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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mm200，水银柱高mm800，如图2-26所示。已知大气压力为mm735Hg，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kPappppkPaPapkPapHgOHbHgOH6.206)6.106961.1(0.98)(6.10610006.132.133800.96.110961.180665.92002253=++=++==×=×==×=×=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o30=a，压力计中使用3/8.0cmg=r的煤油，斜管液体长度mmL200=，当地大气压力MPapb1.0=，求烟气的绝对压力（用MPa表示）解：MPaPagLp6108.7848.7845.081.98.0200sin-×==×××==arMPapppvb0992.0108.7841.06=×-=-=-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kPa110，B为真空表，读数为kPa45。若当地大气压kPapb97=，求压力表A的读数（用kPa表示）kPapgA155=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MPa4.13；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为mmHg706。若大气压力为MPa098.0，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）MPapMPap0039.0;0247.021==8.测得容器的真空度mmHgpv550=，大气压力MPapb098.0=，求容器内的绝对压力。若大气压变为MPapb102.0=′，求此时真空表上的读数为多少mmMPa？MPapMPapv8.579,0247.0=′=9.如果气压计压力为kPa83，试完成以下计算：（1）.绝对压力为11.0MPa时的表压力；（2）.真空计上的读数为kPa70时气体的绝对压力；（3）.绝对压力为kPa50时的相应真空度（kPa）；（4）.表压力为MPa25.0时的绝对压力（kPa）。（1）.kPapg17=；（2）.kPap13=；（3）.kPapv33=；（4）.kPap333=。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。BAttF+=将水在标准大气压下的冰点值032和Fo℃，以及沸点值100292和Fo℃代入，得⎩⎨⎧+=+=BAB100212032解该二元一次方程组，得：32,8.1==BA。从而有328.1+=ttF当15.273-=t℃时，有)(7.45932_)15.273(8.1FtFo-=+-×=11.气体进行可逆过程，满足pVC=（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pV-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gpVRT=，试导出：（1）.定稳下气体,pv之间的关系；（2）.定压下气体,vT之间的关系；（3）.定容下气体,pT之间的关系。答案：（1）.2112vvpp=；（2）.1212TTvv=；（3）.1212TTpp=。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318010/qkgh=×，输出功率为55000PkW=，全厂耗煤,19.5/mcqth=，煤的发热量为33010/cqkJkg=×。蒸汽在锅炉中吸热量2680/qkJkg=。试求：（1）.该动力厂的热效率th；（2）.锅炉的效率Bh（蒸汽总吸热量煤的总发热量）。解：（1）.锅炉中蒸汽吸热量)(1034.1)/(1082.4268010180583kWhkjqqmH×=×=××=⋅=Φ热效率%411034.1550005=×=Φ=HtPh（2）.锅炉效率BHBΦΦ==煤的总放热量蒸汽总放热量h%5.8210625.11034.1)(10625.136001030105.1955533,=××=ΦΦ=×=×××=⋅=ΦBHccbBkWqqh2.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WUQ+Δ=得)(34268kjWQU-=--=-=Δ对于返回初态的过程kjUQWkjUU2834634-=-=′Δ-=′=Δ-=Δ故需对系统做功kj28。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kj40-。4.1kg空气由115,0.5pMPatMPa==膨胀到220.5,500pMPat==℃，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）.0=ΔU；（2）.0=ΔU；（3）.kjW390-=。5.闭口系统中实施以下过程，试填补表中的空缺数据。过程序号JQ/JW/JU/1JU/2JU/Δ125-12-92-858-16317-13（8）21418-117表中括号内的数为答案。6.如图所示，某封闭系统沿bca--途径由状态a变化到b，吸入热量kj90，对外做功kj40，试问：（1）.系统从a经d至b，若对外做功kj10，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kj23，吸收热量为多少？（3）.设,45,5kjUkjUdadb==，那么过程da-和bd-中系统吸收的热量各为多少？答案（1）.kjQadb60=；（2）.kjQba73-=；（2）.kjQad50=；（4）.kjQdb10=。过程序号JQ/JW/JU/1JU/2JU/Δ125-12（-46）-9（37）2-8（8）（74）58-163（38）17-13（8）21418-11（-22）7（29）7.容积为31m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MPap2.01=提高到MPap33=，热力学能变化多少？焓变化多少？答案（1）.0=W；（2）.kjHU3108.2,0×=Δ=Δ。8.一质量为kg4500的汽车沿坡度为o15的山坡下行，车速为sm/300。在距山脚m100处开始刹车，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。kjQ51004.2×=。9.某蒸汽动力装置，蒸汽流量为ht/40，汽轮机进出口处压力表读数为MPa9，进口比为kgkj/3440，汽轮机出口比焓为kgkj/2240，真空表读数为kPa06.95，当时当地大气压力为kPa66.98，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）.MPapMPap6.3099.921==（2）.kgkjsh/1200=w（3）.kWP410332.1×=（4）.考虑进出口动能差后shw的相对偏差%67.0=shw10.进入冷凝器的泛汽的蒸汽为MPap005.0=，比焓kgkjh/25001=，出口为同压下的水，比焓为kgkjh/77.1372=,若蒸汽流量为ht/22，进入冷凝器的冷却水温为171=′t℃，冷却水出口温度为302=′t℃，试求冷却水流量为多少？水的比热容为)./(18.4Kkgkj。答案)/(104.9563,hkgqwm×=11.某活塞式氮气压气机，压缩的氮气的参数分别为：MPap1.01=，kgmv/88.031=；MPap0.12=，kgmv/16.03=。设在压缩过程中每kg氮气热力学能增加kj180，同时向外放出热量kj60。压气机每min生产压缩氮气kg18，试求：（1）.压缩过程对每kg氮气所做的功；（2）.生产每kg压缩氮气所需的功；（3）.带动比压气机至少要多大的电动机。答案（1）.kgkj/240-=w；（2）.kgkjsh/312-=w；（3）.kWP6.93=。12.流速为sm/600的高速空气突然受阻停止流动，即02=c，称为滞止。如滞止过程进行迅速，以致气流受阻过程中与外界的热交换可以忽略，问滞止过程空气的焓变化了多少？答案kgkjh/180=Δ第三章理想气体及其混合物1.把2CO压送到体积为35.0m的贮气罐内。压送前贮气罐上的压力表读数为kPa3，温度为Co20，压送终了时压力表读数为kPa30，温度为Co50。试求压送到罐内的2CO的质量。大气压力为MPapb1.0=。解由()()()[]()kgTpTpRVTRVpTRVpmTmRpVKkgkJMRRkPapppkPapppggggggbgb143.02732010103273501013010189.05.0.189.044314.813030101.01033101.033311221122322311=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛+×-+×××=⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛-=-=Δ=====+×=+==+×=+=2.体积为303.0m的某钢性容器内盛有了CkPao20,700的氮气。瓶上装有一排气阀，压力达到kPa875时发门开启，压力降到kPa840时关闭。若由于外界加热的原因造成阀门开启，问：(1)阀门开启时瓶内气体温度为多少？(2)因加热造成阀门开闭一次期间瓶内氮气失去多少？设瓶内空气温度在排气过程中保持不变。答案（1）3.932=t℃；（2）kgm0097.0=Δ3.氧气瓶的容积330.0mV=瓶中氧气的表压力为CtMPapgo30,4.111==。问瓶中盛有多少氧气？若气焊时用去一半氧气，温度降为Cto202=，试问此时氧气的表压力为多少（当地大气压力MPapb1.0=）答案MPapkgmg625.0;86.72==4.某锅炉每小时燃煤需要的空气量折合表准状况时为hm366000。鼓风机实际送入的热空气温度为Co250，表压力为kPa0.20，当地大气压为MPapb1.0=，求实际送风量()hm3。解()MPapppgb12.010201.03=×+=+=-由TRqpqgmV=得()()hmPTTqpqTqpTpqVVVV3511000000010068.112.027325027366000101325.0.×=+××===5.某理想气体比热比4.1==Vpcck，定压比热容()KkgkJcp.042.1=，求该气体的摩尔质量。解由kccVp=及MRRccgVp==-得()()()molgkcRMp93.274.111042.1314.811=-×=-=6.在容积为31.0m的封闭容器内装有氧气，其压力为kPa300，温度为Co15，问应加入多少热量可使氧气温度上升到Co800？(1)按定值比热容计算；(2)按平均比热容计算。解()[]kkgkJMRRg.26.032314.8===()()kgTRpVmg2.1273151026.03.01030033=+××××==（1）()()()kJttRmtmcQgV3.6121580026.0252.12512=-×××=-=Δ=（2）查得()KkgkJcV.656.0150=()KkgkJcV.756.08000=()()()kJtctcmQtVtV0.71415656.0800756.02.1..102012=×-××=-=7.摩尔质量为