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1、习题及部分解答第一篇 工程热力学第一章 基本概念1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量：答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。若水柱高，水银柱高，如图2-26所示。已知大气压力为Hg，试求容器中气体的绝对压力为多少？解：根据压力单位换算4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若已知斜管倾角，压力计中使用的煤油，斜管液体长度，当地大气压力，求烟气的绝对压力（用表示）解： 5.一容
2、器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中为压力表，读数为，为真空表，读数为。若当地大气压，求压力表的读数（用表示） 6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见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）.取图中虚线内空间为系统。 答案略。 7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为。若大气压力为，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力（用表示） 8.测得容器的真空度，大气压力，求容器内的绝对压力。若大气压变为，求此时真空表上的读数为多少？ 9.如果气压计压力为，试完成以下计算
3、： （1）.绝对压力为时的表压力； （2）.真空计上的读数为时气体的绝对压力；（3）.绝对压力为时的相应真空度（）；（4）.表压力为时的绝对压力（）。（1）.； （2）.； （3）.； （4）.。10.摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为和，而华氏温标则相应地取为和。试导出华氏温度和摄氏温度之间的换算关系，并求出绝对零度所对应的华氏温度。 将水在标准大气压下的冰点值，以及沸点值代入，得 解该二元一次方程组，得：。从而有 当时，有 11.气体进行可逆过程，满足（为常数），试导出该气体从状态变化到状态时膨胀功的表达式，并在图上定性画出过程线、示出膨胀功。答案：略12.某气体的状态方程为，试
4、导出： （1）.定稳下气体之间的关系； （2）.定压下气体之间的关系； （3）.定容下气体之间的关系。答案：（1）.；（2）.；（3）. 。第二章 热力学第一定律1.一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量为，输出功率为，全厂耗煤，煤的发热量为。蒸汽在锅炉中吸热量。试求： （1）.该动力厂的热效率； （2）.锅炉的效率（蒸汽总吸热量煤的总发热量）。解：（1）.锅炉中蒸汽吸热量 热效率 （2）.锅炉效率 2.系统经一热力过程，放热对外做功。为使其返回原状态，对系统加热，问需对系统作功多少？解：由得 对于返回初态的过程 故需对系统做功。3.气体在某一过程只能感吸收了的热量，同时热力学能增加了。此过程是膨胀过程
5、还是压缩过程？系统与外界交换的功是多少？答案：此过程为压缩过程；此过程中系统与外界交换的功是。4.空气由膨胀到，得到热量，对外做膨胀功。接着又从终态被压缩到初态，热出热量，试求：（1）.膨胀过程空气热力学能的增量；（2）.压缩过空气热力学能的增量；（3）.压缩过程外界消耗的功。答案：（1）.；（2）. ；（3）.。5.闭口系统中实施以下过程，试填补表中的空缺数据。过程序号125-12-92-858-16317-13（8）21418-117 表中括号内的数为答案。过程序号125-12（-46）-9（37）2-8（8）（74）58-163（38）17-13（8）21418-11（-22）7（29）
6、 6.如图所示，某封闭系统沿途径由状态变化到，吸入热量，对外做功，试问： （1）.系统从经至，若对外做功，则吸收热量是多少？ （2）.系统由经曲线所示过程返回，若外界对系统左贡，吸收热量为多少？ （3）.设，那么过程和中系统吸收的热量各为多少？ 答案 （1）.；（2）.； （2）.；（4）.。7.容积为的绝热封闭的气缸中装有完全不可压缩的流体，如图2-31所示。试问： （1）.活塞是否对流体做功？ （2）.通过对活塞加压，把流体压力从提高到，热力学能变化多少？焓变化多少？ 答案 （1）.；（2）.。8.一质量为的汽车沿坡度为的山坡下行，车速为。在距山脚处开始刹车，且在山脚处刚好刹住。若不计其它
7、力，求因刹车而产生的热量。 。9.某蒸汽动力装置，蒸汽流量为，汽轮机进出口处压力表读数为，进口比为，汽轮机出口比焓为，真空表读数为，当时当地大气压力为，汽轮机对环境放热为。试求： （1）.汽轮机进出口蒸汽的绝压各为多少？ （2）.单位质量蒸汽经汽轮机对外输出功为多少？ （3）.汽轮机的功率为多少？ 答案 （1）.（2）.（3）.（4）.考虑进出口动能差后的相对偏差 10.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为，比焓，出口为同压下的水，比焓为,若蒸汽流量为，进入冷凝器的冷却水温为，冷却水出口温度为，试求冷却水流量为多少？水的比热容为。 答案 11.某活塞式氮气压气机，压缩的氮气的参数分别为：，；，。设在压缩过
8、程中每氮气热力学能增加，同时向外放出热量。压气机每生产压缩氮气，试求：（1）.压缩过程对每氮气所做的功；（2）.生产每压缩氮气所需的功；（3）.带动比压气机至少要多大的电动机。答案 （1）.； （2）.； （3）.。12.流速为的高速空气突然受阻停止流动，即，称为滞止。如滞止过程进行迅速，以致气流受阻过程中与外界的热交换可以忽略，问滞止过程空气的焓变化了多少？答案 第三章 理想气体及其混合物1.把 压送到体积为的贮气罐内。压送前贮气罐上的压力表读数为，温度为，压送终了时压力表读数为，温度为。试求压送到罐内的的质量。大气压力为。解 由 2. 体积为的某钢性容器内盛有了的氮气。瓶上装有一排气阀，压
9、力达到时发门开启，压力降到时关闭。若由于外界加热的原因造成阀门开启，问：(1)阀门开启时瓶内气体温度为多少？(2)因加热造成阀门开闭一次期间瓶内氮气失去多少？设瓶内空气温度在排气过程中保持不变。答案 （1）；（2）3.氧气瓶的容积瓶中氧气的表压力为。问瓶中盛有多少氧气？若气焊时用去一半氧气，温度降为，试问此时氧气的表压力为多少（当地大气压力）答案 4.某锅炉每小时燃煤需要的空气量折合表准状况时为。鼓风机实际送入的热空气温度为，表压力为，当地大气压为，求实际送风量。解 由得5.某理想气体比热比，定压比热容，求该气体的摩尔质量。解 由及得 6.在容积为的封闭容器内装有氧气，其压力为，温度为，问应加
10、入多少热量可使氧气温度上升到？(1)按定值比热容计算；(2)按平均比热容计算。解 （1）（2）查得 7.摩尔质量为的某理想气体，在定容下由，加热到，若热力学能变化为，问焓变化了多少？ 答案8.将氮气由定压加热到，分别用定值比热容，平均比热容（表）计算其热力学能和焓的变化。 用定值比热容计算用平均比热容计算 9. 的，由膨胀到，试利用定值比热容求其热力学能、焓和熵的变化。解 10. 在体积为的钢性容器内装有氮气。初态表压力为，温度为，问应加入多少热量才可使氮气的温度上升到？其焓值变化是多少？大气压力为。(1)按定值比热容计算；(2)按真实比热容的多项式计算；(3)按平均比热容表计算；(4)按平均
11、比热容的直线关系式计算。解 （1）（2）查得 （3）查得 （4）查得 11. 某氢冷却发电机的氢气入口参数为，出口参数为。若每分钟入口处体积流量为，试求氢气经过发电机后的热力学能增量、焓增量和熵增量。设大气压力为。(1)按定值比热容计算；(2)按平均比热容直线关系式计算。解 （1） 按定值比热 （2）按平均比热容的直线关系式 12. 利用内燃机排气加热水的余热加热器中，进入加热器的排气（按空气处理）温度为，出口温度为。不计流经加热器的排气压力变化，试求排气经过加热器的比热力学能变化，比焓变化和比熵的变化。(1)按定值比热容计算；(2)按平均比热容（表）计算。答案（1） （2） 13. 进入气轮
12、机的空气状态为，绝热膨胀到，略去动能、位能变化，并设大气温度为，试求：(1)每千克空气通过气轮机输出的轴功；(2)过程的熵产及有效能损失，并表示在图上；(3)过程可逆膨胀到输出的轴功。解 （1） （2） 熵产及有效能损失如图3-36中阴影面积所示。 （3） 14.由氧气、氮气和二氧化碳组成的混合气体，各组元的摩尔数为 试求混合气体的体积分数、质量分数和在时的比体积。 解15.试证明：对于理想气体的绝热过程，若比热容为定值，则无论过程是否可逆，恒有 式中：和分别为过程初终态的温度。证明 对于理想气体的绝热过程，有 又 得 故 证毕第四章 理想气体的热力过程1. 某理想气体初温，质量为，经可逆定容过程，其热力学能变化为，求过程功、过程热量以及熵的变化。设气体，并假定比热容为定值。解 由得2. 一氧化碳的初态为。定压冷却到。试计算的一氧化碳在冷却过程中的热力学能和焓的变化量，以及对外放出的热量。比热容取定值。答案 3. 氧气由被定温压缩至。(1)试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功；(2)若按绝热过程压缩，初态与终态与上述相同，试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功；(3)将它们表示在同一副图和图上，试在图上比较两者的耗功。解 （1）（2）（3）两过程在图和图上的表示分别
