工程热力学习题(第3章)解答
广大复习资料之工程热力学第三章思考题答案
3-1门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行,若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。
于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温度的目的,你认为这种想法可行吗? 解：按题意，以门窗禁闭的房间为分析对象，可看成绝热的闭口系统，与外界无热量交换，Q =0，如图所示，当安置在系统内部的电冰箱运转时，将有电功输入系统，根据热力学规定：W <0，由热力学第一定律W U Q +∆=可知，0>∆U ，即系统的热力学能增加，也就是房间内空气的热力学能增加。
由于空气可视为理想气体，其热力学能是温度的单值函数。
热力学能增加温度也增加，可见此种想法不但不能达到降温目的，反而使室内温度有所升高。
3-2既然敞开冰箱大门不能降温，为什么在门窗紧闭的房间内安装空调器后却能使温度降低呢?解:仍以门窗紧闭的房间为对象。
由于空调器安置在窗上，通过边界向环境大气散热,这时闭口系统并不绝热,而且向外界放热，由于Q<0，虽然空调器工作时依旧有电功W 输入系统，仍然W<0，但按闭口系统能量方程：W Q U -=∆，此时虽然Q 与W 都是负的,但W Q >，所以∆U<0。
可见室内空气热力学能将减少,相应地空气温度将降低。
3-6 下列各式，适用于何种条件？(说明系统、工质、过程)1）q=du+ w ；适用于闭口系统、任何工质、任何过程 2）q=du+ pdv ；适用于闭口系统、任何工质、可逆过程3）q=c v dT+ pdv ；适用于闭口系统、理想气体、任何过程4）q=dh ；适用于开口系统、任何工质、稳态稳流定压过程5）q=c p dT- vdp 适用于开口系统、理想气体、可逆过程3-8 对工质加热，其温度反而降低，有否可能？答：有可能，如果工质是理想气体，则由热力学第一定律Q=ΔU+W。
理想气体吸热，则Q>0，降温则ΔT<0，对于理想气体，热力学能是温度的单值函数，因此，ΔU <0。
工程热力学03章习题提示与答案
而p 、p ，V 、V ，T 、T ，n 、n 等均为已知。现使A、B两部分气体通过活塞传热及移动活塞而使两
A
BB
A
BB
A
BB
A
BB
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：
T
= TA
nA nA + nB
+ TB
nB nA +nB
,
p
=
pA
VA VA + VB
+
pB
− s10
− Rln
p2 p1
，标准状态熵由热力性质表查取；(2)比热容为定值时，熵变为
Δs
=
c
p0
ln
T2 T1
− Rln
p2 p1
。
答案：(1) Δs = 23.52 J/(mol·K)；(2) Δs = 22.73 J/(mol·K)。
3-12 有一空储气罐自输气总管充气，若总管中空气的压力为0.6 Mpa、温度为27 ℃，试求：(1)当罐 内压力达到0.6 MPa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：空气看做理想气体，比热容看作定值。
答案： ΔS = -0.023 28 kJ/K。
·12·
3-11 有1 mol氧，其温度由300K升高至600 K，且压力由0.2 MPa降低到0.15 MPa，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) Δs =
s
0 2
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31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
工程热力学第三章答案
能量守恒定律，表述为系统能量的变化等于传入和传出系统的热 量与外界对系统所做的功的和。
热力学第二定律
熵增加原理，表述为封闭系统的熵永不减少，总是向着熵增加的 方向发展。
热力过程和热力循环的分类
热力过程
在热力学中，将系统从某一初始状态出发，经过某一过程到达另一终态的过程称为热力过程。根据过程中是否发 生相变，可以将热力过程分为等温过程、等压过程、绝热过程和多变过程等。
热力循环
将热能转换为机械能的循环过程，通常由若干个热力过程组成。常见的热力循环有朗肯循环、布雷顿循环和斯特 林循环等。
02
热力学第一定律的应用
等温过程、绝热过程和多方过程的能量转换关系
80%
等温过程
等温过程中，系统与外界交换的 热量全部用于改变系统的内能， 没有其他形式的能量转换。
100%
绝热过程
工程热力学第三章答案
目
CONTENCT
录
• 热力学基本概念 • 热力学第一定律的应用 • 热力学第二定律的应用 • 热力学第三定律的应用 • 热力学在工程实践中的应用案例
01
热力学基本概念
温度、压力、体积和熵的定义
01
02
03
04
温度
压力
体积
熵
表示物体热度的物理量，是物 体分子热运动的宏观表现。常 用的温度单位有摄氏度（℃）、 华氏度（℉）和开尔文（K）。
05
热力学在工程实践中的应用案例
汽车发动机的热力循环分析
总结词
汽车发动机的热力循环分析是热力学在 工程实践中的重要应用，通过对发动机 工作过程中的热量流动和能量转换进行 分析，优化发动机性能和提高燃油效率 。
VS
工程热力学思考题及答案第三章
⼯程热⼒学思考题及答案第三章沈维道、将智敏、童钧耕《⼯程热⼒学》课后思考题答案⼯程热⼒学思考题及答案第三章理想⽓体的性质1. 怎样正确看待“理想⽓体”这个概念？在进⾏实际计算是如何决定是否可采⽤理想⽓体的⼀些公式？答：理想⽓体：分⼦为不占体积的弹性质点，除碰撞外分⼦间⽆作⽤⼒。
理想⽓体是实际⽓体在低压⾼温时的抽象，是⼀种实际并不存在的假想⽓体。
判断所使⽤⽓体是否为理想⽓体（1）依据⽓体所处的状态（如：⽓体的密度是否⾜够⼩）估计作为理想⽓体处理时可能引起的误差；（2）应考虑计算所要求的精度。
若为理想⽓体则可使⽤理想⽓体的公式。
2.⽓体的摩尔体积是否因⽓体的种类⽽异？是否因所处状态不同⽽异？任何⽓体在任意状态下摩尔体积是否都是0.022414m 3/mol?答：⽓体的摩尔体积在同温同压下的情况下不会因⽓体的种类⽽异；但因所处状态不同⽽变化。
只有在标准状态下摩尔体积为0.022414m 3/mol3.摩尔⽓体常数R 值是否随⽓体的种类不同或状态不同⽽异？答：摩尔⽓体常数不因⽓体的种类及状态的不同⽽变化。
4.如果某种⼯质的状态⽅程式为RgT pv =，那么这种⼯质的⽐热容、热⼒学能、焓都仅仅是温度的函数吗？答：⼀种⽓体满⾜理想⽓体状态⽅程则为理想⽓体，那么其⽐热容、热⼒学能、焓都仅仅是温度的函数。
5.对于⼀种确定的理想⽓体，)(v p c c ?是否等于定值？v p c c 是否为定值？在不同温度下)(v p c c ?、v p c c 是否总是同⼀定值？答：对于确定的理想⽓体在同⼀温度下v p c c ?为定值，v p c c 为定值。
在不同温度下v p c c ?为定值，v p c c 不是定值。
6.麦耶公式Rg c c v p =?是否适⽤于理想⽓体混合物？是否适⽤于实际⽓体？答：迈耶公式的推导⽤到理想⽓体⽅程，因此适⽤于理想⽓体混合物不适合实际⽓体。
7.试论证热⼒学能和焓是状态参数，理想⽓体热⼒学能和焓有何特点？答：在⼯程热⼒学⾥，在⽆化学反应及原⼦核反应的过程中，化学能、原⼦核能都不变化，可以不考虑，因此热⼒学能包括内动能和内位能。
工程热力学习题(第3章)解答
第3章 热力学第一定律3.5空气在压气机中被压缩。
压缩前空气的参数为p 1=1bar ，v 1=0.845m 3/kg ，压缩后的参数为p 2=9bar ，v 2=0.125m 3/kg ，设在压缩过程中1kg 空气的热力学能增加146.5kJ ，同时向外放出热量55kJ 。
压缩机1min 产生压缩空气12kg 。
求：①压缩过程中对1kg 空气做的功；②每生产1kg 压缩空气所需的功（技术功）；③带动此压缩机所用电动机的功率。
解：①闭口系能量方程q=∆u+w 由已知条件：q=-55 kJ/kg ，∆u=146.5 kJ/kg得 w =q -∆u=-55kJ-146.5kJ=-201.5 kJ/kg即压缩过程中压气机对每公斤气体作功201.5 kJ②压气机是开口热力系，生产1kg 空气需要的是技术功w t 。
由开口系能量守恒式：q=∆h+w tw t = q -∆h =q-∆u-∆(pv)=q-∆u-(p 2v 2-p 1v 1)=-55 kJ/kg-146.5 kJ/kg-(0.9×103kPa×0.125m 3/kg-0.1×103kPa×0.845m 3/kg)=-229.5kJ/kg即每生产1公斤压缩空气所需要技术功为229.5kJ③压气机每分钟生产压缩空气12kg ，0.2kg/s ，故带动压气机的电机功率为N=q m·w t =0.2kg/s×229.5kJ/kg=45.9kW3.7某气体通过一根内径为15.24cm 的管子流入动力设备。
设备进口处气体的参数是：v 1=0.3369m 3/kg ，h 1=2826kJ/kg ，c f1=3m/s ；出口处气体的参数是h 2=2326kJ/kg 。
若不计气体进出口的宏观能差值和重力位能差值，忽略气体与设备的热交换，求气体向设备输出的功率。
解：设管子内径为d ，根据稳流稳态能量方程式，可得气体向设备输出的功率P 为：2222f1121213(0.1524)()()(28262326)440.3369c d P m h h h h v ×=−=−=−× =77.5571kW 。
工程热力学经典例题-第三章_secret
3．5 典型例题例题3－１ 某电厂有三台锅炉合用一个烟囱，每台锅炉每秒产生烟气733m （已折算成标准状态下的体积），烟囱出口出的烟气温度为100C ︒，压力近似为101.33kPa ，烟气流速为30m/s 。
求烟囱的出口直径。
解 三台锅炉产生的标准状态下的烟气总体积流量为33V073m /s 3219m /s q =⨯=烟气可作为理想气体处理，根据不同状态下，烟囱内的烟气质量应相等，得出V 0V 0pq p q T T = 因p =0p ，所以33V0V 0219m /s (273100)K299.2m /s 273K q T q T ⨯+===烟囱出口截面积 32V f 299.2m /s9.97m 30m/sq A c ===烟囱出口直径 2449.97m 3.56m 3.14Ad π⨯=== 讨论在实际工作中，常遇到“标准体积”与“实际体积”之间的换算，本例就涉及到此问题。
又例如：在标准状态下，某蒸汽锅炉燃煤需要的空气量3V 66000m /h q =。
若鼓风机送入的热空气温度为1250C t =︒，表压力为g120.0kPa p =。
当时当地的大气压里为b 101.325kPa p =，求实际的送风量为多少？解 按理想气体状态方程，同理同法可得 01V1V010p T q q p T = 而 1g1b 20.0kPa 101.325kPa 121.325kPa p p p =+=+= 故 33V1101.325kPa (273.15250)K66000m 105569m /h 121.325kPa 273.15kPaq ⨯+=⨯=⨯例题３－２ 对如图３－９所示的一刚性容器抽真空。
容器的体积为30.3m ，原先容器中的空气为0.1MPa ，真空泵的容积抽气速率恒定为30.014m /min ，在抽气工程中容器内温度保持不变。
试求：（１） 欲使容器内压力下降到0.035MPa 时，所需要的抽气时间。
工程热力学第三章课后答案
第三章 气体和蒸气的性质3−1 已知氮气的摩尔质量328.110 kg/mol M −=×，求： （1）2N 的气体常数g R ；（2）标准状态下2N 的比体积v 0和密度ρ0； （3）标准状态31m 2N 的质量m 0；（4）0.1MPa p =、500C t =D 时2N 的比体积v 和密度ρ； （5）上述状态下的摩尔体积m V 。
解：（1）通用气体常数8.3145J/(mol K)R =⋅，查附表23N 28.0110kg/mol M −=×。
22g,N 3N8.3145J/(mol K)0.297kJ/(kg K)28.0110kg/molR R M −⋅===⋅×（2）1mol 氮气标准状态时体积为22233m,N N N 22.410m /mol V M v −==×，故标准状态下2233m,N 3N 322.410m /mol 0.8m /kg28.0110kg/molV v M −−×===×223N 3N111.25kg/m 0.8m /kgv ρ===（3）标准状态下31m 气体的质量即为密度ρ，即0 1.25kg m =。
（4）由理想气体状态方程式g pv R T=g 36297J/(kg K)(500273)K2.296m /kg0.110Pa R T v p ⋅×+===×33110.4356kg/m 2.296m /kgv ρ===（5）2223333m,N N N 28.0110kg/mol 2.296m /kg 64.2910m /mol V M v −−==××=×3-2 压力表测得储气罐中丙烷38C H 的压力为4.4MPa ，丙烷的温度为120℃，问这时比体积多大？若要储气罐存1 000kg 这种状态的丙烷，问储气罐的体积需多大？解：由附表查得383C H 44.0910kg/mol M −=×3838g,C H 3C H8.3145J/(mol K)189J/(kg K)44.0910kg/molR R M −⋅===⋅×由理想气体状态方程式g pv R T=g 36189J/(kg K)(120273)K0.01688m /kg4.410PaR T v p⋅×+===×331000kg 0.01688m /kg 16.88m V mv ==×=或由理想气体状态方程g pV mR T=g 361000kg 189J/(kg K)(120273)K16.88m 4.410PamR T V p×⋅×+===×3−3 供热系统矩形风管的边长为100mm ×175mm ，40℃、102kPa 的空气在管内流动，其体积流量是0.018 5m 3/s ，求空气流速和质量流量。
工程热力学课后思考题答案——第三章
第3章理想气体的性质1．怎样正确看待“理想气体”这个概念？在进行实际计算时如何决定是否可采用理想气体的一些公式？第一个问题很含混，关于“理想气体”可以说很多。
可以说理想气体的定义：理想气体，是一种假想的实际上不存在的气体，其分子是一些弹性的、不占体积的质点，分子间无相互作用力。
也可以说，理想气体是实际气体的压力趋近于零时极限状况。
还可以讨论什么情况下，把气体按照理想气体处理，这已经是后一个问题了。
后一个问题，当气体距离液态比较远时（此时分子间的距离相对于分子的大小非常大），气体的性质与理想气体相去不远，可以当作理想气体。
理想气体是实际气体在低压高温时的抽象。
2．气体的摩尔体积V m是否因气体的种类而异？是否因所处状态不同而异？任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是0.022414m3/mol？气体的摩尔体积V m不因气体的种类而异。
所处状态发生变化，气体的摩尔体积也随之发生变化。
任何气体在标准状态（p=101325Pa，T=273.15K）下摩尔体积是0.022414m3/mol。
在其它状态下，摩尔体积将发生变化。
3．摩尔气体常数R值是否随气体的种类而不同或状态不同而异？摩尔气体常数R是基本物理常数，它与气体的种类、状态等均无关。
4．如果某种工质的状态方程式为pv=R g T，这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗？是的。
5．对于确定的一种理想气体，c p–c v是否等于定值？c p/c v是否为定值？c p–c v、c p/c v是否随温度变化？c p–c v=R g，等于定值，不随温度变化。
c p/c v不是定值，将随温度发生变化。
6．迈耶公式c p–c v=R g是否适用于动力工程中应用的高压水蒸气？是否适用于地球大气中的水蒸气？不适用于前者，一定条件下近似地适用于后者。
7．气体有两个独立的参数，u（或h）可以表示为p和v的函数，即u=f(p,v)。
但又曾得出结论，理想气体的热力学能（或焓）只取决于温度，这两点是否矛盾？为什么？不矛盾。
工程热力学习题3答案
工程热力学习题3答案工程热力学习题3答案工程热力学是热力学在工程领域的应用，是工程师必须掌握的基础知识之一。
学习题是帮助学生巩固理论知识和培养解决实际问题能力的重要工具。
本文将为大家提供工程热力学学习题3的详细解答，希望能对大家的学习有所帮助。
题目一：一个理想气体在容器中经历了一个绝热膨胀过程，初始状态为P1、V1、T1，终态为P2、V2、T2。
已知绝热指数γ，求解过程中的温度变化ΔT。
解答一：根据理想气体状态方程PV=RT，可以得到初始状态和终态的温度分别为T1=R/P1V1和T2=R/P2V2。
由于过程是绝热膨胀，所以可以利用绝热指数γ来求解温度变化ΔT。
绝热指数γ定义为γ=Cp/Cv，其中Cp为定压比热容，Cv为定容比热容。
对于理想气体来说，γ是一个常数。
由于绝热过程中没有热量交换，所以有以下关系式成立：P1V1^γ=P2V2^γ。
利用这个关系式，可以将温度变化ΔT表示为：ΔT=T2-T1=(P2V2-P1V1)/(R(γ-1))。
题目二：一个容器中装有一定质量的水，初始温度为T1，通过加热使水的温度升高到T2，求解加热过程中水的热容。
解答二：根据热容的定义，热容C表示单位质量物质温度升高1度所需的热量。
对于水来说，热容可以表示为C=mCw，其中m为水的质量，Cw为水的比热容。
加热过程中，水的温度升高ΔT=T2-T1，所需的热量可以表示为Q=mCwΔT。
将上述公式代入热容的定义中，可以得到热容C=Q/(mΔT)。
题目三：一个汽轮机的入口压力为P1，温度为T1，出口压力为P2，温度为T2，求解汽轮机的等熵效率。
解答三：汽轮机的等熵效率定义为ηs=(h1-h2s)/(h1-h2)，其中h1为入口焓，h2为出口焓，h2s为等熵过程中的出口焓。
根据热力学第一定律，可以得到汽轮机的等熵过程中的出口焓h2s为：h2s=h1-(Cp(T1-T2))，其中Cp为气体的定压比热容。
将上述公式代入等熵效率的定义中，可以得到汽轮机的等熵效率ηs=1-(T2/T1)^(γ-1)，其中γ为气体的绝热指数。
工程热力学第3章习题答案
1
第 3 章 理想气体的性质
解：根据理想气体状态方程，初态时 p1V = mRgT1 ；终态时 p2V = mRgT2
( ) 可得 p1 = T1 ， ( ) p2 T2
0.1×106 − 60×103 0.1×106 − 90×103
=
273.15 +100 T2
，得 T2
=
93.29K
需要将气体冷却到−179.86℃
解：根据 ∆u = cV ∆T = 700kJ/kg ，得 cV = 1129.0J/ (kg ⋅ K)
Rg
=
R M
=
8.3145 29 ×10−3
= 286.7J/ (kg ⋅ K) ，得 cp
= 1415.7J/ (kg ⋅ K)
∆h = cp∆T = 877.7kJ/kg
∫ ∆s =
c T2
T1 V
可得
p1V1 p0V0
=
T1 T0
，
0.1×106 ×V1
1.01325×105 × 20000 ×10
=
273.15 +150 273.15
，得
V1
= 87.204m3/s
3600
由
π 4
D2
×c
= V1 ，可得烟囱出口处的内径
D
=
3.725m
3-4 一封闭的刚性容器内贮有某种理想气体，开始时容器的真空度为 60kPa，温度 t1=100 ℃，问需将气体冷却到什么温度，才可能使其真空度变为 90kPa。已知当地大气压保持为 pb=0.1MPa。
，可得 cp
= 5.215kJ/ (kg ⋅ K)
（3）根据 cp − cV = Rg ，可得 cp = 2.092kJ/ (kg ⋅ K )
工程热力学思考题答案,第三章
第三章 理想气体的性质1.怎样正确看待“理想气体”这个概念在进行实际计算是如何决定是否可采用理想气体的一些公式答：理想气体：分子为不占体积的弹性质点，除碰撞外分子间无作用力。
理想气体是实际气体在低压高温时的抽象，是一种实际并不存在的假想气体。
判断所使用气体是否为理想气体（1）依据气体所处的状态（如：气体的密度是否足够小）估计作为理想气体处理时可能引起的误差；（2）应考虑计算所要求的精度。
若为理想气体则可使用理想气体的公式。
2.气体的摩尔体积是否因气体的种类而异是否因所处状态不同而异任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是 0.022414m 3 /mol答：气体的摩尔体积在同温同压下的情况下不会因气体的种类而异；但因所处状态不同而变化。
只有在标准状态下摩尔体积为 0.022414m 3 /mol3.摩尔气体常数 R 值是否随气体的种类不同或状态不同而异 答：摩尔气体常数不因气体的种类及状态的不同而变化。
4.如果某种工质的状态方程式为pv =R g T ，那么这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗答：一种气体满足理想气体状态方程则为理想气体，那么其比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数。
5.对于一种确定的理想气体，()p v C C 是否等于定值pv C C 是否为定值在不同温度下()p v C C -、pv C C 是否总是同一定值答：对于确定的理想气体在同一温度下()p v C C -为定值，pv C C 为定值。
在不同温度下()p v C C -为定值，pv C C 不是定值。
6.麦耶公式p v g C C R -=是否适用于理想气体混合物是否适用于实际气体答：迈耶公式的推导用到理想气体方程，因此适用于理想气体混合物不适合实际气体。
7.气体有两个独立的参数，u(或 h)可以表示为 p 和 v 的函数，即(,)u u f p v =。
但又曾得出结论，理想气体的热力学能、焓、熵只取决于温度，这两点是否矛盾为什么答：不矛盾。
工程热力学第三章课后答案
第三章 气体和蒸气的性质3−1 已知氮气的摩尔质量328.110 kg/mol M −=×，求： （1）2N 的气体常数g R ；（2）标准状态下2N 的比体积v 0和密度ρ0； （3）标准状态31m 2N 的质量m 0；（4）0.1MPa p =、500C t =D 时2N 的比体积v 和密度ρ； （5）上述状态下的摩尔体积m V 。
解：（1）通用气体常数8.3145J/(mol K)R =⋅，查附表23N 28.0110kg/mol M −=×。
22g,N 3N8.3145J/(mol K)0.297kJ/(kg K)28.0110kg/molR R M −⋅===⋅×（2）1mol 氮气标准状态时体积为22233m,N N N 22.410m /mol V M v −==×，故标准状态下2233m,N 3N 322.410m /mol 0.8m /kg28.0110kg/molV v M −−×===×223N 3N111.25kg/m 0.8m /kgv ρ===（3）标准状态下31m 气体的质量即为密度ρ，即0 1.25kg m =。
（4）由理想气体状态方程式g pv R T=g 36297J/(kg K)(500273)K2.296m /kg0.110Pa R T v p ⋅×+===×33110.4356kg/m 2.296m /kgv ρ===（5）2223333m,N N N 28.0110kg/mol 2.296m /kg 64.2910m /mol V M v −−==××=×3-2 压力表测得储气罐中丙烷38C H 的压力为4.4MPa ，丙烷的温度为120℃，问这时比体积多大？若要储气罐存1 000kg 这种状态的丙烷，问储气罐的体积需多大？解：由附表查得383C H 44.0910kg/mol M −=×3838g,C H 3C H8.3145J/(mol K)189J/(kg K)44.0910kg/molR R M −⋅===⋅×由理想气体状态方程式g pv R T=g 36189J/(kg K)(120273)K0.01688m /kg4.410PaR T v p⋅×+===×331000kg 0.01688m /kg 16.88m V mv ==×=或由理想气体状态方程g pV mR T=g 361000kg 189J/(kg K)(120273)K16.88m 4.410PamR T V p×⋅×+===×3−3 供热系统矩形风管的边长为100mm ×175mm ，40℃、102kPa 的空气在管内流动，其体积流量是0.018 5m 3/s ，求空气流速和质量流量。
工程热力学第三章答案
1、已知某气体的分子量为29，求：（1）气体常数；（2）标准状态 下的比体积及千摩尔容积；（3）在P = 0.1MPa，20℃时的比体积及 千摩尔容积。
解： （1）气体常数 R
R Rm 8.314 0.287 kJ/(kgK) M 29
（2）标准状态下的比体积及千摩尔容积 因为气体处于标准状态，所以 p = 101.325kPa，T = 273K，又因为 p RT
506.2 0.444 p 120 (1.004 ln 0.287 ln ) 673 p 506.2 0.556 p 150 ((1.004 ln 0.287 ln ) 373 p 64.9 kJ/(kg h)
8、一绝热刚性容器被隔板分成A、B两部分。A中有压力为0.3MPa、温度为200℃的氮 气，容 积为0.6m3；B中有压力为1MPa、温度为20℃的氧气，容积为1.3m3.现抽去隔板， 两种气体均匀混合。若比热容视为定值，求：（1）混合气体的温度；（2）混合气体的压 力；（3）混合过程各气体的熵变和总熵变。
3、某储罐容器为3m3，内有空气，压力指示为0.3MPa，温度计读数为15℃，现由压缩机每
分钟从压力为0.1MPa，温度为12℃的大气中吸入0.2m3的空气，经压缩后送入储罐，问经多长 时间可使储罐内气体压力升高到1MPa、温度升到50℃？
解：由题意知：
因为:
pV NRmT N
pV RmT
RT 0.287 273 0.773 m3 /kg p 101.325
3 V mv 29 0.773 22.4 m /kmol 千摩尔容积：
1、已知某气体的分子量为29，求：（1）气体常数；（2）标准状态 下的比体积及千摩尔容积；（3）在P = 0.1MPa，20℃时的比体积及 千摩尔容积。
工程热力学-第三章作业答案
p1 = 2068.4kPa,V1 = 0.03m3
T1
=
p1V1 mR
=
2068.4×103 × 0.03 1× 287
= 216.2K
由题意，可知：
p2 = p1 = 2068.4kPa,T2 = 2T1 = 2× 216.2 = 432.4K
根据理想气体状态方程，可得：
V2 = T2 = 2 V1 T1
第三章作业答案
3-1 解： （1）取礼堂中的空气为热力系统，此时为闭口系 根据闭口系统能量方程
Q = ΔU +W
因为没有作功故 W=0；热量来源于人体散热；热力学能的增加等于人体散热。
ΔU = Q = 2000× 400× 20 = 2.67 ×105 KJ 60
（2）取礼堂中的空气和人为热力系统，此时为闭口绝热系 根据闭口系统能量方程
3-10
解：
（1）设风机的出口温度为 tout ，取风机为控制体，属稳定流动开口系统 由稳定流动系统能量方程：
Q
=
ΔH
+
1 2
mΔc2
+
mgΔz
+ Ws
忽略风机动能、位能的变化，可得：
Q = ΔH +Ws
由题意，可知： Q = 0,Ws = −1kW
•
即 m cp (tout − t1) −1000 = 0
系统储存能增量： uδ m
可得： dU = hinδ min − δWg
积分得： (m2u2 − m1u1) + Wg = minhin
因容器开始时为真空，则有 m1 = 0;u1 = 0; min = m2 可知： m2u2 + Wg = m2hin KK(1) Wg = pAL = p2V2 = m2RT2 KK(2)
工程热力学思考题及答案 第三章
沈维道、将智敏、童钧耕《工程热力学》课后思考题答案工程热力学思考题及答案第三章 理想气体的性质1. 怎样正确看待“理想气体”这个概念？在进行实际计算是如何决定是否可采用理想气体的一些公式？答：理想气体：分子为不占体积的弹性质点，除碰撞外分子间无作用力。
理想气体是实际气体在低压高温时的抽象，是一种实际并不存在的假想气体。
判断所使用气体是否为理想气体（1）依据气体所处的状态（如：气体的密度是否足够小）估计作为理想气体处理时可能引起的误差；（2）应考虑计算所要求的精度。
若为理想气体则可使用理想气体的公式。
2.气体的摩尔体积是否因气体的种类而异？是否因所处状态不同而异？任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是0.022414m 3/mol?答：气体的摩尔体积在同温同压下的情况下不会因气体的种类而异；但因所处状态不同而变化。
只有在标准状态下摩尔体积为0.022414m 3/mol3.摩尔气体常数R 值是否随气体的种类不同或状态不同而异？答：摩尔气体常数不因气体的种类及状态的不同而变化。
4.如果某种工质的状态方程式为RgT pv =，那么这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗？ 答：一种气体满足理想气体状态方程则为理想气体，那么其比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数。
5.对于一种确定的理想气体，)(v p c c −是否等于定值？v p c c 是否为定值？在不同温度下)(v p c c −、v p c c 是否总是同一定值？答：对于确定的理想气体在同一温度下v p c c −为定值，v p c c 为定值。
在不同温度下v p c c −为定值，v p c c 不是定值。
6.麦耶公式Rg c c v p =−是否适用于理想气体混合物？是否适用于实际气体？ 答：迈耶公式的推导用到理想气体方程，因此适用于理想气体混合物不适合实际气体。
7.试论证热力学能和焓是状态参数，理想气体热力学能和焓有何特点？答：在工程热力学里，在无化学反应及原子核反应的过程中，化学能、原子核能都不变化，可以不考虑，因此热力学能包括内动能和内位能。
工程热力学与传热学第三章作业参考答案
“山水之乐”的具体化。3．第三段同样是写“乐”，但却是写的游人之乐，作者是如何写游人之乐的？明确：“滁人游”，前呼后应，扶老携幼，自由自在，热闹非凡；“太守宴”，溪深鱼肥，泉香酒洌，美味佳肴，应有尽有；“众宾欢”，投壶下棋，觥筹交错，说说笑笑，无拘无束。如此勾画了游人之乐。4．作者为什么要在第三段写游人之乐？明确：写滁人之游，
贯穿全篇，却有两个句子别出深意，不单单是在写乐，而是另有所指，表达出另外一种情绪，请你找出这两个句子，说说这种情绪是什么。明确：醉翁之意不在酒，在乎山水之间也。醉能同其乐，醒能述以文者，太守也。这种情绪是作者遭贬谪后的抑郁，作者并未在文中袒露胸怀，只含蓄地说：“醉能同其乐，醒能述以文者，太守也。”此句与醉翁亭的名称、“醉翁之
p50习题习题3214476p50习题习题33lnlnp50习题习题351331可逆绝热过程2自由膨胀lnln576kjkmcmr理想气体定值比热及比热比单原子双原子多原子摩尔定容比热ckjkmolk摩尔定压比热ckjkmolk比热比k16714129当计算精度要求不高或气体处于较低温度范围常采用定值比热忽略比热与温度的关系
Ws U mu mcv T1 T2 1746.3kJ
S 0
（2）自由膨胀
Ws 0 Q 0, U 0 T2 T1 340K
S
mcv
ln T2 T1
mR ln
v2 v1
5.76kJ/K
当计算精度要求不高，或气体处于较低温度 范围，常采用定值比热，忽略比热与温度的关系。 不同气体在标准状态下均为22.4m3，不同气体只 要其原子数相同则其摩尔定值比热相等。
江西)人，因吉州原属庐陵郡，因此他又以“庐陵欧阳修”自居。谥号文忠，世称欧阳文忠公。北宋政治家、文学家、史学家，与韩愈、柳宗元、王安石、苏洵、苏轼、苏辙、曾巩合称“唐宋八大家”。后人又将其与韩愈、柳宗元和苏轼合称“千古文章四大家”。
工程热力学第三章习题参考答案
第三章 热力学第一定律 习题参考答案思考题3-1门窗紧闭的房间……答：按题意，以房间（空气+冰箱）为对象，可看成绝热闭口系统，与外界无热量交换，Q=0电冰箱运转时，有电功输入，即W 为负值，按闭口系统能量方程：WU +Δ=0 或即热力学能增加，温度上升。
0>−=ΔW U 3-6 下列各式，适用于何种条件？ 答：答案列于下表公式适用条件w du q δδ+= 闭口系统，任何工质，任何过程，不论可逆与不可逆 pdv du q +=δ 闭口系统，任何工质，可逆过程 pdv dT c q v +=δ闭口系统，理想气体，可逆过程dh q =δ 闭口系统，定压过程； 或开口系统与环境无技术功交换。
vdp dT c q v −=δ开口系统，理想气体，稳态稳流，可逆过程3-10 说明以下结论是否正确： （提示：采用推理原则，否定原则） ⑴ 气体吸热后一定膨胀，热力学能一定增加。
答：错误，如等容过程吸热后不膨胀；如不是等容过程吸热后热力学能也不一定增加，当对外净输出功量大于吸热量时，则热力学能不增加。
⑵ 气体膨胀一定对外作功。
答：错误，如气体向真空膨胀则不作功，另外气体膨胀对外作膨胀功的充要条件是：气体膨胀和要有功的传递和接受机构。
⑶ 气体压缩时，一定消耗外功。
答：错误，如处于冷却过程的简单可压缩系统，则会自发收缩（相当于被压缩），并不消耗外功。
⑷ 应设法利用烟气离开锅炉时带走的热量。
答：错误不应说设法利用烟气离开锅炉时带走的热量。
因为热量是过程量，不发生则不存在。
应该说设法利用烟气离开锅炉时带走的热能（或热焓）。
习 题3-1 已知：min 202000/400===time N hkJ q 人人求：?=ΔU 解：依题意可将礼堂看作绝热系统，思路：1、如何选取系统？2、如何建立能量方程？ ⑴ 依题意，选取礼堂空气为系统，人看作环境，依热力学第一定律，建立能量方程：kJ time N q Q U W W Q U 51067.2602020004000×=××=⋅⋅==Δ∴=−=Δ人Q⑵ 如选“人+空气”作系统， 依据热力学第一定律：W Q U −=Δ0,0,0=Δ∴==U Q W Q如何解释空气温度升高：该系统包括“人+空气”两个子系统 ，人散热给空气，热力学能降低，空气吸热，能内升高，二者热力学能代数和为零。
工程热力学习题解答-3
第三章 气体的热力性质和热力过程思 考 题1. 理想气体的热力学能和焓只和温度有关，而和压力及比体积无关。
但是根据给定的压力和比体积又可以确定热力学能和焓。
其间有无矛盾？如何解释？答：其间没有矛盾，因为对理想气体来说，由其状态方程PV=RT 可知，如果给定了压力和比容也就给定了温度，因此就可以确定热力学能和焓了。
2. 迈耶公式对变比热容理想气体是否适用？对实际气体是否适用？答：迈耶公式p0v0c c R -=是在理想气体基础上推导出来的，因此不管比热是否变化，只要是理想气体就适用，而对实际气体则是不适用的。
3. 在压容图中，不同定温线的相对位置如何？在温熵图中，不同定容线和不同定压线的相对位置如何？答：对理想气体来说，其状态方程为：PV=RT ，所以，T 愈高，PV 值愈大，定温线离P-V 图的原点愈远。
如图a 中所示，T 2>T 1。
实际气体定温线的相对位置也大致是这样由定比热理想气体温度与熵的关系式2ln expp S R P C T c ++=可知，当S 一定时（C 2、R 、C p0都是常数）压力愈高，T 也愈高，所以在T-S 图中高压的定压线位于低压的定压线上，如图b 所示，P 2>P 1实际气体的定压线也类似的相对位置。
由定比热理想气体温度与熵的关系式1ln expv S R V C T c -+=可知，当S 一定时（C 1、R 、C v0都是常数）比容愈大，温度愈低，所以在T-S 图中大比容的定容线位于小比容的定容线下方，如图c 所示，v 2<v 1实际气体的定容线bT a P c T也有类似的位置关系。
4. 在温熵图中，如何将理想气体在任意两状态间热力学能的变化和焓的变化表示出来？答：对理想气体，任意两状态间内能变化21201v v u C dT q -∆==⎰，所以在温熵图中可用同样温度变化范围内定容过程所吸收的热量表示出来。
如同d ，定容线12’下的面积1342’1即表示1、2在状态间的热力学能变化12u -∆ 对理想气体来说，任意状态间的焓的变化21201p p h C dT q -∆==⎰，所以可用同样温度变化范围内定压过程所吸收的热量来表示。
工程热力学热力学第五版答案第三章
Hale Waihona Puke 所以dE=dU=d（mu）所以：hoδmo=（mu），2-（mu），1………1式
ho=cpTo；u2=cvT2；u1=cvT1
又因为：罐内压缩空气参数恒定，为50kPa、283K
设储气罐容积为V，则m1=（PoV/RTo），m2=（P1V/RT1）
3-8对工质加热，其温度反而降低，是否可能？
答：（这个不会分析）
习题解答
3-9一个储气罐从压缩空气总管充气，如图3-18所示，总管内压缩空气参数为500kPa、25℃。充气开始时。罐内压缩空气参数恒定，为50kPa、10℃。求充气终了时罐内空气的温度。设充气过程是在绝热条件下进行。
答：由题意可知：P1=500kPa，T1=（25+273）K=298K；Po=50kPa，To=（10+273）K=283K；
带入1式化简得：T2=（kT1T2）/{T1+（kTo-T1）^(P1/P2)}=398.5K
即为：25.5摄氏度。
因为闭口系统与外界无物质交换而流动功取决于工质进出界面的热力状态闭口系统流动功为零所以不出现在闭口系统能量方程中
热力学作业
第一章热力学第一定律
思考题解答
3-5流动功为何出现在开口系能量方程中而不出现在闭口系统能量方程中？
答：因为闭口系统与外界无物质交换，而流动功取决于工质进出界面的热力状态，闭口系统流动功为零，所以不出现在闭口系统能量方程中。
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第3章 热力学第一定律
3.5空气在压气机中被压缩。
压缩前空气的参数为p 1=1bar ，v 1=0.845m 3/kg ，压缩后的参数为p 2=9bar ，v 2=0.125m 3/kg ，设在压缩过程中1kg 空气的热力学能增加146.5kJ ，同时向外放出热量55kJ 。
压缩机1min 产生压缩空气12kg 。
求：①压缩过程中对1kg 空气做的功；②每生产1kg 压缩空气所需的功（技术功）；③带动此压缩机所用电动机的功率。
解：①闭口系能量方程
q=∆u+w 由已知条件：q=-55 kJ/kg ，∆u=146.5 kJ/kg
得 w =q -∆u=-55kJ-146.5kJ=-201.5 kJ/kg
即压缩过程中压气机对每公斤气体作功201.5 kJ
②压气机是开口热力系，生产1kg 空气需要的是技术功w t 。
由开口系能量守恒式：q=∆h+w t
w t = q -∆h =q-∆u-∆(pv)=q-∆u-(p 2v 2-p 1v 1)
=-55 kJ/kg-146.5 kJ/kg-(0.9×103kPa×0.125m 3/kg-0.1×103kPa×0.845m 3/kg)
=-229.5kJ/kg
即每生产1公斤压缩空气所需要技术功为229.5kJ
③压气机每分钟生产压缩空气12kg ，0.2kg/s ，故带动压气机的电机功率为
N=q m·w t =0.2kg/s×229.5kJ/kg=45.9kW
3.7某气体通过一根内径为15.24cm 的管子流入动力设备。
设备进口处气体的参数是：v 1=0.3369m 3/kg ，
h 1=2826kJ/kg ，c f1=3m/s ；出口处气体的参数是h 2=2326kJ/kg 。
若不计气体进出口的宏观能差值和重力位能差值，忽略气体与设备的热交换，求气体向设备输出的功率。
解：设管子内径为d ，根据稳流稳态能量方程式，可得气体向设备输出的功率P 为：
2222f1121213(0.1524)()()(28262326)440.3369
c d P m h h h h v ×=−=−=−× =77.5571kW 。
3.9一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，压力为500kPa ，温度为25℃。
充气开始时，罐内空气参数为50kPa ，10℃。
求充气终了时罐内空气的温度。
设充气过程是在绝热条件下进行的。
解：根据开口系统的能量方程，有：
δQ =d(m·u )+(h out +c 2fout +gz out )δm out -(h in +c 2fin +gz in ) δm in +δW s
由于储气罐充气过程为绝热过程，没有气体和功的输出，且忽略宏观能差值和重力位能差值，则δQ =0，δm out =0，(c 2fin +gz in )δm in =0，δW s =0，δm in =d m ，故有：
d(m·u )=h in ·d m
有： m ·d u +u ·d m=h in ·d m 即：m ·d u=(h in -u )·d m =pv ·d m =R g T ·d m
分离积分变量可得：(c v /R g )·d T /T=d m /m
因此经积分可得：(c v /R g )ln(T 2/T 1)= ln(m 2/m 1)
设储气罐容积为V 0，则：m 1=p 1·V 0/(R g T 1)，m 2=p 2·V 0/(R g T 2)
易得T 2=T 1· (p 2/p 1) R g /cp =283×(500/50)0.287/1.004=546.56
K 3.10一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，压力为1000kPa ，温度为27℃。
充气开始时，储气罐内为真空，求充气终了时罐内空气的温度。
设充气过程是在绝热条件下进行的。
解：根据开口系统的能量方程，有：
δQ =d(m·u )+(h out +c 2fout +gz out )δm out -(h in +c 2fin +gz in ) δm in +δW s
由于储气罐充气过程为绝热过程，没有气体和功的输出，且忽略宏观能差值和重力位能差值，则δQ =0，δm out =0，(c 2fin +gz in )δm in =0，δW s =0，δm in =d m ，故有：
d(m·u )=h in ·d m
对上式积分可得：(m·u)cv2-(m·u)cv1=h in·m2
因为(m·u)cv1=0，有m cv2=m2，则u cv2=h in，故有
T cv2=c p T in/c v=kT in=1.4×300=420K
3.13温度t1=10℃的冷空气进入锅炉设备的空气预热器，用烟气放出来的热量对其加热，若已知1 Nm3(标准立方米)烟气放出245kJ的热量，空气预热器没有热损失，烟气每小时的流量按质量计算是空气的1.09倍，烟气的气体常数R g=286.45J/(kg·K),并且不计空气在预热器中的压力损失，求空气在预热器中受热后达到的温度t2。
解：1 Nm3(标准立方米)烟气的质量m y为：
y
g0
1013251
1.296 kg 286.45273
p V m
R T ×
===
×
对应的空气质量m k为：m k=m y/1.09=1.189 kg
由于空气预热器没有热损失，则烟气放出的热量全部被冷空气吸收，则：m k c p(t2- t1)=245，则：
t2= t1+245/( m k c p)=10+245/(1.189×1.004)=215.2 K。