w=o ；（2）. U =0, H =2.8 10 kj 。

8. —质量为4500kg的汽车沿坡度为15的山坡下行，车速为300m/s 。

在距山脚100m 处开始刹车，且在山脚处刚好刹住。

若不计其它力，求因刹车而产生的热量。

5Q =2.04 105kj 。

6.如图所示，某封闭系统沿对环境放热为。

试求：(1)•汽轮机进岀口蒸汽的绝压各为多少？(2)•单位质量蒸汽经汽轮机对外输岀功为多少？(3).汽轮机的功率为多少？答案(1).5 =9.099MPap2= 3.6MPa(2). © =1200kj / kg(3).P =1.332 104kW(4).考虑进岀口动能差后-.sh的相对偏差；：sh = 0.67%10.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为p = 0.005MPa, 比焓A= 2500kj/kg，出口为同压下的水，比焓为h2=137.77kj /kg，若蒸汽流量为22t/h，进入冷凝器的冷却水温为h =17c,冷却水出口温度为t2 = 30C，试求冷却水流量为多少？水的比热容为4.18kj/(kg.K)。

3答案q m,w =956.410 (kg/h)11.某活塞式氮气压气机，压缩的氮气的参数分别为：P1 - O'MPa热量60kj。

压气机每min生产压缩氮气18kg，试求:(1).压缩过程对每kg氮气所做的功;(2).生产每kg压缩氮气所需的功；(3).带动比压气机至少要多大的电动机答案(1) . - -240kj / kg ;（2）. sh「-312kj / kg ；3W = 0.88m / kg ；p2 =1.0MPa 3v = 0.16m /kg设在压缩过程中每kg氮气热力学能增加180kj，同时向外放出(3).P =93.6kW12.流速为600m/s的高速空气突然受阻停止流动，即c2 =°，称为滞止。

如滞止过程进行迅速，以致气流受阻过程中与外界的热交换可以忽略，问滞止过程空气的焓变化了多少？答案：h=180kj/kg第三章理想气体及其混合物1.把C°2压送到体积为°.5m3的贮气罐内。

压送前贮气罐上的压力表读数为3kPa，温度为20 C，压送终了时压力表读数为30kPa，温度为50 C。

试求压送到罐内的C°2的质量。

大气压力为P b = 0.1 MPa解3p1=P b P g1=0.1 10 3 =103 kPaP2 = P b P g2 二0.1 103 30 二130 kPaR g= R二83土=0.189kj kg.K 1 M 44由pV =mR g T/ 30.5 130 汉10------------------------- ---------------------------30.18910 150+2732.体积为0.03m3的某钢性容器内盛有了700kPa,20C的氮气。

瓶上装有一排气阀，压力达到875kPa时发门开启，压力降到840kPa时关闭。

若由于外界加热的原因造成阀门开启，问：（1）阀门开启时瓶内气体温度为多少？（2）因加热造成阀门开闭一次期间瓶内氮气失去多少？设瓶内空气温度在排气过程中保持不变。

答案（1）t2 =93.3 c；（2）：m =0.0097kg3.氧气瓶的容积V=0.3叶3瓶中氧气的表压力为P g1一"MPa’l - 30 C。

问瓶中盛有多少氧气？若气焊时用去一半氧气，温度降为t2=20C，试问此时氧气的表压力为多少（当地大气压力p b二0.1 MPa)P2V P1VR g T2V 匹RgT2T13 、103汉1020 +273 丿-0.143 kg答案 m 二 7.86kg ； p g ?二 0.625M P a4•某锅炉每小时燃煤需要的空气量折合表准状况时为66000 m 3. h 。