(2025年)工程热力学第四版沈维道课后答案

(2025年)工程热力学第四版沈维道课后答案1-1说明以下参数中哪些是状态参数：温度、压力、比容、热量、功、内能、焓、熵。状态参数是仅取决于系统当前状态，与达到该状态的路径无关的物理量。温度（T）是衡量系统冷热程度的状态参数；压力（p）是单位面积上的垂直作用力，属于状态参数；比容（v）是单位质量物质的体积，由状态唯一确定，是状态参数。内能（U）是系统内部所有微观粒子热运动动能和分子间势能的总和，仅与状态有关；焓（H=U+pV）由内能、压力和体积组合而成，同样是状态参数；熵（S）是表征系统微观混乱度的状态参数，其变化仅与初终状态有关。而热量（Q）和功（W）是系统与外界能量传递的形式，其数值与具体过程路径相关，因此不是状态参数。综上，温度、压力、比容、内能、焓、熵为状态参数，热量和功为过程量。2-3某闭口系统经历一个热力学过程，系统从外界吸收热量800kJ，同时对外界做功500kJ，求系统内能的变化量。根据热力学第一定律，闭口系统能量方程为ΔU=Q-W，其中Q为系统吸收的热量（吸热取正），W为系统对外做的功（对外做功取正）。题目中Q=800kJ，W=500kJ，代入得ΔU=800kJ-500kJ=300kJ。因此，系统内能增加了300kJ。3-21kg空气在定压条件下从25℃加热至150℃，求所需加入的热量。已知空气的定压比热cp=1.005kJ/(kg·K)。定压过程中，热量计算公式为Q=m·cp·(T2-T1)。其中m为空气质量（1kg），cp为定压比热，T1、T2为初终温度（需转换为绝对温度，但温差不变）。计算温差ΔT=150℃-25℃=125K。代入数据得Q=1kg×1.005kJ/(kg·K)×125K=125.625kJ。因此，定压加热所需热量为125.625kJ。4-1某热机工作于高温热源T1=1200K和低温热源T2=300K之间，若实际循环的热效率为65%，判断该循环是否可逆，并说明理由。根据卡诺定理，在相同温度的两个恒温热源间，所有可逆循环的热效率均等于卡诺效率，不可逆循环的热效率低于卡诺效率。卡诺效率ηc=1-T2/T1=1-300/1200=0.7（70%）。题目中实际循环效率为65%，小于卡诺效率70%，因此该循环为不可逆循环。5-4奥托循环的压缩比ε=10，工质为空气（绝热指数k=1.4），求循环的理论热效率。奥托循环的热效率公式为η=1-1/ε^(k-1)。其中ε为压缩比，k为绝热指数。代入数据得η=1-1/10^(1.4-1)=1-1/10^0.4。计算10^0.4≈2.5119，因此η≈1-1/2.5119≈1-0.398≈0.602（60.2%）。该奥托循环的理论热效率约为60.2%。6-3某朗肯循环中，锅炉产生的过热蒸汽参数为p1=8MPa、t1=500℃，汽轮机排汽压力p2=0.006MPa（对应饱和温度约36.17℃），求循环的热效率（忽略泵功）。（1）查水蒸气焓熵图（h-s图）或数据表确定各状态点焓值：-状态1（锅炉出口过热蒸汽）：p1=8MPa、t1=500℃，h1≈3399kJ/kg；-状态2（汽轮机排汽，湿蒸汽）：p2=0.006MPa，饱和水焓h2'≈151.5kJ/kg，饱和蒸汽焓h2''≈2567.4kJ/kg。假设排汽干度x2=0.9，则h2=h2'+x2(h2''-h2')=151.5+0.9×(2567.4-151.5)=151.5+0.9×2415.9≈151.5+2174.3=2325.8kJ/kg；-状态3（冷凝器出口饱和水）：h3=h2'≈151.5kJ/kg（忽略泵功时，h4≈h3）。（2）计算循环吸热量q1=h1-h3=3399-151.5=3247.5kJ/kg；（3）计算汽轮机做功wT=h1-h2=3399-2325.8=1073.2kJ/kg；（4）循环净功wnet≈wT（忽略泵功）；（5）热效率η=wnet/q1=1073.2/3247.5≈0.3305（33.05%）。因此，该朗肯循环的热效率约为33.1%。7-2蒸汽压缩制冷循环采用R134a作为制冷剂，蒸发温度t0=-15℃，冷凝温度tk=35℃，求循环的制冷系数（COP）。（1）查R134a的压焓图（p-h图）确定各状态点焓值：-状态1（蒸发器出口饱和蒸汽）：t0=-15℃对应蒸发压力p0≈0.165MPa，h1≈386kJ/kg；-状态2（压缩机出口过热蒸汽）：tk=35℃对应冷凝压力pk≈0.888MPa，压缩机绝热压缩后h2≈415kJ/kg；-状态3（冷凝器出口饱和液体）：pk=0.888MPa下，饱和液体焓h3≈249kJ/kg；-状态4（节流阀出口湿蒸汽）：节流过程焓不变，h4=h3≈249kJ/kg。（2）计算单位质量制冷量q0=h1-h4=386-249=137kJ/kg；（3）计算压缩机单位功w=h2-h1=415-386=29kJ/kg；（4）制冷系数COP=q0/w=137/29≈4.72。因此，该制冷循环的制冷系数约为4.72。8-5某理想气体在绝热过程中，初态压力p1=0.5MPa、温度T1=300K，经可逆绝热膨胀后压力p2=0.1MPa，求终态温度T2（气体绝热指数k=1.4）。理想气体可逆绝热过程遵循泊松公式：T2/T1=(p2/p1)^[(k-1)/k]。代入数据得T2=3