工程热力学和传热学课后答案（前五章）

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第一篇

一．基本概念

工程热力学

第一章基本概念

系统：状态参数：热力学平衡态：温度：热平衡定律：温标：准平衡过程：可逆过程：循环：可逆循环：不可逆循环：

二、习题

1．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？错2．牛顿温标,用符号°Ｎ表示其温度单位,并规定水的冰点和沸点分别为100°Ｎ和200°Ｎ，且线性分布。（1）试求牛顿温标与国际单位制中的热力学绝对温标(开尔文温标)的换算关系式；（2）绝对零度为牛顿温标上的多少度?

3．某远洋货轮的真空造水设备的真空度为0.0917ＭＰａ，而当地大气压力为0.1013MPa，当航行至另一海疆，其真空度变化为0.0874MPa，而当地大气压力变化为0.097MPa。试问该真空造水设备的绝对压力有无变化?

4．如图1-1所示，一刚性绝热容器内盛有水，电流通过容器底部的电阻丝加热水。试述按以下三种方式取系统时，系统与外界交换的能量形式是什么。（1）取水为系统；（2）取电阻丝、容器和水为系统；（3）取虚线内空间为系统。（1）不考虑水的蒸发，闭口系统。

（2）绝热系统。注：不是封闭系统，有电荷的交换（3）绝热系统。

图1-1

5．判断以下过程中那些是不可逆的，并扼要说明不可逆原因。

（1）在大气压力为0.1013MPa时，将两块0℃的冰相互缓慢摩擦，使之化为0℃的水。耗散效应

（2）在大气压力为0.1013MPa时，用(0＋dt)℃的热源(dt→0)给0℃的冰加热使之变为0℃的水。可逆

（3）一定质量的空气在不导热的气缸中被活塞缓慢地压缩（不计摩擦）。可逆

（4）100℃的水和15℃的水混合。有限温差热传递

6．如图1-2所示的一圆筒容器，表A的读数为360kPa；表B的读数为170kPa，表示室I压力高于室II的压力。大气压力为760mmHg。试求:（1）真空室以及I室和II室的绝对压力；（2）表C的读数；

O(∩_∩)O

（3）圆筒顶面所受的作用力。

图1-2

其次章热力学第一定律

一．基本概念

功：热量：体积功：节流：

二．习题

1．膨胀功、滚动功、轴功和技术功四者之间有何联系与区别？2．下面所写的热力学第一定律表达是否正确？若不正确，请更正。

?q??u?wq?du??wq??H?12?c?g?z?ws221Q??H??pdV3．一活塞、气缸组成的密闭空间，内充50g气体，用叶轮搅拌器搅动气体。活塞、气缸、搅拌器均用完全绝热的材料制成。搅拌期间，活塞可移动以保持压力不变，但绝对严密不漏气。已测得搅拌前气体处于状态1，搅拌中止后处于状态2，如下表所示。状态12p（MPa）3.53.5v（m3/kg）0.007110.01916u（kJ/kg）22.7597.63h(kJ/kg)47.64164.69活塞与气缸壁间有一些摩擦。求搅拌器上输入的能量为多少？耗散效应将输入能量转化为热量q=(u2-u1)+p(v2-v1)=h2-h14．1kg空气由p1=5MPa,t1=500℃，膨胀到p2=0.5MPa,t2=500℃，得到热量506kJ，对外做膨胀功506kJ。接着又从终态被压缩到初态，放出热量390kJ,试求：（1）膨胀过程空气热力学能的增量；（2）压缩过程空气热力学能的增量；（3）压缩过程外界消耗了多少功？

5．一活塞气缸装置中的气体经历了2个过程。从状态1到状态2，气体吸热500kJ，活塞对外作功800kJ。从状态2到状态3是一个定压的压缩过程，压力为p=400kPa，气体向外散热450kJ。并且已知U1=2000kJ,U3=3500kJ，试计算2-3过程中气体体积的变化。500=U2-U1+800U2=1700

-450=U3-U2+400(V3-V2)V3-V2=

6．现有两股温度不同的空气，稳定地流过如图2-1所

O(∩_∩)O

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，按{h}kJ/kg=1.004{T}K计算，理想气体的状态方程为pv=RT,R=287J/(kg·K)。若进出口截面处的动、位能变化可忽略，试求出口截面的空气温度和流速。

m3=m1+m2h3=h1+h2

图2-1

7．某气体从初态p1=0.1MPa，V1=0.3m3可逆压缩到终态p2=0.4MPa，设压缩过程中p=aV-2，式中a为常数。试求压缩过程所必需消耗的功。p1=aV1-2p2=aV2-2

∫pdV=∫aV-2dV=-aV2-1+aV2-1

8．如图2-2所示，p-v图上表示由三个可逆过程所组成的一个循环。1-2是绝热过程；2-3是定压过程；3-1是定容过程。如绝热过程1-2中工质比热力学能的变化量为-50kJ/kg，p1=1.6MPa，v1=0.025m3/kg，p2=0.1MPa，v2=0.2m3/kg。（1）试问这是一个输出净功的循环还是消耗净功的循环？（2）计算循环的净热。

(1)顺时针循环，输出净功；

(2)Q=W=W12+W23+W31

W12=50

W23=

W31=0

图2-2

9．某燃气轮机装置如图2-3所示。已知压气机进口处空气的焓h1=290kJ/kg，经压缩后，空气升温使比焓增为h2=580kJ/kg，在截面2处与燃料混合，以w2=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。燃烧后燃气经喷管绝热膨胀到状态3’,h3’=800kJ/kg，流速增至w3’，燃气再进入动叶片，推动转轮回转做功。若燃气在动叶片中热力状态不变，最终离开燃气轮机速度为w4=100m/s。求：（1）若空气流量为100kg/s，压气机消耗的功率为多少？（2）若燃料发热量q=43960kJ/kg，燃料消耗量为多少？（3）燃气在喷管出口处的流速w3’是多少？（4）燃气涡轮（3’-4过程）的功率为多少？（5）燃气轮机装置的总功率为多少？

图2-3(1)W1=100kg/s*(h2-h1)

(2)m*43960=100kg/s*(h2-h1)(3)0.5w3’2-0.5w22=h3’-h2

O(∩_∩)O

(4)Ws=0.5*100kg/s*(w42-w3’2)(5)Ws-W1

第三章热力学其次定律

一．基本概念

克劳修斯说法：开尔文说法：卡诺定理：熵流：熵产：熵增原理：

二．习题

1．热力学其次定律可否表述为：“功可以完全变为热，但热不能完全变为功〞，为什么？等温膨胀过程热完全转化为功

2．以下说法是否正确，为什么？1）熵增大的过程为不可逆过程；只适用于孤立系统

2）工质经不可逆循环，?S?0；

?S=0

3）可逆绝热过程为定熵过程，定熵过程就是可逆绝热过程；定熵过程就是工质状态沿可逆绝热线变化的过程

4）加热过程，熵一定增大；放热过程，熵一定减小。

根据ds≥△q/T，前半句绝对正确，后半句未必，譬如摩擦导致工质温度升高的放热过程。对于可逆过程，都正确。

3．某封闭系统经历了一不可逆过程，系统向外界放热为10kJ，同时外界对系统作功为20kJ。1）按热力学第一定律计算系统热力学能的变化量；

2）按热力学其次定律判断系统熵的变化（为正、为负、可正可负亦可为零）。

4．判断是非（对画?，错画×）

1）在任何状况下，对工质加热，其熵必增加。（）2）在任何状况下，工质放热，其熵必减少。（）3）根据熵增原理，熵减少的过程是不可能实现的。（）

4）卡诺循环是理想循环，一切循环的热效率都比卡诺循环的热效率低。（）5）不可逆循环的熵变化大于零。（）

5．若封闭系统经历一过程，熵增为25kJ／K，从300K的恒温热源吸热8000kJ，此过程可逆?不可逆?还是不可能?25TB，两物体的质量相等mA=mB=m，其比热容亦相等cA=cB=c，且为常数。可逆热机在其间工作，从A吸热，向B放热，直至两物体温度相等时为止。（1）试证明平衡时的温度为Tm?TA?TB；（2）求可逆热机对外输出的净功。

SA-SM=lnTA/TMSM-SB=lnTM/TBSA-SM=SM-SB

12．如图3-1所示，用热机E带动热泵P工作，热机在热源T1和冷源T0之间工作，而热泵则在冷源T0和另一热源T1’之间工作。已知T1=1000K、T1’=310K、T0=250K。假使热机从热源T1吸收热量Q1=1kJ，而热泵向另一热源T1’放出的热量QH供冬天室内取暖用。

（1）如热机的热效率为?t=0.50，热泵的供热系数?h=4，求QH；（2）如热机和热泵均按可逆循环工作，求QH；

（3）如上述两次计算结果均为QH>Q1，表示冷源T0中有一部分热量传入了温度T1’的热源