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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227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：5.一容器被
2、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,试导出：
4、 （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。此过程是膨胀过程还是压缩过程?
5、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12512928581631713（8)21418117表中括号内的数为答案。过程序号125-12(-46)9（37)28（8）（74）58-163（38）17-13（8)2141811（-22）7(29）6.如图所示,某封闭系统沿途径由状态
6、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。若不计其它力，求因刹车而产生的热量. 。9。某蒸汽
7、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:，；，.设在压缩过程中每氮气热力学能增加，同时向外放出热量。
8、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，压力达到时发门开启,压力降到时关闭。若由于外界
9、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，问应加入多少热量可使氧气温度上升到？(1)按定值比
10、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)按平均比热容的直线关系式计算。解（1)（2）查得 （3）
11、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，
12、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336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
13、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如图337（a）和3-37(b）所示。图中过程线为定温过程，为绝热过程线。从图中可以看到，绝热过程耗功比定温过程耗功多出曲边三角形面积.4。使将满足以下要求的理想气体多变过程在和图上表示出来（先画出4个基本热力过程):(1）气体受压缩、升温和放热；(2）气体的多变指数,膨胀；(3)气体受压缩、降温又降压；（4)气体的多变指数，受压缩；(5）气体膨胀、将压且放热。答案 如图338（a）和图338（b）所示的图和图上，11,1-2，1-3，1-4和1-5分别为满足(1），(2），（3)，(4）和(5）要求的多变过程线.5.柴油机汽缸吸入温度的空气，经可逆绝热压缩。空气的温度等于燃料的着火温度.若燃料的着火温度为,问空气应被压缩到多大的体积？答案6。有空气,初态为，分别经下列三种可逆过程膨胀到，试将各过程画在图和图上，并求各过
