工程热力学第二章习题课
(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)
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
工程热力学习题解答
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d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做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 v δ=+或d d q h v p δ=-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 uh p v=-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。
3. 能量方程 δq u p v =+d d （变大） 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？答：尽管能量方程 qdu pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大）似乎相象，但两者的数学本质不同，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： 0pdv ≠⎰ 所以： 0q δ≠⎰ 因此热量q 不是状态参数。
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1 kg 气体，B 部分为高度真空。
工程热力学 第二章 热力学第一定律(1)
热力学第一定律
1
3、压力为10bar、容积为0.085m3的空气，由一 质量为90Kg、直径为60cm的无摩擦活塞封闭在 一垂直放置的气缸内。若突然释放活塞向上运动。 试确定当活塞上升1.2m时的速度及气缸内空气的 压力。设空气按pV1.35=定值的规律膨胀，空气的 速度可以忽略不计，作用在活塞上的大气压力 P0=760mmHg。
若空气流量为100kg/s，压气机消耗的功率为多少？
若燃气发热值qB=43960kJ/kg，燃料耗量为多少？
燃气喷管出口处的流速是多少？ 燃气轮机的功率为多少？
燃气轮机装置的总功率为多少？
3
1）压气机
wc h2 h1 580 290 290kJ/kg P mwc 290kJ/kg 100kg/s=29000kW c
答案：(39.2m/s)
Ek W Wr E p
2
某燃气轮机装置如图所示，已知压气机进口处空气的比焓h1 为290kJ/kg。经压缩后空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在 截面2处空气和燃料的混合物以cf2=20m/s的速度进入燃烧室， 在定压下燃烧，使工质吸入热量q=670kJ/kg。燃烧后燃气进入 喷管绝热膨胀到状态3‘，h3’=800kJ/kg，流速增加到cf3’，此燃 气进入动叶片，推动转轮回转作功。若燃气在动叶片中的热力 状态不变，最后离开燃气轮机的速度cf4=100m/s，求：
2）燃烧室
q 670kJ/kg Q=mq 100kg/s 670kJ/kg=67000kJ/s Q=mB qB mB 1.524kg / s
4
3）喷管 燃烧室出口焓值： h3
' 3
h2 q 1250kJ/kg
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0.1 kPa 时U 形管压力计中的液柱高度差。
(1)液体为水，其密度为1 000 kg/m 3；(2)液体为酒精，其密度为789 kg/m 3。
提示：表压力数值等于U 形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，g h p ρ∆=e 。
答案：(1) mm 10.19=∆水h (2) mm 12.92=∆酒精h 。
1-2 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α=30°，液柱长度l ＝200 mm ，且压力计中所用液体为煤油，其密度为800 kg/m 3 ，试求烟道中烟气的真空度为多少mmH 2O(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：()C 4O mmH 802v=p 。
1-3 在某高山实验室中，温度为20 ℃，重力加速度为976 cm/s 2，设某U 形管压力计中汞柱高度差为30 cm ，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 =980.665cm/s 2下的汞柱高度。
答案：Δp =297.5 mmHg(0℃)。
1-4 某水塔高30 m ，该高度处大气压力为0.098 6 MPa ，若水的密度为1 000 kg/m 3 ，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：Mpa 8 0.392=p 。
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0.1MPa ，温度为20 ℃，求30 m 高处大气压力为多少MPa 。
提示： h g p p ρ-=0 →TR hg p p g d d -=，0p 为地面压力。
答案：MPa 65099.0=p 。
1-6 某烟囱高30 m ，其中烟气的平均密度为0.735 kg/m 3。
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。
(NEW)毕明树《工程热力学》(第2版)笔记和课后习题详解
热力学摄氏温标，以符号t表示，单位为摄氏度，符号为℃。热力
学摄氏温度定义为
，即规定热力学温度的273.15K为摄氏温度
的零点。这两种温标的温度间隔完全相同（
）。这样，冰的三相
点为0.01℃，标准大气压下水的冰点也非常接近0℃，沸点也非常接近
100℃。
c．华氏温标
在国外，常用华氏温标（符号也为t，单位为华氏度，代号为℉）
量，压力计的指示值为工质绝对压力与压力计所处环境绝对压力之差。 一般情况下，压力计处于大气环境中，受到大气压力pb的作用，此时压 力计的示值即为工质绝对压力与大气压力之差。当工质绝对压力大于大 气压力时，压力计的示值称为表压力，以符号pg表示，可见
p=pg+pb （1-1-1） 当工质绝对压力小于大气压力时，压力计的示值称为真空度，以pv 表示。可见
（2）几种基本状态参数如下： ① 压力
压力是指沿垂直方向上作用在单位面积上的力。对于容器内的气态 工质来说，压力是大量气体分子作不规则运动时对器壁单位面积撞击作 用力的宏观统计结果。压力的方向总是垂直于容器内壁的。压力的单位 称为帕斯卡，符号是帕（Pa）。
作为描述工质所处状态的状态参数，压力是指工质的真实压力，称 为绝对压力，以符号p表示。压力通常由压力计（压力表或压差计）测
热力学的宏观研究方法，由于不涉及物质的微观结构和微粒的运动 规律，所以建立起来的热力学理论不能解释现象的本质及其发生的内部 原因。另外，宏观热力学给出的结果都是必要条件，而非充分条件。
（2）热力学的微观研究方法，认为大量粒子群的运动服从统计法则 和或然率法则。这种方法的热力学称为统计热力学或分子热力学。它从 物质的微观结构出发，从根本上观察和分析问题，预测和解释热现象的 本质及其内在原因。
工程热力学(第五版)课后习题答案(全章节)
工程热力学(第五版)习题答案工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社第二章 气体的热力性质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 /3v 1=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CO2压送到容积3m3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CO2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CO2的质量1111RT v p m =压送后储气罐中CO2的质量2222RT v p m =根据题意容积体积不变；R ＝188.9Bp p g +=11 （1） Bp p g +=22（2） 27311+=t T （3） 27322+=t T（4）压入的CO2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 m3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 m3，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 m3，充入容积8.5 m3的储气罐内。
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(第五版)课后习题答案(全章节)廉乐明-谭羽非等编复习课程
工程热力学(第五版)课后习题答案(全章节)廉乐明-谭羽非等编工程热力学(第五版)习题答案工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社第二章 气体的热力性质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 /3v 1=ρ＝1.253/m kg（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝p T R 0＝64.27kmol m/32-3．把CO2压送到容积3m3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CO2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CO2的质量1111RT v p m =压送后储气罐中CO2的质量2222RT v p m =根据题意容积体积不变；R ＝188.9Bp p g +=11 （1） Bp p g +=22 （2） 27311+=t T（3） 27322+=t T（4）压入的CO2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 m3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 m3，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 m3，充入容积8.5 m3的储气罐内。
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(第五版)课后习题答案(全)
工程热力学(第五版)习题答案工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编第二章 气体的热力性质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 /3v 1=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CO2压送到容积3m3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CO2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CO2的质量1111RT v p m =压送后储气罐中CO2的质量2222RT v p m =根据题意容积体积不变；R ＝188.9Bp p g +=11 （1） Bp p g +=22（2） 27311+=t T （3） 27322+=t T（4）压入的CO2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 m3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 m3，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 m3，充入容积8.5 m3的储气罐内。
《工程热力学》第五版 (廉乐明 谭羽非 著)课后习题答案
答：不一定， gi
=
xi
Mi M
，由公式可见，即便各组分混合比一定，即折合分子量一定，但还受其
组分分子量影响。
习题
2-1 求p=0.5Mpa，t=170℃时，N2的比体积和密度。 解：
由 pv = RT以及R = R 0 得到 M3 5×105 × 28
= 0.2629m3 / kg
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？ 为什么？
答:
gi
=
xi
Mi M
。CO2和N2O各自对应的分子量都为 44，所以无论以何比例混合，折合分子量 44。
所以 gi
=
xi
Mi M
=
xi
44 44
=
xi 。
2-15 混合气体中质量成分较大的组成气体，其摩尔成分是否也一定较大?
经推到，得：
pΙ = pgC + pb , pΙΙ = pgA + pb , pgD = pΙ − pΙΙ
pgA = pΙΙ − pb = pΙ − pgD − pb = [( pgC + pb ) − pgD ] − pb = pgC − pgD = (110 −175) = −65kPa
由此可以看到 A 为真空表。读数为 65kPa。
= 82.23kg
每分钟充入的气体质量可计算如下：
所需充气时间为：
p'V ' = m' RT '⇒ m' = p'V ' = 100000 × 3 = 3.63kg RT ' 287 × 288.15
τ = m2 − m1 = 82.23 −10.28 = 19.82 min
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(第四版)课后习题提示与答案
的绝对零度与热力学温标零度相同，则该温标读数为 0°N 时，其绝对温标读数是多少 °Q ？
提示和答案：（1）
{t}°N −100 = {t}°C − 0 1000 −100 100 − 0
{t}°N = 9{t}°C + 100
（2） {T}°Q = {t}°N + 常数 = 9{t}°C + 100 + 常数 = 9[{T}K − 273.15] + 100 + 常数
1-12 气缸中密封有空气，初态为 p1 = 0.2MPa，V1 = 0.4m3 ，缓慢胀到V2 = 0.8m3 。（1）
过程中
pV
保持不变；（2）过程中气体先循{ p} MPa
=
0.4
−
0.5
{V
} m
3
膨胀到 Vm
=
0.6m3 ，再维
2
第一章 基本概念
持压力不变，膨胀到V2 = 0.8m3 。分别求出两过程中气体作出的膨胀功。
提 示 和答 案 ： 容器表 面 力 为两侧 压 力 差与表 面 积 的乘积 。 可 解得 p = 691.75Pa ，
F = 1.261×106 N 。
1-5 用∪型压力计测量容器中气体的压力，在水银柱上加一段 水，则得水柱高 1020mm，水银柱高 900mm，如图 1-24 所示，若 当地大气压为 755mmHg，求容器中气体的压力为多少 MPa？
有用功Wu ；（3）若活塞与气缸无摩擦，系统输出的有用功Wu,re 。
提示和答案：
活 塞 移 动 距 离 L = V2 − V1 = 1.5m 。（ 1 ） 气 体 膨 胀 作 功 A
∫ ∫ W =
2
pdV =
工程热力学-课后习题答案
首先求终态时需要充入的空气质量
kg
压缩机每分钟充入空气量
kg
所需时间
19.83min
第二种解法
将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为0.1MPa一定量的空气压缩为0.7MPa的空气；或者说0.7MPa、8.5 m3的空气在0.1MPa下占体积为多少的问题。
根据等温状态方程
0.7MPa、8.5 m3的空气在0.1MPa下占体积为
容积体积不变；R＝188.9
（1）
（2）
（3）
（4）
压入的CO2的质量
（5）
将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得
m=12.02kg
2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3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 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？
解：热力系：左边的空气
系统：整个容器为闭口系统
过程特征：绝热，自由膨胀
根据闭口系统能量方程
绝热
自由膨胀W＝0
因此ΔU=0
对空气可以看作理想气体，其内能是温度的单值函数，得
根据理想气体状态方程
＝100kPa
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，为500 kPa，25℃。充气开始时，罐内空气参数为100 kPa，25℃。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：（1）热力系：礼堂中的空气。
闭口系统
根据闭口系统能量方程
因为没有作功故W=0；热量来源于人体散热；内能的增加等于人体散热。
＝2.67×105kJ
（1）热力系：礼堂中的空气和人。
闭口系统
工程热力学第三版曾丹苓第二章习题及答案
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
Qin 冷源 热源 Qout W
6
得到热量 506KJ，作膨胀功 506KJ
第二次膨胀，仅加入热量 39. 1KJ,求：
（1）第一次膨胀中空气热力学能增加多少？ （2）第二次膨胀中空气热力学能增加多少？ （3）第二次膨胀中空气作了多少功？ 解： （1） ΔU1=δQ1–δW1=506-506=0
（2）空气热力学能ΔU 为状态函数，只与始、终态有关， 故 ΔU2=0 （3）δW2=δQ2-ΔU2=39.1-0=39.1（KJ） 2-5 闭系中实施某过程，试填补表中空缺的数据。 2-6 某气体服从状态方程 p(v b) R g T 。式中，Rg 为气体常数，
vi
vf
vf
RT
v b
过程序号 1 2 3 4 5 6
vf
Q/J 24 -8 37 18 -8 -23
vf
W/J -13 10 17 8 13 -11
E1/J -45 80 -12 26 28 19
E2/J -8 62 8 36 7 7
△E/J 37 -18 20 10 -21 -12
工程热力学(第五版)课后习题答案(全章节)
工程热力学(第五版)习题答案工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社第二章 气体的热力性质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 /3v 1=ρ＝1.253/m kg（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积MvMv ＝p T R 0＝64.27kmol m/32-3．把CO2压送到容积3m3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CO2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CO2的质量1111RT v p m =压送后储气罐中CO2的质量2222RT v p m =根据题意容积体积不变；R ＝188.9g1（1）g 2 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T（4）压入的CO2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 m3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 m3，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 m3，充入容积8.5 m3的储气罐内。
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 。
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式中， = 0.1 ，m1 = 200 ，m2 = 100 ，A = 100 2。代入上式 有：
所以
p1 = 2.962×105 ，p2 = 1.981×105
（2）换热量——解法二
由于忽略活塞与气缸的摩擦，仅考虑系统对活塞及其上重物所作的功， 因此 F = R，所以有：
1
8104
V
2.962105 8104 ln 1.196103 ln 8104 95.29 J
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
1 0.020.4
1 0.03280.4
14354
J/kg
W3 mv3 8 (14354) 1.15105 J
1、某闭系中8理想气体经历了4个过程，1-2和3-4为绝热过程， 变化规律为1.4 = ，2-3和4-1为定容过程。已知p1 = 5 ，v1 = 0.02 m3，p2 = 2.5 ，p3 = 0.8 。试计算各过程的体积功及全 过程的净功。
解：
所以
p1V1 p2V2 TT
即
p1h1A p2h2 A
故
p1h1 p2h2
将 p1 和 p2 代入前式，得：
2.962×105×8×10−2 = 1.981×105×h2
求得
h2 = 11.96 cm
所以活塞上升的距离为
h h2 h1 11.96 8 3.96 cm
（2）换热量——解法一
假定活塞上升过程是一个系统温度不变的过程。由于
V1 = h1A = 8×10−2×100×10−2 = 8×10−4 m3
V2 = h2A = 11.96×10−2×100×10−2 = 1.196×10−3 m3
故气体在此过程中所做的功为：
W
2
pdv
PV 1.196103 dV 1 1
1、某闭系中8理想气体经历了4个过程，1-2和3-4为绝热过程， 变化规律为1.4 = ，2-3和4-1为定容过程。已知p1 = 5 ，v1 = 0.02 m3，p2 = 2.5 ，p3 = 0.8 。试计算各过程的体积功及全 过程的净功。
解：
对于2-3过程：
因为该过程为定容过程，无体积变化，因此W2 = 0
又由题意可知：气体与外界可充分换热，而外界温度值为 25℃，因此气缸内气体的温度也不会变，
3、如图所示的气缸，其内充以空气。气缸截面积为1002，活塞及其上 重物的总重为200，活塞初始位置距底面8。大气压力为0.1，温度为 25℃，气体与环境处于平衡状态。现在把重物取走100，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。
对于3-4过程：
因为V3 =
w3m 334
pdv
4 3
Vpv32v1.341.=4 dv0.0p33v321.4800.m0.032283vd1，v.4 V4
=
V1
=
0.02
所 0以.8该10过6 程(0的.03体28积)1.4 功 为 01：.4
解：
w1
2 1
pdv
2 1
p1v11.4 dv v1.4
p1v11.4
0.0328 dv v 0.02 1.4
5 106
(0.02)1.4
1 0.4
1 0.03280.4
1 0.020.4
44883
J/kg
W1 mv1 8 44883 3.59105 J
3、如图所示的气缸，其内充以空气。气缸截面积为1002，活塞及其上 重物的总重为200，活塞初始位置距底面8。大气ห้องสมุดไป่ตู้力为0.1，温度为 25℃，气体与环境处于平衡状态。现在把重物取走100，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：
对于4-1过程： 因为该过程为定容过程，无体积变化，因此W4 = 0
所以全过程的净功为：
3、如图所示的气缸，其内充以空气。气缸截面积为1002，活塞及其上 重物的总重为200，活塞初始位置距底面8。大气压力为0.1，温度为 25℃，气体与环境处于平衡状态。现在把重物取走100，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。
工程热力学第二章习题课
1、某闭系中8理想气体经历了4个过程，1-2和3-4为绝热过程， 变化规律为1.4 = ，2-3和4-1为定容过程。已知p1 = 5 ，v1 = 0.02 m3，p2 = 2.5 ，p3 = 0.8 。试计算各过程的体积功及全 过程的净功。
解：
由题意知：对于1-2和3-4过程，系统只做体积功， 与外界无热传递，而对于2-3和4-1过程，由于无体 积的变化，系统只有热量传递，但不做功。
对于1-2过程：
因为
1.4 = ，即p1v11.4 = p2v21.4
所以
5×(0.02)1.4 = 2.5×v21.4，求得
v2 = 0.0328 m3
故该过程的体积功为：
1、某闭系中8理想气体经历了4个过程，1-2和3-4为绝热过程， 变化规律为1.4 = ，2-3和4-1为定容过程。已知p1 = 5 ，v1 = 0.02 m3，p2 = 2.5 ，p3 = 0.8 。试计算各过程的体积功及全 过程的净功。
3、如图所示的气缸，其内充以空气。气缸截面积为1002，活塞及其上 重物的总重为200，活塞初始位置距底面8。大气压力为0.1，温度为 25℃，气体与环境处于平衡状态。现在把重物取走100，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。