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热工课后题答案范文 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200mm，水银柱高800mm，如图2-26所示。已知大气压力为735mmHg，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa？解：根据压力单位换算 pH2O?200?9.80665?1.961?103?1.96.kPapHg?800?133.32?1.006?105Pa?106.6kPa p?pb?(pH2O?pHg)?98.0?(1.961?106.6)?206.6kPa 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?30， 压力计中使用 ? ?0.8g/cm3的煤油，斜管液体长度L?200mm，当地大气压力 pb?0.1MPa，求烟气的绝对压力（用MPa表示）解： p?L?gsin?200?0.8?9.81?0.5?784.8Pa?784.8?10?6MPa p?pb?pv?0.1?784.8?10?6?0.0992MPa 5.一容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C为压力表，读数为110kPa，B为真空表，读数为45kPa。若当地大气压pb?97kPa，求压力表A的读数（用kPa表示） pgA?155kPa 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。 略。 7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为13.4MPa；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为706mmHg。若大气压力为0.098MPa，试求汽轮机进出处和 MPa;p2?0.0039MPa 冷凝器内的蒸汽的绝对压力（用MPa表示）p1?0.0247 8.测得容器的真空度pv?550mmHg，大气压力pb?0.098MPa，求容器内的绝对压力。 ?0.102MPa，求此时真空表上的读数为多少mmMPa？若大气压变为pb ?579.8MPa p?0.0247MPa,pv 9.如果气压计压力为83kPa，试完成以下计算： （1）.绝对压力为0.1MPa1时的表压力； （2）.真空计上的读数为70kPa时气体的绝对压力； （3）.绝对压力为50kPa时的相应真空度（kPa）； （4）.表压力为0.25MPa时的绝对压力（kPa）。 （1）.pg?17kPa；（2）.p?13kPa；（3）.pv?33kPa；（4）.p?333kPa。 10.摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为0和100，而华氏温标则相应地取为32和212。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。 tF?At?B 将水在标准大气压下的冰点值32F和0，以及沸点值292F和100代入，得 ? ? ?32?0?B ? 212?100A?B? 解该二元一次方程组，得：A?1.8,B?32。 从而有 tF?1.8t?32 当t?273.15时，有 tF?1.8?(?273.15_)?32?459.7(F) 11.气体进行可逆过程，满足pV?C（C为常数），试导出该气体从状态1变化到状态2时膨胀功的表达式，并在p?V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pV?RgT，试导出：（1）.定稳下气体p,v之间的关系；（2）.定压下气体v,T之间的关系； ? （3）.定容下气体p,T之间的关系。 答案：（1）. p2v1vTpT （2）.2?2；（3）. 2?2。 ?； p1v2v1T1p1T1 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q?180?103kg/h，输出功率为P?55000kW，全厂耗煤qm,c?19.t5h/，煤的发热量为qc?30?103kJ/kg。蒸汽在锅炉中吸热量 q?2680kJ/kg。试求： （1）.该动力厂的热效率?t； （2）.锅炉的效率?B（蒸汽总吸热量煤的总发热量）。 解：（1）.锅炉中蒸汽吸热量 ?H?qm?q?180?103?2680?4.82?10(kj/h)?1.34?10(kW) P55000 ?41% 5 ?H1.34?10 8 5 热效率 ?t?（2）.锅炉效率 ?B? 蒸汽总放热量?H ? 煤的总放热量?B 19.5?103?30?103 ?B?qb,c?qc?1.625?105(kW) 3600 5 ?1.34?10?H?82.5% ?B1.625?105 2.系统经一热力过程，放热8kj对外做功26kJ。为使其返回原状态，对系统加热6kJ，问需对系统作功多少？ 解：由Q?U?W得 ?U?Q?W?8?26?34(kj) 对于返回初态的过程 ?U?U?34kj ?W?Q?U?6?34?28kj 故需对系统做功28kj。 3.气体在某一过程只能感吸收了54kJ的热量，同时热力学能增加了94kJ。此过程是膨胀过程还是压缩过程？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?40kj。 4.1kg空气由p1?5MPa,t1?0.5MPa膨胀到p2?0.5MPa,t2?500，得到热量506kJ，对外做膨胀功506kJ。接着又从终态被压缩到初态，热出热量390kJ，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）.?U?0；（2）. ?U?0；（3）.W?390kj。 5.闭口系统中实施以下过程，试填补表中的空缺数据。 表中括号内 6.如图所示，沿a?c?ba变化到b，的数为答案。 某封闭系统 途径由状态吸入热量功40kj，试 90kj，对外做 问： （1）.系统从a经d至b，若对外做功10kj，则吸收热量是多少？ （2）.系统由b经曲线所示过程返回a，若外界对系统左贡23kj，吸收热量为多 少？ （3）.设Uadb?5kj,Ud?45kj,，那么过程a?d和d?b中系统吸收的热量各为 多少？ 答案 （1）.Qadb?60kj；（2）.Qba?73kj； （2）.Qad?50kj；（4）.Qdb?10kj。 7.容积为1m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p1?0.2MPa提高到p3?3MPa，热力 学能变化多少？焓变化多少？ 答案 （1）.W?0；（2）.?U?0,?H?2.8?103kj。 3 kg的汽车沿坡度为15的山坡下行，车速为300m/s。在距山脚100m处8.一质量为4500 ? 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。 Q?2.04?105kj。 9.某蒸汽动力装置，蒸汽流量为40t/h，汽轮机进出口处压力表读数为9MPa，进口比为 3440kj/kg，汽轮机出口比焓为2240kj/kg，真空表读数为95.06kPa，当时当地大气压 力为98.66kPa，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）. p1?9.099MPap2?3.6MPa （2）.?sh?1200kj/kg （3）.P?1.332?10kW （4）.考虑进出口动能差后?sh的相对偏差 4 ?sh?0.67% kj/kg，10.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为p?0.005MPa，比焓h1?2500出口为同压下的水，?比焓为h2?137.77kj/kg,若蒸汽流量为22t/h，进入冷凝器的冷却水温为t1?17，冷却?水出口温度为t2?30，试求冷却水流量为多少？水的比热容为4.18kj/(kg.K)。 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200mm，水银柱高800mm，如图2-26所示。已知大气压力为735mmHg，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa？解：根据压力单位换算 pH2O?200?9.80665?1.961?103?1.96.kPa pHg?800?133.32?1.006?105Pa?106.6kPa p?pb?(pH2O?pHg)?98.0?(1.961?106.6)?206.6kPa 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?30?，压力计中使用?0.8g/cm3的煤油，斜管液体长度L?200mm，当地大气压力pb?0.1MPa，求烟气的绝对压力（用MPa表示）解： p?L?gsin? ?200?0.8?9.81?0.5 ?784.8Pa?784.8?10?6MPa p?pb?pv?0.1?784.8?10?6?0.0992MPa 5.一容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C为压力表，读数为110kPa，B为真空表，读数为45kPa。若当地大气压pb?97kPa，求压力表A的读数（用kPa表示） pgA?155kPa 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13.4MPa；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为706mmHg。若大气压力为0.098MPa，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力（用MPa表示）p1?0.024M 7P;ap2?0.003M9Pa 8.测得容器的真空度pv?550mmHg，大气压力pb?0.098MPa，求容器 ?0.102MPa，求此时真空表上的读内的绝对压力。若大气压变为pb ?579.8MPa 数为多少mmMPa？p?0.0247MPa,pv 9.如果气压计压力为83kPa，试完成以下计算： （1）.绝对压力为0.1MPa1时的表压力； （2）.真空计上的读数为70kPa时气体的绝对压力； （3）.绝对压力为50kPa时的相应真空度（kPa）； （4）.表压力为0.25MPa时的绝对压力（kPa）。 （1）.pg?17kPa； （2）.p?13kPa； （3）.pv?33kPa； （4）.p?333kPa。 10.摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为0和100，而华氏温标则相应地取为32和212。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。 tF?At?B 将水在标准大气压下的冰点值32?F和0，以及沸点值292?F和100代入，得 ?32?0?B ?212?100A?B? 解该二元一次方程组，得：A?1.8,B?32。 从而有 tF?1.8t?32 当t?273.15时，有 tF?1.8?(?273.15_)?32?459.7(?F) 11.气体进行可逆过程，满足pV?C（C为常数），试导出该气体从状态1变化到状态2时膨胀功的表达式，并在p?V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pV?RgT，试导出： （1）.定稳下气体p,v之间的关系； （2）.定压下气体v,T之间的关系； （3）.定容下气体p,T之间的关系。 答案：（1）.p2v1vTpT（2）.2?2；（3）. 2?2。 ?；p1v2v1T1p1T1 第二章 热力学第一定律 31.一蒸汽动力厂，锅炉的蒸汽产量为q?180?10kg/h，输出功率为 P?55000kW，全厂耗煤qm,c?19.5t/h，煤的发热量为qc?30?103kJ/kg。蒸汽在锅炉中吸热量q?2680kJ/kg。试求： （1）.该动力厂的热效率?t； （2）.锅炉的效率?B（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 ?t? （2）.锅炉效率 ?B?蒸汽总放热量?H ?煤的总放热量?B?H?qm?q?180?103?2680?4.82?10(kj/h)?1.34?10(kW)85 P55000?41% ?H1.34?105 19.5?103?30?103 ?B?qb,c?qc?1.625?105(kW)3600 ?H1.34?105 ?82.5%5?B1.625?10 2.系统经一热力过程，放热8kj对外做功26kJ。为使其返回原状态，对系统加热6kJ，问需对系统作功多少？ 解：由Q?U?W得 ?U?Q?W?8?26?34(kj) 对于返回初态的过程 ?U?U?34kj ?W?Q?U?6?34?28kj 故需对系统做功28kj。 3.气体在某一过程只能感吸收了54kJ的热量，同时热力学能增加了94kJ。此过程是膨胀过程还是压缩过程？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?40kj。 4.1kg空气由p1?5MPa,t1?0.5MPa膨胀到p2?0.5MPa,t2?500，得到热量506kJ，对外做膨胀功506kJ。接着又从终态被压缩到初态，热出热量390kJ，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）.?U?0；（2）. ?U?0；（3）.W?390kj。 5.闭口系统中实施以下过程，试填补表中的空缺数据。 热工测试作业 第一章 1-1、测量方法有哪几类，直接测量与间接测量的主要区别是什么？(P1-2) 答：测量的方法有：1、直接测量；2、间接测量；3、组合测量。 直接测量与间接测量的主要区别是直接测量中被测量的数值可以直接从测量仪器上读得，而间接测量种被测量的数值不能直接从测量仪器上读得，需要通过直接测得与被测量有一定函数关系的量，然后经过运算得到被测量的数值。 1-2、简述测量仪器的组成与各组成部分的作用。(P3-4) 答：测量仪器由感受器、中间器和效用件三个部分组成。 1、感受器或传感器：直接与被测对象发生联系（但不一定直接接触），感知被测参数的变化，同时对外界发出相应的信号； 2、中间器或传递件：最简单的中间件是单纯起“传递”作用的元件，它将传感器的输出信号原封不动地传递给效用件； 3、效用件或显示元件：把被测量信号显示出来，按显示原理与方法的不同，又可分模拟显示和数字显示两种。 1-3、测量仪器的主要性能指标及各项指标的含义是什么？（P5-6） 答：测量仪器的主要性能指标有：精确度、恒定度、灵敏度、灵敏度阻滞、指示滞后时间等。 1、精确度：表示测量结果与真值一致的程度，它是系统误差与随机误差的综合反映； 2、恒定度：仪器多次重复测试时，其指示值的稳定程度，通常以读数的变差来表示； 3、灵敏度：以仪器指针的线位移或角位移与引起这些位移的被测量的变化值之间的比例来表示。 4、灵敏度阻滞：又称感量，是以引起仪器指针从静止到作极微小移动的被测量的变化值。 5、指示滞后时间：从被测参数发生变化到仪器指示出该变化值所需的时间。 1-4、说明计算机测控系统基本组成部分及其功能。（P6-7） 答：计算机测控系统基本组成部分有：传感器、信号调理器、多路转换开关、模/数（A/D）和数/模（D/A）转换及微机。 1、信号调理器：完成由传感器输出信号的放大、整形、滤波等，以保证传感器输出信号成为A/D转换器能接受的信号； 2、实现多路信号测量，并由它完成轮流切换被测量与模/数转换器的连接； 3、采样保持器：保证采样信号在A/D转换过程中不发生变化以提高测量精度； 4、A/D转换器：将输入的模拟信号换成计算机能接受的数字信号； 5、D/A转换器：将输入的数字信号换成计算机能接受的模拟信号。 1-5、试述现代测试技术及仪器的发展方向。(P6、P9) 答：计算机、微电子等技术迅速发展，推动了测试技术的进步，相继出现了智能 测试仪、总线仪器、PC仪器、虚拟仪器、网络化仪器等微机化仪器及自动化测试系统。随着计算机网络技术、多媒体技术、分布式技术等手段的迅速发展，测试技术与计算机相结合已成为当前测试技术的主流，测试技术的虚拟化和网络化的时代已经不远了。 第二章 2-1、试述测量仪器的动态特性的含意和主要研究内容，它在瞬变参数测量中的重要意义。(P11、P16) 答：测量仪器或测量系统的动态特性的分析就是研究动态测量时所产生的动态误差，它主要用以描述在动态测量过程中输入量与输出量之间的关系，或是反映系统对于随机时间变化的输入量响应特性。从而能够选择合适的测量系统并于所测参数相匹配，使测量的动态误差限制在试验要求的允许范围内，这便是动态测量技术中的重要研究课题。在瞬变参数动态测量中，要求通过测量系统所获得的输出信号能准确地重现输入信号的全部信息，而测量系统的动态响应正是用来评价系统正确传递和显示输入信号的重要指标。 2-2、测量系统的输出量与输入量之间的关系可采用传递函数表示，试说明串联环节、并联环节及反馈环节的传递函数的表示方法。（P13-14） 答：串联环节： T(s)Z(s)Y(s) H(s)?H1(s)H2(s) X(s)X(s)Z(s) 并联环节： Y(s)Y1(s)?Y2(s) H(s)?H1(s)?H2(s) X(s)X(s) 正反馈环节： HA(s)Y(s) H(s)? X(s)1?HA(s)HB(s) 负反馈环节： HA(s)Y(s) H(s)? X(s)1?HA(s)HB(s) 2-3、试述常用的一、二阶测量仪器的传递函数及它的典型实例。（P15-16） 答： Y(s)1 H(s)?常用的一阶测量系统的传递函数：X(s)?s?1 以热电偶突然放入温度为T0 的介质为例，每一瞬间介质传递给热电偶节点的热量dQ为 dQ?hA(T0?T)dt 式中，T为热电偶瞬间温度；h为热接点表面传热系数；A为热接点表面积。 在不考虑导热及热辐射损失的情况下，介质传给热接点的热量即为热电偶的储热量。若热电偶吸收热量dQ后，温度上升dT，于是 dQ?cpmdT 式中， 为热电偶热接点的比定压热容；m为热接点的质量。 cp 根据热平衡可得hA(T0?T)dt?cpmdT经简化后可得 dT ?T?T0 dt ? 称为测量系统的时间常数。 式中， cpm ? hA 上式是热电偶（测温传感器）数学模型的一阶线性微分方程，这类传感器称为一阶测量系统，该系统的传递函数为 T(s)1 H(s)? T0(s)?s?1 2 ?nY(s) 常用的二阶测量系统的传递函数：H(s)?2 2 X(s)s?2?s?nn 以测振仪为例，描述质量m的运动微分方程为 d2ydy m2?c?ky?f(t) dtdt 式中，c为阻尼；k为弹性系数；f（t）为干扰力。 d2ydy 上式是一个单质量强迫阻尼振动微分方程。将其与a22?a1?a0y?b0x dtdt比较可得 a2?m,a1?c,a0?k,b0?1，f（t）相当于x。用k除以两端可得 md2ycdyx ?y? kdt2kdtk d2ydy 将上式与a22?a1?a0y?b0x相比，其传递函数有相同形式。这时， dtdt 1/k为系统的柔性系数，?c/2km为系统?n?k/m为系统的固有频率，的阻尼比。 因而，测振仪属二阶测量系统。 2-4、试述测量系统的动态响应的含意、研究方法及评价指标。 答：含义：在瞬态参数动态测量中，要求通过系统所获得的输出信号能准确地重现输入信号的全部信息，而测量系统的动态响应正是用来评价系统正确传递和显示输入信号的重要指标。研究方法：对测量系统施加某些已知的典型输入信号，包括阶跃信号、正弦信号、脉冲信号、斜升信号，通常是采用阶跃信号和正弦信号作为输入量来研究系统对典型信号的响应，以了解测量系统的动态特性，依此评价测量系统。 评价指标：稳定时间ts、最大过冲量Ad。 2-5、试述常用的一、二阶测量仪器的频率响应及内容。 答：一阶测量系统的频率响应函数为H(j?)? 1 ,一阶测量系统的副频特性 1?j? 和相频特性在时间常数确定后也随之确定，且越小，频率响应特性越好。二阶测量系统的频率响应函数为 2 ?n1 H(?)?22 (j?)?2?(j?)?nn 1?()2?j2?n?n ?0.60.8范围的原因。 2-6、试说明二阶测量系统通常取阻尼比 ?0.60.8，这样能减少动态误差，系统能以较短的答：对于二阶系统应使 时间进入偏离稳态不到2%5%的范围内，是系统的动态响应好，当系统的阻尼比 ?在0.8左右时幅频特性近似常数的频率范围最宽，而相频特性曲线也最接近直 ?0.60.8可获得较小的误差和较宽的工作频率范围，相位失真线。因而去 也很小，使