工程热力学第四版课后习题答案.doc

工程热力学第 4 版习题解工程热力学第 4 版习题解本题解是沈维道、童钧耕编写高等教育出版社出版的“十一五”国家级规划教材工程热力学第 4 版的配套资料。本题解提供的解法是从教学的角度出发的，未必是唯一的或是最好的，题解中出现的错误恳请读者批评指正。上海交通大学机械与动力工程学院童钧耕2007/11/22第一章 基本概念 1-1英制系统中采用华氏温标，它规定在标准大气压（ 101 325 Pa）下纯水的冰点是32 F，汽点是 212 F，试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。tF 32 = tC 0解：212 32 100 0180tC + 32 = 9tC + 32tF =10051-2英制系统中朗肯温度与华氏温度的关系为 TR = tF + 459.67。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 491.67R；汽点的读数分别是 373.15K和671.67R。（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？解：（1）若任意温度 T在朗肯温标上读数为T(R)在热力学绝对温标上读数为 T（K），671.67 491.67 = T(R) 491.67则373.15 273.15 T(K) 273.15解得TR =1.8TK（2）据上述关系TK = 0时，TR = 01 工程热力学第 4 版习题解1-3设一新温标，用符号N表示温度单位（它的绝对温标是用Q表示温度单位）。规定纯水的冰点和汽点100N和1000N。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0N时，其绝对温标读数是多少Q？tN 100 = tC 0解：（1）1000 100 100 0tN = 9tC +100（2）TQ = tN + C = 9tC +100 + C = 9TK 273.15+100 + C据题意，当TK = 0时，TQ = 0，解得上式中C = 2358.35，代回原式得TQ =tN + 2358.35TN = 0时，T = 2358.385Q。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 0.101MPa，求：（1）容器内绝对压力为多少 Pa；（2）容器表面受力多少 N？6Pa 752.5mmHg133.3Pa/mmHg = 691.75Pa= 12.57m解：（1）（2）p = p b pv = 0.10110A0 = 4 d = 43.14161m222F = A0p = A0( pb p)=12.57 m (0.10110 Pa - 691.75Pa) = 1.26110 N6 621-5用 U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 1-1所示，若当地大气压为 755mmHg，求容器中气体的压力（MPa）。解：p = pe + pb= (10209.81)Pa + (900133.3)Pa + (755133.3)Pa图 1-1= 2.30610 Pa = 0.231MPa51-6容器中的真空度为 pv = 600mmHg，气压计上水银柱高度为 pb = 755mm，求容器中2 工程热力学第 4 版习题解的绝对压力（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p = 770mm，求此时真空表上的读数（以 mmHg表示）是多少？b解：容器中气体压力低于当地大气压力，故绝对压力p = pb pv = (755 600)mmHg =155mmHg = 0.0207MPa若容器中绝对压力不变，而大气压力变为 pb = 770mmHg。则此时真空表上的读数为v = pb p = (770 155)mmHg =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 = 0.810 kg/mp615mmHg33的煤油，斜管中液柱长度l = 200mm。当地大气压力 pv = 745mmHg。求烟气的真空度（以 mmH2O表示）及绝对压力（以 Pa表示）。解：倾斜式压力计上读数即烟气的真空度pv = l sing图 1-2= 20010 m0.50.810 9.81m/s2 = 809.81Pakg/m3 3 31因1Pa =mmH2O、1mmHg = 13.595mmH2O，故pv = 80mmH2O9.81烟气绝对压力p = pb pv = (74513.595)mmH2O 80mmH2O=10048.3mmH2O = 0.9857105Pa18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（图 1-3）。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