工程热力学课后习题-华永明版

第一章

3、现代发电机组中，用压力测量仪表在四个地方测量，读数分别为：表压25.6MPa、表压

O.65MPa、表压3kPa、真空度98kPa,当时大气压力为l()1.3kPa,求所测四个地方的绝对反

力，

解答：

4、西方国家经常使用华氏度作为温度单位，例如测量到某人的体温为100°F,请求出对应

的摄氏温度，并判断100°F的体温可能吗？。

解答：

5、我国进口发电机组中经常会用到一些不是整数的参数，例如

发电机组出口蒸汽温度设计值为538C,请求出对应的华氏温度,

并分析为什么会出现非整数的温度。

解答：

6、用内充水银的U形管压力计测量压力，管内出现以下两种情

况：--为水银柱中出现20mm高的空气泡，二是水银柱中混入了

水，形成一个20mm高的水柱，请求出两种情况下的的压力

解答：

可见，气体柱的压力可以忽略。

第二章

5、某封闭系统进行如下图的循环，12过程中系统和外界无

热量交换，但热力学能减少50kJ；23过程中压力保持不变，

0=p2=100kPa,容积分别为V>=0.2m3,16=0.02m3；31过程

中保持容积不变。求：

各过程中工质所作的容积功以及循环的净功量；

循环中T质的热力学能变化以及丁质和外界交换的热量：

解答：

6、水可视作不可压缩。现对一绝热封闭容器内的水加压，

加压前水的容积为O.lirP,压力为0.2MPa,加压后压力为1.2MPa。求:

(1)加压过程中外界对水所作容积功;

(2)水的热力学能的变化；

(3)水的焰的变化。

解答：

8、空气在压缩机中被压缩，压缩前的参数为p/=0.1MPa,v/=0.845m3/kg,压缩后的参数为

/；2=0.8MPa,v2=0.175m3/kg,压缩过程中每kg空气的内能增加了146kJ/kg,同时向外放出

热量50kJ/kg,压缩机压缩空气的量为10kg/min,忽略散热及工质的动能位能差。求：

(1)压缩过程中每kg空气的压缩功(容积功)。

⑵气体消耗的技术功。

(3)外界需要向压缩机输入的功率(由轴功决定)。

解答：

u

(1)vv12=q}2~^\2--50-146=-196AJ/kg

(2)跟踪流动的工质，为闭口系：

(3)稳定流动能量方程：

9、锅炉生产的298()t/h流量的过热蒸汽进入汽轮机高压缸后，经一热力过程从烯3475.5

kJ/kg降至2990.0kJ/kg,求：

(1)假设忽略汽轮机的散热、动能和位能差，那么高压缸的电功率为多少；

(2)假设散热为1.1X107kJ/h,,求散热造成的功率损失；

(3)假设汽轮机进口蒸汽的流速为50m/s,出口蒸汽流速为I50m/s,求动能差造成的

功率损失；

(4)假设汽机出口比进口低2.5m,求进出口高差对汽轮机功率的影响。

解答：

(1)忽略汽轮机的散热、动能和位能差

(2)散热

⑶动能差

(4)位能差

第三章

3、两台可逆k诺热机串联工作，A工作于700℃和的热源间，B热机工作于t°C和20℃

的热源间，吸收A热机排出的废热对外作功。求：

(1)当两台热机的热效率相同时，热源，的温度:

(2)当两台热机输出的功相等时，热源，的温度。

解答：

效率相等时：

输出功相等时：

4、一可逆热机工作在三个热源之间，热源温度如图，假设热机从热源1吸热1600kJ,并对

外做功250kJ,试求另两个热源的传热量和传热方向，并用图表示。

解答：

热量的正负号，以工质吸热为正：

解以上2式，得Q2=1500kJ,Q3=150kJ,说明热源2吸热，而热源3放热。

7、某动力循环，工质在温度440℃下得到3150kJ/kg的热量，向20℃的低温热源放出

1950kJ/kg的热量，如果工质没有其他热量交换，问此循环满足Clausius不等式吗？

HiSQ31501950

解口：/c〒=440+273.15=-2.237<0

20+273.15

满足Clausius不等式，其循环积分值为-2.237kJ/(kg.K)。

8、内可逆的卡诺热机，工作于2000K和300K的热源间，工质的高温为1900K,工质的低

温为400K,设每一循环中工质从高温热源吸热l()0kJ/kg。求：

(1)该热机的效率和每一循环中的功量、废热；

(2)高温热源和低温热源的端变：

(3)工质在各过程中的输变和循环的总爆变。

解答：

1k深层海水的温度4C,热带表层10m海水的平均温度为37C,假设深层海水的质量无

穷大，假设在深层海水和表层海水间装一热机，该热机利用表层10m海水降温至27℃所放

出的能量来作功，水的比热为4.1868kJ/(kg.K)。求：

(1)每kg表层海水降温过程中放出的热量和端变；

(2)深层海水的牖变、热机的废热量和作功量；

(3)求Ikn?海域能够输出的功量(kWh)。

(4)我国2023年底的发电量为4.94万亿kWh,求提供这些电量需要的海域面积。

解答:

(1)

(2)

(3)卬==1(/创0IO3?3.836/3600

=1.066?X^kWh

4.94'02

(4)4.606?10W

W1.066'107

12、将3kg温度为0℃的冰，投入盛有20kg温度为5O℃的水的容器中，容器保持绝热，水

的比热为4.1868kJ/(kg-K),冰熔解热为333.5kJ/kg,忽略冰熔解时体积的变化。求：

(1)系统平衡时的温度；

(2)冰的烯变，冰熔解生成的水的焙变和容器中原有水的徜变；

(3)假设环境温度为20℃,求该过程中系统可用能的损失。

解答：

(1)假设3kg的冰能全部融化,最后混合的温度为tm,3kg冰以下标1表示，20kg水以下

标2表示，根据热量守恒的关系：

(2)嫡的变化量由三局部构成，即3kg冰融化时的牖增，融化后从0℃升到5的燃增和20kg

水降温到tm的蜡减。

3、海洋深处埋藏一种名为可燃冰的物质，它能在某些情况下放出甲烷。假设在海洋深处

4000m处产生了一个体积为lOOn?的甲烷气泡，求它上升至海洋外表时的体积为多大？设

海水的密度均匀，为1.025Xl()3kg/m3,4000m深处海水温度为4℃,海洋外表温度为27℃,

当时大气压为101kPa.

解答：

5、容积为2.5n?的空气罐，原来的参数为0.05MPa(表压)、18℃,现充气至0.42MPa(表

压)，充气后温度为40℃,当时大气压为lOOkPa,求充进空气的质量。(空气参数查附录1)

解答：

7、汽油燃烧产生的烟气可视作理想气体，现测得烟气中各成分的容积为：N2：60%,02：

4%,CO2：21%,H2O：15%。求：

(1)imol混合气体中各组分的mol数；

(2)各组分的质量成分；

(3)混合气体的分子量和气体常数。

解答：

10、一定量的封闭空气由温度300K、压力0.15MPa的1点开始，经历两种过程到达相同终

点：A过程为等压过程，直接吸热至480K；B过程先等温吸热膨胀、再以等容过程增压。

试完成以下计算分析：

(1)在同一p-u图和T-s图上表示两个过程；

(2)过程中空气的热力学能变化、焙变化和燧变化;

(3)过程中空气的吸热量和作功量。

解答：

图如下

(1)定压过程

12

(2)定温过程

13和定容过程32组成

的复合过程

11、空气从温度

800K、压力

5.5MPa的状态1经一

绝热膨胀过程至状态2,用A仪器测得状态2参数为温度485K、压力I.OMPa,用B仪器

测得状态2参数为温度495K、压力0.7MPa,试判断参数A和B中哪个可能正确，并说明

理由。

解答:

12、空气从温度300K、压力O.IMPa的1点开始压缩到压力为0.6MPa的终点，试计算以

下情况下的容积功、技术功和热量。

（I）等温过程；

（2）等燃过程；

（3）“1.25的多变过程。

解答：

定温过程：

定燧过程：

多变过程：

14、一体积为0.002]/的绝热活塞-气缸如图如示，活塞无摩擦，初始位置在正中间，两边

有25C,O.IMPa的空气。现用电热丝对左边气体加热，使压力上升到O.2MPa,求：

（1）右边空气被压缩后的终温；

（2）右边空气得到的压缩功；

（3）左边空气的终温；

（4）电热丝参加系统的热量；

习题4-14

（5）左边空气经历的多变过程的指数；

（6）在同一pw图和rS图表示左右气体经历的过程。

注意：研究对象不是1kg,故功、热量应求出总量。

解答：

（I）右边气体的终温

（2）右边气体的容积功

（3）左边气体的终温

（4）左边电热丝参加的热量等于左边气体内能增量与膨胀功（右边气体得到的压缩功）之和

（5）左边气体经历的过程

15、在•・绝热的封闭气缸（0.20?）中有•无摩擦的导热活塞，开始时该活塞被固定在气缸

中间，左右容积相等。左半局部盛有300K,0.2MPa的空气，右半局部盛有300K,O.IMPa

的空气，活塞释放后系统到达新的平衡点，求该平衡点的温度、压力和燧的总变化量。

解答：

终点温度：

终点压力：

病变：

16、压力为1.2MPa、温度为380K的压缩空气在管道内流动，由于管道的摩擦和散热，空

气流至一节流阀前压力降为IMPa,温度降为300K,流经节流阀后压力继续降至0.7MPa.

求：

（1）空气在节流阀前的管道内散至环境的热量；

（2）空气在节流阀后的温度。

解答：

这是一个有散热的流动和节流的复合过程，由于节流过程比拟快，一般以绝热处理

第六章

3、空气在压缩机中被绝热压缩，压缩前空气的参数为O.IMPa、25℃；压缩后空气的参数

为0.6MPa、240℃0求:

（1）可逆时压缩机压缩1kg空气所耗的功；

（2）该压缩机压缩1kg空气所耗的功；

（3）该压缩机的效率。

解答：

4、单级活塞式压缩机需要把空气从O.IMPa、27℃压缩至0.7MPa,试计算三种方式下压缩

机的各项，即：压缩终温、起点和终点比容、吸入功、升压功、排出功、总功，结果请用

表格表示。

（1）等温压缩；

（2）〃=1.2的多变压缩；

（3）绝热压缩。

解答：终态温度、比容计算：参见理想气体过程方程计算；

吸入功、升压功、排出功、总耗功：参见书中计算式6-9

（总耗功=升压功+排出功-吸入功）

等温方式多变方式等燧方式

初温330.00300.00300.00

初压3.100.100.10

终压0.700.700.70

指数1.001.201.40

终温390.00414.93523.09

比容13.860.860.86

比容29.120.170.21

吸入功86.1386.1386.13

升压功157.60164.98160.12

排出功86.13119.13150.18

总耗功157.60197.97224.17

第七章

3、汽油机以空气为工质，进气参数为O.IMPa、50℃,压缩比为6,每一循环中参加的热量

为750kJ/kg,求循环的最高温度、最高压力、循环的净功和理论热效率。

解答：

(下标123,4参见书中图7一2)

(1)最高温度T3

⑵最高压力p3

(3)循环净功wo

(4)理论热效率

第八章

4、解答：

(1)O.17MPa压力下饱和温度=115℃

(2)O.IMPa饱和蒸汽的比容为1.694m3/kg

结果1)：如果2L水指大气压下的体积，那么m=2kg,

结果2)：如果2L水指017MPa压力下的体积，那么m=1.894kg,

5、解答:

由p2=0.1MPa,t2=120℃,查得h2=2716.48kJ/kg

由p2=0.1MPa查得h'=720.94kJ/kgh"=2767.46kJ/kg

6、解答：

(1)蒸汽需要的热量由烟气等压放热提供：

(2)产生1kg蒸汽时各局部燧变：

(3)可用能损失:

8、解答：