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kPap p p p kPaPa p kPap 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：MPaPa g L p 6108.7848.7845.081.98.0200sin -⨯==⨯⨯⨯==αρMPa 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。

若大气压变为MPa p b102.0='，求此时真空表上的读数为多少mmMPa？MPa p MPa p v8.579,0247.0='= 9.如果气压计压力为kPa 83，试完成以下计算： （1）.绝对压力为11.0MPa 时的表压力；（2）.真空计上的读数为kPa 70时气体的绝对压力； （3）.绝对压力为kPa 50时的相应真空度（kPa ）； （4）.表压力为MPa 25.0时的绝对压力（kPa ）。

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

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

试导出华氏温度和摄氏温度之间的换算关系，并求出绝对零度所对应的华氏温度。

B At t F +=将水在标准大气压下的冰点值032和F℃，以及沸点值100292和F ℃代入，得⎩⎨⎧+=+=BA B100212032 解该二元一次方程组，得：32,8.1==B A 。

从而有 328.1+=t t F当15.273-=t℃时，有)(7.45932_)15.273(8.1F t 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 -图上定性画出过程线、示出膨胀功。

答案：略12.某气体的状态方程为g pV R 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； （3）.定容下气体,p T 之间的关系。

答案：（1）.2112v v p p =；（2）.1212T T v v =；（3）.1212T T p p =。

第二章 热力学第一定律1.一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量为318010/qkg h =⨯，输出功率为55000P kW=，全厂耗煤,19.5/m c q t h =，煤的发热量为33010/c q kJ kg =⨯。

蒸汽在锅炉中吸热量2680/q kJ kg =。

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

解：（1）.锅炉中蒸汽吸热量)(1034.1)/(1082.4268010180583kW h kj q q m H ⨯=⨯=⨯⨯=⋅=Φ热效率%411034.1550005=⨯=Φ=H t P η （2）.锅炉效率BHB ΦΦ==煤的总放热量蒸汽总放热量η%5.8210625.11034.1)(10625.136001030105.1955533,=⨯⨯=ΦΦ=⨯=⨯⨯⨯=⋅=ΦB H c c b B kW q q η 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W U Q+∆=得)(34268kj W Q U -=--=-=∆对于返回初态的过程kjU Q W kjU U 2834634-=-='∆-='=∆-=∆故需对系统做功kj 28。

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kj 40-。

4.1kg 空气由115,0.5p MPa t MPa ==膨胀到220.5,500p MPa t ==℃，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）.0=∆U；（2）. 0=∆U ；（3）.kj W 390-=。

5.闭口系统中实施以下过程，试填补表中的空缺数据。

表中括号内的数为答案。

6.如图所示，某封闭系统沿b c a --途径由状态a 变化到b ，吸入热量kj 90，对外做功kj 40，试问：（1）.系统从a 经d 至b ，若对外做功kj 10，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kj 23，吸收热量为多少？ （3）.设,45,5kj U kj U d adb ==，那么过程d a -和b d -中系统吸收的热量各为多少？答案 （1）.kj Q adb 60=；（2）.kj Q ba 73-=； （2）.kj Q ad50=；（4）.kj Q db 10=。

7.容积为31m 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MPa p 2.01=提高到MPa p 33=，热力学能变化多少？焓变化多少？答案 （1）.0=W；（2）.kj H U 3108.2,0⨯=∆=∆。

8.一质量为kg 4500的汽车沿坡度为 15的山坡下行，车速为s m /300。

在距山脚m 100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。

kj Q 51004.2⨯=。

9.某蒸汽动力装置，蒸汽流量为h t /40，汽轮机进出口处压力表读数为MPa 9，进口比为kg kj /3440，汽轮机出口比焓为kg kj /2240，真空表读数为kPa 06.95，当时当地大气压力为kPa 66.98，汽轮机对环境放热为。

试求：（1）.汽轮机进出口蒸汽的绝压各为多少？ （2）.单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少？ （3）.汽轮机的功率为多少？ 答案 （1）.MPap MPa p 6.3099.921==（2）.kg kj sh /1200=ω（3）.kW P410332.1⨯=（4）.考虑进出口动能差后sh ω的相对偏差%67.0=sh ω10.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为MPa p 005.0=，比焓kg kj h /25001=，出口为同压下的水，比焓为kg kj h /77.1372=,若蒸汽流量为h t /22，进入冷凝器的冷却水温为171='t ℃，冷却水出口温度为302='t ℃，试求冷却水流量为多少？水的比热容为)./(18.4K kg kj 。

答案)/(104.9563,h kg q w m ⨯=11.某活塞式氮气压气机，压缩的氮气的参数分别为：MPap 1.01=，kg m v /88.031=；MPa p 0.12=，kg m v /16.03=。

设在压缩过程中每kg 氮气热力学能增加kj 180，同时向外放出热量kj 60。

压气机每min 生产压缩氮气kg 18，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）.kg kj /240-=ω； （2）.kg kj sh/312-=ω；（3）.kW P 6.93=。

12.流速为s m /600的高速空气突然受阻停止流动，即02=c ，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kg kj h /180=∆第三章 理想气体及其混合物1.把2CO 压送到体积为35.0m 的贮气罐内。

压送前贮气罐上的压力表读数为kPa 3，温度为C 20，压送终了时压力表读数为kPa 30，温度为C50。

试求压送到罐内的2CO 的质量。

大气压力为MPap b 1.0=。

解由()())[]()kg T p T p R V T R V p T R V p m TmR pV K kg kJ M R R kPa p p p kPa p p p g g g g g g b g b 143.02732010103273501013010189.05.0.189.044314.813030101.01033101.033311221122322311=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+⨯-+⨯⨯⨯=⎪⎪⎭⎫⎝⎛-=-=∆=====+⨯=+==+⨯=+=2. 体积为303.0m 的某钢性容器内盛有了C kPa 20,700的氮气。

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