工程热力学和传热学课后题答案

1、思考题3下列说法是否正确，为什么？ (1)熵增大的过程为不可逆过程； 答案：错。加上“孤立系统”的限制就对了。 (2)不可逆过程的S无法计算； “错”答案：熵是一状态参数，只和热力过程的初、终态有关，而与所进行热力过程无 关。计算可逆过程的克劳修斯积分即可。 (3)若从某一初态经可逆与不可逆两条途径到达同一终态，则不可逆途径的S必大于可逆 途径的S； 答案“错。两者的S是相等的。理由同（2）。 (4)工质经不可逆循环，S 0； 答案“错。S0，理由同（2）。 (5)工质经不可逆循环，由于答案:“错。应该是理由同（2）。 (6)可逆绝热过程为定熵过程，定熵过程就是可逆绝热过程； 答案:前一句话对

2、，后一句话错。 （7）自然界的过程都朝着熵增大的方向进行，因此熵减少的过程不可能实现； 答案：错。工质熵的变化包括熵流和熵产两部分，熵流可正、可负、也可为零，熵产总是 大于或等于零，当工质放热引起的熵流大于因过程的不可逆引起的熵产时，则工质熵减少。 如果加上“孤立系统”的限制就对了。 （8）加热过程，熵一定增大；放热过程，熵一定减小。 答案：第一句对，第二句错 第四章第四章 思考题思考题5某封闭系统经历了一不可逆过程，系统从外界吸热为某封闭系统经历了一不可逆过程，系统从外界吸热为20kJ，同时，同时 对外界作膨胀功为对外界作膨胀功为10kJ。 （1）按热力学第一定律计算系统热力学能的变化量；）

3、按热力学第一定律计算系统热力学能的变化量； （2）按热力学第二定律判断系统熵的变化（为正、为负）。）按热力学第二定律判断系统熵的变化（为正、为负）。 KJUU WUQ 1010200KJ120KJ ) 1 ( 解： 0 0 0 )()2( 12 S S S SSSSs f g gf 所以： 吸热， 不可逆， ，来分析。从 3设一可逆卡诺热机工作于设一可逆卡诺热机工作于1600和和300的两个热源之间，工质从高温的两个热源之间，工质从高温 热源吸热热源吸热400kJ，试求：，试求：(1)循环热效率；循环热效率；(2)工质对外作的净功；工质对外作的净功；(3)工质向低工质向低 温热源放出的热量。温

4、热源放出的热量。 KJWQQ KJQW Q W T T ctct ct 1226 .277400) 3( 277.60.694400)2( 694. 0 2731600 273300 111 012 ,10 1 0 , 1 2 , ）解：（ JQQWQWQQQ S S JJJJWQQQWQQQ S S T Q S S T Q T Q SSS S SSSS JWJQJQ JQJQJQ JWJQJQ WQKTQ KTQKT iso iso iso L L L H HH HHH LHiso L HH 1250400750900 ,0083.0) 300 750 () 800 400 600 1250

5、 (3 ,0) 300 750 () 800 400 600 1200 (2 8008004001200 ,0167.0) 300 800 () 800 400 600 1200 ()1( 0),( 0),( 0 900,750,400),3( 750,400,1200)2( 800,400,1200)1( 300 80060012. 12211 112211 2 11 21 211 11 21 1 其中： 不可行。）（ 可行，且为可逆循环）（ 其中： 。可行，且为不可逆循环 低温热源吸热，故 高温热源放热，故 其中： 增原理：解：利用孤立系统的熵 或不可能实现的：机是可逆的、不可逆的件下，试

6、分别判断该热 。在下列条，循环净功为的冷源放出热量，向的第二热源吸收热量 ，再从的第一热源吸收热量从某热机循环中，工质先 工质 工质 1、活塞式压缩机每分钟从大气中吸入压力为、活塞式压缩机每分钟从大气中吸入压力为0.1MPa，温度为，温度为17C的空气的空气0.2m3。空气。空气 经压缩机压缩后充入空气瓶中，瓶的体积为经压缩机压缩后充入空气瓶中，瓶的体积为5m3。瓶内充满空气时，表压力为。瓶内充满空气时，表压力为3 MPa,温度温度 为为50C.在压缩机充气前，瓶内原来就有压缩空气，其表压力为在压缩机充气前，瓶内原来就有压缩空气，其表压力为0.5 MPa,温度为温度为17C.试试 求要经过多少

7、时间，压缩机才能把空气瓶充满。求要经过多少时间，压缩机才能把空气瓶充满。 hour m m x kgm mmm RT pV m m m x x 09. 9min62.545 27317287 2 . 0101 . 0 16.131 131.16 27317287 510) 1 . 00.5( 27350287 510) 1 . 03( , , 6 66 ）（ 绝对压力）（注意将表压力换算成 ）（ ）（ 则： ， 据题意：分钟才能把空气瓶充满解：设需要 一分钟 充气前充气后 一分钟 第五章第五章 3、有质量、有质量2kg,初态为初态为p1=0.13 MPa, t1=27C的氮气在定压下加热到的氮

8、气在定压下加热到t2=127C, 求热力学能、焓和熵的变化量（按定比热容计算）。求热力学能、焓和熵的变化量（按定比热容计算）。 KkJ T T c T T cS kJ TRcTc U kJ Tc H kkmolkJcP MN pM p MpMvM pM PM /602. 0 27327 273127 ln 28 3 .29 2ln 28 2ln2 9 .1492 28 27-1278.314)-(29.3 2 28 )( 2 28 3 .2092 28 27-12729.3 2 28 )/(3 .2957 28 1 2 , 1 2 , , , 2 ）（ ）（ ，双原子气体教材 是双原子气体，解

9、： 7、在柴油机气缸中，空气沿绝热线压缩，设初压、在柴油机气缸中，空气沿绝热线压缩，设初压p10.14 MPa，初温，初温t1 50C，压缩终点温度，压缩终点温度t2650C，试求压缩终点的压力和初、终比体积之比，试求压缩终点的压力和初、终比体积之比 v1/v2 8 .13) 14. 0 52. 5 ()( 5.520.14) 27350 273650 ()()( 4 . 1 11 1 2 2 1 14 . 1 4 . 1 1 1 1 2 2 1 1 2 1 2 p p v v Mpp T T p p p T T a 数之间的关系式可得：，则利用初、终状态参解：注意到是绝热过程 111kmol

10、理想气体从初态理想气体从初态p1=500kPa，T1=340K绝热膨胀到原来体积的绝热膨胀到原来体积的2倍。倍。 设气体设气体Mcp=33.44kJ/(kmolK)，Mcv=25.12kJ/(kmolK)。试确定在下述情况。试确定在下述情况 下气体的终温，对外所做的功及熵的变化量。（下气体的终温，对外所做的功及熵的变化量。（1）可逆绝热过程；（）可逆绝热过程；（2）气体）气体 向真空进行自由膨胀。向真空进行自由膨胀。 kkmol kJ MRsMS R v v R v dv R T pdvdTc T q s W KTTU WQWUQ S kmol kJ TTcWWUQ Mc Mc K V V T

11、 V V TT v VM v p 76. 52ln314. 82ln 2lnln 0 3400 00, 2 0 1746270.48-34012.25)( 33. 1 12.25 44.33 270.482340) 2 ()( 1 1 2 2 1 2 1 2 1 21 21, 1.33- 1 1 1 1 1 1 1 2 12 ，其中 ）自由膨胀过程（ 可逆绝热， ）（ 其中： ）可逆绝热过程解：（ p2 p p1 0 V2” V2 1 V2 2” 6 2 v 4 3 2 555” V1 定温定温 多变多变 绝热绝热 为什么？哪一个对，哪一个错？ 另一方法： ）（ 解： hourkgm hour

12、kg RT pV m .877629 .422 600 5.713 27320287 600101.0 6 第九章第九章 压缩机的热力过程压缩机的热力过程 1.有一台单级活塞式压缩机，每小时吸入600m3的空气，其初 态p1=0.1MPa，t1=20，终点压力p2=0.65MPa，试分别按下列情 况求压缩机每小时所消耗的功和放出热量：（1）按定温压缩;（2 ）按绝热压缩; （3）按n=1.3的多变过程压缩。 a a 6 1 11 1 1 1 1 0 14 . 11 1.686Mp 1685701p )27315287 1000475. 044000 15 1 101 . 0 1393475.

13、044000 15 1 15 1 15 1 ) 15 1 1 ( 475. 0 5 1 1 1 1 （ 空气汽油的发热值 汽油的发热值 混合汽的功 空气 RT qp RT wp p kgkJkgw kg kg q w t t tkg t t t 解：先画出示意图： 均压力。质量空气的做功量和平 。求循环热效率、单位汽油的发热值为：空气与汽油的质量比为 ，温度环境压力工作条件为汽油机定容加热循环的、 kgkJ CMpa 440001,15 ,151 . 0p5, 4 1 第十章第十章 %64 1000 363 11 45 5907284 . 1400590 90300 -1 )()( 1 728

14、100116. 1863 16. 1) 28. 1363 573 ()( 28. 1 873 863 121 ?300t590t400t90t )()( 1 )()( )( 11 4 1 , 3423 15 34 4 . 1 11 1 5 15 2 3 45321 3423 15 3423 15 1 2 ）（）（ 于是： 参考教材 均已知，需要求，其中： T T TTTT TT CKTT T T TT T T P tCCCC TTTT TT TTcTTc TTc q q ct t pv v t 10-1 的热效率相比较。 内的卡诺循环效率，并与同温度范围为定值。求此循环的热工质视为空气，比热容

15、 ，循环，、已知内燃机混合加热CCCC300t590t400t90t6 5321 v1、设p1=2.0MPa, t1=380，p2=0.008MPa的干饱和蒸汽， 试求郎肯循环的热效率和每千瓦小时的汽耗率。 )/(.63 3.30 t hkWkgd 第十一章第十一章 3 p h 4 1 2 解解 由附图由附图3的的-图图(P288)上找出给定的各上找出给定的各 点点,并查出各点的焓值如下并查出各点的焓值如下: kgkJh/392 1 kgkJh/450 2 kgkJh kgkJhh /236 /244 5 43 55. 2 58 148 )2( 12. 3 50 156 )()( ) 1 (

16、12 41 5312 51 hh hh hhhh hh 5 第十二章第十二章 。密度求两种不同情况的热流总换热系数为 ，表层对空气的，机舱空气温度为表层温度为不包绝缘材料时裸管的 为准。当度不得大于缘材料厚度是以表层温包扎柴油机排气管的绝、 qKmW CC C . )(10 30200 50 2 2 2 2 200 101 3050 1 1700 101 30200 1 mW t q mW t q 绝缘 裸管 解： 第十三章第十三章 。和热流密度璃窗的热流量 。试求通过该玻，室外大气温度为。室内空气温度为 换热系数，室外空气与玻璃板的系数内空气与玻璃板的换热 。室的大玻璃窗，玻璃厚、尺寸为 q

17、Q CCKmW KmW KmWcmcmcm 2020)(02 )(10 )(762. 0,104801004 2 2 2 1 2 tf2 20C ttw1 tw2q 1 tf1 20C 是错误的。：式）中（教材 其中：传热系数 请注意： 21 21 4 2 2 21 11 8-13155 11 1 12.20665257.1080100 65.257 20 1 762. 0 104 . 0 10 1 )20(20 11 kP k tkAq WFqQ mW t R t q t 1火管锅炉炉胆的热流密度为火管锅炉炉胆的热流密度为48000 ，钢板 ，钢板 制成的炉胆厚度为，试求其内外壁面的温差制成

18、的炉胆厚度为，试求其内外壁面的温差, 设设:(1)炉胆两侧没有污垢；炉胆两侧没有污垢；(2)在水的一侧积有在水的一侧积有1.5 厚的水垢；厚的水垢；(3)在水的一侧积有在水的一侧积有1.5，另一侧积有，另一侧积有 厚的烟灰。厚的烟灰。 CRqt CRqt CqRt R t q CmWCmWCmW t t t t 2 .1051 1 105 . 1 50 02. 0 0.1 102 480003 2 .91 1 105 . 1 50 02. 0 480002 2 .19 50 02. 0 48000 ,1 . 0,1,501 33 3 ）（）（ ）（）（ ）取解：（ 烟垢水垢钢 第十四第十四 章

19、章 2蒸汽管的外径为蒸汽管的外径为108,管外包以管外包以0.1/(mK)的绝热材料的绝热材料,蒸汽温度为蒸汽温度为 330(由于蒸汽与管壁间的对流热阻和管壁的导热热阻要比绝热材料的热阻小得多由于蒸汽与管壁间的对流热阻和管壁的导热热阻要比绝热材料的热阻小得多, 可略去不计可略去不计,所以可近似地认为绝热层内壁的温度等于蒸汽的温度所以可近似地认为绝热层内壁的温度等于蒸汽的温度)。若要使绝热层外。若要使绝热层外 壁面的温度不超过壁面的温度不超过40,每米管长的热损失不超过每米管长的热损失不超过ql150/m,试求绝热层的最小厚试求绝热层的最小厚 度应为多少。度应为多少。 内径外径、注意公式 对：

20、、错： 、画出模拟图。 解说： ）（ 解： 12 1 2 12 12 12 215. 1 1 1 2 12 min 1 2 1 2 min ,:ln3 2 ,2,2 ,2 1 128. 0108. 0 2 1 d 2 1 2 215. 1 150 1 . 0240330 ln 2 ln 40330 dd d d dd ddd ddd m ed d dd d d d d q 215. 1 1 2 e d d 1两块平行放置的平板表面发射率均为两块平行放置的平板表面发射率均为0.8，其板间距远小于板的宽度和高，其板间距远小于板的宽度和高 度，且两表面温度分别为度，且两表面温度分别为t1=327，t

21、2=27。试确定：（。试确定：（1）板）板1的本身辐射；的本身辐射； （2）板）板1的投射辐射；（的投射辐射；（3）板）板1的反射辐射；（的反射辐射；（4）板）板1的有效辐射；（的有效辐射；（5） 板板2的有效辐射；（的有效辐射；（6）板）板1、2间的辐射换热量。间的辐射换热量。 2 2121 2 12 2 1 11 1 2 21 211 1 121211 12211 22211 2111111 21 244 2 020222 244 1 010111 /459216076199q /1607 /1607 8 . 01 6 .58776199 )1 ( /6199 8 . 018 . 011 75.3678 . 016 .5877 )1