(例题)工程热力学习题第二章复习题及答案
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2f 12Q U m cm g z W=∆+∆+∆+ 于是 2f 1K E 2m 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2f 12m 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 ep iQ U W W =∆++ps i t o np a d d l e2()W Q Wm 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。
（２） 我们提出膨胀功12d W p V =⎰，此题中因不知道p V -过程中的变化情况，因此无法用此式计算piston W（３） 此题的能量收支平衡列于表２－３中。
(完整版)工程热力学习题册有部分答案
第一篇工程热力学第一章基本概念及气体的基本性质第二章热力学第一定律一、选择题3、已知当地大气压P b , 真空表读数为Pv , 则绝对压力P 为（a ）。
(a) P=P b -Pv （b ）P=Pv -P b （c ）P=P b +Pv4、.若已知工质的绝对压力P=0.18MPa，环境压力Pa=0.1MPa，则测得的压差为( b )A.真空p v=0.08MpaB.表压力p g=0.08MPaC.真空p v=0.28MpaD.表压力p g=0.28MPa5、绝对压力p, 真空pv，环境压力Pa间的关系为( d )A.p+pv+pa=0B.p+pa－pv=0C.p－pa－pv=0D.pa－pv－p=06、气体常量R( d )A.与气体种类有关,与状态无关B.与状态有关,与气体种类无关C.与气体种类和状态均有关D.与气体种类和状态均无关7、适用于（ c ）(a) 稳流开口系统(b) 闭口系统(c) 任意系统(d) 非稳流开口系统8、某系统经过一个任意不可逆过程达到另一状态，表达式（c ）正确。
(a) ds ＞δq/T （b ）ds ＜δq/T （c ）ds=δq/T9、理想气体1kg 经历一不可逆过程，对外做功20kJ 放热20kJ ，则气体温度变化为（b ）。
(a) 提高（b ）下降（c ）不变10、平衡过程是可逆过程的（b ）条件。
(a) 充分（b ）必要（c ）充要11、热能转变为机械能的唯一途径是通过工质的（ a ）(a) 膨胀(b) 压缩(c) 凝结(d) 加热13、经历一不可逆循环过程，系统的熵（ d ）(a) 增大（b ）减小（c）不变（d ）可能增大，也可能减小14、能量方程适用于（ d ）(a) 只要是稳定流动，不管是否为可逆过程（b）非稳定流动，可逆过程(c) 非稳定流动，不可逆过程(d) 任意流动，任意过程15、理想气体可逆绝热过程中的技术功等于（a ）(a) －△ h （b ）u 1 -u 2 （c ）h 2 -h 1 （d ）－△ u16、可以通过测量直接得到数值的状态参数（ c ）(a) 焓(b) 热力学能(c) 温度(d) 熵18、若从某一初态经可逆与不可逆两条途径到达同一终态，则不可逆途径的△S 必( b )可逆过程△S。
工程热力学第二章 习题解答
第二章 习题解答 2-1()36296.82731700.2630 m /kg 0.510RT pv RT v p ⨯+=⇒===⨯ 311 3.802 kg/m 0.2630v ρ=== 2-2 （1）08314296.93 J/kg K 28R R M ===⋅ （2）30296.932730.8 m /kg 101325RT v p ⨯=== 311 1.25 kg/m 0.8v ρ=== （3）()306831450027364.27 m /kmol 0.110M R T V p ⨯+===⨯ 2-3储气罐内原有CO 2质量：()()3111101.32530103 6.558 kg 188.927345g p V m RT +⨯⨯===⨯+ 充气后的CO 2质量：()()3222101.32530010318.582 kg 188.927370g p V m RT +⨯⨯===⨯+ 充入的CO 2质量：2118.582 6.55812.024 kg m m m ∆=-=-=2-4()621212100.07 1.626 kg 287300p p V m m m RT -⨯⨯∆=-===⨯ 2-5010101325300388 kg/h 287273p V m RT ⨯===⨯ 3299.310300346 kg/h 287273pV m RT ⨯⨯===⨯2-6充入的空气在室外状态下体积：()3220.80.18.559.5 m 0.1pV V p -⨯∆=== 59.519.83 min 3τ== 2-7()()350011011010014310115.210 1.0210273101325300273 5.57310 m /hp V pVT pV V T T p T +⨯⨯⨯⨯=⇒==⨯+=⨯ 2-8 表压力：230009.807234 kPa 0.44g p π⨯==⨯ 101234335 kPa g p B p =+=+=（1）压力不变()2211227318582 K V T T V ==⨯+==309℃ （2）32232875820.5 m /kg 33510RT v p ⨯===⨯ （3）终态：32211 2 kg/m 0.5v ρ=== 初态：3122 4 kg/m ρρ==2-9（1）613.7100.057.693 kg 296.8300pV m RT ⨯⨯===⨯ （2）1222112116.5300361 K 13.7p V p V p T T T T p =⇒==⨯= 2-10111m RT V p = 6212126212250.361030318.6 kg 0.510293p V m p T m RT p T ⨯⨯⨯====⨯⨯2-11333440.15243.140.00185 m 332V R π⎛⎫==⨯⨯= ⎪⎝⎭ 537.6100.001852083 J/kg K 2.2510300pV R mT -⨯⨯===⋅⨯⨯ 该气体为氦气2-12 其他条件相同时，压力低、温度高所需体积大。
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2f 12Q U m cm g z W=∆+∆+∆+ 于是 2f 1K E 2m 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2f 12m 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 ep iQ U W W =∆++ps i t o np a d d l e2()W Q Wm 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。
（２） 我们提出膨胀功12d W p V =⎰，此题中因不知道p V -过程中的变化情况，因此无法用此式计算piston W（３） 此题的能量收支平衡列于表２－３中。
工程热力学课后作业答案(第二章)第五版
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2883140==M R R ＝296.9)/(K kg J ∙（2）标准状态下2N 的比容和密度1013252739.296⨯==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MvMv ＝p TR 0＝64.27kmol m /32-3．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1111RT 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 ＝188.9B 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=12.02kg2-5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)273325.1013003.99(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。
工程热力学课后题答案
工程热力学习题解答工程热力学习题解答第1章 基本概念基本概念1-1体积为2L 的气瓶内盛有氧气2.858g，求氧气的比体积、密度和重度。
解：氧气的比体积为3310858.2102−−××==m V v =0.6998 m 3/kg密度为vm V 110210858.233=××==−−ρ=1.429 kg/m 3重度80665.9429.1×==g ργ=14.01 N/m 31-2某容器被一刚性器壁分为两部分，在容器的不同部分安装了测压计，如图所示。
压力表A 的读数为0.125MPa，压力表B 的读数为0.190 MPa，如果大气压力为0.098 MPa，试确定容器两部分气体的绝对压力可各为多少？表C 是压力表还是真空表？表Ｃ的读数应是多少？解：设表A、B、C 读出的绝对压力分别为A p 、B p 和C p 。
则根据题意，有容器左侧的绝对压力为=+=+==125.0098.0gA b A p p p p 左0.223 MPa 又∵容器左侧的绝对压力为gB C B p p p p +==左 ∴033.0190.0223.0gB C =−=−=p p p 左 MPa＜b p∴表C 是真空表，其读数为033.0098.0C b vC −=−=p p p =0.065 MPa 则容器右侧的绝对压力为=−=−=065.0098.0vC b p p p 右0.033 MPa1-3上题中，若表A 为真空表，其读数为24.0kPa，表B 的读数为0.036 MPa，试确定表C 的读数。
解：则根据题意，有容器左侧的绝对压力为=−=−==024.0098.0vA b A p p p p 左0.074 MPa 若表B 为压力表，则容器左侧的绝对压力为gB C B p p p p +==左 ∴038.0036.0074.0gB C =−=−=p p p 左 MPa＜b p∴表C 是真空表，其读数为038.0098.0C b vC −=−=p p p =0.060 MPa 则容器右侧的绝对压力为=−=−=060.0098.0vC b p p p 右0.038 MPa 若表B 为真空表，则容器左侧的绝对压力为vB C B p p p p −==左习题1-2图∴110.0036.0074.0vB C =+=+=p p p 左 MPa＞b p∴表C 是压力表，其读数为098.0110.0b C gC −=−=p p p =0.012 MPa1-4由于水银蒸气对人体组织有害，所以在水银柱面上常注入一段水，以防止水银蒸气发生。
热力学第二章习题及答案
热力学第二章习题及答案一、是非题1、任意过程只要知道其始末状态即可确定过程与外界的热交换（ｘ）、功交换（ｘ）及系统热力学能的变化（√）。
2、简单可压缩系统任意过程中对外所作膨胀功均可用计算（√）。
⎰pdV计算（ｘ），用⎰dWpsurr3、流动功Δ（pdV）只有在开口系统中研究气体流动时才需要考虑（√）。
4、q和w是状态参数（ｘ）二、选择题1、表达式δQ=dU+δW c 。
（a）适用于任意热力过程；（b）仅适用于准静态过程；（c）仅适用于闭口系统中的热力过程。
2、表达式δQ=dU+pdV适用a1中的a2。
（a1）闭口系；（b1）开口系；（c1）闭口及开口系；（a2）准静过程；（b2）任意热力过程；（c2）非准静过程。
3、任意准静或非准静过程中气体的膨胀功均可用b 计算。
（a）pdV；（b）p surr dV；（c）d(pv)。
4、在正循环中⎰Qδa零，同时⎰Wδa零。
在逆循环中⎰Qδ c 零，且⎰Wδ c 零（a ）大于；（b ）等于；（c ）小于。
三、习题2－1 0.5kg 的气体，在汽缸活塞机构中由初态p 1=0.7MPa 、V 1=0.02m 3,准静膨胀到V 2=0.04m 3。
试确定在下列各过程中气体完成的功量及比功量； （1） 定压过程； （2） pV 2＝常数。
解： （1）由准平衡过程体积变化功的表达式，当为定压过程时:W=p △V=0.7×106×0.02=14000 J=14 kJ 比功量 w= p △v=W/m=14000/0.5=28000 J=28 kJ（2）pV 2=0.7×106×0.022=280 J ·m 3 由准平衡过程体积变化功的表达式W=dV Vpdv v v ⎰⎰=04.002.0228021=7000 J=7 kJ 比功量 w= p △v=W/m=7000/0.5=14000 J=14 kJ 2－2为了确定高压下稠密气体的性质，取2kg 气体在25MPa 下从350K 定压加热到370K ，气体初终状态下的容器分别为0.03 m 3及0.035 m 3，加入气体的热量为700kJ ，试确定初终状态下的热力学能之差。
工程热力学第2章课后习题答案
2016.09.27 工热第 02 章课后作业2-1一汽车在1h内消耗汽油34.1L，已知汽油的发热量为44000kJ/kg，汽油密度为750kg/m3。
测得该车通过车轮输出的功率为64kW，试求汽车通过排气、水箱散热等各种途径所放出的热量。
解：34.1 10 -3 750 44000 10 3 5P油==3.1258 10 W3600P散热=P油P车 3.1258 10 5 64 10 =3.1258 10 35W 点评：大家做题的时候，所有不标准的单位全部换算到国际制单位，不要出现 kJ/h 这种写法。
2-10 空气在压气机中被压缩，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。
设在压缩过程中 1kg 空气的热力学能增加 139.0kJ，同时向外放出热量 50kJ。
压气机每分钟产生压缩空气 10kg。
试求：（1）压缩过程中对1kg 空气作的功；（2）每产生 1kg 压缩空气所需的功（技术功）；（3）带动此压气机要用多大功率的电动机？解：Q U w w Q U 50 103 139 10 3 1.89 10 5Jd pv p v v p d d w w t pv 1.89 10 5 0.8 10 6 0.1750.1 10 60.845 2.445 10 5JP C q w mt 2.445 10 5 4.075 10 4 W2-19 医用氧气袋中空时呈扁平状态，内部容积为零。
接在压力为 14Mpa、温度为 17℃的钢质氧气瓶上充气。
充气后氧气袋隆起，体积为 0.008m3，压力为 0.15MPa，由于充气过程很快，氧气袋与大气换热可以忽略不计，同时因充入氧气袋内的气体质量与钢瓶内的气体质量相比甚少，故可以认为钢瓶内氧气参数不变。
设氧气可以视为理想气体，其热力学能可表示为u=0.657{T}k kJ/kg，焓与温度的关系为h=0.917{T}k kJ/kg，求充入氧气袋内氧气的质量。
工程热力学习题解答
第一章 热力学基本概念1.1 华氏温标规定，在1atm 下纯水的冰点时32°F 。
汽点是212°F （°F 是华氏温标单位的符号）。
若用摄氏温度计与华氏温度计量同一物体，有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值相同的情况，你认为对吗？为什么？解：华氏温度与摄氏温度的换算关系1000}t {3221232}t {C F --=--︒︒32}t {5932}t {100180}t {C C F +=+=︒︒︒ 所以，此观点是错误的。
从上式可知当摄氏温度为-40℃的时候，两种温度计的读数相同。
1.2 在环境压力为1atm 下采用压力表对直径为1m 的球形刚性容器内的气体压力进行测量，其读数为500mmHg ，求容器内绝对压力（以Pa 表示）和容器外表面的（以N 表示）。
解： 1atm=101325Pa ，500mmHg=500×133.3224Pa=66661.2Pa 容器内绝对压力 P=Pe+Pb=101325Pa+66661.2Pa=167986.2Pa 222057.1211416.344A m m d =⨯⨯==π 容器外表面的压力 N 6001027.110132557.12Pb A P A F ⨯=⨯==∆=1.3 容器中的表压力Pe=600mmHg ，气压计上的水银柱高为760mm ，求容器中绝对压力（以Pa 表示）。
如果容器中绝对压力不变，而气压计上水银柱高度为755mm ，求此时压力表上的读数（以Pa 表示）是多少？解： 容器中绝对压力 P=Pe+Pb=600mmHg ×133.3224Pa+760mmHg ×133.3224Pa=1.81×105Pa压力表上的读数 Pe=P-Pb=1.81×105Pa-755 mmHg ×133.3224Pa=8.03×104Pa1.4 用斜管压力计测量锅炉尾部烟道中的真空度（习题1.4图）管子的倾斜角α=30°，压力计中使用密度ρ=1.0×103kg/m 3的水，斜管中液柱长l =150mm 。
工程热力学第三版曾丹苓第二章习题及答案
（2） 当系统沿曲线途径从 b 返回 到初始状态 a 时，外界对系统做功 20kJ.求此时系统与外界 交换的热量和热流的方向。 （3）Ua=0、Ud=42kJ 时，过程 a - d 和 d – b 中系统与外 界交换的热量又是多少？ 解： （1）由能量守恒定律，
途径 a-c-b: U=Q1-Wa-c-b=84-32=52kJ 途径 a-d-b: Q2=U+Wa-d-b=52+10=62kJ 即途径 a-d-b 时，进入系统的热量为 62kJ。 (2)从 b-a：Q3=U+Wb-a=-52-20=-72kJ 即系统向外界放热 72kJ. （3）由 U=52kJ、Ua=0、Ud=42kJ 则：Ub=52kJ 、Ua-d=42kJ、Ud-b=10kJ
3
故｛T2｝k=｛u2｝kJ/kg/0.72=301.8/0.72=419.2K 2-13 某制冷装置，由冷藏室向制冷机的传热量为 8000KJ/h，制 冷机输入功率为 1KW，试确定制冷机的 COP。 解：COP=从低温热源吸取的热量/损耗的功 =8000KJ/h÷（1KW×3600S） =2.2 2-14 某热泵（图 2-20） ，其 COP 为 3.5，净功输入为 5000KJ， 试确定 Qin 及 Qout。 解：∵COP=向热源输送的热量/损耗的功=Qout/W ∴Qout=COP·W=3.5×5000KJ=17500KW Qin=Qout－W=17500KJ－5000KJ=12500KJ
Rg T v
vi
dv R g TIN
vf vi
w w1 w2 R g TIN
(v f b )v i (v i b )v f
因为 v f 比 vi 大，所以 w>0 即 理想气体作的功要少。 2-7 如图 2-18 所示，某封闭系统沿 a –c -b 途径由状态 a 变化 到状态 b 时，吸入热量 84kJ，对外 做功 32kJ。 （1）若沿途径 a – d - b 变化是 对外做功 10kJ， 求此时进入系统的 热量。
工程热力学02章习题提示与答案
工程热力学02章习题提示与答案习题提示与答案第二章热力学第一定律2-1 一辆汽车在1.1 h 内消耗汽油37.5 L ，已知通过车轮输出的功率为64 kW ，汽油的发热量为44 000 kJ/kg ，汽油的密度为0.75 g/cm 3，试求汽车通过排气、水箱散热及机件的散热所放出的热量。
提示：汽车中汽油燃烧放出的热量除了转换成通过车轮输出的功率外，其余通过排气、水箱及机件放给外界。
答案：kJ 1084.952?-=Q。
2-2 一台工业用蒸汽动力装置，每小时能生产11 600 kg 蒸汽，而蒸汽在汽轮机中膨胀作功输出的功率为3 800 kW 。
如果该装置每小时耗煤1 450 kg ，煤的发热量为30 000 kJ/kg ，而在锅炉中水蒸气吸收的热量为2 550 kJ/kg 。
试求：(1)锅炉排出废烟气带走的能量；(2)汽轮机排出乏汽带走的能量。
提示：(1)废气带走的热量和锅炉中水蒸气吸热量之和等于煤燃烧放出的热量。
(2) 水蒸气在锅炉中的吸热量等于汽轮机输出功量与汽轮机乏汽带走的能量之和。
答案： kJ/h 10392.17g ?-=Q，kJ/h 1059.17w ?-=Q 。
2-3 夏日室内使用电扇纳凉，电扇的功率为0.5 kW ，太阳照射传入的热量为0.5 kW 。
当房间密闭时，若不计人体散出的热量，试求室内空气每小时热力学能的变化。
提示：取密闭房间内的物质为热力学系统。
答案：ΔU =3 600 kJ/h 。
2-4 某车间中各种机床的总功率为100 kW ，照明用100 W 电灯50盏。
若车间向外散热可忽略不计，试求车间内物体及空气每小时热力学能的变化。
提示：取密闭车间内的物质为热力学系统。
答案：ΔU =3.78×105 kJ/h 。
2-5 人体在静止情况下每小时向环境散发的热量为418.68 kJ 。
某会场可容纳500人，会场的空间为4 000 m 3。
已知空气的密度1.2 kg/m 3，空气的比热容为1.0 kJ/(kg ·K)。
工程热力学习题解答-2
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看出；热量的传输除了可能引起做d d q u p v δ=+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 vδ=+或d d q h v pδ=−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，对闭口系将代入第一式得uh pv =−()du d h pv dh pdv vdp =−=−−du 即。
q dh pdv vdp pdvδ=−−+q dh vdp δ=−3.能量方程（变大）与焓的微分式（变大）很相像，为什么热量q 不δq u p v =+d d ()d d d h u pv =+是状态参数，而焓h 是状态参数？答：尽管能量方程与焓的微分式（变大）似乎相象，但两者q du pdvδ=+()d d d h u pv =+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：pdv ≠∫�所以：q δ≠∫�因此热量不是状态参数。
q 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1kg 气体，B 部分为高度真空。
参考答案 工程热力学 (康乐明 著) 中国建筑工业出版社 课后答案
6
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湖南工业大学土木工程学院
建筑环境与设备工程教研室编制
n
∑ (1) M = riMi = 16.484 i =1
ρ = M = 0.736kg / m3 22.4
各组成气体在标准状态下的分压力如下：
多少？（2）终态的比体积是多少？（3）初态与终态的密度各是多少？
解：
（1）
p0 = B +
mg f
=
101000
+
3000× 9.8 π × 0.22
= 335076.4Pa ，利用条件先将容器原始体积求
出来。
p0V0
=
mRT0
⇒ V0
=
mR0T0 p0
=
2.12× 287 × (273.15 +18) 335076.4
. 压力升高到 0.7MPa？设充气过程中气罐内温度始终保持不变。 aw 解：初态时储气罐内气体质量由下式公式计算：
.khd 终状态计算如下：
p1V1
= m1RT1
⇒ m1
=
p1V1 RT1
=
100000 × 8.5 287 × 288.15
= 10.28kg
www p2V2
= m2RT2
⇒ m2
=
w. n ∑ a R = gi Ri = g1R1 + g2R2 + ... + gn Rn ≤ (g1 + g2 + ... + gn )Rmax = Rmax
i =1
hd 2-13 有人断言，对于CO2和N2O两种气体混合物的质量成分和摩尔成分是相同的，这是真的吗？ k 为什么？
工程热力学复习题及答案
工程热力学复习题及答案一、选择题1. 热力学第一定律表明能量守恒，下列哪个选项正确描述了这一定律？A. 能量可以被创造B. 能量可以被消灭C. 能量可以从一个物体转移到另一个物体，但其总量保持不变D. 能量既不能被创造也不能被消灭答案：C2. 在理想气体的绝热过程中，下列哪个物理量保持不变？A. 温度B. 压力C. 体积D. 熵答案：D3. 卡诺循环的效率与下列哪个因素有关？A. 工作介质的种类B. 热源和冷源的温度C. 循环过程中的摩擦D. 循环过程中的压力变化答案：B二、填空题1. 热力学第二定律指出，不可能从单一热源吸热使之完全转化为功而不引起其他变化，这被称为_______。
答案：热力学第二定律2. 熵是热力学中描述系统无序程度的物理量，其单位是_______。
答案：焦耳/开尔文3. 在热力学中，一个系统的内能变化可以通过公式ΔU=Q-W来计算，其中Q表示_______，W表示_______。
答案：热量；功三、简答题1. 简述热力学第一定律和第二定律的基本内容。
答案：热力学第一定律，也称为能量守恒定律，表明能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体。
第二定律则指出，自然界的总熵不会减少，即在任何自发过程中，系统的熵要么增加，要么保持不变，而不可能减少。
2. 描述理想气体在等温过程中的压力和体积之间的关系。
答案：在等温过程中，理想气体的压力和体积成反比关系，即PV=常数。
这意味着当气体体积增加时，压力会相应减小，反之亦然，而温度在整个过程中保持不变。
四、计算题1. 一个理想气体经历一个绝热过程，其初始状态为P1=100 kPa，V1=2 m³，最终状态为P2=50 kPa。
求最终状态的体积V2。
答案：根据绝热过程的方程PV^γ=常数，其中γ为绝热指数，对于理想气体γ=Cp/Cv。
由于题目中没有给出γ的具体值，我们无法直接计算V2。
但是，如果假设γ已知，可以通过上述方程解出V2。
工程热力学第二章答案
第二章 热力学第一定律2-1 一辆汽车 1 小时消耗汽油 34.1 升，已知汽油发热量为44 000 kJ/kg ，汽油密度0.75g/cm 3。
测得该车通过车轮出的功率为 64kW ，试求汽车通过排气，水箱散热等各种途径所放出的热量。
解：汽油总发热量33334.110m 750kg/m 44000kJ/kg 1125300kJQ −=×××=汽车散发热量out 3600(1125300643600)kJ/h 894900kJ/hQ Q W =−×=−×=2−2 质量为1 275 kg 的汽车在以60 000 m /h 速度行驶时被踩刹车止动，速度降至20 000 m/h ，假定刹车过程中0.5kg 的刹车带和4kg 钢刹车鼓均匀加热，但与外界没有传热，已知刹车带和钢刹车鼓的比热容分别是1.1kJ/(kg·K)和0.46kJ/(kg·K)，求刹车带和刹车鼓的温升。
解：汽车速度降低，动能转化为刹车带和刹车鼓的热力学能，没有传热和对外作功，故22car 2121()()02m c c U U E −+−=Δ= 160000m 16.67m/s 3600sc ==，220000m 5.56m/s 3600sc ==21s ,s b ,b 21()()V V U U m c m c t t −=+−22car 2121s ,s b ,b 22()()2()1275kg [(16.67m/s)(5.56m/s)]65.9C2[0.5kg 1.1kJ/(kg K)4kg 0.46kJ/(kg K)]V V m c c t t m c m c −−=−+×−=−=××⋅+×⋅D 2−3 1kg 氧气置于图2-1所示气缸内，缸壁能充分导热，且活塞与缸壁无磨擦。
初始时氧气压力为0.5MPa ，温度为27℃，若气缸长度2l ，活塞质量为10kg 。
工程热力学全部章节复习习题
第二章基本概念基本要求：通过本章的学习，你应该掌握以下工程热力学的基本概念：工质，热力学系统（及其分类），外界,边界，热力学平衡态（与稳态、均匀的区别），状态参数（及其特征），准静态过程，可逆过程，功，热量本章重点：1、热力学系统的概念及其分类。
2、热力学平衡态的概念及其判断。
3、状态参数的概念及其特征。
4、准静态过程的概念及其意义、判断。
5、可逆过程的概念及其判断。
6、准静态过程与可逆过程的联系与区别。
7、功、热量的概念及其区别、方向符号。
第一节工质热力学系统1. 作为工质应具有良好的______和______。
A. 流动性/多变性B. 膨胀性/多变性C. 膨胀性/分离性2. 把热能转化为机械能，通过______的膨胀来实现。
A. 高温气体C. 液体D. A、B、C均不对3. 把热量转化为功的媒介物称为______。
A. 功源B. 热源C. 质源工质必须具有良好的膨胀性和流动性，常用工质有：B. 润滑油C. 水D. 天然气4. 内燃机动力装置的工质是_______。
B. 蒸气C. 燃油D. 水5. 燃气轮机动力装置的做功工质是：B. 蒸汽C. 氧气D. 水6. 蒸汽动力装置的工质必须具有良好的______性。
B. 耐高温C. 纯净D. 导热7. 下列哪一种系统与外界肯定没有质量交换但可能有热量交换?A. 绝热系统B. 孤立系统D. 开口系统8. 与外界没有质量交换的系统是______，同时它也可能是______。
A. 开口系统/孤立系统B. 开口系统/绝热系统D. 绝热系统/孤立系统9. 封闭系统是指______的系统。
B. 与外界没有热量交换C. 与外界既没有物质交换也没有热量交换D. 与外界没有功的交换10. 开口系统是指______的系统。
B. 与外界有热量交换C. 与外界有物质交换没有热量交换D. 与外界有功的交换11. 与外界有质量交换的系统是开口系统，同时它也可能是：A.封闭系统C.孤立系统D.B+C12. _____与外界肯定没有能量交换。
工程热力学第二章习题详解
=
1kg × 260J/(kg ⋅ K) × 300.15K 0.5×106 Pa
=
0.1561m3
代入(a)
V2 = 2V1 = 0.3122m3
c2 = 2× (54.09J/kg ×1kg ×103 − 0.1×106 Pa × 0.1561m3 ) /10kg = 87.7m/s
2-3 气体某一过程中吸收了 50J 的热量，同时，热力学能增加 84J，问此过程是膨胀过程还是 压缩过程？对外作功是多少 J？
= 979J = 0.98kJ
Q = ∆U +W = 3.90kJ + 0.98kJ = 4.88kJ
2-8 有一橡皮球，当其内部气体的压力和大气压相同，为 0.1MPa 时呈自由状态，体积为
0.3m3 。气球受火焰照射而受热，其体积膨胀一倍，压力上升为 0.15MPa ，设气球的压力与
体积成正比。试求：（1）该过程中气体作的功；（2）用于克服橡皮气球弹力所作的功，若初
解 （1） p1 = pe,1 + pb = 9MPa + 0.101325MPa = 9.1MPa
p2 = pb − pv,2 = 0.101325MPa − 0.0974MPa = 0.3925×10−2 MPa
（2） 据稳流能量方程
Q = ∆H + Wt 每小时技术功
Pt =ψ − ∆H& =ψ − qm∆h = −6.81×105 kJ/h − 40×1000kg/h × (3441− 2248)kJ/kg = 4.704×107 kJ/h
第二章 热力学第二定律
第二章 热力学第一定律
2-1 一辆汽车 1 小时消耗汽油 34.1 升，已知汽油发热量为 44000kJ/kg ，汽油密度 0.75g/cm3 。
(例题)工程热力学习题第二章复习题及答案
【例2-3】方程d pdv δμ=+与dq du w δ=+有何不同？答：前者适用于可逆过程，因为pdv 只能计算可逆过程的功；后者适用于任何过程。
【例2-4】焓的物理意义是什么?答：焓的物理意义可以理解如下：当工质流进系统时，带进系统的与热力状态有关的能量有内能μ与流动功pv ，而焓正是这两种能量的和。
因此,焓可以理解为工质流动时与外界传递的与其热力状态有关的总能量。
但当工质流不流动时，pv 不再是流动功，但焓作为状态参数仍然存在。
此时，它只能理解为三个状态参数的组合。
热力装置中，工质大都是在流动的过程中实现能量传递与转化的，故在热力计算中，焓比内能应用更广泛，焓的数据表（图）也更多。
【例2-5】说明热和功的区别与联系。
答：热和功都是能量的传递形式。
它们都是过程量，只有在过程进行时才有热和功。
热式由于温度不同引起的系统与环境之间的能量交换，而功是由于温差以外（只要是力差）的驱动力引起的系统与环境之间的能量交换。
在微观上，热量是物质分子无规则运动的结果，而功是物质分子有序运动的结果。
功在任何情况下可以完全转变为热，而热在不产生其他影响的情况下不可能完全完全转变为功。
【2-6】下列说法是否正确？（1） 机械能可完全转化为热能。
而热能却不能完全转化为机械能。
（2） 热机的热效率一定小于1。
（3） 循环功越大，热效率越高。
（4） 一切可逆热机的热效率都相等。
（5） 系统温度升高的过程一定是吸热过程。
（6） 系统经历不可逆过程后，熵一定增大。
（7） 系统吸热，其熵一定增大;系统放热，其熵一定减小。
（8） 熵产大于零的过程必为不可逆过程。
答：（1）对于单个过程而言，机械能可完全转化为热能，热能也能完全转化为机械能，例如定温膨胀过程。
对于循环来说，机械能可完全转化为热能，而热能却不能完全转化为机械能。
（2）热源相同时，卡诺循环的热效率是最高的，且小于1，所以一切惹急的热效率均小于1。
（3）循环热效率是循环功与吸热量之比，1211t q q w q q η-==，即热效率不仅与循环功有关，还与吸热量有关。
西工大(冯青) 工程热力学作业答案 第二章
（5）整个系统输出的净功
w0 = wT + wC = 231.04 − 54.24 = 176.8 kJ/kg
（2）对于变比热，若采用平均比热法
= q q = 45 × (C Q m p pm
t2 0
⋅ t 2 − C pm
t1 0
⋅ t1 )
= 45 × (1.0227 × 867 − 0.94805 × 287) = 27656.5q q = q ( h − h ) = 45 × (1207.57 − 565.17) = 28908 kW Q m p m 2 1
= m M
∫
T2
T1
( a0 + a1T + a 2T 2 + a3T 3 )dT
⎡ ⎤ a a12 2 a ( − ) + (T2 − T12 ) + 2 (T23 − T13 ) + 3 (T24 − T14 )⎥ a T T 1 ⎢ 0 2 2 3 4 ⎣ ⎦
=
45 0.1967 × 10 −2 × [28.11 × (1140 − 560) + (11402 − 5602 ) 28.97 2
p = aV + b ，其中 a, b 均为常数。 {u}kJ/kg = 1.5{p}kPa {v}m3/kg − 85
试求：(1) 过程中气体的热力学能增加了多少？；(2) 过程中的传热量 解： （1）取该气体为热力系，设其质量为 m ，则 初态下热力学能 末态下热力学能
U 1 = mu1 = m(1.5{p1 }kPa {v1 }m3/kg − 85) = 1.5 p1V1 − 85m U 2 = mu2 = m(1.5{p2 }kPa {v 2 }m3/kg − 85) = 1.5 p2V2 − 85m
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【例2-3】方程d pdv δμ=+与dq du w δ=+有何不同？答：前者适用于可逆过程，因为pdv 只能计算可逆过程的功；后者适用于任何过程。
【例2-4】焓的物理意义是什么?答：焓的物理意义可以理解如下：当工质流进系统时，带进系统的与热力状态有关的能量有内能μ与流动功pv ，而焓正是这两种能量的和。
因此,焓可以理解为工质流动时与外界传递的与其热力状态有关的总能量。
但当工质流不流动时，pv 不再是流动功，但焓作为状态参数仍然存在。
此时，它只能理解为三个状态参数的组合。
热力装置中，工质大都是在流动的过程中实现能量传递与转化的，故在热力计算中，焓比内能应用更广泛，焓的数据表（图）也更多。
【例2-5】说明热和功的区别与联系。
答：热和功都是能量的传递形式。
它们都是过程量，只有在过程进行时才有热和功。
热式由于温度不同引起的系统与环境之间的能量交换，而功是由于温差以外（只要是力差）的驱动力引起的系统与环境之间的能量交换。
在微观上，热量是物质分子无规则运动的结果，而功是物质分子有序运动的结果。
功在任何情况下可以完全转变为热，而热在不产生其他影响的情况下不可能完全完全转变为功。
【2-6】下列说法是否正确？（1） 机械能可完全转化为热能。
而热能却不能完全转化为机械能。
（2） 热机的热效率一定小于1。
（3） 循环功越大，热效率越高。
（4） 一切可逆热机的热效率都相等。
（5） 系统温度升高的过程一定是吸热过程。
（6） 系统经历不可逆过程后，熵一定增大。
（7） 系统吸热，其熵一定增大;系统放热，其熵一定减小。
（8） 熵产大于零的过程必为不可逆过程。
答：（1）对于单个过程而言，机械能可完全转化为热能，热能也能完全转化为机械能，例如定温膨胀过程。
对于循环来说，机械能可完全转化为热能，而热能却不能完全转化为机械能。
（2）热源相同时，卡诺循环的热效率是最高的，且小于1，所以一切惹急的热效率均小于1。
（3）循环热效率是循环功与吸热量之比，1211t q q w q q η-==，即热效率不仅与循环功有关，还与吸热量有关。
因此循环功越大，热效率不一定高。
（4）可逆热机的热效率与其工作的热源温度有关，在热源相同的情况下，一切可逆热机的热效率相等。
（5）系统温度的升高可以通过对系统做功来实现，例如系统的绝热压缩过程，气体温度是升高的。
（6）S Qd Tδ>>，系统经历不可逆放热过程，熵可以减小；系统经历不可逆循环，熵不变。
只有孤立系统的熵只能增加。
系统经历绝热不可逆过程，熵一定增大。
（7）S f g d dS dS =+，而0g dS ≥。
系统吸热，0f dS >，所以熵一定增加；系统放热时，0f dS <，此时要比较g dS 与f dS 的大小，因此熵不一定减小。
（8）熵产就是由于不可逆因素引起的熵增，所以熵产大于零的过程必为不可逆过程。
【例2-7】在绝热膨胀过程中，工质可对外做功，这是否违背热力学第一定律或热力学第二定律？答：根据热力学第一定律Q U W =∆+,绝热膨胀时，系统对外所做的功来源于系统内能的减小，所以不违背热力学第一定律。
绝热可逆膨胀时，熵变为0，绝热不可逆膨胀时，熵增加。
而依据热力学第二定律应有：0QdS Tδ≥=，所以不违背热力学第二定律。
【例2-8】循环热效率公式121q q q η-=与121T T T η-=是否完全相同？答：前者适用于任何热机，后者仅适用于可逆热机。
【例2-9】根据热力学第二定律，热量中只有一部分转换为有用功，而根据热力学第一定律，理想气体在定温过程中吸收的热量，可以全部转换为对外的有用功，两者是否有矛盾？如何解释？与大气温度相同的压缩空气，可以从大气温度下从单一热源——大气中吸取热量并全部转变为功，这是否违背热力学第二定律，为什么？答：热力学第二定律的实质是说，热变功必须有补充条件，向低温热源放热或者伴随有压力、温度的降低。
理想气体的定温膨胀过程就是以压力降低为补充条件的，当压力降低到与环境平衡时膨胀过程即终止，即这种过程不会无限连续下去。
要想继续下去，必须构成循环，这就要求向低温热源放热。
所以上述说法均不违背热力学第二定律。
热力学第二定律的实质可以表述为工质从单一热源并向外做功，必须伴随有相应的补偿过程。
压缩空气从大气中吸收并做功的过程，伴随着压力降低的补偿过程，因此吸热做功的过程可以实现，但吸热做功的过程不会永远持续下去，一旦与大气之间的压力差为零，即补偿条件不再存在时，向外做功也就停止了。
【例2-10】正向循环中，降低冷源温度，可提高热效率。
通常江、河、湖、海或大气作低温热源，若用一台有该循环带动的制冷机造成一个温度比环境温度更低的冷源，是否可行？ 解：这种设计如图2-1所示。
要证明这种设计是否合理，只需比较工作在热源1T 与2T 之间热机完成的功W 与按该设计的循环净功W '的大小，净功W '为热机功1W 与热泵功2W 之和。
图2-1 例2-10图工作在热源1T 与2T 之间的可逆热机完成的功为211111c T W Q Q T η⎛⎫==- ⎪⎝⎭工作在热源1T 与2T '之间可逆热机完成的功为21111T W Q T ⎛⎫'=- ⎪ ⎪⎝⎭工作在热源2T 与2T '之间可逆热泵消耗的功为2222221T T T W Q Q T T ⎛⎫'-''=-= ⎪''⎝⎭又 211T Q Q T ''= 所以 22222211211T T T T T W Q Q T T T '''--=⨯=' 212111T W W W Q T ⎛⎫'=+=- ⎪⎝⎭可见W W '=，即采用这种设计不会提高总功量。
此外，以上计算式建立在卡诺循环基础上。
由于实际热机效率均小于卡诺循环热效率，所以，这种设计的实际循环净功必然小于单独热机的循环功。
【例2-11】说明下列各式的应用条件。
（1）q u w =∆+ （2）q du pdv δ=+（3）2211()q u p v p v =∆+- （4）Q H Vdp =+⎰（5）s q h w =∆+答：（1）闭口系统；（2）理想气体可逆过程； （3）稳流过程，无技术功； （4）稳流系统；（5）稳流系统，忽略动能和未能。
【例2-12】在直径为d=40cm 的活塞上放置d m =3000kg 的重物，汽缸中盛有温度为118T C = 、质量 2.12kg m =空气的空气。
加热后，气体容积增加到原容积的2倍。
设大气压力为00.1p Mpa =。
求空气的初态比体积、终态压力和终态温度。
空气可按理想气体计算。
解：活塞面积S 为 22110.444S d ππ==⨯ 活塞受力平衡10b p S p S m g =+，得10.33p Mpa =。
对于理想气体，p v R T =，其中8.3140.2867/()29m R R kJ kg K M ===⋅，得31110.25/RT v m kg p ==，311 2.120.250.53V mv m ==⨯= 加热后的体积321220.53 1.06V V m ==⨯=，则3220.501/V v m kg m==。
加热前后活塞受力没有发生变化，气体压力没有发生变化，210.33p p Mpa ==。
终态温度 32220.33100.501581.90.2867p v T K R ⨯⨯=== 【例2-13】在某唧筒内放置气体，唧筒的活塞面积为20.06m 。
若将气体加热，则活塞抵抗了0.1Mpa 的恒压而移动0.08m ，问气体对环境做了多少功？解：气体抵抗恒外压对环境做功为225511(100.06)100.060.08480ex W p dx dx J ==⨯=⨯⨯=⎰⎰【例2-14】在0.1Mpa 下的体积为3100cm 的一块金属由于受到410Mpa 的冲击波而被绝热压缩到390cm ，试计算该金属的H ∆、U ∆。
解：因过程为绝热压缩，0Q =。
依热力学第一定律Q U W =∆+,有U W ∆=-。
224343611(1010)10101010100ex W P dx dV kJ -=-=-⨯=-⨯⨯⨯=-⎰⎰则 100U kJ ∆=6()1000.1(90100)10100H U pV kJ ∆=∆+∆=+⨯-⨯≈【例2-15】有1mol 理想气体自状态1T 、1p 变成2T 、2p ，如图2-2所示。
图2-2 例2-15图（1） 计算沿过程③A C →所做的功3W 。
（2） 证明123Q Q Q +≠ 解（1）令AC 线的斜率为K ，则有211211T T T T K p p p p --==--11()T K p p T =-+1111()1()K p p T T RT V R R K Kp p p p p-+===-+ 11Kp T dV Rdp p-= 322111123111121()()AV p p V p p Kp T P dp W pdV pR dp R Kp T R Kp T In p p P -===-=-⎰⎰⎰（3） 证明如下:331122()()Q W Q W Q W -=-+- 312312()()Q Q Q W W W -+=-+因为213121112112()()()p pW W W R Kp T InRT In R T T p p ⎡⎤-+=--+-⎢⎥⎣⎦212121211()T T pRp In R T T p p p -=---1221211()(1)0p pR T T In p p p =--≠-所以 123Q Q Q +≠【例2-16】某气体经过一定容过程，从状态1转变到状态2，吸热177kJ 。
然后再经过一定压变化状态2转变到状态3时，放热186.2kJ ，并接受42.3kJ 的功。
问该气体经过一绝热过程直接从状态1转变到状态3，需要多少功？又状态2与状态3的内能较状态1大多少？解：由状态1到状态2是定容过程，所以0W =。
1221177Q U U kJ -=-=由状态2到状态3是定压过程，所以2332Q V V W -=-+.32186.242.3V V -=-+ 32228.5V V kJ -=-121223177228.551.5V V V V V V kJ -=-+-=-+=当由状态1到状态3是绝热过程时310Q V V W =-+= 1351.5W V V kJ =-=。