工程热力学课后答案 英文版 电子工业出版社
1-11 A barometer is used to measure the height of a building by recording reading at the bottom and at the top of the building. The height of the building is to be determined. Assumptions The variation of air density with altitude is negligible.
Properties The density of air is given to be ρ = 1.18 kg/m 3
density of mercury is 13,600 kg/m 3
.
Analysis building are
kPa
100.70N/m 1000kPa
1m/s kg 1N
1m) )(0.755m/s )(9.807kg/m (13,600)(kPa
97.36m/s kg 1N
1m) )(0.730m/s )(9.807kg/m (13,600)(2223bottom
bottom 223top
top =???
?
??????
???===????
???==h g P h g ρP ρ
Taking an air column between the top and the bottom of the building and writing a force balance per unit base area, we obtain
kPa 97.36)(100.70N/m 1000kPa 1m/s kg 1N
1))(m/s )(9.807kg/m (1.18)(/222
3
top
bottom air top
bottom air -=???
?
??????
?
??-=-=h P P gh P P A W ρ
It yields h = 288.6 m
which is also the height of the building.
1-21 The air pressure in a duct is measured by an inclined manometer. For a given vertical level difference, the gage pressure in the duct and the length of the differential fluid column are to be determined.
Assumptions The manometer fluid is an incompressible substance.
Properties The density of the liquid is given to be ρ = 0.81 kg/L = 810 kg/m 3. Analysis The gage pressure in the duct is determined from
Pa
636=???
?
?
?????
???==-=2223atm abs gage N/m 1Pa
1m/s kg 1N
1m) )(0.08m/s )(9.81kg/m (810gh
P P P ρ The length of the differential fluid column is
730 mmHg
cm 13.9=?==35sin /)cm 8(sin /θh L
Discussion Note that the length of the differential fluid column is extended considerably by inclining the manometer arm for better readability.
2-4 No. This is the case for adiabatic systems only.
2-6 A classroom is to be air-conditioned using window air-conditioning units. The cooling load is due to people, lights, and heat transfer through the walls and the windows. The number of 5-kW window air conditioning units required is to be determined.
Assumptions There are no heat dissipating equipment (such as computers, TVs, or ranges) in the room. Analysis The total cooling load of the room is determined from
Q Q Q Q cooling lights people heat gain =++
where
Q Q Q lights people heat gain 10100W 1kW
40360kJ /h 4kW 15,000kJ /h 4.17kW
=?==?=== Substituting,
.Q cooling 9.17kW =++=14417
Thus the number of air-conditioning units required is units 2?→?=1.83kW/unit 5kW
9.17
2-18 The flow of air through a flow channel is considered. The diameter of the wind channel downstream from the rotor and the power produced by the windmill are to be determined. Analysis The specific volume of the air is
/k g m 8409.0k P a
100K) K)(293
/kg m kP a 287.0(33=??==P RT v The diameter of the wind channel downstream from the rotor is
m 7.38===?→?=?→?=m/s
9m/s
10m) 7()4/()4/(211
22
2
21212211V V D D V D V D V A V A ππ The mass flow rate through the wind mill is
cool
·
kg/s 7.457/kg)
m 4(0.8409m/s)
(10m) 7(3
21
1==
=πv
V A m
The power produced is then
kW 4.35=??
?
??-=-=22222221/s m 1000kJ/kg 12
)m/s 9()m/s 10(kg/s)
7.457(2V V m W 2-19 The available head, flow rate, and efficiency of a hydroelectric turbine are given. The electric power output is to be determined.
Assumptions 1 The flow is steady. 2 Water levels at the reservoir and the discharge site remain constant. 3 Frictional losses in piping are negligible. Properties We take the density of water to be
ρ = 1000 kg/m 3 = 1 kg/L.
Analysis The total mechanical energy the water in a dam possesses is equivalent to the potential energy of water at the free surface of the dam (relative to free surface of discharge water), and it can be converted to work entirely. Therefore, the power potential of water is its potential energy,
which is gz per unit mass, and gz m for a given mass flow rate.
kJ/kg 177
.1/s m 1000
kJ/kg 1m ) 120)(m /s (9.81222mech =??? ??===gz pe e The mass flow rate is
kg/s ,000100/s)m 0)(10kg/m 1000(33===V ρm
Then the maximum and actual electric power generation become
MW 7.117kJ/s 1000MW 1kJ/kg) 7kg/s)(1.17 000,100(mech mech max =??
? ??===e m
E W
MW 94.2===MW) 7.117
(80.0max overall electric W W η Discussion Note that the power generation would increase by more than 1 MW for each percentage point improvement in the efficiency of the turbine –generator unit.
3-9 A rigid container that is filled with R-134a is heated. The temperature and total enthalpy are to be determined at the initial and final states.
Analysis This is a constant volume process. The specific volume is
/kg m 0014.0kg
10m 014.033
21====m V
v v
R-134a 300 kPa 10 kg
The initial state is determined to be a mixture, and thus the temperature is the saturation temperature at the given pressure. From Table A-12 by interpolation C 0.61?==kPa 300 @sat 1T T
and
kJ/kg
52.54)13.198)(009321.0(67.52009321
.0/kg
m )0007736.0067978.0(/kg m )0007736.00014.0(113
3
11=+=+==--=
-=
fg f fg
f h x h h x v v v
The total enthalpy is then
kJ 545.2===)kJ/kg 52.54)(kg 10(11mh H
The final state is also saturated mixture. Repeating the calculations at this state,
C 21.55?==kPa 600 @sat 2T T
kJ/kg
64.84)90.180)(01733.0(51.8101733
.0/kg
m )0008199.0034295.0(/kg m )0008199.00014.0(223322=+=+==--=
-=
fg f fg
f h x h h x v v v
kJ 846.4===)kJ/kg 64.84)(kg 10(22mh H
3-22 rigid tank contains an ideal gas at a specified state. The final temperature is to be determined for two different processes.
Analysis (a ) The first case is a constant volume process. When half of the gas is withdrawn from the tank, the final temperature may be determined from the ideal gas relation as
()K 400=??
? ??==
K) 600(kP a 300kP a 1002112212T P P m m T (b ) The second case is a constant volume and constant mass process. The ideal gas relation for this case yields kPa 200=??
? ??==kP a) 300(K 600K 4001122P T T P
3-32 Complete the following table for H 2 O :
P , kPa T , ?C v , m 3 / kg
u , kJ/kg Phase description 200 30 0.001004 125.71 Compressed liquid 270.3
130
-
-
Insufficient information
v
200 400 1.5493 2967.2 Superheated steam 300
133.52
0.500
2196.4
Saturated mixture, x=0.825
500 473.1 0.6858 3084 Superheated steam
4-14 Oxygen is heated to experience a specified temperature change. The heat transfer is to be determined for two cases.
Assumptions 1 Oxygen is an ideal gas since it is at a high temperature and low pressure relative to its critical point values of 154.8 K and 5.08 MPa. 2 The kinetic and potential energy changes are negligible, 0pe ke ????. 3 Constant specific heats can be used for oxygen.
Properties The specific heats of oxygen at the average temperature of (25+300)/2=162.5?C=436 K are c p = 0.952 kJ/kg ?K and c v = 0.692 kJ/kg ?K (Table A-2b ).
Analysis We take the oxygen as the system. This is a closed system since no mass crosses the boundaries of the system. The energy balance for a constant-volume process can be expressed as
)
(12in energies
etc. potential, kinetic, internal,in Change system mass
and work,heat,by nsfer energy tra Net out in T T mc U Q E E E -=?=?=
-v
The energy balance during a constant-pressure process (such as in a piston-cylinder device) can be expressed as
)
(12in out ,in out ,in energies
etc. potential, kinetic, internal,in Change system mass
and work,heat,by nsfer energy tra Net out
in T T mc H Q U W Q U
W Q E E E p b b -=?=?+=?=-?=
-
since ?U + W b = ?H during a constant pressure quasi-equilibrium process. Substituting for both cases, kJ 190.3=-?=-==K )25K)(300kJ/kg 692.0(kg) 1()(12const in,T T mc Q v V
kJ 261.8=-?=-==K )25K)(300kJ/kg 952.0(kg) 1()(12const in,T T mc Q p P
4-25 A rigid tank filled with air is connected to a cylinder with zero clearance. The valve is opened, and air is allowed to flow into the cylinder. The temperature is maintained at 30?C at all times. The amount of heat transfer with the surroundings is to be determined.
Assumptions 1 Air is an ideal gas. 2 The kinetic and potential energy changes are negligible,
??ke pe ??0. 3 There are no work interactions involved other than the boundary work. Properties The gas constant of air is R = 0.287 kPa.m 3/kg.K (Table A-1).
Analysis We take the entire air in the tank and the cylinder to be the system. This is a closed system since no mass crosses the boundary of the system. The energy balance for this closed system can be expressed as
out
b,in 12out b,in energies
etc. potential, kinetic,
internal,in Change system mass
and work,heat,by nsfer energy tra Net out in 0)(W Q u u m U W Q E E E ==-=?=-?=
-
since u = u (T ) for ideal gases, and thus u 2 = u 1 when T 1 = T 2 . The initial volume of air is
33112212222111
m 0.80)m (0.41kP a
200kP a 400=??==?→?=V V V V T T P P T P T P The pressure at the piston face always remains constant at 200 kPa. Thus the boundary work done during this process is
kJ 80m kPa 1kJ 10.4)m kPa)(0.8 (200)( 31222
1
out b,=???
?
???-=-==
?
V V V P d P W Therefore, the heat transfer is determined from the energy balance to be
kJ 80==in out b,Q W
4-27 An insulated cylinder is divided into two parts. One side of the cylinder contains N 2 gas and the other side contains He gas at different states. The final equilibrium temperature in the cylinder when thermal equilibrium is established is to be determined for the cases of the piston being fixed and moving freely.
Assumptions 1 Both N 2 and He are ideal gases with constant specific heats. 2 The energy stored in the container itself is negligible. 3 The cylinder is well-insulated and thus heat transfer is negligible. Properties The gas constants and the constant volume specific heats are R = 0.2968 kPa.m 3/kg.K is c v = 0.743 kJ/kg·°C for N 2, and R = 2.0769 kPa.m 3/kg.K is c v = 3.1156 kJ/kg·°C for He (Tables A-1 and A-2)
Analysis The mass of each gas in the cylinder is
()()
()
()()()()()kg
0.808K 298K /kg m kPa 2.0769m 1kPa 500kg 4.77K 353K /kg m kPa 0.2968m 1kPa 5003
3
He
111He
33N 111N 22
=??=
?
??? ??==??=???? ??=RT P m RT P m V V
Taking the entire contents of the cylinder as our system, the 1st law relation can be written as
()()He
12N 12He
N energies
etc. potential, kinetic, internal,in Change system mass
and work,heat,by nsfer energy tra Net out in )]([)]([0022T T mc T T mc U U U E E E -+-=?+?=?=?=
-v v
Substituting,
()()()()()()
0C 25C kJ/kg 3.1156kg 0.808C 80C kJ/kg 0.743kg 4.77=?-??+?-?f f
T T
It gives
T f = 57.2?C
where T f is the final equilibrium temperature in the cylinder.
The answer would be the same if the piston were not free to move since it would effect only pressure, and not the specific heats.
Discussion Using the relation P V = NR u T , it can be shown that the total number of moles in the cylinder is 0.170 + 0.202 = 0.372 kmol, and the final pressure is 510.6 kPa.
6-9 An inventor claims to have developed a heat engine. The inventor reports temperature, heat transfer, and work output measurements. The claim is to be evaluated.
Analysis The highest thermal efficiency a heat engine operating between two specified temperature limits can have is the Carnot efficiency, which is determined from
42%or 42.0K
500K 29011C th,max th,=-=-
==H L T T ηη The actual thermal efficiency of the heat engine in question is
42.9%or 0.429kJ
700kJ
300net th ===
H Q W η which is greater than the maximum possible thermal efficiency. Therefore, this heat engine is a PMM2 and the claim is false .
6-11 A heat pump maintains a house at a specified temperature. The rate of heat loss of the house and the power consumption of the heat pump are given. It is to be determined if this heat pump can do the job.
Assumptions The heat pump operates steadily.
Analysis The power input to a heat pump will be a minimum when the heat pump operates in a reversible manner. The coefficient of performance of a reversible heat pump depends on the temperature limits in the cycle only, and is determined from ()()()
14.75K 27322/K 273211
/11COP rev HP,=++-=-=
H L T T
The required power input to this reversible heat pump is determined from the definition of the coefficient of performance to be
kW 2.07=???
? ??==
s 3600h 114.75kJ/h 110,000COP HP min in,net,H Q W This heat pump is powerful enough since 5 kW > 2.07 kW.
7-8A reversible heat pump with specified reservoir temperatures is considered. The entropy change of two reservoirs is to be calculated and it is to be determined if this heat pump satisfies the increase in entropy principle.
Assumptions The heat pump operates steadily. Analysis Since the heat pump is completely reversible, the combination of the coefficient of performance expression, first Law, and thermodynamic temperature scale gives
73.26)
K 294/()K 283(11
/11COP rev HP,=-=-=
H
L T T The power required to drive this heat pump, according to the coefficient of performance, is then
kW 741.326.73
kW 100COP rev HP,in net,===
H
Q W
According to the first law, the rate at which heat is removed from the low-temperature energy reservoir is
kW 26.96kW 741.3kW 100
in net,=-=-=W Q Q H L The rate at which the entropy of the high temperature reservoir changes, according to the definition of the entropy, is
kW/K 0.340===?K
294kW 100H H
H
T Q S and that of the low-temperature reservoir is
kW/K 0.340-=-==?K
283kW 26.96L L L T Q S The net rate of entropy change of everything in this system is
kW/K 0=-=?+?=?340.0340.0total L H S S S
as it must be since the heat pump is completely reversible.
net
7-11 Steam is expanded in an isentropic turbine. The work produced is to be determined. Assumptions 1 This is a steady-flow process since there is no change with time. 2 The process is isentropic (i.e., reversible-adiabatic).
Analysis There is one inlet and two exits. We take the turbine as the system, which is a control volume since mass crosses the boundary. The energy balance for this steady-flow system can be expressed in the rate form as
o u t
in energies
etc. potential, kinetic, internal,in change of Rate (steady) 0system
mass
and work,heat,by nsfer energy tra net of Rate out in 0
E E E E E
==?=
-
332211out out
332211h m h m h m W W h m h m h m --=++=
From a mass balance,
kg/s 75.4)kg/s 5)(95.0(95.0kg/s 25.0)kg/s 5)(05.0(05.01312======m m
m m
Noting that the expansion process is isentropic, the enthalpies at three states are determined as follows:
6)-A (Table K
kJ/kg 6953.7kJ/kg
4.2682
C 100 kPa 503333 ?==????==s h T P 6)-A (Table kJ/kg 3.3979
K kJ/kg 6953.7 MPa 41311=???
?===h s s P 6)-A (Table kJ/kg 1.3309
K kJ/kg 6953.7 kPa 7002322=?
??
?===h s s P Substituting,
kW
6328=--=--=kJ/kg) .4kg/s)(2682 75.4(kJ/kg) .1kg/s)(3309 25.0(kJ/kg) .3kg/s)(3979 5(332211out
h m h m h m W
7-13 The entropy change relations of an ideal gas simplify to
?s = c p ln(T 2/T 1) for a constant pressure process
and ?s = c v ln(T 2/T 1) for a constant volume process.
Noting that c p > c v , the entropy change will be larger for a constant pressure process.
7-22 Air is compressed in a piston-cylinder device. It is to be determined if this process is possible.
Assumptions 1 Changes in the kinetic and potential energies are negligible. 4 Air is an ideal gas with constant specific heats. 3 The compression process is reversible.
Properties The properties of air at room temperature are R = 0.287 kPa ?m 3/kg ?K, c p = 1.005 kJ/kg ?K (Table A-2a).
Analysis We take the contents of the cylinder as the system. This is a closed system since no mass enters or leaves. The energy balance for this stationary closed system can be expressed as
in
,out 12out in ,12out in ,12out in ,energies
etc. potential, kinetic, internal,in Change system mass
and work,heat,by nsfer energy tra Net out in )
(since 0)( )(b b p b b W Q T T Q W T T mc Q W u u m U Q W E E E ===--=--=?=-?=
-
The work input for this isothermal, reversible process is
kJ/kg 8.897kP a
100kP a 250K)ln K)(300kJ/kg 287.0(ln
12in =?==P P RT w That is,
kJ/kg 8.897in out ==w q
The entropy change of air during this isothermal process is
K kJ/kg 0.2630kP a
100kP a
250K)ln kJ/kg 287.0(ln ln ln
121212air ?-=?-=-=-=?P P R P P R T T c s p The entropy change of the reservoir is
K kJ/kg 0.2630K
300kJ/kg 89.78R R ?===
?R T q s Note that the sign of heat transfer is taken with respect to the reservoir. The total entropy change (i.e., entropy generation) is the sum of the entropy changes of air and the reservoir:
K kJ/kg 0?=+-=?+?=?2630.02630.0R air total s s s
Not only this process is possible but also completely reversible.
8-1 The four processes of an air-standard cycle are described. The cycle is to be shown on P-v and T-s diagrams, and the maximum temperature in the cycle and the thermal efficiency are to be determined.
Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats.
Properties The properties of air at room temperature are c p = 1.005 kJ/kg.K, c v = 0.718 kJ/kg·K, and k = 1.4 (Table A-2).
Analysis (b ) From the ideal gas isentropic relations and energy balance,
()()K 579.2k P a 100k P a
1000K 3000.4/1.4
/11212=???
? ??=???
? ??=-k
k P P T T
Heat
v
()
()()K
3360==?→?-?=-=-=3max 32323in 579.2K kJ/kg 1.005kJ/kg 2800T T T T T c h h q p
(c )
()K 336K 3360kP a
1000kP a
1003344444333==
=?→?=T P P T T P T P v v ()()
()()
()()()()21.0%
=-=-==-?+-?=-+-=-+-=+=k J /k g
2800k J /k g 221211k J /k g
2212K 300336K k J /k g 1.005K 3363360K k J /k g 0.718in out th
14431443out 41,out 34,out q q T T c T T c h h u u q q q p ηv
Discussion The assumption of constant specific heats at room temperature is not realistic in this case the temperature changes involved are too large.
8-5 An ideal Otto cycle with air as the working fluid has a compression ratio of 9.5. The highest pressure and temperature in the cycle, the amount of heat transferred, the thermal efficiency, and the mean effective pressure are to be determined.
Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats.
Properties The properties of air at room temperature are c p = 1.005 kJ/kg·K, c v = 0.718 kJ/kg·K, R = 0.287 kJ/kg·K, and k = 1.4 (Table A-2). Analysis (a ) Process 1-2: isentropic compression.
()()
()()kP a 2338kP a 100K 308K 757.99.5K
757.99.5K 3081122121112220.4
1
21
12=????
??==?→?===???
? ??=-P T T P T P T P T T k v v v v v
v
Process 3-4: isentropic expansion.
()()K 1969==???
? ??=-0.41
3
4439.5K 800k T T v
v
Process 2-3: v = constant heat addition.
()kPa 6072=???
?
??==?→?=kPa 2338K 757.9K 19692233222333P T T P T P T P v v (b ) ()(
)
(
)
()
kg 10788.6K 308K /kg m kPa 0.287m 0.0006kPa 100433
111-?=??==RT P m V v
s
()()()
()()kJ
0.590=-??=-=-=-K 757.91969K kJ/kg 0.718kg 106.78842323in T T mc u u m Q v
(c) Process 4-1: v = constant heat rejection.
()()
()()kJ
0.2 40K 308800K kJ/kg 0.718kg 106.788)(41414out =-??-=-=-=-T T mc u u m Q v kJ 0.350240.0590.0out in net =-=-=Q Q W
59.4%==
=
kJ
0.590kJ
0.350in
out net,th Q W η
(d ) (
)
()kPa 652=???
?
???-=-=-==
=kJ
m kPa 1/9.51m 0.0006kJ
0.350)/11(MEP 3
31out
net,21out
net,max 2min r W W r
V V V V V V
8-7 An ideal diesel cycle has a a cutoff ratio of 1.2. The power produced is to be determined.
Assumptions 1 The air-standard assumptions are applicable. 2 Kinetic and potential energy changes are negligible. 3 Air is an ideal gas with constant specific heats.
Properties The properties of air at room temperature are c p = 1.005 kJ/kg·K, c v = 0.718 kJ/kg·K, R = 0.287 kJ/kg·K, and k = 1.4 (Table A-2a). Analysis The specific volume of the air at the start of the compression is
/kg m 8701.0kPa
95K)
288)(K /kg m kPa 287.0(33111=??==P RT v
The total air mass taken by all 8 cylinders when they are charged is kg 008665.0/kg
m 8701.0m)/4 12.0(m) 10.0()8(4
/3212cyl 1
cyl
===?=ππv v V
S B N N m
The rate at which air is processed by the engine is determined from
kg/s 1155.0rev/cycle
2rev/s) 1600/60kg/cycle)( (0.008665rev ===N n
m m
since there are two revolutions per cycle in a four-stroke engine. The compression ratio is
2005
.01
==
r At the end of the compression, the air temperature is
()K 6.95420K) 288(14.1112===--k r T T
out
Application of the first law and work integral to the constant pressure heat addition gives
kJ/kg 1325K )6.9542273)(K kJ/kg 005.1()(23in =-?=-=T T c q p
while the thermal efficiency is
6867.0)12.1(4.11
2.120
11)1(1114.111.41
th =---=---
=--c k c k r k r r η
The power produced by this engine is then
kW
105.1====kJ/kg) 67)(1325kg/s)(0.68 (0.1155in th net net
q m w m W η
8-12 An aircraft engine operates as a simple ideal Brayton cycle with air as the working fluid. The pressure ratio and the rate of heat input are given. The net power and the thermal efficiency are to be determined.
Assumptions 1 Steady operating conditions exist. 2 The air-standard assumptions are applicable. 3 Kinetic and potential energy changes are negligible. 4 Air is an ideal gas with constant specific heats. Properties The properties of air at room temperature are c p = 1.005 kJ/kg·K and k = 1.4 (Table A-2a).
Analysis For the isentropic compression process,
K .1527K)(10) 273(0.4/1.4/)1(12===-k
k p r T T
The heat addition is
kJ/kg 500kg/s
1kW 500in in
===m Q q
Applying the first law to the heat addition process,
K 1025K
kJ/kg 1.005kJ/kg
500K 1.527)
(in 2323in =?+=+
=-=p p c q T T T T c q The temperature at the exit of the turbine is
K 9.530101K) 1025(1
0.4/1.4
/)1(34=?
?
?
??=???
?
??=-k
k p r T T
Applying the first law to the adiabatic turbine and the compressor produce
s
kJ/kg 6.496K )9.5301025)(K kJ/kg 1.005()(43T =-?=-=T T c w p
kJ/kg 4.255K )2731.527)(K kJ/kg 1.005()(12C =-?=-=T T c w p
The net power produced by the engine is then
kW 241.2=-=-=kJ/kg )4.2556kg/s)(496. 1()(C T net
w w m W Finally the thermal efficiency is
0.482===kW 500kW
241.2in
net th
Q W η
工程热力学期末试卷及答案
页脚内容1
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1 n c n κ - = - R =，代入上式得 页脚内容3
页脚内容4
页脚内容 6 及内能的变化，并画出p-v 图，比较两种压缩过程功量的大小。（空气： p c =1.004kJ/(kgK)，R=0.287kJ/(kgK)）（20分） 2．某热机在T1=1800K 和T2=450K 的热源间进行卡诺循环，若工质从热源吸热1000KJ ，试计算：（A ）循环的最大功？（B ）如果工质在吸热过程中与高温热源的温差为100K ，在过程中与低温热源的温差为50K ，则该热量中能转变为多少功？热效率是多少？（C ）如果循环过程中，不仅存在传热温差，并由于摩擦使循环功减小10KJ ，则热机的热效率是多少？（14分） 3．已知气体燃烧产物的cp=1.089kJ/kg ·K 和k=1.36，并以流量m=45kg/s 流经一喷管，进口p1=1bar 、T1=1100K 、c1=1800m/s 。喷管出口气体的压力p2=0.343bar ，喷管的流量系数cd=0.96；喷管效率为 =0.88。求合适的喉部截 面积、喷管出口的截面积和出口温度。（空气：p c =1.004kJ/(kgK)， R=0.287kJ/(kgK)）（20分） 一．是非题（10分） 1、√ 2、√ 3、× 4、× 5、√ 6、× 7、× 8、√ 9、×10、√ 二．选择题（10分） 1、B2、C3、B4、B5、A 三．填空题（10分） 1、功W;内能U 2、定温变化过程，定熵变化 3、小，大，0 4、对数曲线，对数曲线 5、 a kpv kRT ==， c M a = 四、名词解释（每题2分，共8分） 孤立系统：系统与外界之间不发生任何能量传递和物质交换的系统。 焓：为简化计算，将流动工质传递的总能量中，取决于工质的热力状态的那部分能量，写在一起，引入一新的物理量，称为焓。 热力学第二定律：克劳修斯(Clausius)说法：不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。开尔文一浦朗克(Kelvin —Plank)说法：不可能制造只从一个热源取热使之完全变成机械能而不引起其他变化的循环发动机。 相对湿度：湿空气的绝对湿度v ρ与同温度下饱和空气的饱和绝对湿度s ρ的比值， 称为相对湿度?。 五简答题（8分）
工程热力学 思考题
工程热力学第五章思考题 5-1 热力学第二定律的下列说法能否成立？ （1）功量可以转换成热量，但热量不能转换成功量。 答：违反热力学第一定律。功量可以转换成热量，热量不能自发转换成功量。 热力学第二定律的开尔文叙述强调的是循环的热机，但对于可逆定温过程，所吸收的热量可以全部转换为功量，与此同时自身状态也发生了变化。从自发过程是单向发生的经验事实出发，补充说明热不能自发转化为功。 （2）自发过程是不可逆的，但非自发过程是可逆的。 答：自发过程是不可逆的，但非自发过程不一定是可逆的。 可逆过程的物理意义是：一个热力过程进行完了以后，如能使热力系沿相同路径逆行而回复至原态，且相互作用中所涉及到的外界也回复到原态，而不留下任何痕迹，则此过程称为可逆过程。自发过程是不可逆的，既不违反热力学第一定律也不违反第二定律。根据孤立系统熵增原理，可逆过程只是理想化极限的概念。所以非自发过程是可逆的是一种错误的理解。 （3）从任何具有一定温度的热源取热，都能进行热变功的循环。 答：违反普朗克-开尔文说法。从具有一定温度的热源取热，才可能进行热变功的循环。 5-2 下列说法是否正确？ （1）系统熵增大的过程必须是不可逆过程。 答：系统熵增大的过程不一定是不可逆过程。只有孤立系统熵增大的过程必是不可逆的过程。 根据孤立系统熵增原理，非自发过程发生必有自发补偿过程伴随，由自发过程引起的熵增大补偿非自发过程的熵减小，总的效果必须使孤立系统上增大或保持。可逆过程只是理想化极限的概念。 （2）系统熵减小的过程无法进行。 答：系统熵减小的过程可以进行，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。 （3）系统熵不变的过程必须是绝热过程。 答：可逆绝热过程就是系统熵不变的过程，但系统熵不变的过程可能由于熵减恰等于各种原因造成的熵增，不一定是可逆绝热过程。 （4）系统熵增大的过程必然是吸热过程，它可能是放热过程吗？ 答：因为反应放热，所以体系的焓一定减小。但体系的熵不一定增大，因为只要体系和环境的总熵增大反映就能自发进行。而放热反应会使环境获得热量，熵增为ΔH/T。体系的熵也可以减小，只要减小的量小于ΔH/T，总熵就为正，反应就能自发进行。 （5）系统熵减少的过程必须是放热过程。可以是吸热过程吗？ 答：放热的过程同时吸热。 （6）对不可逆循环，工质熵的变化∮ds?0。 答：∮ds=0。 （7）在相同的初、终态之间，进行可逆过程与不可逆过程，则不可逆过程中工质熵的变化大于可逆过程工质熵的变化。
工程热力学考研试题及答案
1．湿蒸汽的状态参数p,t,v,x 中，不相互独立的一对是（D ）D ．(p,t)2．在不可逆循环中（B ）A ． ??>?ds T q B ． ??t w >t C ．t DP =t w =t D ．t w > t DP >t 6．如果孤系内发生的过程都是可逆过程，则系统的熵（C ） A ．增大 B ．减小 C ．不变 D ．可能增大，也可能减小21．理想气体的可逆过程方程式=n pv 常数，当n ＝ ∞ 时，即为等体过程。 7．pdv dT c q v +=δ适用于（A ）A ．可逆过程，理想气体 B ．不可逆过程，理想气体 C ．可逆过程，实际气体 D ．不可逆过程，实际气体 8．电厂蒸汽动力循环回热是为了（C ）A ．提高循环初参数 B ．降低循环终参数C ．提高平均吸热温度 D ．提高汽轮机的相对内效率 9．活塞式压气机采取分级压缩（ C ）A ．能省功 B ．不能省功 C ．不一定省功 D ．增压比大时省功 10．理想情况下活塞式压气机余隙体积的增大，将使生产1kg 压缩空气的耗功量（C ）A 增大 B ．减小C ．不变 D ．的变化视具体压缩空气的耗功量 11．下列各项中，不影响燃烧过程热效应的是（C ）A ．反应物的种类 B ．反应温度C ．反应速度D ．反应压力 12．欲使亚声速气流加速到超声速气流应采用（C ）A ．渐缩喷管B ．渐扩喷管C ．缩放喷管D ．前后压差较大直管 13．水蒸汽h －s 图上定压线（C ．在湿蒸汽区是直线，在过热蒸汽区是曲线 14．为提高空气压缩制冷循环的制冷系数，可以采取的措施是（D ） A ．增大空气流量 B ．提高增压比C ．减小空气流量 D ．降低增压比 15．在范德瓦尔方程中，常数b 为考虑气体 而引入的修 正项。（C ）A 分子间内位能 B ．分子运动动能C ．分子本身体积D ．分子间相互作用力 二、多项选择题16．理想气体可逆等温过程的体积变化功w 等于（AC ）A ．2 1 p p RT ln B ．1 2p p RT ln C ．1 2v v RT ln D ．2 1v v RT ln E ．(p 2v 2－p 1v 1) 17．vdp dh q －=δ适用于 AC A ．可逆过程，理想气体 B ．不可逆过程，理想气体 C ．可逆过程，实际气体D ．不可逆过程，实际气体 E ．任意过程，任意气体 18．再热压力若选得合适，将使（BCDE ） A ．汽耗率提高 B ．热耗率提高 C ．循环热效率提高 D ．排汽干度提高 E ．平均吸热温度提高 19．马赫数小于1的气流可逆绝热地流过缩放管时，如果把喷管的渐扩段尾部切去一段，在其他条件不变的情况下，其（BDE ）A ．流量变小B ．流量不变 C ．流量变大 D ．出口压力变大E ．出口速度变大 20．不可逆循环的热效率（BE ） A ．低于可逆循环的热效率 B ．在相同的高温热源和低温热源间低于可逆循环的热效率 C ．高于可逆循环的热效率 D ．在相同的高温热源和低温热源间高于可逆循环的热效率 E ．可能高于，也可能低于可逆循环的热效率 三、填空题 22．在一定的压力下，当液体温度达到 饱和 时，继续加热，立即出现强烈的汽化现象。 23．湿空气的绝对温度是指lm 3湿空气中所含水蒸汽的 质 量 。 24．火电厂常用的加热器有表面式和 混合 式。 25．可逆绝热地压缩空气时，无论是活塞式压气机还是叶轮式压气机，气体在压气机内的 状态变化 规律是相同的。 26．理想气体的绝热节流效应是 零效应 。 27．利用平均比热表计算任意体积气体在定压过程中的吸热量时，应使用公式 Q ＝V 0 )t |c -t |(c 1t 0'p 2t 0'p 1 2?? 。 28．图示通用压缩子图上一状态点A ，其位置表明： 在该状态下气体分子之间的相互作用力 主要表现为 排斥 力。
工程热力学答案
第一章 1. 平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？ 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 2. 表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变 化？ 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3． 当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？ 答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？ 答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？ 答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7. 用U 形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 1-3解： bar p p p a b 07.210.197.01=+=+= bar p p p b 32.005.107.212=-=-= bar p p p b C 65.032.097.02=-=-= 第二章 1.绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满整个容器。问：⑴ 空气的热力学能如何变化？ ⑵ 空气是否作出了功？ ⑶ 能否在坐标图上表示此过程？为什么？答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程 的热力学能不变。（2）空气对外不做功。 （3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。 2. 下列说法是否正确？ ⑴ 气体膨胀时一定对外作功。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。 ⑵ 气体被压缩时一定消耗外功。 对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。 ⑶ 气体膨胀时必须对其加热。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。 ⑷ 气体边膨胀边放热是可能的。 对，比如多变过程，当n 大于k 时，可以实现边膨胀边放热。 ⑸ 气体边被压缩边吸入热量是不可能的。 错，比如多变过程，当n 大于k 时，可以实现边压缩边吸热。 ⑹ 对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。 错，比如多变过程，当n 大于1，小于k 时，可实现对工质加热，其温度反而降低。 3“任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？
工程热力学第四版思考题答案(完整版)(沈维道)(高等教育出版社)
工程热力学第四版沈维道 思考题 完整版 第1章 基本概念及定义 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗 答：否。当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。 2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。这种观点对不对，为什么 答：不对。“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。物质并不“拥有”热量。一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。 ⒊平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系 答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。 ⒋倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗在绝对压力计算公式 中，当地大气压是否必定是环境大气压 答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。 “当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说，计算式中的P b 应是“当地环境介质”的压 ) ( )( b v b b e b P P P P P P P P P P <-=>+=；
工程热力学期末试卷及答案课件.doc
一．是非题三．填空题（10 分） 1．两种湿空气的相对湿度相等，则吸收水蒸汽的能力也相等。（） 1．理想气体多变过程中，工质放热压缩升温的多变指数的范围_________ 2．闭口系统进行一放热过程，其熵一定减少（）2．蒸汽的干度定义为_________。 3．容器中气体的压力不变，则压力表的读数也绝对不会改变。（）3．水蒸汽的汽化潜热在低温时较__________，在高温时较__________，在临界温度 为__________。 4．理想气体在绝热容器中作自由膨胀，则气体温度与压力的表达式为 T 2 p 2 k 1 k （） 4．理想气体的多变比热公式为_________ 5．采用Z级冷却的压气机，其最佳压力比公式为_________ 四、名词解释（每题 2 分，共8 分） T 1 p 1 1．卡诺定理： 5．对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析，其结果与所取系统的形式无关。（） 6．工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程，则工质熵的变化是一样的。 （） 7．对于过热水蒸气，干度x 1（） 8．对于渐缩喷管，若气流的初参数一定，那么随着背压的降低，流量将增大，但最 多增大到临界流量。（） 9．膨胀功、流动功和技术功都是与过程的路径有关的过程量（） 10．已知露点温度t d 、含湿量 d 即能确定湿空气的状态。（） 二．选择题（10 分） 1．如果热机从热源吸热100kJ，对外作功100kJ，则（）。 （A）违反热力学第一定律；（B）违反热力学第二定律； （C）不违反第一、第二定律；（D）A 和B。 2．压力为10bar 的气体通过渐缩喷管流入1bar 的环境中，现将喷管尾部截去一小段，其流速、流量变化为（）。 A 流速减小，流量不变（B）流速不变，流量增加 C流速不变，流量不变（D）流速减小，流量增大 3．系统在可逆过程中与外界传递的热量，其数值大小取决于（）。 （A）系统的初、终态；（B）系统所经历的过程； （C）（A）和（B）；（D）系统的熵变。 4．不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后，其结果只能是（）。 （A）全部水变成水蒸汽（B）部分水变成水蒸汽2．．理想气体 3．水蒸气的汽化潜热 5．含湿量 五简答题（8 分） t t wet 、温度，试用H d —图定性的 d 1.证明绝热过程方程式 2.已知房间内湿空气的 确定湿空气状态。 六．计算题（共54 分） 1．质量为2kg 的某理想气体，在可逆多变过程中，压力从0.5MPa 降至0.1MPa，温度从162℃降至27℃，作出膨胀功267kJ，从外界吸收热量66.8kJ。试求该理想气体的定值比热容c p 和c V p v 图和T s 图上 [kJ/(kg·K)]，并将此多变过程表示在 （图上先画出 4 个基本热力过程线）。（14 分） 2．某蒸汽动力循环。汽轮机进口蒸汽参数为p1=13.5bar，t1=370℃,汽轮机出口蒸汽参数为p2=0.08bar 的干饱和蒸汽，设环境温度t0=20℃,试求：汽轮机的实际功量、 理想功量、相对内效率（15 分） 3．压气机产生压力为6bar，流量为20kg/s 的压缩空气，已知压气机进口状态 p =1bar，t1 =20℃，如为不可逆绝热压缩，实际消耗功是理论轴功的 1.15 倍，求1 c 压气机出口温度t2 及实际消耗功率P。（已知：空气 p =1.004kJ/(kgK)，气体常数R=0.287kJ/(kgK)）。（15 分）
工程热力学习题集与答案
工程热力学习题集及答案 一、填空题 1．能源按使用程度和技术可分为 常规 能源和 新 能源。 2．孤立系是与外界无任何 能量 和 物质 交换的热力系。 3．单位质量的广延量参数具有 强度量 参数的性质，称为比参数。 4．测得容器的真空度48V p KPa =，大气压力MPa p b 102.0=，则容器内的绝对压力为 54kpa 。 5．只有 准平衡 过程且过程中无任何 耗散 效应的过程是可逆过程。 6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水 饱和水 湿蒸气、 干饱和蒸汽 和 过热蒸汽 。 7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 高 、水蒸气含量越 多 ，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分/Q T δ? 等于零 为可逆循环。 9．熵流是由 与外界热交换 引起的。 10．多原子理想气体的定值比热容V c = g 7 2R 。 11．能源按其有无加工、转换可分为 一次 能源和 二次 能源。 12．绝热系是与外界无 热量 交换的热力系。 13．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定 两 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14．测得容器的表压力75g p KPa =，大气压力MPa p b 098.0=，则容器
内的绝对压力为 173a KP 。 15．如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使 系统和外界都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。 16．卡诺循环是由两个 定温 和两个 绝热可逆 过程所构成。 17．相对湿度越 小 ，湿空气越干燥，吸收水分的能力越 大 。（填大、小） 18．克劳修斯积分/Q T δ? 小于零 为不可逆循环。 19．熵产是由 不可逆因素 引起的。 20．双原子理想气体的定值比热容p c = 72g R 。 21．基本热力学状态参数有：（ 压力）、（温度 ）、（体积）。 22．理想气体的热力学能是温度的（单值 ）函数。 23．热力平衡的充要条件是：（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零 ）。 24．不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（熵产）。 25．卡诺循环由（两个可逆定温和两个可逆绝热 ）热力学过程组成。 26．熵增原理指出了热力过程进行的（方向 ）、（限度）、（条件）。 31．当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为_孤立系_。 32．在国际单位制中温度的单位是_开尔文_。 33.根据稳定流动能量方程，风机、水泵的能量方程可简化为_－ws=h2－h1_。 34.同样大小的容器内分别储存了同样温度的氢气和氧气，若二个容器内气体的压力相等，则二种气体质量q a 的大小为2 H m _小于2 O m 。 35.已知理想气体的比热C 随温度的升高而增大，当t 2>t 1时， 2 1 2t t t 0 C C 与的大小关系为_2 21 t t t C C _。 36.已知混合气体中各组元气体的质量分数ωi 和摩尔质量M i ，则各组 元气体的摩尔分数χi 为_∑=ω ωn 1i i i i i M /M /_。 37.由热力系与外界发生_热量__交换而引起的熵变化称为熵流。 38.设有一卡诺热机工作于600℃和30℃热源之间，则卡诺热机的效
工程热力学思考题参考答案,第四章
第四章气体和蒸汽的基本热力过程 4.1试以理想气体的定温过程为例，归纳气体的热力过程要解决的问题及使用方法解决。 答：主要解决的问题及方法： (1) 根据过程特点（及状态方程）——确定过程方程 (2) 根据过程方程——确定始、终状态参数之间的关系 (3) 由热力学的一些基本定律——计算,,,,,t q w w u h s ??? (4) 分析能量转换关系（P —V 图及T —S 图）（根据需要可以定性也可以定量） 例：1)过程方程式：T =常数（特征）PV =常数（方程） 2)始、终状态参数之间的关系： 12p p =2 1 v v 3)计算各量：u ?=0、h ?=0、s ?=21p RIn p -=21 v RIn v 4)P ?V 图，T ?S 图上工质状态参数的变化规律及能量转换情况 4.2对于理想气体的任何一种过程，下列两组公式是否都适用 答：不是都适用。第一组公式适用于任何一种过程。第二组公式21()v q u c t t =?=-适于定容过程,21()p q h c t t =?=-适用于定压过程。 4.3在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。定温过程气体的温度不变，在定温过程中是否需对气体加入热量？如果加入的话应如何计算？ 答：定温过程对气体应加入的热量 4.4过程热量q 和过程功w 都是过程量，都和过程的途径有关。由理想气体可逆定温过程热量公式 2 111 v q p v In v =可知，故只要状态参数1p 、1v 和2v 确定了，q 的数值也确定了，是否q 与途径无关？ 答：对于一个定温过程，过程途径就已经确定了。所以说理想气体可逆过程q 是与途径有关的。 4.5在闭口热力系的定容过程中，外界对系统施以搅拌功w δ，问这v Q mc dT δ=是否成立？ 答：成立。这可以由热力学第一定律知，由于是定容过2211 v v dv w pdv pv pvIn RTIn v v v ====??为零。故v Q mc dT δ=，它与外界是否对系统做功无关。 4.6绝热过程的过程功w 和技术功t w 的计算式： w =12u u -，t w =12h h - 是否只限于理想气体？是否只限于可逆绝热过程？为什么？
工程热力学期末试卷及答案
一.就是非题 1.两种湿空气的相对湿度相等,则吸收水蒸汽的能力也相等。() 2.闭口系统进行一放热过程,其熵一定减少() 3.容器中气体的压力不变,则压力表的读数也绝对不会改变。() 4.理想气体在绝热容器中作自由膨胀,则气体温度与压力的表达式为 k k p p T T 11212-??? ? ??=() 5.对所研究的各种热力现象都可以按闭口系统、开口系统或孤立系统进行分析,其结果与所取系统的形式无关。() 6.工质在相同的初、终态之间进行可逆与不可逆过程,则工质熵的变化就是一样的。() 7.对于过热水蒸气,干度1>x () 8.对于渐缩喷管,若气流的初参数一定,那么随着背压的降低,流量将增大,但最多增大到临界流量。() 9.膨胀功、流动功与技术功都就是与过程的路径有关的过程量() 10.已知露点温度d t 、含湿量d 即能确定湿空气的状态。() 二.选择题(10分) 1.如果热机从热源吸热100kJ,对外作功100kJ,则()。 (A)违反热力学第一定律;(B)违反热力学第二定律; (C)不违反第一、第二定律;(D)A 与B 。 2.压力为10bar 的气体通过渐缩喷管流入1bar 的环境中,现将喷管尾部截去一小段,其流速、流量变化为()。 A 流速减小,流量不变(B)流速不变,流量增加 C 流速不变,流量不变(D)流速减小,流量增大 3.系统在可逆过程中与外界传递的热量,其数值大小取决于()。 (A)系统的初、终态;(B)系统所经历的过程; (C)(A)与(B);(D)系统的熵变。 4.不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后,其结果只能就是()。 (A)全部水变成水蒸汽(B)部分水变成水蒸汽 (C)部分或全部水变成水蒸汽(D)不能确定 5.()过程就是可逆过程。 (A)、可以从终态回复到初态的(B)、没有摩擦的 (C)、没有摩擦的准静态过程(D)、没有温差的 三.填空题(10分) 1.理想气体多变过程中,工质放热压缩升温的多变指数的范围_________ 2.蒸汽的干度定义为_________。 3.水蒸汽的汽化潜热在低温时较__________,在高温时较__________,在临界温度为__________。 4.理想气体的多变比热公式为_________ 5.采用Z 级冷却的压气机,其最佳压力比公式为_________ 四、名词解释(每题2分,共8分) 1.卡诺定理: 2..理想气体 3.水蒸气的汽化潜热 5.含湿量 五简答题(8分) 1、证明绝热过程方程式 2、已知房间内湿空气的d t 、wet t 温度,试用H —d 图定性的确定湿空气状态。 六.计算题(共54分) 1.质量为2kg 的某理想气体,在可逆多变过程中,压力从0、5MPa 降至0、1MPa,温度从162℃降至27℃,作出膨胀功267kJ,从外界吸收热量66、8kJ 。试求该理想气体的定 值比热容p c 与V c [kJ/(kg ·K)],并将此多变过程表示在v p -图与s T -图上(图上 先画出4个基本热力过程线)。(14分) 2.某蒸汽动力循环。汽轮机进口蒸汽参数为p1=13、5bar,t1=370℃,汽轮机出口蒸汽参数为p2=0、08bar 的干饱与蒸汽,设环境温度t0=20℃,试求:汽轮机的实际功量、理想功量、相对内效率(15分) 3.压气机产生压力为6bar,流量为20kg/s 的压缩空气,已知压气机进口状态1p =1bar,1t =20℃,如为不可逆绝热压缩,实际消耗功就是理论轴功的1、 15倍,求压气 机出口温度2t 及实际消耗功率P 。(已知:空气p c =1、004kJ/(kgK),气体常数R=0、287kJ/(kgK))。(15分) 4.一卡诺循环,已知两热源的温度t1=527℃、T2=27℃,循环吸热量Q1=2500KJ,试求:(A)循环的作功量。(B)排放给冷源的热量及冷源熵的增加。(10分) 一.就是非题(10分) 1、× 2、× 3、× 4、√ 5、√ 6、× 7、× 8、√ 9、×10、× 二.选择题(10分) 1、B 2、A3、A4、A5、C 三.填空题(10分)
工程热力学课后答案
《工程热力学》沈维道主编第四版课后思想题答案（1?5章）第1章基本概念 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗? 答：否。当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。 2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。这种观点对不对，为什么? 答：不对。"绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。物质并不“拥有”热量。一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。 3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系? 答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。 4.倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式 P 二P b P e (P P b) ；P = P b - P v (P ：： P b) 中，当地大气压是否必定是环境大气压? 答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。 “当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说，计算式中的Pb应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它 意义上的“大气压力"，或被视为不变的“环境大气压力”。 5.温度计测温的基本原理是什么? 答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。 6.经验温标的缺点是什么？为什么? 答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可能是微小的），因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点。 7.促使系统状态变化的原因是什么？举例说明答：分两种不同情况：⑴若系统原本不处于平衡状态，系统内各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作用下，各个部分发生相互作用, 系统的状态将发生变化。例如，将一块烧热了的铁扔进一盆水中，对于水和该铁块构成的系统说来，由于水和铁块之间存在着温度差别，起初系统处于热不平衡的状态。这种情况下，无需外界给予系统任何作用，系统也会因铁块对水放出热量而发生状态变化：铁块的温度逐渐降低，水的温度逐渐升高，最终系统从热不平衡的状态过渡到一种新的热平衡状态；⑵若系统原处于平衡状态，则只有在外界的作用下（作功或传热）系统的状态才会发生变。 &图1-16a、b所示容器为刚性容器：⑴将容器分成两部分。一部分装气体, 一部分抽 成真空，中间是隔板。若突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？⑵设真空部分装 有许多隔板，每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再抽去一块, 问气体係统）是否作功? 图1-16 .吾苦翹E附團 ⑶上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在P-V图上表示？ 答：⑴；受刚性容器的约束，气体与外界间无任何力的作用，气体（系统）不对外界作功; ⑵b情况下系统也与外界无力的作用，因此系统不对外界作功；
工程热力学第四版课后思考题答案解析
1．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？ 不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。 2．有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。 3．平衡状态与稳定状态有何区别和联系？平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态。 4．倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式 p =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b ) 中，当地大气压是否必定是环境大气 压？ 当地大气压p b 改变，压力表读数 就会改变。当地大气压 p b 不一定是环境大气压。 5．温度计测温的基本原理是什么？ 6．经验温标的缺点是什么？为什么？ 不同测温物质的测温结果有较大的误差，因为测温结果依赖于测温物质的性质。 7．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。 有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。 8．分别以图1-20所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这些是什么系统。 参加公路自行车赛的运动员是开口系统、运动手枪中的压缩空气是闭口绝热系统、杯子里的热水是开口系统（闭口系统——忽略蒸发时）、正在运行的电视机是闭口系统。 4题图
9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制 体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统？ 不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a 图）。包括电加热器则为开口绝热系统（b 图）。 将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部包括在内，构成孤立系统。或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。 10．分析汽车动力系统（图1-21）与外界的质能交换情况。吸入空气，排出烟气，输出动力（机械能）以克服阻力，发动机水箱还要大量散热。不考虑燃烧时，燃料燃烧是热源，燃气工质吸热；系统包括燃烧时，油料发生减少。 11．经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？包括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态？ 经历一个不可逆过程后，系统可以恢复原来状态，它将导致外界发生变化。包括系统和外界的整个大系统不能恢复原来 状态。 12．图1-22中容器为刚性绝热容器，分成两部分，一部分装气体，一部分 抽成真空，中间是隔板， （1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？ p 1 9题图
(完整版)工程热力学习题集附答案
工程热力学习题集 一、填空题 1．能源按使用程度和技术可分为 能源和 能源。 2．孤立系是与外界无任何 和 交换的热力系。 3．单位质量的广延量参数具有 参数的性质，称为比参数。 4．测得容器的真空度48V p KPa =，大气压力MPa p b 102.0=，则容器内的绝对压力为 。 5．只有 过程且过程中无任何 效应的过程是可逆过程。 6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水 饱和水 湿蒸气、 和 。 7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 、水蒸气含量越 ，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为可逆循环。 9．熵流是由 引起的。 10．多原子理想气体的定值比热容V c = 。 11．能源按其有无加工、转换可分为 能源和 能源。 12．绝热系是与外界无 交换的热力系。 13．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14．测得容器的表压力75g p KPa =，大气压力MPa p b 098.0=，则容器内的绝对压力为 。 15．如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使 都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。 16．卡诺循环是由两个 和两个 过程所构成。 17．相对湿度越 ，湿空气越干燥，吸收水分的能力越 。（填大、小） 18．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为不可逆循环。 19．熵产是由 引起的。 20．双原子理想气体的定值比热容p c = 。 21、基本热力学状态参数有：（ ）、（ ）、（ ）。 22、理想气体的热力学能是温度的（ ）函数。 23、热力平衡的充要条件是：（ ）。 24、不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（ ）。 25、卡诺循环由（ ）热力学过程组成。 26、熵增原理指出了热力过程进行的（ ）、（ ）、（ ）。 31.当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为_______。 32.在国际单位制中温度的单位是_______。
工程热力学,课后习题答案
工程热力学(第五版)习题答案 工程热力学（第五版）廉乐明 谭羽非等编 中国建筑工业出版社 第二章 气体的热力性质 2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状 态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。 解：（1）2N 的气体常数 2883140==M R R ＝296.9)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 1013252739.296?==p RT v ＝0.8kg m /3 v 1 =ρ＝1.253/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝p T R 0＝64.27kmol m /3 2-3．把CO2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力 301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO2的质量。当地大气压B ＝101.325 kPa 。 解：热力系：储气罐。 应用理想气体状态方程。 压送前储气罐中CO2的质量
11 11RT v p m = 压送后储气罐中CO2的质量 22 22RT v p m = 根据题意 容积体积不变；R ＝188.9 B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4） 压入的CO2的质量 )1122(21T p T p R v m m m -=-= （5） 将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m=12.02kg 2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m3的 空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到99.3kPa ，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m3，问鼓风机送风量的质量改变多少？ 解：同上题 1000)273325.1013003.99(287300)1122(21?-=-=-=T p T p R v m m m ＝41.97kg
工程热力学思考题答案
第十一章制冷循环 1.家用冰箱的使用说明书上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么 答：为了维持冰箱的低温，需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高，从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处，并距墙壁适当距离。 在一定环境温度下，冷库温度愈低，制冷系数愈小，因此为取得良好的经济效益，没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。 2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环 答：由于空气定温加热和定温放热不易实现，故不能按逆向卡诺循环运行。在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。 3.压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法为什么 答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。
4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何 答： 压缩空气制冷循环的制冷系数为：()() 14 2314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε= == 空气视为理想气体，且比热容为定值，则：()() 14 2314T T T T T T ε-= --- 循环压缩比为：2 1 p p π= 过程1-2和3-4都是定熵过程，因而有：1 3 22114 k k T T P T P T -??== ??? 代入制冷系数表达式可得：11 1 k k επ -= - 由此式可知，制冷系数与增压比有关。循环压缩比愈小，制冷系数愈大，但是循环压缩比减小会导致膨胀温差变小从而使循环制冷量减小，如图（b ）中循环1-7-8-9-1的循环压缩比较循环1-2-3-4-1的小，其制冷量 （面 T s O 4′ 9′ 1′ O v （a （b ） 压缩空气制冷循环状态参数
工程热力学思考题及答案
工程热力学思考题及答案 第一章基本概念 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定 的热力系一定是闭口系统吗？ 答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。 2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割， 所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？ 答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量的交换就是绝热系。 3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联 系？ 答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是它们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。 平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。 4.假如容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改 变吗？绝对压力计算公式p = p b+p e(p >p b)，p v=p b?p (p b