《工程热力学_习题提示和答案_第四版_沉维道_童钧耕》由会员分享，可在线阅读，更多相关《工程热力学_习题提示和答案_第四版_沉维道_童钧耕（109页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、第一章 基本概念 第一章第一章 基本概念基本概念 习 题 习 题 1- -1 英制系统中采用华氏温标，它规定在标准大气压（1）下纯水的冰点是 ，汽点是，试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。 01 325 Pa 32 F212 F 提示和答案： 华氏温标和摄氏温标定点不同， 但分度规律相同， 可得， FC 9 32 5 tt =+。 1- -2 英制系统中朗肯温度与华氏温度的关系为。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.；汽点的读数分别是 373.15K 和 。(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？
2、RF 459.67Tt =+ 67 R 671.67 R 提示和答案： 朗肯温标和华氏温标的关系与摄氏温标和热力学温标的关系相仿，故朗肯 温度和热力学温度也成比例，解得 ， R1.8 KTT=K0T= K 时 。 R0 RT = 1- -3 设一新温标，用符号表示温度单位（它的绝对温标是用表示温度单位） 。规定 纯水的冰点和汽点100和100。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，则该温标读数为时，其绝对温标读数是多少？ NQ N0 N 0 NQ 提示和答案： （1） N 100 0 10001001000 tt = C 5 2.306 10
3、 Pa0.231MPap = NC 9 100tt =+ （2） QNC 9 100Ttt =+=+常数常数 K 9 273.15 100T=+常数 据题意，当 TK=0 K 时， 故解得上式中常数=2358.35 代回原式得 Q0 QT = QN 2358.35Tt =+ 时 N0T = Q2358.385 NT = 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， 求（1）容器内绝对压力为多少 Pa； （2）容器表面受力多少 N？ 0.101MPa 提示和答案：容器表面力为两侧压力差与表面积的乘积。可解得， 。 691.75Pap = 6 1
4、.261 10 NF = 1- -5 用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 1-24 所示，若 当地大气压为 755mmHg，求容器中气体的压力为多少 MPa？ 提 示 和 答 案 ： 表 压 力 为 水 柱 和 汞 柱 之 和 ， 解 得 。 图 1-24 题 1-5 附图 1 第一章 基本概念 1- -6 容器中的真空度为，气压计上水银柱高度为，求容器中 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 ，求此时真空表上的读数（以 mmHg 表示）是多少？ v 600mmHgp =755
5、mm b p = b 770mmp = 提示和答案：容器中气体绝对压力是当地大气压与真空度的差，故；大 气压力改变后真空表上的读数为。 0.0207MPap = v 615mmHgp = 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， 压力计中使用密度的煤油， 斜管 中液柱长度l=200mm。当地大气压力。求烟气的真空 度（以mmH 3 0.8 10 kg/m= 3 2 v 745mmHgp = 2O表示）及绝对压力（以Pa表示） 。 图 1-25 斜管压力计 提示和答案： 倾斜式压力计上读数即烟气的真空度，故 ；烟气绝对压力 。 v sin80 9
6、.81Paplg= v 80mmH Op = 5 bv2 10048.3mmH O0.9857 10 Pappp= 18 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。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。 提示和答案：蒸汽逸出时锅内表压力即为由柱塞产生的压力，柱塞质量。
7、 0.0408kgm = 1- -9 容器被分隔成 AB 两室，如图 1-27 所示，已知当场大 气压，气压表 2 读为，气压表 1 的读数，求气压表 3 的读数（用 MPa 表示） 。 b 0.1013MPap = e2 0.04MPap= e1 0.294MPap= 提示和答案：气压表 2 处于 B 室内，故其当地大气压为 B 室的压力，解得。 图 1-27 题 1-8 附图 e3 0.254MPap = 1- -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，恒速提升，加速度为零，解得。 8.83kWP= 1-11
8、电阻加热器的电阻 15，现有 10A 的电流流经电阻丝，求功率。 提示和答案：电功率等于电阻和电流平方乘积1.5kWP=。 1- -12 气缸中密封有空气，初态为，缓慢胀到。 （1） 过程中 3 11 0.2MPa0.4mpV=， 3 2 0.8mV = pV保持不变； （2）过程中气体先循 3 MPam 0.40.5pV=膨胀到，再维 3 0.6m m V = 2 第一章 基本概念 持压力不变，膨胀到。分别求出两过程中气体作出的膨胀功。 3 2 0.8mV = 提示和答案：过程可近似为可逆， 2 1 dWp=V ，(1)、(2)。 4 5.54 10 JW = 5 0.15 10 JW =
9、1- -13 某种理想气体在其状态变化过程中服从 n pv =常数的规律，其中 n 是定值，p 是压 力；v 是比体积。试据导出气体在该过程中做功为 2 1 dwp=v() 1 1 1 21 1/ 1 n n p v wpp n = 提示和答案： 1 222 1 12 1 1 111 1 1 1 n n n n nn p vppvdv wpdvdvp v vvnp = L。 1- -14 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/MPa 1.655 1.069 0.724 0.500 0.396 0.317 0.245 0.193 0.103 V
10、/cm3114.71 163.87 245.81 327.74409.68 491.61573.55655.48 704.64 提示和答案： 膨胀过程的功可用过程线下的面积表示， 该面积近似等于若干矩形面积累加， 即， 2 1 dWp Vp= V，解得304.7JW = 。 1-15 有一绝对真空的钢瓶，当阀门的打开时，在大气压的作用下有体 积为的空气被输入钢瓶，求大气对输入钢瓶的空气所作功为多少？ 5 0 1.013 10 Pap = 3 0.1m 提示和答案：设想体积为的空气系统边界上压力恒为大气压力，故 。 3 0.1m10.13kJW = 1 16 某种气体在气缸中进行一缓慢膨胀过程。
11、其体积由 0.1m3增加到 0.25 m3。过程中气 体压力循 3 MPam 0.240.4p=V变化。若过程中气缸与活塞的摩擦保持为 1200 N；当地大 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； （3）若活塞与气缸无摩擦，系统输出的有用功。 u W u,re W 提 示 和 答 案 ： 活 塞 移 动 距 离 21 1.5m VV L A =。（ 1 ） 气 体 膨 胀 作 功 、摩擦耗功 22 6 11 d(0.240.4 )d0.0255 10 JWp VVV= “180WFL0J=、气体膨胀排 拆大气功 ； （2
12、）有用功 ； （3）有 用功 。 6 021 ()0.015 10 JWp VV= u “8700JWWWW= u,re 10500JWWW= 1 17 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 3 第一章 基本概念 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： 汽轮机输出功率为循环净功加水泵消耗的功率；电厂的热效 率为循环净功与循环吸热量之比，。 T 0.44MWP = 0.42 t = 1 18 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 1kJ 热量消耗燃油能量。 提示和答案： 空
13、调器耗功/ c WQ=由汽车发动机输出功 1t WQ=，解得。 1 0.952kJQ = 1 19 据统计资料，某地各发电厂平均发 1kW h?的电耗标煤 372g，若标煤的热值是 ，试求电厂平均热效率29308kJ/kg t 是多少？ 提示和答案： 电厂平均热效率为循环净功与循环吸热量之比，。 33.0% t = 1 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：制冷系数为单位时间制冷量与输入功率的比值，2.4=。 1 21 某房间冬季通过墙壁和窗子向外散热 70 000 ，房内有 2 只 40W 电灯照明，其 他家电耗电约 100W
14、， 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。 kJ/h 提示和答案： 家电耗电转化为热能，故热泵单位时间供暖为通过墙壁和窗子向外散热和 所有家电耗电之差，解得。 3.85kWP = 1 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 1，房子向外散热为 0.8kW，若室外温度为-10，求驱动热泵所需的功率。 提示和答案： 为维持房子内温度需使散热与热泵供热平衡，所以11.43kWP =。 1 23 若某种气体的状态方程为 g pvR T=，现取质量 1kg 的该种气体分别作两次循环， 如图 1-28 中循环 1231
15、 和循环 4564 所示，设过程 12 和 过程 45 中温度不变都等于， 过程 23 和 56 中压力不变， 过 程 31 和 46 中体积不变。又设状态 3 和状态 6 温度相等，都等 于 a T b 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： 循环 1231 和循环 4564 中过程 1-2 和 4-5 都 是等温过程，据理想气体状态方程， a TT= g pvR T=， 图 128 习题 125 附图 可知 gga R TR T p vv =， 22 11 ga 2 1 2ga 1 ddln vv vv R T v wp vvR T vv = ；同理 3 4 5ga 4 ln v wR T v =。 根 据 已 知 条 件 ：v， 13 v= 4632652536ab vvppppTTTTTT=，= 得 4 第一章 基本概念 g2 a22 3 13 2 g3 R T Tvv p vvT p R T = b ；同理 5 4b vT vT a =，即
