工程热力学习题课2
工程热力学习题课(2)
三、小结
1.热力循环方向性的判断： Q
克劳修斯积分式
T
0
r
孤立系统熵增原理（既适应循环也适应过程 方向的判断）
dSiso 0
卡诺定理
t c
2.对于求极值问题一般考虑可逆情况
3.应用孤立系统熵增原理计算每一对象的熵
变时，要以该对象为主题来确定其熵变的正 负
谢谢大家！
Q1 W 264 .34kJ
气体定温过程熵变为：
T p p c p ln 2 R g ln 2 mR g ln 2 S m T1 p1 p1 10 6 1 287 ln 5 660 .8 J / K 10
热源熵变为：
1由热效率计算式可得热机e输出循环净功所以wnet40kj由热泵供暖系数计算公式可得供热量qnetnet1000290revnet7171290360360netrev3647114但这并不违反热力学第二定律以1为例包括温度为tnet100kj40kj60kjnet140kj40kj100kj就是说虽然经过每一循吸入热量60kj放出热量100kj净传出热量40kj给温度为t放出了100kj的热量所以40kj热量自低温传给高温热源是花了代价的这个代价就是100kj热量自高温传给了低温热源所以不违反热力学第二定律
因为为可逆过程，所以△Siso=0,即：
S iso S A S B dS 0
mc p ln
Tf T1
mc p ln
Tf T2
0
ln
T f2 T1T2
0
T f T1T2
可逆过程循环净功最大，为：
Wmax Q1 Q2 mc p T1 T f mc p T f T2 mc p T1 T2 2T f
工程热力学第二章习题课
又因为在该过程中，气缸内气体温度不变，因此气缸被气体的内能变化量为：
U 0
忽略活塞与气缸的摩擦的损耗，系统对外所作的功仅有膨胀功，因此
Q U W 0 95.29 95.29 J
3、如图所示的气缸，其内充以空气。气缸截面积为100cm2，活塞及其 上重物的总重为200kg，活塞初始位置距底面8cm。大气压力为0.1MPa， 温度为25℃，气体与环境处于平衡状态。现在把重物取走100kg，活塞 将突然上升，最后重新达到平衡。若忽略活塞与气缸间的摩擦，气体与 外界可充分换热，试求活塞上升的距离和气体与外界的换热量。
解：
（1）热机的最大循环功 卡诺循环效率：
热机在工作时的最大循环功是卡诺循环热效率下的循环功，
c
W0, max Q1
T2 400 1 1 0.600 T1 1000
所以
W0, max cQ1 0.600 200 120 kJ
11、某热机工作于1000K和400K的两恒温热源之间，若每循环中工质从高温热 源吸热200kJ，试计算其最大循环功；如果工质吸热时与高温热源的温差为150K， 在放热时与低温热源的温差为20K，则该热量中最多有多少可转变成功？如果循 环过程中不仅存在温差传热，而且由于摩擦又使循环功减少40kJ。该热机热效率 又为多少？上述三种循环的熵产各为多少？
解：
由题意知：热机以卡诺循环工作时，其热效率为：
c 1
T2 300 1 0.552 T1 670
又由于此热机的热效率为相应卡诺循环的 80%，因此热机的热效率为：
t 0.8c 0.8 0.552 0.442
其功率为： N Qt
100 0.442 0.737 kJ/s 0.737 kW 60
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。
工程热力学课后习题全集习题提示与...
工程热力学课后习题全集习题提示与答案第一章基本概念及定义1-1 试确定表压力为01kPa时U形管压力计中的液柱高度差 1 液体为水其密度为1000kgm3 2 液体为酒精其密度为789kgm3提示表压力数值等于U管压力计显示的液柱高度的底截面处液体单位面积上的力答案 1 21-2 测量锅炉烟道中真空度时常用斜管压力计如图1-17所示若 30°液柱长度l＝200mm且压力计中所用液体为煤油其密度为800kgm3 试求烟道中烟气的真空度为多少mmH2O 4℃提示参照习题1-1的提示真空度正比于液柱的高度答案1-3 在某高山实验室中温度为20℃重力加速度为976cms2设某U形管压力计中汞柱高度差为30cm试求实际压差为多少mmHg 0℃提示描述压差的汞柱高度是规定状态温度t 0℃及重力加速度g 980665cms2下Δp 2975 mmHg 0℃1-4 某水塔高30m该高度处大气压力为00986MPa若水的密度为1000kgm3 求地面上水管中水的压力为多少MPa提示地面处水管中水的压力为水塔上部大气压力和水塔中水的压力之和答案1-5 设地面附近空气的温度均相同且空气为理想气体试求空气压力随离地高度变化的关系又若地面大气压力为01MPa温度为20 ℃求30m高处大气压力为多少MPa提示→为地面压力答案1-6 某烟囱高30m其中烟气的平均密度为0735kgm3若地面大气压力为01MPa温度为20℃现假设空气密度在烟囱高度范围内为常数试求烟囱底部的真空度提示烟囱底部真空度为该处压力与大气压力之差烟囱顶部处的内部烟气压力与该处外部空气压力相等不同高度处流体的压差为ρΔhg答案烟囱内底部的真空度图1-181-7 设一容器被刚性壁分为两部分如图1-18示在容器不同部位装有压力表若压力表A的读数为019MPa压力表B的读数为012MPa大气压为01MPa试确定压力表CⅠ 029MPapⅡ 029MPa1-8 某容器中储有氮气其压力为06MPa温度为40℃设实验消耗1kg氮气且温度降为30℃时容器中压力降为04MPa试求该容器的容积提示实验前后容器内的气体均为理想气体状态答案V 0497 3 m31-9 利用真空泵为某设备抽真空真空泵每分钟的吸气量为05m3若设备中空气压力已达到01mmHg温度为-30℃试求每分钟真空泵可吸出空气的质量提示真空泵吸入气体的状态可看做与设备中的空气状态相同且气体为理想气体答案m 0095 5 g1-10 有两个容器容器A的容积为03m3其中充有压力为06MPa温度为60℃的氮气容器B为真空连通两容器使氮气由容器A流入容器B并且容器B中压力达到015MPa温度为20℃时容器A中的压力降到04MPa温度为50℃试求容器B的容积提示连通后容器B中的气体质量应为连通前后容器A的气体质量之差且连通前后两容器内的气体均可看做理想气体答案VB 033 m31-11 有一储气筒其容积为95m3筒内空气压力为01MPa 温度为17℃现用压气机向筒内充气压气机每分钟吸气02m3大气温度为17℃压力为01MPa试求筒内压力达到07MPa温度仍为17℃时所需的时间提示充气前后储气筒内的气体均可当做理想气体处理且压气机入口处的空气状态可看做与大气状态相同答案1-12 输气管道采用压气机加压设进气的压力为01MPa温度为20℃而要求每分钟输出压力为03MPa温度不高于60℃的气体80m3现有吸气量为每分钟8m3的压气机问需用多少台提示压气机输出气体的质量取决于其气体进口状态答案n 264取整数为27台1-13 一刚性容器内储有压缩空气01m3其压力为04MPa一橡皮气球内储有01m3的压力为015MPa的空气两者的温度和环境温度相同均为25℃现把两者连通使刚性容器内的空气流入橡皮气球直至两者压力相同若橡皮气球的压力正比于其容积试求空气温度仍为25℃时的最终平衡压力及气球的容积提示刚性容器与橡皮气球连通前后其中空气质量不变橡皮气球的压力正比于其容积即初始时刻刚性容器与橡皮气球的容积相等答案V 0148 m31-14 上题中若容器也为弹性且容积正比于其中的压力试求最终的平衡压力及气球容器两者各自的容积提示参照1-13题提示答案 p 0245MPa1-15 压气机气缸中有005kg氮气在压缩过程中其压力由01MPa升高到05MPa且氮气温度始终保持为50℃试求压缩过程中所消耗的功提示过程中温度不变有pV p1V1答案1-16 有一皮革制的无弹性的气球原来气球呈折叠状态其内部无任何气体若用储气罐中的压缩空气给气球充气充满时气球的容积为2m3设储气罐内气体压力远高于大气压力而现大气压力为09atm试求充气过程中气体所作的功提示过程为不可逆过程外界得到的功量等于气体所作的功答案1-17 若气缸中气体在进行一准静态过程时其状态变化关系为p＝p1＝常量试证明气体所作容积变化功为w1-2＝ p1v1－p2v2提示1-18 若气缸中CO2气体的初始压力为025MPa温度为200℃气体经历了一个膨胀过程后温度为100℃设过程中气体的状态变化规律为p＝p1＝常量试求膨胀过程中气体所作的膨胀功提示参照习题117的结论气体为理想气体1-19 某种气体在气缸中进行一个膨胀过程其容积由01m3增加到03m3已知膨胀过程中气体的压力与容积变化关系为试求 1 气体所作的膨胀功 2 当活塞和气缸的摩擦力保持为1000N而活塞面积为02m2时扣除摩擦消耗后活塞所输出的功提示活塞输出功为气体膨胀功与摩擦耗功之差答案1W1-2 176×104 J2W 166×104 J1-20 有一橡皮气球当它内部的气体压力和大气压力同为01MPa时气球处于自由状态其容积为03m3当气球受太阳照射其内部气体受热时容积膨胀10压力升高为015MPa设气球压力增加和容积的增加成正比试求 1 该膨胀过程在p-v 图上的过程曲线 2 该过程中气体所作的功 3 用于克服橡皮球弹力所作的功提示 1 →p ckV 2 气体的过程功量 3 气体克服气球弹力的耗功为橡皮气球内气体压力与大气压力之差此外p-V 12 W1-2 375×103 J3 W 750 J1-21 设某种气体的状态方程式为试导出定温过程中该气体所作容积变化功的计算公式并分析有相同容积变化时理想气体定温变化的容积变化功是大于还是小于该种气体的功提示答案理想气体定温过程当时当时1-22 图1-19所示为压缩空气驱动的升降工作台示意图由储气罐来的压缩空气经阀门调节气体的压力后送入气缸在压缩空气的推动下活塞上升举起工作台已知活塞面积为002m2活塞及工作台重5000N活塞上升300mm后开始和弹簧相接触继续上升时将压缩弹簧设弹簧的劲度系数为10Nmm若气缸内气体的表压力达到03MPa时停止供气试求在举升过程中气体所作的功及弹簧所吸收的功提示气缸内气体的压力为表压力1 系统所作出的功量与外界得到的功量的关系且2 弹簧所吸收的功取弹簧为系统答案 1 W 2 050 J 2习题提示与答案第二章热力学第一定律2-1 一辆汽车在11h内消耗汽油375L已知通过车轮输出的功率为64kW汽油的发热量为44000kJkg汽油的密度为075gcm3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2-2 一台工业用蒸汽动力装置每小时能生产11600kg蒸汽而蒸汽在汽轮机中膨胀作功输出的功率为3800kW如果该装置每小时耗煤1450kg煤的发热量为30000kJkg而在锅炉中水蒸气吸收的热量为2550kJkg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的热量水蒸吸热量汽轮机输出功量汽轮机乏汽带走的能量之和答案2-3 夏日室内使用电扇纳凉电扇的功率为05kW太阳照射传入的热量为05kW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 kJh 某车间中各种机床的总功率为100kW照明用100W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 378×105 kJh2-5 人体在静止情况下每小时向环境散发的热量为41868kJ某会场可容纳500人会场的空间为4000m3已知空气的密度12 kgm3空气的比热容为10kJ kg·K 若会场空气温度允许的最大温升为15℃试求会场所用空调设备停机时间最多可允许多少分钟提示空调设备停机期间 500人的散热量会场中空气所允许获得的最大热量答案τ 206 min2-6 有一个热力循环在吸热过程中工质从高温热源吸热1800J在放热过程中工质向低温热源放热1080J又在压缩工质时外界消耗700J 试求工质膨胀时对外所作的功提示答案1 420 J2-7 一个热机循环由1-22-3及3-1三个过程组成已知Q1-2＝10kJQ2-3＝30kJQ3-1＝－25kJ＝20kJ＝－20kJ试求W2-3及循环净功提示答案W2-3 30 kJ 为保持冷藏箱内的低温不变必须把环境传入的热量取出若驱动制冷机所需的电流为3A电源电压为220V 假设电动机的功率因数已提高到1 制冷机每小时排出的热量为5024kJ试求由环境传入冷藏箱的热量提示制冷机排出的热量等于环境传入冷藏箱的热量与驱动制冷机所耗功量之和答案Q 2 648 kJh2-9 一热交换器利用内燃机废气加热水若热交换器中气和水的流动可看做稳定流动且流动动能及重力位能的变化可忽略不计已知水受热后每秒钟焓增加了25kJ试分析热交换器的能量转换关系并求废气焓值的变化提示热交换器中水吸收废气的热量使得废气焓值降低自身焓值增加答案2-10 一台锅炉每小时生产水蒸气40t已知供给锅炉的水的焓为4174kJkg 而锅炉生产的水蒸气的焓为2874kJkg煤的发热量30000kJkg若水蒸气和水的流速及离地高度的变化可忽略不计试求当燃烧产生的热量用于产生水蒸气的比率即锅炉效率为085时锅炉每小时的耗煤量提示忽略工质的宏观动能和宏观位能变化锅炉中工质吸收的热量Q使自身焓增大工质吸热量与煤燃烧放热量QL的关系有一台空气涡轮机它所应用的压缩空气的焓为310kJkg而排出空气的焓为220kJkg若空气的流动为稳定流动过程且进出口处的流动动能及重力位能的变化不大试求涡轮机的轴功提示涡轮机轴功等于其进出口空气的焓降答案2-12 有一水槽槽内使用一个泵轮以维持水作循环流动已知泵轮耗功20W 水槽壁和环境温度的温差为而槽壁和环境间每小时的热交换量为若环境温度为20℃试求水温保持稳定时的温度提示取水为热力学系统答案℃2-13 设某定量理想气体为一闭口系统若令该系统分别进行一个定压过程及一个定容过程而两过程中系统焓的变化相同已知系统热力学能按的关系变化试求两过程中系统接受的热量之比提示理想气体定压过程热量Qp ΔH定容过程热量QV ΔU两过程中系统的焓变化相同即温度变化相同答案2-14 某压气机所消耗的功率为40kW压缩前空气的压力为01MPa温度为27℃压缩后空气的压力为05MPa温度为150℃已知空气热力学能变化的关系式为若压缩过程中空气和外界没有热交换且进出口流动动能和重力位能的变化可忽略不计试求稳定工况下压气机每分钟的吸气量提示忽略换热及宏观动能和宏观位能变化时压气机耗功等于工质焓的增加H qmh1945 kgmin图2-112-15 气缸中空气组成的热力系统如图2-11所示气缸内空气的容积为800cm3温度为20℃压力和活塞外侧大气压力相同为0 1MPa现向空气加热使其压力升高并推动活塞上升而压缩弹簧已知活塞面积为80cm2弹簧的劲度系数为k＝400Ncm实验得出的空气热力学能随温度变化的关系式为若活塞重量可忽略不计试求使气缸内空气压力达到03MPa时所需的热量提示Q ΔUWp pbkxAV V1Ax式中x活塞位移A活塞面积2-16 一真空容器因密封不严外界空气逐渐渗漏入容器内最终使容器内的温度压力和外界环境相同并分别为27℃及101325Pa设容器的容积为01m3且容器中温度始终保持不变试求过程中容器和环境交换的热量提示容器内固定空间中的物质为系统其能量方程为kJ2-17 有一压缩空气储气罐容积为3m3由于用户消耗气压由3MPa降为12MPa假设气体的比热力学能仅为温度的函数供气过程中罐内气体的温度保持和环境温度相同且气流速度不高可忽略不计试求供气过程中储气罐和环境交换的热量提示以储气罐为开口系统考虑热力过程的特点可写出其过程能量方程为答案Q 189 kJ 某种气体的热力学能可表示为u＝a＋bpv式中ab为常量试证明当气体经过一个无耗散现象的准静态绝热过程时有pv b1 b＝常量提示准静态绝热过程δq dupdv 0习题提示与答案第三章理想气体热力学能焓比热容和熵的计算3-1 有1kg氮气若在定容条件下受热温度由100℃升高到500℃试求过程中氮所吸收的热量提示qV cV0ΔTcV0可取定值答案qV 2964kJkg3-2 有1mol二氧化碳在定压条件下受热其温度由800K升高到 1000K试求按定值比热容计算所引起的误差并分析其原因提示依据真实比热容或热力性质表计算求得的热量为准确的热量值答案原因计算状态偏离定值比热容的状态 25 ℃较远且过程温差较大3-3 有一个小气瓶内装压力为20MPa温度为20℃的氮气10cm3该气瓶放置在一个001m3的绝热容器中设容器内为真空试求当小瓶破裂而气体充满容器时气体的压力及温度并分析小瓶破裂时气体变化经历的过程提示取全部气体为研究对象理想气体过程能量方程Q ΔUW理想气体的热力学能为温度的单值函数答案t2＝20℃p2 20kPa3-4 有一储气罐罐中压缩空气的压力为15MPa温度为37℃现用去部分压缩空气罐内压力降为1MPa温度降为31℃假设耗气时储气罐和环境的热交换可忽略不计试说明罐内所剩空气在储气罐耗气过程中所进行的能量转换过程及其输出能量的数量提示取罐内1kg剩余空气为研究对象过程能量方程Q ΔUW答案 w1-2 243 kJkg3-5 内燃机用增压器的进气压力为01MPa进气温度为27℃而供给内燃机的气体压力为02MPa温度为927℃设增压器中空气的压缩过程可视为绝热的稳定流动过程且进出口流速及位置高度的变化可忽略不计试求增压器消耗的功提示增压器所消耗的功转变为工质焓的增加答案-66kJkg3-6 有一输气管断裂管中压缩空气以高速喷出设压缩空气的压力为015MPa温度为30℃当喷至压力等于01MPa的环境中时气流的温度降至0℃试求喷出气流的流速并说明必要的假设条件提示以1kg压缩空气为研究对象管内流动空气的总比能量等于喷出管外时空气的总比能量依题意cf1 cf2 z1 z2答案cf2 2454 ms3-7 有1mol氧设其温度为300K因受热而升温至520K设比热容按经验公式变化试计算氧的热力学能变化提示ΔU qmV答案 49771kJmol3-8 设在定压条件下加热1mol氧使其温度升高220℃若初始温度分别为300K及800K试求后者所需热量为前者的几倍并说明其原因提示 qp h2-h1焓值可由热力性质表确定答案1136原因随温度升高比定压热容数值增加的幅度大3-9 根据氮的热力性质表中25℃及327℃时氮的焓值试求25℃到327℃间氮的平均比定压热容的数值提示焓值由热力性质表确定答案 1051kJkgK3-10 有02kg空气其压力为01MPa温度为27℃若在定温下压缩使其压力增加到015MPa试求其熵的变化提示空气看做理想气体比热容看作定值答案 -002328kJK3-11 有1mol氧其温度由300K升高至600K且压力由02MPa降低到015MPa 试求其熵的变化 1 按氧的热力性质表计算 2 按定值比热容计算提示 1 标准状态熵由热力性质表查取 2 比热容为定值时熵变为答案 1 J mol·K 2 J mol·K3-12 有一空储气罐自输气总管充气若总管中空气的压力为06Mpa温度为27℃试求 1 当罐内压力达到06MPa时罐内空气的温度 2 罐内温度和输气总管内空气温度的关系提示储气罐能量方程Q U2-U1He-HiWsHe为流出工质的焓Hi为流入工质的焓过程特点 U1 0He 0Ws 0m1 m2理想气体的热力学能与焓仅为温度的函数答案t2 147℃3-13 图3-3所示气缸中气体为氢气设气体受热膨胀推动重物及活塞上升至销钉处后活塞受阻但仍继续对气体受热一段时间已知该过程中气体接受的热量为4000kJkg气体温度由27℃升高到327℃试求过程中气体所作的功及活塞达到销钉时气体的温度提示缸内气为理想气体活塞受阻前缸内气体进行的是定压膨胀过程受阻后缸内气体进行的是定容吸热过程答案w 934kJkg K3-14 如图3-4所示自输气总管向气缸送气设输气总管中空气压力为06MPa温度为27℃而气缸中活塞及重物产生的压力为02MPa试求送气过程中气缸内空气的温度提示气缸内气体的能量方程 Q mehe-mihim2u2-m1u1W功量W mip v2-v1 m2-m1 Rg T2-T1 过程特点 Q 0 me 0 m1 0 T1 0 理想气体热力学能和焓为温度的单值函数答案t2 ti 27℃3-15 如图3-5所示为自输气总管向气缸充气设输气总管中空气的压力为06MPa温度为27℃而弹簧变形正比于压缩力试求充气终了时气缸内空气的温度提示气缸内气体的能量方程Q mehe-mihim2u2-m1u1W过程特点 Q 0me 0m10m2-mi功量答案 T2 35065 K3-16 有50kg废气其质量分数为＝014＝006＝005＝075又有75kg空气其质量分数为＝0232＝0768试求两者混合物的 1 质量分数 2 摩尔质量 3 折合气体常数提示 2 M 288gmol 3 Rg 2 887 kJ kg·K3-17 汽油发动机吸入气缸的是空气和汽油蒸气的混合物其中汽油的质量分数wg＝006若汽油的相对分子质量为114混合气的压力为0095MPa试求 1 空气和汽油蒸气的分压力 2 混合气的摩尔质量 3 混合气的折合气体常数提示答案1pg 000152MPa pA 00935MPa2M 3033 gmol3Rg 0274 J g·K3-18 已知空气的质量分数为＝023＝077空气的温度为25℃试求 1 按氧及氮的热力性质表求取空气的热力学能及焓 2 按氧和氮的定值比热容计算空气的定值比热容提示略答案1u 2147kJkgh 3007kJkg2cV0 0721kJ kg·K cp0 101kJ kg·K 3-19 燃烧气体的分数为＝012＝003＝007＝078设比热容为定值试求燃烧气体的定值比热容的数值提示组成气体的比热容由热力性质表确定答案0745kJ kg·K 1032kJ kg·K3-20 有一密封容器用隔板分成AB两部分并各充有压缩空气已知VA＝25m3pA＝686bartA＝80℃VB＝1m3pB＝98bartB＝30℃现抽去隔板使两部分混合若混合过程中容器向外散热41900J设比热容为定值试求混合后空气的温度及压力提示容器内空气作为理想气体处理取容器内全部气体作为分析对象过程能量方程Q ΔUW过程特点W 0m mAmB理想气体热力学能为温度的单值函数答案33093Kp2 765kPa3-21 在密闭的绝热气缸中活塞把气缸分成AB两部分设AB两部分中都充有某种理想气体而pApBVAVBTATBnAnB等均为已知现使AB两部分气体通过活塞传热及移动活塞而使两部分达到相同的温度及压力设比热容为定值活塞和缸的摩擦可忽略不计试证明提示A与B两系统热量功量交换及热力学能变化的量值相等符号相反习题提示与答案第四章理想气体的热力过程4-1 设气缸中有01kg二氧化碳其压力为01MPa温度为27℃如进行一个定压过程气体对外作功3kJ设比热容为定值试求过程中气体热力学能和熵的变化以及气体吸收的热量提示理想气体Q ΔUWΔU mcV0ΔT答案ΔU＝105kJΔS＝003611kJKQ＝135kJ4-2 有一气缸其中氮气的压力为015MPa温度为300K如果按两种不同的过程变化 1 在定压下温度变化到450K 2 在定温下压力下降到01MPa然后在定容下变化到015MPa及450K设比热容为定值试求两种过程中热力学能和熵的变化以及从外界吸收的热量提示略答案 1 ＝11115kJkg＝0421kJ kg·K q1-2＝1557kJkg2 ＝11115kJkg＝0421kJ kg·K q1-3-2＝14725kJkg4-3 设气缸中空气的压力为05MPa温度为600K若经绝热过程膨胀到01MPa试求膨胀终了的温度及比体积 1 按定值比热容计算 2 按空气的热力性质表进行计算提示 2 依由热力性质表确定T2 及vr2答案 1 T2＝3788Kv2＝1089m3kg 2 T2＝3826Kv2＝110m3kg4-4 柴油机吸气终了时气缸中空气的温度为60℃压力为01MPa为使压缩终了时空气温度超过柴油的自燃温度以使其着火故要求压缩终了的温度至少为720℃设比热容为定值及压缩过程的多变指数为145试求柴油机的压缩比即压缩过程初始容积和终了容积之比及压缩终了的压力提示ε v1v2答案ε＝1133p2＝3378MPa4-5 有一台内燃机设其膨胀过程为多变过程多变指数n 13已知燃气的Rg 2871J kg·K cV0 716J kg·K 若膨胀开始时容积为12cm3压力为65MPa温度为1800℃经膨胀过程其容积膨胀增至原容积的8倍试求气体所作的功及其熵的变化提示理想气体多变过程答案W1-2＝1197J＝00195JK4-6 有一台压气机用于压缩氮气使其压力由01MPa提高至04MPa设比热容为定值及进气温度为300K试求压缩过程中消耗的容积变化功以及压气机消耗的轴功 1 压缩过程为绝热过程 2 压缩过程为定温过程提示理想气体答案 1 w＝-10804kJkgws＝-15134kJkg 2 w＝ws＝-12344kJkg4-7 有一台涡轮机进入涡轮机的氦气的压力为084MPa温度为550℃氦气在涡轮机中经绝热膨胀其压力降低至014MPa若气流的动能及重力位能的变化可忽略不计试求排气温度及涡轮机输出的轴功提示理想气体等熵过程答案T2＝40193Kws＝220324kJkg4-8 有一台内燃机的涡轮增压器在涡轮机进口处工质的压力为02MPa 温度为650℃出口处压力为01MPa涡轮机所产生的功全部用于驱动压气机在压气机入口处空气的压力为01MPa温度为27℃设涡轮机及压气机中进行的过程为绝热过程并假设工质为空气试求涡轮机输出的功和排气温度以及压气机输出的压缩空气的压力和温度提示增压器压气机与涡轮机的功量关系视过程可逆答案 1 TT＝757KwT＝166kJkg 2 Tc＝466Kpc＝0467MPa4-9 有一储气罐其容积为02m3内储氧气的压力为3MPa温度为20℃现因焊接用去了一些氧气罐内压力降至2MPa假设在用气过程中储气罐和外界的热交换可以忽略不计试求用去氧气的质量并说明求解所必需的假设条件提示理想气体的绝热放气过程解法 1 取储气罐内剩余气体为研究对象其所经历的过程为可逆绝热过程解法 2 取罐内所有气体为研究对象作为充放气问题处理气体的能量方程过程特点Q 0Ws 0mi 0理想气体的焓为温度的单值函数答案 1988kg4-10 气缸中空气的压力为009MPa温度为17℃经压缩过程使空气压力升高到072MPa温度为2071℃试求该压缩过程为多变过程时多变指数n的数值提示理想气体多变过程答案n＝1324-11 根据图4-5所示p-v图及T-s图上自点1出发的四种基本热力过程的过程曲线的位置在图上画出自点1出发的下列各种多变过程1 过程中工质膨胀作功同时向外放热2 过程中工质吸热膨胀作功同时压力升高3 过程中工质受压缩向外放热同时温度升高4 过程中工质吸热膨胀同时温度降低 p-v图与T-s图上答案 12344-12 测定比热容比的一种方法如下用一个刚性容器其中充以需测定的气体并使其压力p1略高于环境压力p0而其温度等于环境温度T0然后先放出一些气体使容器内压力降低为p0再放置于环境中使其温度恢复为T0而压力又升高为p2测定p0p1及p2的数值并假定放热过程进行得很快而容器内气体基本上和外界没有热交换这样即可确定比热容比的数值试推导比热容比与p1p2p0之间的函数关系提示容器内气体经历的热力过程为绝热放气及等容吸热过程理想气体在绝热放气过程中容器内剩余气体经历了一个可逆绝热膨胀过程由状态方程pV mRgT可得容器内气体的质量变化率为放气过程容器内气体能量方程过程特点dmi 0dm dme 0cp0cV0 k 定容吸热过程特点答案比热容比4-13 试证明在图4-9所示的T-s图上理想气体的任意两条定压过程曲线或定容过程曲线 1-1及2-2两者间的水平距离处处相等即提示1-1和2-2为1-2及1-2为图4-9 图4-104-14 试证明在图4-10所示p-v图上的理想气体的任意两条绝热过程曲线1-1及2-2的纵坐标之比保持不变即提示1-1和2-2为1-2及1-2为图4-114-15 试证明在图4-11所示T-s图上的理想气体的任意两条定压过程曲线或定容过程曲线 1-1及2-2的纵坐标之比保持不变即＝提示1-2及1-2为。
工程热力学课后习题及答案第六版(完整版)
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/3v1=ρ＝1.253/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积MvMv ＝pT R 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 ＝41.97kg2-6 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。
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》（第四版）习题提示及答案02章习题提示与答案
《工程热力学》（第四版）习题提示及答案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)。
热工第二章习题课
习题
课 稳定流动能量方程式的应用
7. 现有两股温度不同的空气，稳定地流过如图所示
的设备进行绝热混合, 以形成第三股所需温度的空
气流。各股空气的已知参数如图中所示。
设空气可按理想气体计，其焓仅是温度的函数,
（3）燃气在喷管出口处的流速 c f 3' 是多少? （4）燃气轮机的功率为多大?
（5）燃气轮机装置的总功率为多少?
Tutorial
Expansion work, useful work
9. Consider the expansion of air inside a cylinder. Let the initial volume be 0.025 m3 and the initial pressure be 10MPa. Let the expansion process be quasi-static and let the path be given by pV1.4 =constant. If the final volume of the gas is 0.20 m3, determine (a) the total amount of work done by the gas; (b) the amount of work done by the gas against the spring.
工程热力学与传热学
工程热力学 第二章 热力学第一定律
习题
习题
课 闭口系统能量方程式的应用
1. 一活塞汽缸设备内装有5kg的水蒸气，由初态
的热力学能 u1=2709.0kJ/kg 膨胀到 u2=2659.6kJ/kg，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
工程热力学第1-5章习题课
hi dmi
d mu
hi mi m2u2 m1u1 m2u2 mi m2 305.3 hi u2 即 T2 423.99K 150.84 C 0.72 pV 40 105 1 由 m 32.87kg RgT 287 423.99 或 流入：hinδmin 流出： 0 hin u hin u δm 0 内增：u δm
cV
t2 t1
cp
Rg 0.8134kJ/(kg K)
t2 t1 t2 t1
u cV h c p
t 732.1kJ/kg qV t 990.4kJ/kg q p
定比热: 平均比热直线 :
Δu=646.2kJkg; Δh=904.5kJ/kg Δu=729.9kJkg; Δh=988.1kJ/kg
1 1.67
1.67 1 1.67
144.26K
p1 3 6.11MPa V2 V1 2m p2 1MPa
1
5.906m3
T3 T2 144.26K p3
V3 V1 2m3
500mol 8.314J/(mol K) 144.26K 299855Pa 3 2m
若m=0.1kg，缸径=0.4m ，空气 ukJ/kg 0.72 T K
求：过程加热量Q
解： Q U W
U mu2 u1 0.72mT2 T1
可以求出；
W ?
W pdV
1 2
据题意
K p pb x A
dV Adx
K 2 W x Adx Apb x 2 x1 x 2 x12 x1 2 K 2 K ? ?，x ? X2 ? pb V2 V1 x 2 x12 K 2 2
工程热力学前五章习题课
解： (1) 第一种方法：
取氧气袋为开口系统，该系统与外界无热量及功量交换：
Q 0
Wnet 0
13
习题2—14
第二章 热力学第一定律
因为容器很大，可认为：
u2 u1
Q计算 (m2 m1 )u (m1 m2 )h W
(m1 m2 )(h u) W 2 [301.7 0.72 (273 27)] 3.6 175 kJ
即从外界吸热175kJ
Q实际 Q计算
这一结论基本合理
m 0.24
16
习题3—4
第三章 理想气体的性质
锅炉燃烧需要的空气量折合为标准状态为qv,o=5×103m3/h，实际送入的是 温度tb=250℃、表压力pe=150mmHg的热空气。已知当地大气压力 pb=756mmHg。设煤燃烧后产生的烟气量与空气量近似相同，烟气通过烟 囱排入大气。已知烟囱出口处烟气的压力p2=0.1MPa 、温度T2=480K，要 求烟气流速cf=3m/s，试求(1)热空气实际状态的体积流量qv；(2)烟囱出口 内直径的设计尺寸。见图3-10。
Q U W W 97.95 J 即空气从环境吸热 97.95 J
21
习题3—10
第三章 理想气体的性质
2kg理想气体，定容下吸热量Qv=367.6kJ，同时输入搅拌功468.3kJ (图312)。该过程中气体的平均比热容cp=1.124kJ/(kg.K)。已知初态温度 t1=280℃，试求：(1)终态温度t2；(2)热力学能、焓、熵的变化量△U、 △H和△S。
工程热力学 课后习题答案 可打印 第三版 第二章
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 。
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 Q = 34.1×10 −3m3 × 750kg/m3 × 44000kJ/kg = 1125300kJ
汽车散发热量 Qout = Q −W × 3600 = (1125300 − 64× 3600)kJ/h = 894900kJ/h
2-2 1kg 氧气置于图 2-13 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 2 l ，活塞质量为 10kg。试计算拔除钉后，活塞可能
即每生产 1 公斤压缩空气所需技术功为 252kJ。
（3）压气机每分钟生产压缩空气 10kg，即1/ 6kg/s ，故带动压气机的电机功率为
N
=
q m wt
=
1 6
kg/s × 252kJ/kg
=
42kW
9
第二章 热力学第二定律
2-10 某蒸汽动力厂中锅炉以 40T/h 的蒸汽供入蒸汽轮机。进口处压力表上读数是 9MPa ，蒸 汽的焓是 3441kJ/kg 。蒸汽轮机出口处真空表上的读数是 0.0974MPa ，出口蒸汽的焓是
的室内空气每小时温度的升高值，已知空气的热力学能与温度关系为 ∆u = 0.72∆TkJ/kg 。
解 室内空气总质量 m = pV = 0.1×106 Pa ×15m2 × 3.0m = 52.06kg RgT 287J/(kg ⋅ K) × (28 + 273.15)K
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？
工程热力学习题课
一、名词解释（共30分，每题6分）1、真空度2、技术功3、热力学第二定律（克劳修斯说法）4、背压5、总能二，概念题(7*10=70)1，在不可逆绝热的喷管流动中温度和压力的变化，并在T-S图上表示出来。
2，在p-v图表示技术功，膨胀功和流动功的相互关系。
3、对热力学第二定律的两种表述，证明违反克劳休斯表述就违反开尔文表述。
4、有人提出一个循环1-2-3-1，其中1-2为可逆定温吸热过程，2-3为可逆绝热膨胀过程，3-1为不可逆绝热过程，1、2、3分别为三个平衡态，判断此循环能否实现？为什么？5. 试画出压气机两级压缩中间冷却的p-V 图,并表示出与单级压缩相比少消耗的功量。
6. 试写出卡诺循环的组成和循环热效率计算公式。
通过此公式得出什么重要结论？7. 在p-v图及T-s图上画出空气的n=1.2的膨胀过程1-2和n=1.6的压缩过程1-3，并确定过程1-2和1-3中功和热量的正负号及初终态热力学能的变化。
1. 已知当地大气压P b , 压力表读数为P e , 则绝对压力P 为（）。
（a ）P=P b -P e （b ）P=P e -P b （ c ）P=P b +P2.准静态过程满足下列哪一个条件时为可逆过程（）。
（a ）做功无压差（ b ）传热无温差（ c ）移动无摩擦3. A 点是海平面某点，B 点是高原上一点，试问A 、B 处哪点沸水温度高（）(a)A 点（ b ）B 点（c ）同样高4.工质进行了一个吸热、升温、压力下降的多变过程，则多变指数（）(a) 0<n <1 （ b ）0<n <k （ c ）n>k5. 适用于（）(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6. 闭口系统工质经历不可逆变化过程，系统对外作功20kJ,与外界换热-20 kJ，则系统熵变为。
A、增加B、减少C、不变D、不能确定1.热力系统的边界可以是固定的，也可以是移动的；可以是实际存在的，也可以是假想的。
清华大学工程热力学习题课
清华⼤学⼯程热⼒学习题课⼯程热⼒学课程习题第⼀章1- 1试将1物理⼤⽓压表⽰为下列液体的液柱⾼（mm ）, （1）⽔，⑵酒精，（3）液态钠。
它们的密度分别为 1000kg/m 3, 789kg/m 3和860kg/m 3。
1- 4⼈们假定⼤⽓环境的空⽓压⼒和密度之间的关系是 p=c p 1.4, c 为常数。
在海平⾯上空⽓的压⼒和密度分别为 1.013 X 05Pa 和1.177kg/m 3，如果在某⼭顶上测得⼤⽓压为5X104P &试求⼭的⾼度为多少。
重⼒加速度为常量，即 g=9.81m/s 2。
1- 7如图1-15所⽰的⼀圆筒容器，表 A 的读数为360kPa,表B 读数为170kPa,表⽰室I 压⼒⾼于室U 的压⼒。
⼤⽓压⼒为760mmHg 。
试求（1）真空室以及I 室和U 室的绝对压⼒；（2）表C 的读数；（3）圆筒顶⾯所受的作⽤⼒。
图14S图 1-151- 8若某温标的冰点为20°,沸点为75°，试导出这种温标与摄⽒度温标的关系（⼀般为线性关系）。
1-10若⽤摄⽒温度计和华⽒温度计测量同⼀个物体的温度。
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，对吗？若可能，读数相同的温度应是多少？ 1-14 ⼀系统发⽣状态变化，压⼒随容积的变化关系为pV 1.3=常数。
若系统初态压⼒为600kPa,容积为0.3m 3，试问系统容积膨胀⾄0.5m 3时，对外作了多少膨胀功。
1- 15⽓球直径为0.3m ，球内充满压⼒为150kPa 的空⽓。
由于加热，⽓球直径可逆地增⼤到0.4m，并且空⽓压⼒正⽐于⽓球直径⽽变化。
试求该过程空⽓对外作功量。
1-16 1kg⽓体经历如图1-16所⽰的循环，A到B为直线变化过程，B到C为定容过程，C到A为定压过程。
试求循环的净功量。
如果循环为A-C-B-A则净功量有何变化？图1-16第⼆章2-2⽔在760mmHg下定压汽化，温度为100C,⽐容从0.001m3/kg增加到1.1763m3/kg,汽化潜热为2250kJ/kg。
(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。
工程热力学习题课2
Q H Wt
思考题： 绝热容器内有一定气体，外界通过容器内的叶轮向气体 加入w kJ的功。若气体视为理想气体，试分析气体内能的 内能，焓，温度，熵如何变化？ 根据热力学第一定律，外界所做的功全部转化成为内能 的增量，因而内能，焓，温度均增加；该过程不可逆，熵 也增加。
封闭系统能量方程
微元过程
q du w
适用条件：任何工质及过程 可逆过程
w pdv q du pdv
q u pdv
2 1
思考题： 对与有活塞的封闭系统，下列说法是否正确? 1) 气体吸热后一定膨胀，内能一定增加。
根据热力学第一定律，气体吸热可能使内能增加，也可能对外做 功，或者两者同时进行；关键是吸热量能否完全转变为功，由于气体 的定温膨胀过程可使得吸收的热量完全转化为功，内能不增加，所以 说法错误。
求：过程的终态压力、热量及熵的变化。 解： 按定比热容理想气体计算，由附表3查得氮气的气体常数和 比定容热容为：R 0.2968 kJ /(kJ K ), cv 0.741 kJ /(kg K ) a）
p1V1 mRT 1 , p2V2 mRT 2
mRT2 mRT2 mRT2 p1T2 p2 0.075MPa V2 2V1 2mRT1 / p1 2T1
思考题： 1）湿空气相对湿度越高，其含湿量也越大。
含湿量除了与相对湿度有关，还与水蒸气饱和压力有关，即空 气温度有关。空气温度相同时，湿空气相对湿度越高，含湿量越大。
2）当相对湿度为0，湿空气不含水蒸气，全为干空气， 而相对湿度为一时，湿空气就不含有干空气，全为水蒸气。
相对湿度为1时，说明空气中水蒸气处于饱和状态，即水蒸气 分压与该温度下的水蒸气饱和压力相等。
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ws
( pv)
w
wt
1 2 c 2 gz ws
轴功不显含在两 种形式的能量方 程中，但包含在 做功中，存在与 否取决于系统是 否存在转子
熵
克劳修斯不等式
( T
Q
T
Q
)0
等于0 可逆过程 小于0 不可逆过程
研究熵最有价 值的是熵变， 其情况直接反 应过程发生与 否
q du w
适用条件：任何工质及过程 可逆过程
w pdv q du pdv
q u pdv
2 1
思考题： 对与有活塞的封闭系统，下列说法是否正确? 1) 气体吸热后一定膨胀，内能一定增加。
根据热力学第一定律，气体吸热可能使内能增加，也可能对外做 功，或者两者同时进行；关键是吸热量能否完全转变为功，由于气体 的定温膨胀过程可使得吸收的热量完全转化为功，内能不增加，所以 说法错误。
适用条件：任何工质的任何流动过程 焓的定义式: 焓=内能+流动功 H=U+pV 焓的物理意义： 1. 对流动工质（开口系统）工质流动时与外界传递与其 热力状态有关的总能量。 2. 对不流动工质（闭口系统）仍然存在但仅是一个复合 的状态参数。
稳定流动能量方程
微元过程
1 2 q dh dc gdz ws 2
dSiso dS f dSg dSg 0
等号适用于可逆过程，大于号适用于不可逆过程。表明 孤立系统的熵变化只取决于系统内各过程的不可逆程度。
计算方法：1) 分别计算系统内各物质的熵变，再计算代数和。 2) 分别计算各不可逆因素引起的熵产，再求和。 注意：如果涉及环境温度，由于环境是一个很大的热源，无论它吸 收或者放出多少热量，都认为环境温度是不变的。
2）气体膨胀时一定对外做功。
一般情况下，气体膨胀时候要对外做功，但当气体向真空中膨胀 时候，由于外力为零，所以功也为零。
3）气体对外做功，内能一定减少。
根据热力学第一定律，在定温条件下，气体可以吸收热量并全部 转化为功，从而保持内能不变。
敞开系统能量方程
2 . . c2 c2 1 Q qm 2 (h2 gz2 ) qm1 (h1 gz1 ) W E 2 2 .
基本内容
热力学第一定律：实质就是能量守恒与转换定律在 热现象中的应用，即进入系统的能量减去离开系 统的能量等于系统存储能量的增量。（见例1）
热力学第二定律：实质是自发过程是不可逆的，要 使非自发过程得以实现，必须伴随一个适当的自 发过程作为补偿条件。
Q U W 能量守恒定律：
dU cv dT dH c p dT
3）当相对湿度固定不变时，湿空气温度越高，则含湿 量越大。
相对湿度不变意味着水蒸气分压与其饱和压力的比值不变，而 随着温度的升高，饱和压力升高，因为水蒸气分压增大，即含湿量增 大。
4）当含湿量固定不变时，湿空气温度越高，则相对湿度 越小。
含湿量不变意味着空气中水蒸气分压不变，而随着空气温度的升 高，水蒸气饱和压力增大，因而相对湿度降低。
Q H Wt
思考题： 绝热容器内有一定气体，外界通过容器内的叶轮向气体 加入w kJ的功。若气体视为理想气体，试分析气体内能的 内能，焓，温度，熵如何变化？ 根据热力学第一定律，外界所做的功全部转化成为内能 的增量，因而内能，焓，温度均增加；该过程不可逆，熵 也增加。
封闭系统能量方程
微元过程
思考题： 1）湿空气相对湿度越高，其含湿量也越大。
含湿量除了与相对湿度有关，还与水蒸气饱和压力有关，即空 气温度有关。空气温度相同时，湿空气相对湿度越高，含湿量越大。
2）当相对湿度为0，湿空气不含水蒸气，全为干空气， 而相对湿度为一时，湿空气就不含有干空气，全为水蒸气。
相对湿度为1时，说明空气中水蒸气处于饱和状态，即水蒸气 分压与该温度下的水蒸气饱和压力相等。
对可逆过程
Q 代表某一状态参数 T
定义：熵 dS (
) 可逆过程
物理意义：熵的变化反应可逆过程热交换的方向和大小。 系统可逆的从外界吸热，系统熵增加；系统可逆的向外界 放热，系统熵减少；可逆绝热过程，系统熵不变。
S 除了传热还有其他不可逆因素影响熵 T
Q
Q dS 熵流： 系统与外界交换热量引起的熵变 f T
适用条件： 任何工质 任何稳定流动过程 几种功的关系 用 q u w 表示流动过程的能量方程得
1 2 w ( pv ) c gz ws 2
1 2 wt w ( pv) c gz ws 2 q h wt u ( pv) wt w ( pv) wt
注意：湿蒸气和湿空气区别。 湿蒸气是饱和液体和干饱和蒸气的混合物。湿空气干空气 和水蒸气的混合物。
活塞式压缩机压缩过程分析
目的：研究耗功，越少越好，压缩的是理想气体 技术功 理论压气过程（可逆过程）
n 1 n 1 p p n n 技术功： Wt p1Ve [1 ( 2 ) n ] p1 (Ve1 V4' )[1 ( 2 ) n ] n 1 p1 n 1 p1
dS f 熵产： dSg dS完全由不可逆因素引起
思考题：系统吸热，其熵一定增大；系统放热，其熵一定 减小。
熵产是过程不 可逆性大小的 度量，不可为 负值
孤立系统熵增原理：孤立系统内所进行的一切实际过程 （不可逆过程）都朝着使系统熵增加的方向进行；在极限 情况下（可逆过程），系统的熵维持不变；任何使系统熵 减小的过程是不肯能。即过程进行到某一阶段，再不能使 熵增大了，也就是系统的熵值达到了最大值，就是过程进 行的限度。
湿空气与湿蒸气
湿蒸气：饱和液体和干饱和蒸气的混合物。
X=0 X=1 湿蒸气的干度：X=mv/(mv+mL) 露点：通过定压降温，湿空气达到饱和状态的温度成为露点。
绝对湿度：每立方米湿空气中含Fra bibliotek水蒸气的质量。 湿度 相对湿度：湿空气中水蒸气的实际分压与同温度下水 蒸气饱和压力之比。
干空气： 0；饱和湿空气： 1