工程热力学（第四版）严家禄编著第一章基本概念思考题：2、4 习题布置：1-4、1-62、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系答：平衡（状态）值的是热力系在没有外界作用（意即热力、系与外界没有能、质交换， 但不排除有恒定的外场如重力场作用）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热力系在没有 外界作用时的时间特征-与时间无关所以两者是不同的如对气-液两相平衡的状态，尽管 气-液两相的温度，压力都相同，但两者的密度差别很大，是非均匀系反之，均匀系也不 一定处于平衡态但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”又可能是统一的如对于处于平衡状态下 的单相流体（气体或者液体）如果忽略重力的影响，又没有其他外场（电、磁场等）作用， 那么内部各处的各种性质都是均匀一致的4、“过程量”和“状态量”有什么不同？答：状态量是热力状态的单值函数，其数学特性是点函数，状态量的微分可以改成全微 分，这个全微分的循环积分恒为零；而过程量不是热力状态的单值函数，即使在初、终态完 全相同的情况下，过程量的大小与其中间经历的具体路径有关，过程量的微分不能写成全微 分因此它的循环积分不是零而是一个确定的数值习题答案：1- 4用斜管式压力计测量锅炉管道中烟气的真空度。
管子的倾角Q二30压力计中使用密图 1-13度为800Kg/m3的煤油倾管中液柱长度为l=200mm当时大气压力B=745mmHg,问烟气 的真空度为多少毫米汞柱？绝对压力为多少毫米汞柱？［解］： （1） 根据式（1-6）式有Pv = p glsin30800 x 9.80665x 0.2 x 0.5=784.5Pa=80mmH O2(2) 根据(1-5)式有P = B - P = 745 - 784.5 x 750062 x 10-3 v= 739.12mHg图 1-14*此题目的练习真空度，绝对压力，表压之间的关系及压力单位之 间的换算关系1-6有一容器，内装隔板，将容器分成A、B两部分（图1-14） 容器两部分中装有不同压力的气体，并在A的不同部位安装了两个刻度为不同压力单位的压力表已测得1、2两个压力表的表压依次为 9.82 at 和 4.24 atm 当时大气压力为745 mmHg试求A、B二部分中气体的绝对压力（单位用MPa）［解］：p = p + p = 745mmHg x133.3324 x10-6 MPa + 9.82at x 0.098065MPaA b g 1=0.0983MPa + 0.963MPa = 1.0623MPaP = P + PA g 2 B:.P = P — P = 1.0623MPa — 4.24 atm x 0.10325 MPB A g 2=0.6327MPa第二章热力学第一定律思考题：2 习题布置：2-4、 2-7、 2-8、 2-102. 如果将能量方程写为8q = du + pdv或 8q = dh — vdp那么它们的适用范围如何？答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。
因为u = h— pv，du =d（h— pv）=dh— pdv — vdp 对闭口系将 du 代入第一式得s q = dh — pdv — vdp + pdv 即s q = dh — vdp习题答案：2- 4有一闭口系，从状态1经过a变化到状态2 （图2-14）；又从状态2经过b回到状态1；再从状 态1经过c变化到状态2在这三个过程中，热量和功的某些值已知（如下表中所列数值）某 些值未知（表中空白）试确定这些未知值过程热量Q / kJ膨胀功W / kJ1-a-210（7）2-b-1—7—41-c-2（11）8［解］ ：关键在于确定过程 1－2的热力学能变化，再根据热力学能变化的绝对值不随过程而变，对三个过程而言是相同的，所不同的只是符号有正、负之差，进而则逐过程所缺值可求根据闭口系能量方程的积分形式：Q=AU+W2—b—1: AU = Q — W = —7 — (—4) = —3kJ1—a—2： W = Q — AU = 10 — 3 = 7kJ l—c—2： Q 二 AU + W 二 3 + 8 二 llkJ 将所得各值填入上表空中即可此题可以看出几点：1、不同热力过程，闭口系的热量 Q 和功 W 是不同的，说明热量与功是与过程有关的物 理量。
2、热力学能是不随过程变化的，只与热力状态有关2-7已知汽轮机中蒸汽的流fiqm=40 t/h；汽轮机进口蒸汽焓人=3 442 kJ/kg；出口蒸汽焓h=2448 kJ/kg，试计算汽轮机的功率(不考虑汽轮机的散热以及进、出口气流的动能差和位能差) 如果考虑到汽轮机每小时散失热量0.5x 106 kJ,进口流速为70 m/s，出口流速为120 m/s， 进口比出口高1.6 m,那么汽轮机的功率又是多少？［解］ ：1)不考虑汽轮机散热以及进出口气流的动能差和位能差时，如右下图因为 q = 0, AC 2/2 = 0, Azg = 0根据开口系稳定流动的能量方程， (2-11)式，汽轮机对外作的功等于蒸汽经过汽轮机后的焓 降：W = —Ah = h 一 h = 3442 一 2448 = 994kJ / kgsh 1 2汽轮机功 P = W • m = 994 x 40 x 103/3600 = 11044.44 kWsh2)考虑汽轮机散热以及进出口气流的动能和位能差时，每kg蒸汽的散热量q =纟散=5 x 105 = 12.5kJ / kg• 40 x103mAC 2根据(2-11)式有：一 q = Ah + + Azg + W2 shmhc zW =?shP=?蒸汽作功W = h — h — q — -(C2 — C2) — (z — z )gsh 1 2 2 2 1 1 2W = 3442 — 2448 — (120 — 702)/(2 x 103) +1.6 x 9.81/103 —12.5 = 976.76J/kg sh功率 p = W • m = 976.76 x 40 x 103 /3600 = 10852.95 kWsh各种损失及所占比例：汽轮机散热损失:12.5kJ/kg占12.5/994 = 1.26%h2Wsh=?P=?蒸汽的进出动能差：12 x 103(1202 — 702) = 4.75kJ / kg 占 4.75/994 = 0.48%蒸汽的进出位能差：1.6x9.81/103 = 0.0156J/kg 占0.0156/994 = 0.002%三项合计17.2656kJ/kg占1.74%不超过百分之二，一般计算不考虑这三个因素也是足够精确的。
※此题的目的练习使用开口系稳定流动的能量方程及其在汽轮机功率计算中的应用和汽轮 机有关损失的大致的数量级2-8 —汽车以45km/h的速度行驶，每小时耗油34.1 x 10-3m3已知汽油的密度为0.75g/cm3, 汽油的发热量为44000kJ/kg，通过车轮输出的功率为87PS试求每小时通过排气及水箱散出 的总热量［解］：根据能量平衡，汽车所消耗的汽油所发出的热量等于其车轮轴输出的功率和通过排汽 和水箱散出的热量之和，即有：Q = Q - P散 汽油 sh=3.41 x 10-3 x 0.75 x 10-3 x 44000 - 87 x 612.415 x 4.1868=11253000 - 230358.18 = 894941.82kJ / h ※此题目练习能量平衡及能量单位的换算2-10 某蒸汽循环12341，各过程中的热量、技术功及焓的变化有的已知（如下表中所列数值）， 有的未知（表中空白）试确定这些未知值，并计算循环的净功“°和净热量％过程q / (kJ/kg)叫 / (kJ/kg)△h/ (kJ/kg)1-20182-303-40-11424-10-2094［答案］：过程 1 — 2 Wt = —18kJ/kg 过程 2—3 q = 3218 kJ/kg AH = 3218 kJ/kg过程 3—4 Wt = 1142kJ/kg 过程 4 — 1 q = — 2094kJ/kgW = q = 1124 kJ/kg00第三章 气体的热力性质和热力过程3- 4汽油发动机吸入空气和汽油蒸气的混合物，其压力为0.095 MPa。
混合物中汽油的质 量分数为6%,汽油的摩尔质量为114 g/mol试求混合气体的平均摩尔质量、气体常数及 汽油蒸气的分压力［解］： 由混合气体平均分子量公式（3-20）式可得：g / M + g / M1122(1-g 2)/M1 + g 2/M 2(1 - 0.006) / 28.965 + 0.06 /114=30.3221mix=8314.41/ 30.3221 = 274.203 J /(kg • K)mix汽油蒸汽=y x Pmixg / M + g / M1122xPmix0.06/1140.94/28.965 + 0.06/114x 0.095 = 0.0015MPa3-5 50 kg废气和75 kg空气混合已知:废气的质量分数为 w = 14%， w = 6%， w = 5%， wN = 75%CO2 O2 HO2 N2空气的质量分数为 w =23.2%， w = 76.8%O2 N2求混合气体的：(1) 质量分数；(2) 平均摩尔质量；(3) 气体常数 ［解］：(1) 混合气体的质量成分可由(3-11)式求得：gmix(CO2)Emigmix (O2 )xm°2° iEmig x mCO 气“气+ m空气0.14 x 507 = 0.05650 + 75 1250.06 x 50+0.232 x 75 = o.i632125gmix(H2O)gH2O "气== 0.02125gmix(N2)Emi0.75 x STS x 75 = o.76o8125(2) 混合气体的平均分子量可由(3-20)式求得M = = = 28.8697Eg /M 0.056/44.011 + 0.1632/32.00 + 0.02/18.016 + 0.7608/ 28.016ii(3)混合气体的气体常数可由(3-21)式求得：RR = m—mix Mmix8314.41 = 287.0037 J /(kg • K)28.86973-7定比热容理想气体，进行了 1口2、4D3两个定容过程以及1口4、2口3两个定压过程(图3-18)。
试证明：％23〉兔43［证明］：方法1)把P-V图上过程移到T-S图上就容易证明了如图 3-11 所示，可见q = area123ba1 = areaA123q = area(143ba1) = area( B)因为所以面积 A > 面积 Bq123>q143方法 2)由图 3-11 可知q = q + q = q + q = u 一 u + h 一 h123 12 23 v12 p 23 2 1 3 2=C。