工程热力学第一章

1、1-1 体积为 2L 的气瓶内盛有氧气 2.858g，求氧气的比体积、密度和重度。2 103V解：氧气的比体积为v =0.6998 m3/kgm2.858 103V2.858 1031密度为 =1.429 kg/m32 103mv重度 g 1.429 9.80665 =14.01 N/m31-2 某容器被一刚安装了测压计，壁分为两部分，在容器的不同部分。压力表 A 的读数为 0.125M，习题 1-2 图压力表 B 的读数为 0.190 M ，如果大气压力为 0.098 M ，试确定容器两部分气体的绝对压力可各为多少？表 C 是压力表还是真空表？表的读数应是多少？解：设表 A、B、C 读出的绝

2、对压力分别为 pA 、 pB 和 pC 。则根据题意，有容器左侧的绝对压力为 p左 pA pb pgA 0.098 0.125 0.223 M又容器左侧的绝对压力为 p左 pB pC pgB pC p左 pgB 0.223 0.190 0.033 M pb表 C 是真空表，其读数为 pvC pb pC 0.098 0.033 =0.065 M则容器右侧的绝对压力为 p右 pb pvC 0.098 0.065 0.033 M1-5水银温度计浸在冰水中时的水银柱长度为4.0cm，浸在沸水中时的水银柱长度为24.0cm。试求：在室温为22时水银柱的长度为多少？温度计浸在某种沸腾的化学溶液中时，水银柱

3、的长度为25.4cm，求溶液的温度。解：假设水银柱长度随温度线性增加。则t1001间隔的水银柱长度为=5.00 /cmz24 4t1）在室温为22时水银柱的长度为 z0 t / z 4 22 / 5 8.4 cm2）水银柱的长度为25.4cm时，溶液的温度为t (z z0 ) z (25.4 4) 5 107 t1-6，一垂直放置的汽缸内存有气体。该汽缸活塞质量为习题 1-6 图4kg，活塞面积为 45cm2，与活塞相连接的弹簧处于被压缩状态，其弹力为 60N。若大气压力为 98k ，试求汽缸内气体的压力。解：取活塞为研究对象，对其列力平衡方程得mg F弹则p pb (mg F弹) / A 9

4、8 103 (4 9.80665 60) /(45 104 )=120050=120.05 k1-8某烟囱高30m，其中烟气的平均密度为0.735kg/m3。若地面大气压为0.1M，温度为20。现假设空气密度在烟囱高度范围内为常数，密度按1-7题中求解，试求烟囱度。底部的真空p0.1105解：烟囱外空气密度为 空 1.1892 kg/m3RgT287 293假设在烟囱出口处烟囱的真空度为力相等。则以烟囱外地面处为大气压计算，烟囱底部pv 空gz 烟gz （空 烟）gz （1.1891 0.735） 9.81 30 133.61-13某种气体在汽缸中进行一个可逆膨胀过程，其体积由0.1m3增加到

5、0.3m3。已知膨胀过程中气体压力与体积变化关系为pM 0.24V m3 0.04 ，试求：（1）气体所做的膨胀功；（2）当活塞和汽缸的摩擦力保持为1000N，而活塞面积0.2m2时，扣除摩擦消耗后活塞所输出的功。解：（1）2V21WpdV (0.24V 0.04) 106 dV 0.24 (V 2 V 2 ) 0.04(V V ) 10612212121V1 0.24 1 (0.32 0.12 ) 0.04(0.3 0.1) 106 =17600 J=17.6 KJ2（2）气体克服汽缸的摩擦力所做功为VA0.3 0.1Wf fs f 1000 1000 J=1 KJ0.2则扣除摩擦消耗后活塞

6、所输出的功为W W W 17.6 1=16.6 KJ1212f1-15为压缩空气驱动的升降工作台示意图。由储气罐来的压缩空气经阀门调节气体的压力后送入汽缸，在压缩空气的推动下活塞上升举起工作台。已知活塞面积为 0.02m2，活塞及工作台重 5000N。活塞上升 300mm 后开始和弹簧相接触，继续上升时将压缩弹簧。设弹簧弹性系数为 10N/mm。若汽缸内气体的表压力达到 0.3M中气体所做的功及弹簧所吸收的功。时停止供气，试求在举升过程解法一：取汽缸中的气体为热力系，则从外界（工作台、弹簧等）得到功的角度看：活塞上升 300mm 前气体所做的功就是活塞举起 5000N 工作台所做的功，即 F

7、S 5000 0.3 =1500 J=1.5 KJW12上升 300mm 后开始和弹簧相接触,最后弹簧的弹力为 kx2 FF弹2 F0.3 106 0.02 5000 x2 则可求得=100 mm =0.1 mk10则 2-3 过程中用于压缩弹簧所做的功为W 1 k x2 1 10 103 0.12 =50 J=0.05 KJ23弹22则 2-3 过程中用于举起 5000N 工作台所做的功为 F x 5000 0.1 =500 J=0.5 KJW23重则在举升过程中气体所做的总功为 W12 W23 W12 W23弹 W23重 1.5 0.05 0.5 =2.05 KJW解法二：取汽缸中的气体为热力系，则从热力系的角度看：气体对外界（工作台、弹簧等）得到功1-2 过程中气体的压力为 p p 5000 2.5 105F=0.25 M1A0.02FkxA2-3 过程中气体的压力为 p p1 1 k当 p p1 2 时过程终止，即( p (0.3 0.25) 106 0.02 2 x2=100 mm =0.1mk10则整个 1-2-3 过程中所做功为23kxW W W pdV pdV pdV p dV ( p1 A )d( Ax)12 p Vx 1 kx 2 S x 1 k