工程热力学第五版童钧耕课后习题答案

1、第一章基本概念 # 第一章基本概念 第一章基本概念1-1华氏温标规定在标准大气压（101325Pa）下纯水的冰点是32F,汽点是212F（F是华氏温标温度单位的符号）。试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系OOO提示和答案：型32，生0,t，-t+32o212321000。f5。c1-2英制系统中的兰氏温标（兰氏温标与华氏温标的关系相当于热力学温标与摄氏温标的关系），其温度以符号R表示。兰氏温度与华氏温度的关系为Tr=tF+459.67。已知开O尔文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）导出兰氏温度和开尔文温度的关

2、系式；（9开尔文温标上绝对零度在兰氏温标上是多少度？（3）画出摄氏温标、开尔文温标、华氏温标和兰氏温标之间的对应关系。T，0。R；略R671.67491.6T7491.67提示和答案：，OT，1.8T373.-5273.1T5273：R15kK13设一新的温标，用符号N表示温度单位，它的绝对温标用Q表示温度单位。规定纯水的冰点和汽点分别是100N和1000N，试求：（1）该新温标和摄氏温标的关系；（2）若该温标的绝对温度零度与热力学温标零度目同，则该温标读数为0N时，其绝对温标读数是多少Q?TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark26提票和答案：（1）tn100，也

3、二；t，9t+100（2） HYPERLINK l bookmark2810001001000NCT，t+常数，9t+100+常数，TK=0K时，TQ，0Q解得式中常数，代回原式。；T，t+2358.35，T，2358.385N HYPERLINK l bookmark30QNQ14直径为1m的球形刚性容器，抽气后真空度为752.5mmHg,（1）求容器内绝对压力为多少Pa；（2）若当地大气压力为0.101MPa,求容器表面受力多少N?提示和答案：p,pp,691.75Pa；F，Ap，0.315106N。bv015用U型压力计测量容器中气体压力，在水银柱上加一段水，测得水柱高1020mm,水银

4、柱高900mm，如图11所示。若当地大气压为755mmHg，求容器中气体压力（MPa）。提示和答案：pp+p0.231MPaeb1-6容器中的真空度为p600mmHg,气压计上水银柱高度为755mm,求容器中的绝v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770mm，求此时真空表上的读数（以mmHg表示）是多少？提示和答案：pp一p0.0207MPa；p=615mmHg。bvv1-7用斜管压力计测量锅炉烟道烟气的真空度（如图1-2）管子的倾斜角30。，压力计中使用密度p0.8x103kg/m3的煤油，斜管中液柱长度l=200mm。当地大气压力p745mmHg求烟气

5、的真空度（以mmH2O表示）及绝对压力（以Pa表示）b2提示和答案：plsinpg80 x9.81Pa80mmHO；v2ppp10048.3mmHO=0.9857x105Pa。bv21-8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，见图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4mm2,当地大气压力平均为101kPa，试求小柱塞的质量。p

6、A提示和答案：pp一p100kPa；m=-=0.0408kg。ebg1-9容器被分隔成AB两室，如图1-4所示，已知当场大气压p0.1013MPa，气压表b2读为p0.04MPa，气压表1的读数p0.294MPa，求气压表3的读数（用MPa表示）。e2e1提示和答案：表1的和表3当地大气压等于即为p，表2的当地大气压等于B室压力。bpp一p0.254MP&e3Bb1-10起重机以每秒2m的恒速提升总质量为450kg的水泥块，试求所需功率。提示和答案：功率等于力与速度的乘积，因恒速提升，加速度为零。PFc8.83kW。1-11电阻加热器的电阻15Q，现有10A的电流流经电阻丝，求功率。提示和答案

7、：PEiRi21.5kW。1-12气缸中密封有空气，初态为p0.2MPa，V0.4m3，缓慢胀到V=0.8m3。（1）112过程中pV持不变；（2）过程中气体先循p，0.4-0.5v膨胀到V，0.6m3，再维持MPam3m压力不变，膨胀到V，0.8m3。分别求出两过程中气体作出的膨胀功。2提示和答案：（1）W，2pdV，5.5410订；（2）w，mpdV+2pdV，0.15105J。11m1-13某种理想气体在其状态变化过程中服从pvn，常数的规律，其中n是定值，p是压力；v是比体积。试据w，2pdv导出气体在该过程中做功为1pvn-1(、11-冬nIP丿1提示和答案：w，2pdv1，2怛1v

8、ndv，pvn2dV111vnpvn1-1(v一n+1V一n+1)，-n+121114测得某汽油机气缸内燃气的压力与容积对应值如下表所示，求燃气在该膨胀过程中所作的功。p/MPa1.6551.0690.7240.5000.3960.3170.2450.1930.103V/cm3114.71163.87245.81327.74409.68491.61573.55655.48704.64提示和答案：W，2pdV“”pAV二p+1一p(VV)，304.7J12i+1i115有一绝对真空的钢瓶，当阀门的打开时，在大气压p，1.013105Pa的作用下，有b体积为0.1m3的空气被输入钢瓶，求大气对输入

9、钢瓶的空气所作功。提示和答案：大气压力恒定，W，pV，10.13kJ。0116某种气体在气缸中进行一缓慢膨胀过程。其体积由0.1m3增加到0.25m3。过程中气体压力依p，0.240.4V变化。若过程中气缸与活塞的摩擦保持为1200N；当地大MPam3气压力为0.1MPa；气缸截面积为0.1m2，试求：（1）气体所作的膨胀功W；（2）系统输出的有用功W；（3）若活塞与气缸无摩擦，系统输出的有用功W。uu,re提示和答案：气体膨胀作功W，2pdV，0.24（VV）0.2（V2V2），0.0255106J；扣12121除排斥大气功和摩擦耗功为有用功，W，WWW，8700J；W，WW，10500J。

10、uu,re117某蒸汽动力厂加入锅炉的每1MW能量要从冷凝器排出0.58MW能量，同时水泵要消耗0.02MW功，求汽轮机输出功率和电厂的热效率。提示和答案：循环净功率等净换热率，P，P-P，（-），0.44MW；n，0.42。netTC12t18汽车发动机的热效率为35%,车内空调器的工作性能系数为3,求每从车内排除lkJ热量消耗燃油能量。提示和答案：空调器耗功由发动机输出，W，Q=W，Qn，Q，Q，0.952kJ。aceltlnt1-19据统计资料，某地各发电厂平均每生产lkWh电耗标煤372g。若标煤的热值是29308kJ/kg，试求电厂平均热效率n是多少？tW提示和答案：n，F，33.0

11、%tQl1-20某空调器输入功率1.5kW需向环境介质输出热量5.1kW，求空调器的制冷系数。提示和答案：，2，2.4。PC1-21某房间冬季通过墙壁和窗子向外散热70000kJ/h，房内有2只40W电灯照明，其他家电耗电约100W，为维持房内温度不变，房主购买供暖系数为5的热泵，求热泵最小功率。提示和答案：P，r，3.85kW1-22一所房子利用供暖系数为2.1热泵供暖维持20，据估算室外大气温度每低于房内温度1C,房子向外散热为0.8kW，若室外温度为-10c，求驱动热泵所需的功率。提示和答案：维持房子内温度需使散热与热泵供热平衡，P，r，11.43kW1-23若某种气体的状态方程为pv，

12、RT，现取质量1kg的该种气体分别作两次循环，如g图1-5中循环1-2-3-1和循环4-5-6-4所示，设过程1-2和过程4-5中温度不变都等于T，过程2-3和5-6中压力不变，过程3-1和4-6中体积不变。又设状态3和状态6温度相等，都等于T。试证明两个循环中1kg气体对外界所作的循环净功相同。提示和答案：注意到两循环中过程1-2和4-5都是等温过程，T=T，1-3和4-6都是等容过程，2-3和5-6都是等压过程，想气体状态方程，pv，RT，可证。第二章热力学第二定律第二章热力学第二定律 第二章热力学第一定律2-1一汽车在1h内消耗汽油34.1L，已知汽油的发热量为44000kJ/kg，汽油

13、密度为750kg/m3。测得该车通过车轮输出的功率为64kW,试求汽车通过排气、水箱散热等各种途径所放出的热量。提示和答案：汽车输出功率等于净换热率，QQ-W，3600894900kJ/h。out2-2质量为1275kg的汽车在以60000m/h的速度行驶时被踩刹车止动，速度降至20000m/h，假定刹车过程中0.5kg的刹车带和4kg钢刹车鼓均匀加热，但与外界没有传热，已知刹车带和钢刹车鼓的比热容分别是1.1kJ/(kg-K)和0.46kJ/(kg-K)，求刹车带和刹车鼓的温升。提示和答案：没有传热，也没有作功，速度降低，动能转化为刹车带和刹车鼓的热力学m(c2c2)能，rar21(mcmc

14、)(tt)=0，(t一t)=65.9C。2sV,sbV,b21212-31kg氧气置于图2-1所示气缸内，缸壁能充分导热，且活塞与缸壁无摩擦。初始时氧气压力为0.5MPa，温度为27C。若气缸长度为2l，活塞质量为10kg，试计算拔除销钉后，活塞可能达到的最大速度。提示和答案：气体可逆膨胀对外界作功最大，与排斥大气功的差转化为活塞动能，达到最大速度，c87.7m/s。22-4气体在某一过程中吸收了50J的热量，同时热力学能增加了84J，问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外作功是多少J?提示和答案：取气体为闭口系，据能量方程式WQ-U34J，是压缩过程。2-5在冬季，某加工车间每小时经过墙壁和玻

15、璃等处损失热量3x106kJ，车间中各种机床的总功率是375kW，且全部动力最终变成了热能。另外，室内经常点着50盏100W的电灯。为使该车间温度保持不变，问每小时需另外加入多少热量？提示和答案：车间内产生的热量等散失的热量，即保持温度不变，QQQQ1632000kJ。补lossmE2-6夏日为避免阳光直射，密闭门窗，用电风扇取凉，电风扇功率为60W。假定房间内初温为28C，压力为0.1MPa；太阳照射传入的热量为0.1kW,通过墙壁向外散热1800kJ/h。若室内有3人，每人每小时向环境散发的热量为418.7kJ，试求面积为15m2，高度为3.0m的室内每小时温度的升高值。已知空气的热力学能

16、与温度的关系为，u=0.72,TkJ/kg。KpVQ0.72m提示和答案：取室内空气为系统，考虑到W=0并m,T=0.86K。RTg2-7飞机的弹射装置如图2-15所示，在气缸内装有压缩空气，初始体积为0.28m3,终了体积为0.99m3，飞机的发射速度为61m/s，活塞、连杆和飞机的总质量为2722kg。设发射过程进行很快，压缩空气和外界间无传热现象，若不计摩擦损耗，求发射过程中压缩空气热力学能的变化量。提示和答案：取压缩空气为系统，Q=，UW，考虑到绝热及排斥大气功,m,U=-p(V-V)-c2=-5135x103j。021222-8如图2-16所示，气缸内空气的体积为0.008m3,温度

17、为17C。初始时空气压力为0.1013MPa,弹簧处于自由状态。现向空气加热，使其压力升高，并推动活塞上升而压缩弹簧。已知活塞面积为0.08m2，弹簧刚度k=400N/cm，空气热力学能变化关系式为，u=0.718,TkJ/kg环境大气压力pb=0.1MPa，试求使气缸内的空气压力达到0.15MPa所需的热量。提示和答案：先求活塞质量及初终态参数。初始时弹簧呈自由状态，笃gpbA=p1A，=10.61kg。空气质量m=Rt=9.73x10-3kg，h=扌=0.1m；终态时g1据力平衡(p-p)A-mg=kx,2b活2求得x=0.0974m,V=0.0158m3,T=848.26K,，U=3.9

18、0kJ。取空气为系统,W=J2pdV=J2(mgkx)p+活bAd(Ax)二0.98kJ，222Q=,UW=4.88kJ。2-9有一橡皮气球，当其内部气体的压力和大气压相同并为0.1MPa时呈自由状态，体积为0.3m3。气球受火焰照射，体积膨胀1倍，压力上升为0.15MPa,设气球内的压力变化和体积成正比。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；（3）若初始时气体温度为17C，求球内气体的吸热量。已知该气体的常数R=287J/（kg-K）,g热力学能，u=0.72,TkJ/kg。K提示和答案：令，p=（p-p）=kVb,据V=0.3ms,p=0；V=0.6m3,01

19、2p=0.05MPa。解得b=0.05、k=0.166。所以p=0.1667V0.05。（1）W=2pdV=V2（p+p）dV=37.5kJ；1V01（2）W=p（VV）=30kJ,W二WW二7.5kJ；斥021弹斥（3）Q=m（u一u）+W=188.1kJ。212-10空气在压气机中被压缩，压缩前空气的参数是：p1=0.1MPa、v1=0.845m3/kg；压缩后的参数是p2=0.8MPa、v2=0.175m3/kg。设在压缩过程中1kg空气的热力学能增加139.0kJ，同时向外放出热量50kJ。压气机每分钟产生压缩空气10kg。试求：（1）压缩过程中对1kg空气作的功；（2）每生产1kg压

20、缩空气所需的功（技术功）；（3）带动此压气机要用多大功率的电动机？提示和答案：（1）压缩过程气缸内气体质量不变，闭口系能量方程，w=q，u=，189.5kJ/kg；（2）压气机吸进低压气体排出高压气体，是开口热力系，生产1kg空气需要的是技术功w,w=q-h=，244.5kJ/kg；（3）N=qw=40.8kW。ttmt2-11某建筑物的排气扇每秒能把2.5kg/s压力为98kPa，温度为20C的空气通过直径为0.4m的排气孔排出，经过排气扇后气体压力升高50mmH2O，但温度近似不变，试求排气扇的功率和排气速度。qqAc4qRT提示和答案：由q=f=v=f求得排气速度c=17.0m/s。mv

21、RT/pRT/pf2pD2g2g22本题稳态稳流能量方程可简化为P=qf+pv-pv，得P=0.365kW。mI22211丿2-12进入蒸汽发生器中内径为30mm管子的压力水的参数为10MPa、30C，从管子输出时参数为9MPa、400C，若入口体积流量为3L/s，求加热率。已知初态时h=134.8kJ/kg、v=0.0010m3/kg，终态时h=3117.5kJ/kg、v=0.0299m3/kg。提示和答案：由初态（即入口）参数及质量守恒c=铝=4.244m/s,q=h=3kg/s，f1Amv1c=126.9m/s。据稳流开系能量方程二qhh+（c2c2）=8972.2kW。f2Am212f

22、2f12-13某蒸汽动力厂中锅炉以40T/h蒸汽供入蒸汽轮机。蒸汽轮机进口处压力表上读数是9MPa，蒸汽的焓是3441kJ/kg；出口处真空表上的读数是0.0974MPa，出口蒸汽的焓是2248kJ/kg。汽轮机对环境散热为6.81x105kJ/h。求：（1）进出口处蒸汽的绝对压力（当场大气压力是101325Pa）；（2）不计进出口动能差和位能差时汽轮机的功率；（3）进口处蒸汽速度为70m/s、出口处速度为140m/s时对汽轮机的功率有多大影响？（4）蒸汽进、出口高度差为1.6m时对汽轮机的功率又有多大影响？提示和答案：（1）Pp+p9.1MPa，pp一p0.3925x10-2MPa；1e,1

23、b2bv,2（2）据稳流能量方程，=AH+P，PHqAh13066.7kW；m（3）计及进出口动能差，则P滋，qAh）（c*c2）12985kWim2f2f1（4）计及位能差，则Pj”（qAh）qgAz13066.9kWmm2-14500kPa的饱和液氨进入锅炉加热成干饱和氨蒸气，然后进入压力同为500kPa的过热器加热到283K,若氨的质量流量为0.005kg/s,求锅炉和过热器中的换热率。已知：氨进入和离开锅炉时的焓分别为h199.3kJ/kg、h1446.4kJ/kg，氨离开过热器时的焓为12h1470.7kJ/kg。3提示和答案：锅炉：二q（hh）6.236kW；换热器：=q（hh）=

24、0.122kW。bm21sm3215向大厦供水的主管线在地下5m进入时管内压力为600kPa。经水泵加压，在距地面150m高处的大厦顶层水压仍有200kPa。假定水温为10C，流量为10kg/s,忽略水热力学能差和动能差，假设水的比体积为0.001m3/kg，求水泵消耗的功率。提示和答案：水管系统能量方程q+h+予+年h+f+gzw0，据222丿s题意，q0、tt、uu，所以Pqw=，（pv一pv）+gAzq=，11.2kW。1212ms2211m2-16用一台水泵将井水从6m深的井里泵到比地面高30m的水塔中（见图2-4），水流量为25m3/h。水泵消耗功率为12kW。冬天井水的温度为3.5

25、C。为防止冬天结冰，要求进入水塔的水温不低于4C。整个系统及管道均包有一定厚度的保温材料，问是否有必要在管道中设置一加热器？如有必要的话，需加入多少热量？设管道中水进出口的动能差可忽略不计；水的比热容取定值并为c4.187kJ/（kg-K），水的焓差Ah=cAt；水的密度取1000ppkg/m3。提示和答案：据能量方程计算热量后进行判断。忽略管道中水进出口动能差，能量方程AH+qg（z一z）+Pqc（t一t）+g（z一z）+P4.99kJ/s=1.8x104kJ/h，有必m21smp2121s第二章热力学第二定律第二章热力学第二定律22 22 #要加入加热器，加热量最小为1.8104kJ/h。

26、2-17种工具，利用从喷嘴射出的高速水流进行切割，供水压力为200kPa、温度为20C,喷嘴内径为0.002m，射出水流温度为20C,流速为1000m/s,假定喷嘴两侧水的热力学能变化可略去不计，求水泵功率。已知200kPa、20C时水的比体积v=0.001002m3/kg提示和答案：能量方程q，h,c2+gz121丿仁C2h+f,gzI222丿-w=0。据题意,s第二章热力学第二定律第二章热力学第二定律22 #22 #第二章热力学第二定律第二章热力学第二定律22 #22 #qcAq0、tt、u121uz=22，q=f=3.135kg/s。忽略水比体积变化，射出水流1mvv压力与大气压平衡，所

27、以w=-C2+(pv-pv)一C2+(p-p)Vs22211221=-500.0kJ/kg，P=qw=-1567.2kW。ms2-18一刚性绝热容器，容积V=0.028m3，原先装有压力为0.1MPa,温度为21C的空气。现将连接此容器与输气管道的阀门打开，向容器内快速充气。设输气管道内气体的状态参数保持p=0.7MPa、t=21C不变。当容器中压力达到0.2MPa时阀门关闭，求容器内气体可能达到最高温度。设空气可视为理想气体，其热力学能与温度的关系为u=0.72tkJ/kg，焓与温度的关系为h=1.005tkJ/kgKK提示和答案：容器内原有气体质量m=芈=0.0332kg。取刚性容器为控制

28、体，则1RTg1118Q=dE+(h+c2+gz)8m一(h+c2+gz)8m+8W。据题意，8Q=0、8W=0、CV22f22212f111ii=hmininc28m=0、十和g(z-z)可忽略不计，所以dE=h3m=hdm,积分有E2221CV11ininCV而EUmu-mu,mm-m,CV2211in21h(m-m)+muTin2mc2V充气后容器内气体质量所以mu-mu=(m-m)h,221121incT(m-m)+mcTpin211V1(a)mc2VpVm=222RTg20.2106Pa0.028m319.5287J/(kg“K)2K2Kb)第二章热力学第二定律第二章热力学第二定律2

29、2 #22 #第二章热力学第二定律第二章热力学第二定律22 #22 #联立求解式(a)、(b)得m=0.0571kg,T=342.69K。第二章热力学第二定律第二章热力学第二定律 2-19医用氧气袋中空时呈扁平状态，内部容积为零。接在压力为14MPa,温度为17C的钢质氧气瓶上充气。充气后氧气袋隆起，体积为0.008m3,压力为0.15MPa,由于充气过程很快，氧气袋与大气换热可以忽略不计，同时因充入氧气袋内的气体质量与钢瓶内的气体质量相比甚少，故可以认为钢瓶内氧气参数不变。设氧气可视为理想气体，其热力学能可表示为u，0.657tkJ/kg，焓与温度的关系为h，0.917tkJ/kg，求充入氧

30、气袋内氧气KK的质量？提示和答案：与题2-18同为非稳态问题，但氧气袋体积变化。能量方程Q，dE+（h+CVc2c2f+gz）m一（h+gz）m+W2out2ini据题意，Q，0,mout0,dEdU，忽略fn及gz,贝0CV2indU-hm+W，0inini因W，pdV，且氧气袋内氧气质量即充入氧气的质量，所以积分后i0mu一hm+p（V一V），022in2021m（u一h）+pV，022in02（a）又pVm，-22RTg2（b）据题意，p，0.15MPa,V，0.008m3,R，260J/（kgK）,u，0.657T,h，0.917T2222ining代入式（a）和（b）,解得T，313

31、.20K，m，0.0147kg。22但A每天上下试确定100个2-20两个体重都是80kg的男子每天吃同样的食物，完成相同的工作,班步行60min，而B则每天驾驶汽车20min上下班，另40min用于看电视，工作日后这两人的体重差。提示和答案：查工程热力学第5版表2-3，每个工作日男子A比B多消耗能量Q，1598.0kJ，少消耗的能量转化为脂肪Am，4.04kg。2-21一间教室通过门窗散发热量25000kJ/h，教室内有30名师生，15台计算机，若平均每人散发的热量是180W,每台计算机的功率120W，问为了保持室内温度是否有必要打开取暖器？提示和答案：取室内空气为系统，AU0,W0,工Q0

32、,QQ,Q_0.26kW122-22位55kg的女士经不住美味的诱惑多吃了0.25L的冰激凌。为了消耗这些额外的冰激凌的能量，她决定以7.2km/h的速度步行5.5km回家，试确定她能否达到预期目的？提示和答案：冰激凌提供的热量Q1150kJ，与步行消耗的热量Q1118.3kJ相当，基本上可以达到预期目的。第三章气体和蒸气的性质第三章气体和蒸气的性质 第三章气体和蒸气的性质31已知氮气的摩尔质量M=28.1x10-3kg/mol,求：(1)N的气体常数Rg；(2)标准状态下叭的比体积v0和密度P0；(3)标准状态EN2的质量m0；(4)p=OJMPa,，=500r时N的比体积v和密度P；(5)

33、上述状态下的摩尔体积V。2mR提示和答案：R，0.297kJ/(kg-K)；v，0.8m3/kg、p，1.25kg/m3；g,N2MN2N2N2m，1.25kg；v，2.296m3/kg、p，0.4356kg/m3；V，64.29x103m3/mol。0m,N23-2压力表测得储气罐中丙烷CH的压力为4.4MPa,丙烷的温度为120C,问这时38比体积多大？若要储气罐存1000kg这种状态的丙烷，问储气罐的体积需多大？提示和答案：v，0.01688m3/kg、V，16.88m3。33供热系统矩形风管的边长为100X175mm,40C、102kPa的空气在管内流动,其体积流量是0.0185m3/

34、s,求空气流速和质量流量。提示和答案：c，1.06m/s、q，旷，0.020kg/s。fAmRTg34一些大中型柴油机采用压缩空气启动，若启动柴油机用的空气瓶体积V=0.3m3,内装有p，8MPa,T，303K的压缩空气，启动后瓶中空气压力降低为p，4.6MPa,112T，303K，求用去空气的质量。2Vpp)提示和答案：钢瓶体积不变，mm，1一，11.73kg。12RTg15空气压缩机每分钟从大气中吸入温度t，17C,压力等于当地大气压力bp，750mmHg的空气0.2m3，充入体积为V=1m3的储气罐中。储气罐中原有空气的b温度t，17C,表压力p，0.05MPa。问经过多长时间储气罐内气

35、体压力才能提高到1e1p，0.7MPa,温度t，50C?。22TOC o 1-5 h zpV517.21pV2167.18提示和合案：充气刖气罐里空气质量m=t，充气后m1RTR2RTRg1gg2gpqpq68.96mm压气机吸气质量流率qVi-r，由质量守恒T2123.93minominRTRTRqgingingminin3-6锅炉燃烧需要的空气量折合标准状态为5000m3/h，鼓风机实际送入的是温度为250C、表压力为150mmHg的热空气。已知当地大气压力为p=765mmHg。设煤燃烧后b产生的烟气量与空气量近似相同，烟气通过烟囱排入上空，已知烟囱出口处烟气压力为p0.1MPa温度T48

36、0K（参见图3-1）。要求烟气流速为c=3m/s。求（1）热空气22f实际状态的体积流量q;（2）烟囱出口内直径的设计尺寸。V,inq提示和答案：（1）送入锅炉的空气的量q十0.062kmol/s,实际送风的体积流nqVm,0qRTqRT率qn79627m3/h。（2）烟囱出口处烟气体积流量q=才=2.4745m3/s,TOC o 1-5 h zVinpVoutp2烟囱出口截面直径dvou1.025mo兀c HYPERLINK l bookmark7691f3-7烟囱底部烟气的温度为250C，顶部烟气的温度为100C，若不考虑顶、底部两截面间压力微小的差异，欲使烟气以同样的速度流经此两截面，求

37、顶、底部两截面面积之比。AcAc提示和答案：烟囱顶、底部两截面上质量流量相同r，流速相同Cc，vvf2f121Avq/qq2VmrVr1:1.4OAvq/qq11VmV1113-8截面积A100cm2的气缸内充有空气，活塞距底面高度h=10cm,活塞及负载的总质量是195kg（见图3-2）。已知当地大气压力p771mmHg，环境温度为t=27C，00气缸内空气外界处于热力平衡状态，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。mg提示和答案

38、：缸内气体的初始压力为pp+J0.294MPa，取走负载重新建立1bA热力平衡后，因活塞与气缸壁间无摩擦，又能充分与、外界交换热量，气缸内压力与温度等于外界的压力与温度，故TT300K，pphl0.196MPa。由于,212bATT12pVVfV1.5x10，3m3，上升距离H=5cm。缸内气体所做的功等于克服外力的2p1A2功，故WpAH98J，理想气体TT时必有U=U，所以Q=U+W=W=98J。221213-9空气初态时T480K，p0.2MPa，经某一状态变化过程被加热到T=1100K，112这时p0.5MPa。求1kg空气的u、u、u、h、h、h。（1）按平均质量热容表；（2）212

39、12按空气的热力性质表；（3）若上述过程为定压过程，即T480K，T1100K，12pp0.2MPa，问这时的u、u、u、h、h、h有何改变？（4）为什么由气体性质121212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？提示和答案：（1）由附表5查出827Cp0Cc|207C1.0125kJ/(kgK)，矗弋1.0737kJ/(kgK)20。7c12口R0.7255kJ/(k,gcK2)。=Cl827C_R=0.7867kJ/(kg-K)gV0。Cp0。CgccVp0。C0C0。Cp0。CP0C第三章气体和蒸气的性质第三章气体和蒸气的性质 # #hc|

40、2071C209.6kJ/kg、hc$887.9kJ/kg，h=hh=678.3kJ/kg。1p12p221827。CP0。CP0。Cuc|20。71C150.2kJ/kg、ucb27。Ct=650.6kJ/kg，u=u-u=500.4kJ/kg0。C0。C1V12V221第三章气体和蒸气的性质第三章气体和蒸气的性质 # #第三章气体和蒸气的性质第三章气体和蒸气的性质 # #（2）利用空气的热力性质（附表8）查得h484.49kJ/kg，h=1162.95kJ/kg。12u一u500.52kJ/kg。21uhRT346.73kJ/kghRT=847.25kJ/kg，u=11g122g2hhh6

41、78.46kJ/kg。21（3）因为理想气体的uh只是温度的函数,而与压力的大小无关,所以不论过程是否第三章气体和蒸气的性质第三章气体和蒸气的性质 # #第三章气体和蒸气的性质第三章气体和蒸气的性质 u、h、h的数值与上相同，当然u、h212定压，只要是T480K，T1100K不变，则u、121也不会改变；（4）用气体性质表得出的u、h是以0K为计算起点，而用比热表求得的u、h是以0C为计算起点，故u、h值不同，但两种方法得出的u、h是相同的。3-10体积V0.5m3的密闭容器中装有27OC、0.6MPa的氧气，加热后温度升高到327OC,求加热量Q:（1）按定值比热容；（2）按平均热容表；（

42、3）按理想气体状态的比热V容式；（4）按平均比热容直线关系式；（5）按气体热力性质表。提示和答案：（1）由低压气体质量热容（附表3）查得T300K和T600K时比定12容热容分别为c0.658kJ/（kg，K），c0.742kJ/（kg，K），取比热容为算术平均值V1V200：07005kJ/（kg-K）。由理想气体的状态方程式求得mRT3846kg所以gQmc|600K（TT）808.27kJVV300K21（2）,由光盘附表7中查出C|27C29.345J/（mol，K），Cc=30.529J/（mol，K）。27Cp,m0。C327。Cp,m0。CC|27CC|27CR21.031J/（

43、mol，K），C|327C=C|327CR=22.215J/（mol，K）,V,m。cp，m0。cV，m0。cp，m327。C0。C0。C0。C第三章气体和蒸气的性质第三章气体和蒸气的性质 # #第三章气体和蒸气的性质第三章气体和蒸气的性质 # #CC因一pm1，RR（4）由得c|t20Vt1659t400001因n牢120.3mol，Q=n（CktC-）=805.59kJoRTVV,m02V,m011（3）由光盘附表5-2中查出氧气的真实摩尔定压热容为C中3.6261.87810-3T+7.05510T26.76410-9T3+2.15610-12T4RQnfCdTnRJdT,代入积分得Q=

44、805.951J。VV,m第三章气体和蒸气的性质第三章气体和蒸气的性质 Qmc|t2（tt）804.31kJ。VVt211U）805.34kJ。m,1m,2（5）由附表8查得氧气摩尔焓计算热力学能，Qn（UV3-11某种理想气体初态时p520kPa，V0.1419m3经过放热膨胀过程，终态11p170kPa，V0.2744m3，过程焓值变化AH67.95kJ，已知该气体的质量定压热22容c5.20kJ/（kg，K），且为定值。求：（1）热力学能变化量；（2）比定容热容和气体常数pR。g提示和答案：（1）AUAHA（pV）40.81kJ；（2）定值热容时AU=mcAT，VcH=meT,所以c=p

45、=3.123kJ/（kg，K）、R=cc=2.077kJ/（kg，K）。pVH/UgpV3-12初态温度t=280C的2kg理想气体定容吸热Q=367.6kJ，同时输入搅拌功1v468.3kJ（图3-3）。若过程中气体的平均比热容为c=1124J/（kg，K），c=934J/（kg，K），pV求：（1）终态温度t；（2）热力学能、焓、熵的变化量U、H、S。2提示和答案：气体吸入热量和输入功转换为气体的热力学能。U=QW=835.9kJ，Vt=727.48C；H=U+mRT=1005.94kJ、S=1.1075kJ/K。2g3-13氩气初始状态p=0.6MPa，T=600K，经历一个热力学能不变

46、的过程膨胀11到体积V=3V，氩气可作为理想气体，且热容可看作为定值，求终温T、终压p及总熵2122变S。提示和答案：氩气处于理想气体状态，热力学能只是温度的函数，故T=T=600K、21p=p二=0.2x106Pa、S=mR=1.14x10-3kJ/K。21Vgp丿213-141kmol氮气由p=1MPa，T=400K变化到p=0.4MPa，T=900K，试求摩1122尔熵变量S。（1）比热容可近似为定值；（2）藉助气体热力表计算。m7提示和答案：（1）双原子气体C=一R=29.10J/（mol，K）,S=nS=31.22kJ/K；TOC o 1-5 h zp,m2m（2）热容为变值时，S=

47、S0S0Rln匕。由附表8查得S0和S0，mm,2m,1pm,1m,21S=S0S0Rln冬=32.20J/（mol，K）。mm,2m,1p13-15初始状态p=0.1MPa，t=27C的CO2,V=0.8ms，经历某种状态变化过程，1122其熵变S=0.242kJ/K（精确值），终压p20.1MPa，求终态温度t。22提示和答案：n=農=32.07mol，由附表8查得S。=214.025J/（mol,K）RTm,11第三章气体和蒸气的性质第三章气体和蒸气的性质2 2 第三章气体和蒸气的性质111 So=-,So,RIn-P2=221.571J/(mol-K)，由同表查得T=366.84K。m

48、,2nm,1p213-16绝热刚性容器中间有隔板将容器一分为二，左侧o.o5kmol的3ooK、2.8MPa的高压空气，右侧为真空。抽出隔板后空气充满整个容器，达到新的平衡状态，求容器中空气的熵变。提示和答案：自由膨胀Q=0,W=0,-U=0,所以，T=T=300K,熵是状态21TV参数，-S=nClnr,Rlnr=288.2J/K。VTV丿113-17刚性绝热容器用隔板分成A、B两室，A室的容积0.5m3,其中空气压力250kPa、温度300KoB室容积1m3,其中空气压力150kPa、温度1000K。抽去隔板，A、B两室的空气混合，最终达到均匀一致，求平衡后的空气的温度和压力及过程熵变。空

49、气比热容取定值c=1005J/(kg-K)p提示和答案：先求初态时A室和B室空气质量，再取容器内全部气体为系统，列能量方程，注意到Q=0,W=0，解得T=485.4K、p=183.4kPa、-S二0.223kJ/K。223-18氮气流入绝热收缩喷管时压力p=300kPa,温度T=400K,速度c=30m/s,11f1流出喷管时压力p=100kPa，温度T=330K。若位能可忽略不计，求出口截面上气体流22速。氮气比热容可取定值，c=1042J/(kg-K)op提示和答案：取喷管为控制体积列能量方程，忽略位能差，c=【2(h-h),c2=2c(T-T),c2=383.1m/s。f212f1p12

50、f13-19气缸活塞系统内有3kg压力为1MPa、温度为27C的O2。缸内气体被加热到327C,此时压力为1500kPa。由于活塞外弹簧的作用，缸内压力与体积变化成线性关系。若O2的比热容可取定值，R=0.260kJ/(kgK)、c=0.658kJ/(kg-K)。求过程中的换热量。gV提示和答案：取缸内气体为系统，确定过程功即可得热量。缸内气体初终态体积mRTV=0.234m3,V=0.312m3,缸内压力与体积变化成线性关系，令比例系数为k,W=2pdV=2kVdV=97.5kJ1p2Q=-U+W=mc(TT)+W=689.7kJ。V213-20利用蒸汽图表，填充下列空白并用计算机软件计算校

51、核p/MPat/Ch/kJ/kgs/kJ/(kgK)x过热度C1350034577.22626620.539232447.7642393336031406.78012640.026123757.2100.903-21湿饱和蒸汽，x=0.95、p=IMPa,应用水蒸表求t、h、u、v、s,再用hss图求上述参数并用计算机软件计算校核。提示和答案：利用饱和水和饱和水蒸气表求取饱和参数，再与干度一起求得湿蒸汽参数：h=2676.9kJ/kg、v=0.18472m3/kg、s=6.3635kJ/(kgK)、u=2492.2kJ/kg。3-22过热蒸汽，p=3MPa、t=400C，根据水蒸气表求h、u、

52、v、s和过热度，再用h-s图求上述参数。O提示和答案：据水蒸气表：t=233.893。C、h=3230.1kJ/kg、s=6.9199kJ/(kgK)、sv=0.099352m3/kg、D=t，t=166.1C。利用hs图t=234C、h=3233kJ/kg、v=0.1m3/kg、s=6.92kJ/(kgK)号D=t，t=166C。33-23已知水蒸气的压力为p=0.5MPa，比体积v=0.35m3/kg，问这蒸汽处在什么状态？用水蒸气表求出其它参数。提示和答案：p=0.5MPa时，v=0.0010925m/kgv=0.37486m3/kg。因v，vvvv所以是饱和湿蒸汽。x=0.9335，h

53、=h+x(h，h)=2608.4kJ/kg，v，vs=s+x(s，s)=6.4915kJ/(kgK)，u=h-pv=2433.4kJ/kg。3-24容器内有氟利昂134a过热蒸气1kg，参数为300kPa、100C,定压冷却成为干度为0.75的气液两相混合物，求过程中氟利昂134a的热力学能变化量。提示和答案：水蒸气性质的研究适用于其他工质，查R134a热力性质表获取有关数据，计算得u=h一pv=460.55kJJklg和v，进而u=h一pv=333.92kJ/kg1111222222AU=mAu=，126.63kJ。3-25干度为0.6、温度为0C的氨在容积为200L的刚性容器内被加热到压力

54、p=1MPa，求加热量。工程热力学第5版题解工程热力学第5版题解术功。 #术功。 第三章气体和蒸气的性质 提示和答案：Oc时容器内NH3的p429.6kPa、h=957.3kJ/kg、v=0.1741m3/kg,mV/v1.149kg，u=h-pv=882.5kJ/kg。因容器刚性，所以在过程中氨的比体积不1111变，p1MPa时，v0.1285m3/kg,v，所以终态为过热蒸气。查NH3热力性质表,223h1684.4kJ/kg，u=1510.3kJ/kg，QAUW=721.3kJ。23-26我国南方某压水堆核电厂蒸汽发生器（图3-5）产生的新蒸汽为压力6.53MPa，干度0.9956的湿饱

55、和蒸汽，进入蒸汽发生器的水压力为7.08MPa，温度为221.3C。反应堆冷却剂（一回路压力水）进入反应堆时的平均温度为290C,吸热离开反应堆进入蒸汽发生器时的温度为330C,反应堆内平均压力为15.5MPa，冷却剂流量为17550t/h。若蒸汽发生器主蒸汽管内流速不大于20m/s，蒸汽发生器向环境大气散热量可忽略，不计工质的动能差和为能差，求：（1）蒸汽发生器的蒸汽产量和新蒸汽的焓；（2）及蒸汽发生器主蒸汽管内径。提示和答案：取蒸汽发生器为控制体积，忽略向环境大气散热量，不计工质的动能差和位能差，据能量方程q（h-h）q（h-h），可解得蒸汽流量q=608.47kg/s；再由出m112m3

56、43m3口蒸汽参数和流速计算管直径di1.07m3-27垂直放置的气缸活塞系统的活塞质量为90kg，气缸的横截面积为0.006m2。内有10c的干度为0.9的R407c（种在空调中应用的制冷工质）蒸气10L。外界大气压100kPa，活塞用销钉卡住。拔去销钉，活塞移动，最终活塞静止，且R407c温度达到10C。求终态工质压力、体积及所作的功。已知：10C时R407c饱和参数为v=0.0008m3/kg、v0.0381m3/kg；终态时比体积v=0.1059m3/kg。提示和答案：状态1vv+x(v+v)0.03437m3/kg，m=V/v=0.291kg；状态2,111pp+247.1kPa，由

57、T和p查得v，V=mv=30.8L，W=p(V-V)=5.14kJ。20A2222221第四章气体和蒸汽的热力过程4-1有2.3kg的CO,初态T477K,p=0.32MPa,经可逆定容加热，达终温11T600K，设CO为理想气体，求AU、AH、AS，过程功及过程热量。（1）比热容为定2值；（2）比热容为变值，按气体性质表计算。提示和答案：无论比热容是否定值，理想气体热力学能和焓只是温度的函数，定容过程功为零。定值比热容：AU209.94kJ、AH=293.92kJ、AS=0.3916kJ/K、W=0、QAU209.94kJ；变比热容：AU=219.10,103J、AH=303.08x103J

58、、W=0、AS0.4186kJ/K、Q=AU=219.10kJ。4-2甲烷CH的初始状态p0.47MPa，T=393K，经可逆定压冷却对外放出热量4114110.76J/mol，试确定其终温及1molCH的热力学能变化量AU、焓变化量AH。设甲4mm烷的比热容近似为定值，c2.3298kJ/（kg-K）。p提示和答案：压力不高，甲烷处于理想气体状态，热力学能和焓只是温度的函数T283K、AU3196.11J/mol、AH=_4110.76J/mol。2mm4-3氧气由t40OC，p0.1MPa被压缩到p=0.4MPa，试计算压缩1kg氧气消耗112的技术功。（1）按定温压缩计算；（2）按绝热压

59、缩计算，设比热容为定值；（3）将它们表示pv图和T-s图上，试比较两种情况技术功大小。提示和答案：理想气体定温压缩技术功等于膨胀功，绝热压缩技术功等于焓差w-138.34kJ/kg；在t,s图上定温压缩和绝热压缩技术功分别以图w-112.82J/kg、t,Tp-v4-1面积1-2-m-n-1和1-2-m-n-1表Ts示，w广，在T-S图上，定温过程wt,Tq，用面积1-2-m-n-1表示，绝热TT过程wh一hh一h，用面积1一2一2一m一nt,s12IT2ssT4-4同上题，若比热容为变值，n%2图4T-1表示，显见WW工程热力学第5版题解工程热力学第5版题解 第三章气体和蒸气的性质 #提示和

60、答案：由附表8插值求出T313K时，H和So。因定熵过程1m,1m,1ASS0S0RIn2二0，所以so=So+Rln冬=217.97J/（molK）。由同表据m,2m,1pm,2m,1p11So得T460.08K，H=13546.39J/mol，w=（H-H）=138.21103j/kg。m,22m,2t,sMm,1m,24-53kg空气从p=1MPa、T=900K，绝热膨胀到p=0.1MPa。设比热容为定值,112绝热指数K=1.4,求：（1）终态参数T和V；（2）过程功和技术功；（3）AU和AH。22提示和答案：绝热过程过程功和技术功分别等于热力学能减少量和焓减少量。T=466.17Kv