工程热力学课后答案--华自强张忠进高青(第四版)第3章详解
工程热力学课后答案--华自强张忠进高青(第四版)第3章详解
其原因是随温度的升高，定压比热数值增加的幅度大。
3-9 根据氮的热力性质表中25 ℃及327 ℃时氮的焓的数值，
试求25
解 对于如图所使得气缸可写出能量方程:
Q + mi hi = me he + m2 u2 − m1u1 + W 其中功量可按下式计算:
W = mi p(v2 − v1) = (m2 − m1)Rg (T 2 − T1)
又知： Q=0 ; me=0 ; m1=0 ; 因此有:
( ) m2 hi = m2 u2 + m2 Rg T 2 − T1
32
2
( ) ( ) 5.062 ×10−6 × 5203 − 3003 +1.312 ×10−9 × 5204 − 3004 ] J/mol
3
4
= 4 977.1 J/g
= 4 977.1 kJ/kg
3-8 设在定压条件下加热1 mol氧，使其温度升高220 ℃，若
初始温度分别为300 K及800 K，试求后者所需热量为前者的几倍，
q = 0 ， w1−2 = u1 − u2
由附表1查得空气的比定容热容为0.716 kJ/(kg K), 则有
w1−2 = cV (T1 − T2 )
=0.716×(310-276.1)=24.3kJ/kg 状态1、2的比容分别为：
ν 1 = RgT1 = 0.2871× 310 = 0.059 4 m3/kg
境中时，气流的温度降至0 ℃。试求喷出气流的流速，并说明必
工程热力学课后答案--华自强张忠进高青(第四版)第2章
解 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。
解 37.5 L=33cm 105.37×消耗汽油量 kg 13.281075.01037.533=×××=−m 汽油燃烧发出的热量kJ 10238.10044013.2861×=×=Q1.1小时内汽车发出功kJ/h1053.203606450×=×=W 所以通过排气、机件散热所发出的热量kJ 1084.91053.210238.15562×=×−×=Q2-2 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。
（1）每小时该装置煤的发热量 kJ/h 1043500300014551×=×=Q每小时锅炉中水蒸汽吸热kJ/h 108.29502550011652×=×=Q所以废气带走的热量5521g 108.29510435×−×=−=Q Q QkJ/h 10392.17×=（2）每小时汽轮机输出功kJ/h 108.1363600380050×=×=W所以乏汽带走的能量5502w 108.136108.295×−×=−=W Q WkJ/h 1059.17×=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 。
工程热力学 第三章答案
活塞距底面高度 h=10cm， 活塞及负载的总质量是 3-6 截面积 A = 100cm 的气缸内充有空气，
2
195kg（见图 3-11）。已知当地大气压力 p0 = 771mmHg ，环 气缸内空气恰与外界处于热力平衡状态， 境温度为 t0 = 27°C ， 现将其负载取去 100kg，活塞将上升，最后与环境重新达到热 力平衡。设空气可以通过气缸壁充分与外界换热，达到热力平 衡时，空气的温度等于环境大气的温度。求活塞上升的距离，空气对外作出的功以及与环境的 换热量。 解：据题意，活塞上负载未取去前气缸内气体的初始状态 为： p1 = pb +
h1 = c p |
207° C 0° C
t1 = 1.0125kJ/(kg ⋅ K) × 207 o C = 209.6kJ/kg t2 = 1.0737kJ/(kg ⋅ K) × 827 o C = 887.9kJ/kg
h2 = c p |
827° C 0° C
∆h = h2 − h1 = 887.9kJ/kg − 209.6kJ/kg = 678.3kJ/kg
17
第三章 理想气体的性质
的热力性质表； (3)若上述过程为定压过程， 即 T1 = 480K，T2 = 1100K，p1 = p2 = 0.2MPa ， 问这时的 u1、u2、∆u、h1、h2、∆h 有何改变？(4)对计算结果进行简单的讨论： 为什么由气体 性质表得出的 u，h 与平均质量热容表得出的 u, h 不同？两种方法得出的 ∆u，∆h 是否相同？ 为什么？ 解：由附表查得空气的气体常数 Rg = 0.287kJ/(kg ⋅ K)
t1 = T1 − 273 = 480 − 273 = 207°C ， t2 = T2 − 273 = 1100 − 273 = 827°C
工程热力学-课后思考题答案
第一章基本概念与定义1．答：不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定2．答：这种说法是不对的。
工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。
3．答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4．答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5．答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6．答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。
7．答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。
8．答：（1）第一种情况如图1-1（a）,不作功（2）第二种情况如图1-1（b）,作功（3）第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。
9．答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。
系统和外界整个系统不能恢复原来状态。
10．答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。
11．答：不一定。
主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。
第二章 热力学第一定律1．答：将隔板抽去，根据热力学第一定律w u q +∆=其中0,0==w q 所以容器中空气的热力学能不变。
工程热力学第3章习题答案
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
( ) 可得 p1 = T1 ， ( ) p2 T2
0.1×106 − 60×103 0.1×106 − 90×T2
，得 T2
=
93.29K
需要将气体冷却到−179.86℃
3-5 某活塞式压气机向容积为 10m3 的储气箱中冲入压缩空气。压气机每分钟从压力为 p0=0.1MPa、温度 t0=20℃的大气中吸入 0.5m3 的空气。冲气前储气箱压力表的读数为 0.1MPa， 温度=20℃。问需要多长时间才能使储气箱压力表的读数提高到 0.5MPa，温度上升到 40℃?
T1
T1
根据题意，已知每分钟抽出空气的体积流量为 qV = 0.2m3/min
假设抽气时间为τ分钟，根据已知条件可得 p1V1 = p2 (V1 + qVτ )
质量流量为 qm
=
p2qV RgT1
=
0.1×106 × 5× 0.2
287 × 293.15× (5 + 0.2τ ) kg/min
∫ 因此需要抽气时间的计算为公式
或V = mv = 3× 0.0561 = 0.168m3
3-2 在煤气表上读得煤气的消耗量为 600m3。若在煤气消耗其间，煤气表压力平均值为 0.5 kPa，温度平均为 18℃，当地大气压力为=0.1MPa。设煤气可以按理想气体处理。试计算：
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。
工程热力学第四版完整课后答案(华自强张忠进)
工程热力学第四版（华自强/张忠进）习题提示与答案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 ο=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0.1 MPa ，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。
第四版工程热力学课后习题答案
第四版工程热力学课后习题答案【篇一：工程热力学第四版课后习题答案】txt>本题解是沈维道、童钧耕编写高等教育出版社出版的“十一五”国家级规划教材《工程热力学》第 4 版的配套资料。
本题解提供的解法是从教学的角度出发的，未必是唯一的或是最好的，题解中出现的错误恳请读者批评指正。
上海交通大学机械与动力工程学院童钧耕2007/11/22第一章基本概念1-1英制系统中采用华氏温标，它规定在标准大气压（101 325 pa）下纯水的冰点是 32 f，汽点是 212 f，试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。
解： {t}f 32 {t}c 0212 32 100 0180 {t}c 32 9{t}c32 {t}f 100 51-2英制系统中朗肯温度与华氏温度的关系为{t}r {t}f 459.67。
已知热力学绝对温标及朗肯温标在纯水冰点的读数分别是 273.15k和491.67r；汽点的读数分别是 373.15k和 671.67r。
（1）导出朗肯温度和开尔文温度的关系式；（2）开尔文温标上绝对零度在朗肯温标上是多少度？解：（1）若任意温度 t在朗肯温标上读数为t(r)在热力学绝对温标上读数为 t（k），则 671.67 491.67 t(r) 491.67373.15273.15t(k) 273.15{t}r 1.8{t}k 解得（2）据上述关系{t}k 0时，{t}r01-3设一新温标，用符号n表示温度单位（它的绝对温标是用q表示温度单位）。
规定纯水的冰点和汽点100n和1000n。
试求：（1）该新温标与摄氏温标的关系；（2）若该温标的绝对零度与热力学温标零度相同，则该温标读数为0n时，其绝对温标读数是多少q？解：（1） {t}n 100 {t}c 01000 100 100 0{t}n 9{t}c 100（2） {t}q {t}n c 9{t}c 100 c 9[{t}k 273.15]100 c据题意，当{t}k 0时，{t}q 0，解得上式中c2358.35，代回原式得 {t}q {t}n2358.35{t}n 0时，t 2358.385q。
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第三章 理想气体热力学能、焓、比热容和熵的计算3-1 有1 kg 氮，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。
解 由附表1查得氮气的比定容热容为0.741 kJ/(kg ·K), 因此，加热1 kg 氮气所需的热量为()12T T mc q V V −==0.741×400=296.4 kJ/kg3-2 有1 mol 二氧化碳，在定压条件下受热，其温度由800 K 升高到 1 000 K ，试求按定值比热容计算所引起的误差，并分析其原因。
解 根据附表5二氧化碳的热力性质表得12h h q p −==42769－32179=10590 J/mol该计算结果为描述该过程热量的准确数值。
而如果按附表1，则查得二氧化碳的比定压热容为0.85 kJ/(kg ·K), 依此计算，加热1mol 二氧化碳所需的热量为()120T T c q p p −==0.85×44×200=748 0 J/mol两种方法的误差∆%=37.2910590748010590=− % 产生如此大误差的原因是，计算状态偏离定值比热的状态(25℃)较远，且过程温差较大。
3-3 有一个小气瓶，内装压力为20 MPa 、温度为20 ℃的氮气10 cm 3。
该气瓶放置在一个0.01 m 3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，并理想气体的热力学能、焓、比热容和熵的计算 •23•分析小瓶破裂时气体变化经历的过程。
解 由附表1查得氮气的气体常数R g =0.296 8 kJ/（kg K ），故()98.229202732968.001.010206i g i i =+×××==T R V p m kg 气体经历了一个不可逆的等温膨胀过程，在过程中Q =0，W =0，∆U =0，U 2=U i ，T 2=T i所以小瓶破裂而气体充满容器时的压力为2001.02932968.098.229222=××==V T mR p g kPa3-4 有一储气罐，罐中压缩空气的压力为1.5 MPa ，温度为 37℃，现用去部分压缩空气而罐内压力降为1 MPa ，温度降为3.1 ℃。
《工程热力学》第四版课后思考题答案.docx
工程热力学课后思考题答案第四版1 •不•定，稳定流动系统内质量也保持fii定。
2.不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热最），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。
3.平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态。
4.当地大气压內改变，压力表读数就会改变。
当地大气压內不一定是环境大气压。
5.热力学第零定律The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperature. In order to measure temperature of body A, we compare body C — a thermometer — with body A and temperature scales（温度的标丿Q,简称温杓;）separately. When they are in thermal equilibrium, they have the same temperature. Then we can know the temperature of body A with temperature scale marked on thermometer.6.不同测温物质的测温结果有较大的误菲，因为测温结果依赖于测温物质的性质。
7.有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。
8.参加公路白行车赛的运动员是开口系统、运动手枪屮的压缩空气是闭口绝热系统、杯子里的热水是开口系统（闭口系统——忽略熬发时）、正在运行的电视机是闭口系统。
9.不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a图）。
包括电加热器则为开口绝热系统（b 图）。
将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部 包括在内，构成孤立系统。
或者说，孤立系统把所有发生相互作用的 部分均包括在内。
10.吸入空气，排出烟气，输出动力（机械能）以克服阻力，发动机 水箱还要大量散热。
工程热力学第四版(高教版)课后习题答案
1-2 英制系统中朗肯温度与华氏温度的关系为{T }° R = {t}° F + 459.67 。已知热力学绝对温
标及朗肯温标在纯水冰点的读数分别是 273.15K 和 491.67°R ；汽点的读数分别是 373.15K 和 671.67°R 。
（1）导出朗肯温度和开尔文温度的关系式； （2）开尔文温标上绝对零度在朗肯温标上是多少度？ 解：（1）若任意温度 T 在朗肯温标上读数为 T (°R) 在热力学绝对温标上读数为 T（K），
1-7 用斜管压力计测量锅炉烟道烟气的真空度（如图 1-24）管子
3
3
管中液柱长度 l = 200mm 。当地大气压力 pv = 745mmHg 。求烟气的
真空度（以 mmH2O 表示）及绝对压力（以 Pa 表示）。 解：倾斜式压力计上读数即烟气的真空度
pv = l sin g
3
3
因1Pa
=
+
0.724)MPa× 2
(245.81
163.87)m3
(0.724 +
+
0.500)MPa× 2
(327.74
245.81)m3
+
(0.500
+
0.396)MPa× 2
(409.68
327.74)m3
(0.396 +
+
0.317)MPa× 2
(491.61
409.68)m3
+(0.317
解：
t
= Wne t Q1
（1）该新温标与摄氏温标的关系； （2）若该温标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 ？ 解：（1） {t}° N 100= {t}° C 0
工程热力学课后答案--华自强张忠进高青(第四版)第4章
κ0
= 293.2 × ⎜⎛ 2 ⎟⎞1.395 = 261.4 K ⎝3⎠
m1
=
p1V RgT1
=
3000 × 0.2 0.2598× 293.2
= 7.877
kg
m2
=
p2V RgT2
=
2000 × 0.2 0.2598 × 261.4
= 5.889
kg
焊接过程中用去的氧气为me : me = m1 − m2 = 7.877－5.889=1.988 kg
⎟⎟⎠⎞
=0.000 13（0.716ln 1111 +0.287 1ln8） 2073
=0.000 0195 kJ/K=0.0195 J/K
4-6 有一台压气机用于压缩氮气，使其压力由0.1 MPa提高 至0.4 MPa。设比热容为定值及进气温度为300 K，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。
解 对于氧气O2 有:
Rg=0.259 8 kJ/(kg·K) , cp0=0.917 kJ/(kg·K) , γ 0 =1.395;
解法(1)：对于理想气体的绝热放气过程，可以证明，储气罐 内剩余部分气体所经历的是一个可逆绝热过程，因此有：
κ 0 −1
0.395
T2
= T1⎜⎜⎝⎛
p2 p1
⎟⎟⎠⎞
4-8 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0.2 MPa、温度为650 ℃，出口处压力为0.1 MPa。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0.1 MPa、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。
工程热力学课后题答案
答案（1）. ；（2）. ；
（2）. ；（4）. 。
7.容积为 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 提高到 ，热力学能变化多少？焓变化多少？
答案（1）. ；（2）. 。
(1)按定值比热容计算；
(2)按平均比热容直线关系式计算。
解
（1）按定值比热
（2）按平均比热容的直线关系式
12.利用内燃机排气加热水的余热加热器中，进入加热器的排气（按空气处理）温度为 ，出口温度为 。不计流经加热器的排气压力变化，试求排气经过加热器的比热力学能变化，比焓变化和比熵的变化。
(1)按定值比热容计算；
（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）口动能差后 的相对偏差
10.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为 ，比焓 ，出口为同压下的水，比焓为 ,若蒸汽流量为 ，进入冷凝器的冷却水温为 ℃，冷却水出口温度为 ℃，试求冷却水流量为多少？水的比热容为 。
1
25
-12
（-46）
-9
（37）
2
-8
（8）
（74）
58
-16
3
（38）
17
-13
（8）
21
4
18
-11
（-22）
7
（29）
6.如图所示，某封闭系统沿 途径由状态 变化到 ，吸入热量 ，对外做功 ，试问：
（1）.系统从 经 至 ，若对外做功 ，则吸收热量是多少？
（2）.系统由 经曲线所示过程返回 ，若外界对系统左贡 ，吸收热量为多少？
工程热力学课后答案
| u1
=
cV
207°C
t 0°C 1
=
0.7255kJ/(kg ⋅ K) × 207 o C = 150.2kJ/kg
| u2
=
cV
827°C
t 0°C 2
=
0.7867kJ/(kg ⋅ K) ×827 o C
=
650.6kJ/kg
∆u = u2 − u1 = 650.6kJ/kg −150.2kJ/kg = 500.4kJ/kg
第三章 理想气体的性质
第三章 理想气体的性质
3-1 已知氮气的摩尔质量 M=28.1×10-3kg/mol，求(1) N2 的气体常数 Rg；(2)标准状态下 N2 的 比体积 v 0 和密度 ρ0 ；(3)标准状态 1 米 3 N2 的质量 m 0 ；(4)p=0.1MPa，t=500℃时 N 2 的比体 积 v 和密度 ρ ；(5)上述状态下的摩尔体积 V m 。
所以 Q = ∆U +W = W = 98J
3-7 空气初态时T1 = 480K，p1 = 0.2MPa ，经某一状态变化过程被加热到T2 = 1100K ，这时 p2 = 0.5MPa 。求 1kg 空气的 u1、u2、∆u、h1、h2、∆h 。(1)按平均质量热容表；(2)按空气
17
第三章 理想气体的性质
827°C 0°C
= 1.0737kJ/(kg ⋅ K)
| | 207°C
207°C
cV 0°C = cp 0°C − Rg = 1.0125kJ/(kg ⋅ K) − 0.287kJ/(kg ⋅ K) = 0.7255kJ/(kg ⋅ K)
| | 827°C
827°C
cV 0°C = Cp 0°C − Rg = 1.0737kJ/(kg ⋅ K) − 0.287kJ/(kg ⋅ K) = 0.7867kJ/(kg ⋅ K)
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V2
0.01
3-4 有一储气罐，罐中压缩空气的压力为1.5 MPa，温度为 37℃，现用去部分压缩空气而罐内压力降为1 MPa，温度降为3.1 ℃。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。
解 以罐内1 kg的剩余空气为研究对象, 由于耗气时储气罐 和环境的热交换可忽略不计, 所以
kJ/(kg·K), 依此计算，加热 1mol 二氧化碳所需的热量为
qp = cp0(T 2 − T 1)=0.85×44×200=748 0 J/mol
两种方法的误差
∆
10590
%=
−
7480
=
29.37
%
10590
产生如此大误差的原因是，计算状态偏离定值比热的状态(25℃)
较远，且过程温差较大。
并说明其原因。
解 由附表4 氧的热力性质表查得：
h520 =15 395 J/mol，
h300 =Leabharlann 736 J/mol，h520 h800 =24 523 J/mol， h1 020=32 089 J/mol。
于是
q300−520 = h520 − h300 = 15 395－8 736=6 659 J/mol
p1
1500
ν 2 = RgT 2 = 0.2871× 276 = 0.079 3 m3/kg
p2
1000
在压缩空气流出过程中,罐内剩余空气经历了一个不可逆的绝热 膨胀过程。
3-5 内燃机用增压器的进气压力为0.1 MPa，进气温度为27 ℃，而供给内燃机的气体压力为0.2 MPa，温度为92.7 ℃。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。
3-2 有1 mol二氧化碳，在定压条件下受热，其温度由800 K 升高到 1 000 K，试求按定值比热容计算所引起的误差，并分析 其原因。
解 根据附表 5 二氧化碳的热力性质表得
q p = h2 − h1 =42769－32179=10590 J/mol
该计算结果为描述该过程热量的准确数值。
而如果按附表 1，则查得二氧化碳的比定压热容为 0.85
解 由附表1查得空气的比定压热容为1.004 kJ/(kg·K), 则增 压器消耗的功为
ws = h1 − h2 = c p (T1 − T2 )
=1.004(300-365.7=-65.96 kJ/kg
3-6 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0.15 MPa，温度为30 ℃，当喷至压力等于0.1 MPa的环
第三章 理想气体热力学能、 焓、比热容和熵的计算
3-1 有1 kg氮，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。 解 由附表 1 查得氮气的比定容热容为 0.741 kJ/(kg·K), 因
此，加热 1 kg 氮气所需的热量为
qV = mcV (T 2 − T1)=0.741×400=296.4 kJ/kg
3-3 有一个小气瓶，内装压力为20 MPa、温度为20 ℃的氮 气10 cm3。该气瓶放置在一个0.01 m3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。
解 由附表1查得氮气的气体常数Rg=0.296 8 kJ/（kg K），故
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。
解 以1 kg压缩空气为研究对象，则在管内时流动空气的总
能量为
h1 +
c
2 f1
+
gZ
，而终态时流动空气的总能量为
2
h2 +
c
2 f
2
+
gZ
。
2
假设 q = 0, w=0 及 c f 1 << c f 2 , Z1=Z2,
且由附表1查得空气的比定压热容为1.004 kJ/(kg·K), 则喷出 气流的流速为
32
2
( ) ( ) 5.062 ×10−6 × 5203 − 3003 +1.312 ×10−9 × 5204 − 3004 ] J/mol
3
4
= 4 977.1 J/g
= 4 977.1 kJ/kg
3-8 设在定压条件下加热1 mol氧，使其温度升高220 ℃，若
初始温度分别为300 K及800 K，试求后者所需热量为前者的几倍，
10 c = 2× 3×1.004× (303 − 273) = 245.4 m/s f2
3-7 有1 mol氧，设其温度为300 K，因受热而升温至520 K，
设比热容按经验公式变化，试计算氧的热力学能变化。
解 由附表2可知，氧的摩尔定压热容公式为
Cp0, m = a0 + a1T + a2 T 2 + a3T 3
m=
piVi RgTi
=
20 ×106 × 0.01
0.2968× (273 + 20)
=
229.98
kg
气体经历了一个不可逆的等温膨胀过程，在过程中
Q=0，W=0， ∆ U=0，U2=Ui，T2=Ti 所以小瓶破裂而气体充满容器时的压力为
p2 = mRgT 2 = 229.98× 0.2968× 293 = 20 kPa
q800−1020 = h1020 − h800 = 32 089－24 523=7 566 J/mol q800−1020 = 7566 = 1.136 q300−520 6659
其原因是随温度的升高，定压比热数值增加的幅度大。
3-9 根据氮的热力性质表中25 ℃及327 ℃时氮的焓的数值，
= 25.48 + 1.52 ×10−3T − 5.062 ×10−6T 2 + 1.312 ×10−9T 3 由附表1查得，氧的摩尔质量为32 g/mol, 于是
∫ q1 − 2 = h2 − h1 =
1
T2
Cp0, mdT
M T1
( ) = 1 × [ 25.48 × (520 − 300) + 1.52 ×10−3 × 5202 − 3002 −
q = 0 ， w1−2 = u1 − u2
由附表1查得空气的比定容热容为0.716 kJ/(kg K), 则有
w1−2 = cV (T1 − T2 )
=0.716×(310-276.1)=24.3kJ/kg 状态1、2的比容分别为：
ν 1 = RgT1 = 0.2871× 310 = 0.059 4 m3/kg