工程热力学第四版课后习题答案

工程热力学第4 版习题解

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。

{t}F 32 {t}C 0

解：

212 32 100 0

180 {t}C 32 9{t}C 32

{t}F

100 5

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491.67R；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），

671.67 491.67 T(R) 491.67

则

373.15273.15 T(K) 273.15

解得{T}R 1.8{T}K

（2）据上述关系{T}K 0时，{T}R 0

1-3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 ？

{t }N 100 {t } C 0

解：（1） 1000 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 C 2358.35，代回原式得

{T }Q {t }N 2358.35

{T }N 0时，T 2358.385Q 。

1-4直径为 1m 的球形刚性容器，抽气后真空度为 752.5mmHg ，若当地大气为 0.101MPa ， 求：

（1）容器内绝对压力为多少 Pa ；

（2）容器表面受力多少 N ？

6 Pa 752.5mmHg 133.3Pa/mmHg 691.75Pa 12.57m 解：（1）

（2） p p b p v 0.10110 A 0 4 d 4 3.14161m

2 2 2 F A 0p A 0( p b p ) 12.57 m (0.10110 Pa - 691.75Pa) 1.26110 N

6 6

2 1-5用 U 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 1-1所示，若当地大气压

为 755mmHg ，求容器中气体的压力（MPa ）。

解： p p e p b (10209.81)Pa (900133.3)Pa (755133.3)Pa

图 1- 1 2.30610 Pa 0.231MPa

5 1-6容器中的真空度为 p v 600mmHg ，气压计上水银柱高度为 p b 755mm ，求容器中

工程热力学第 4 版习题解

的绝对压力（以 MPa 表示）。如果容器中的绝对压力不变，而气压计上水银柱高度为 p

770mm ，求此时真空表上的读数（以 mmHg 表示）是多少？

b 解：容器中气体压力低于当地大气压力，故绝对压力 p p b p v (755600)mmHg 155mmHg 0.0207MPa

若容器中绝对压力不变，而大气压力变为 p b

770mmHg 。则此时真空表上的读数为 v p b p (770 155)mmHg

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 的倾斜角30，压力计中使用密度 0.810 kg/m p 615mmHg 3 3 的煤油，斜

管中液柱长度l 200mm 。当地大气压力 p v 745mmHg 。求烟气的

真空度（以 mmH 2O 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 p v l sin g

图 1- 2 20010m 0.50.810 9.81m/s 2 809.81Pa

kg/m 3 3 3 1 因1Pa mmH 2O 、1mmHg 13.595mmH 2O ，故 p v 80mmH 2O

9.81

烟气绝对压力 p p b p v (74513.595)mmH 2O 80mmH 2O

10048.3mmH 2O 0.985710 5 Pa

1−8压力锅因其内部压力和温度比普通锅高而缩短了蒸煮食物的时间。压力锅的盖子密 封良好，蒸汽只能从盖子中间的缝隙逸出，在缝隙的上方有一个可移动

的小柱塞，所以只有锅内蒸汽的压力超过了柱塞的压力后蒸汽才能逸出

（图 1-3）。蒸汽周期性逸出使锅内压力近似可认为恒定，也防止了锅

内压力过高产生的危险。若蒸汽逸出时压力锅内压力应达到 201kPa ，

压力锅盖缝隙的横截面积为 4mm ，当地大气压力平均为 101kPa ，试

2

求小柱塞的质量。

图 1-3

解：蒸汽逸出时锅内表压力即为应由柱塞产生的压力，所以