第四版工程热力学课后习题答案

第四版工程热力学课后习题答案【篇一：工程热力学第四版课后习题答案】txt本题解是沈维道、童钧耕编写高等教育出版社出版的“十一五”国家级规划教材《工程热力学》第4版的配套资料。本题解提供的解法是从教学的角度出发的，未必是唯一的或是最好的，题解中出现的错误恳请读者批评指正。上海交通大学机械与动力工程学院童钧耕2007/11/22第一章基本概念1-1英制系统中采用华氏温标，它规定在标准大气压（101325pa）下纯水的冰点是32f，汽点是212f，试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。解：{t}f32{t}c0212321000180{t}c329{t}c32{t}f10051-2英制系统中朗肯温度与华氏温度的关系为{t}r{t}f459.67。已知热力学绝对温标及朗肯温标在纯水冰点的读数分别是273.15k和491.67r；汽点的读数分别是373.15k和671.67r。（1）导出朗肯温度和开尔文温度的关系式；（2）开尔文温标上绝对零度在朗肯温标上是多少度？解：（1）若任意温度t在朗肯温标上读数为t(r)在热力学绝对温标上读数为t（k），则671.67491.67t(r)491.67373.15273.15t(k)273.15{t}r1.8{t}k解得（2）据上述关系{t}k0时，{t}r01-3设一新温标，用符号n表示温度单位（它的绝对温标是用q表示温度单位）。规定纯水的冰点和汽点100n和1000n。试求：（1）该新温标与摄氏温标的关系；（2）若该温标的绝对零度与热力学温标零度相同，则该温标读数为0n时，其绝对温标读数是多少q？解：（1）{t}n100{t}c010001001000{t}n9{t}c100（2）{t}q{t}nc9{t}c100c9[{t}k273.15]100c据题意，当{t}k0时，{t}q0，解得上式中c2358.35，代回原式得{t}q{t}n2358.35{t}n0时，t2358.385q。1-4直径为1m的球形刚性容器，抽气后真空度为752.5mmhg，若当地大气为0.101mpa，求：（1）容器内绝对压力为多少pa；（2）容器表面受力多少n？解：（1）（2）ppbpv0.101106pa752.5mmhg133.3pa/mmhg691.75pa2a04d243.14161mfa0pa0(pbp)12.57m2212.57m(0.10110pa-691.75pa)1.26110n661-5用u型压力计测量容器中气体的压力，在水银柱上加一段水，则得水柱高1020mm，水银柱高900mm，如图1-1所示，若当地大气压为755mmhg，求容器中气体的压力（mpa）。解：ppepb(10209.81)pa(900133.3)pa(755133.3)pa2.30610pa0.231mpa5图1-11-6容器中的真空度为pv600mmhg，气压计上水银柱高度为pb755mm，求容器中的绝对压力（以mpa表示）。如果容器中的绝对压力不变，而气压计上水银柱高度为p770mm，求此时真空表上的读数（以mmhg表示）是多少？b解：容器中气体压力低于当地大气压力，故绝对压力ppbpv(755600)mmhg155mmhg0.0207mpa若容器中绝对压力不变，而大气压力变为pbvp770mmhg。则此时真空表上的读数为615mmhgpbp(770155)mmhg1-7用斜管压力计测量锅炉烟道烟气的真空度（如图1-24）管子的倾斜角30，压力计中使用密度30.810kg/m3的煤油，斜管中液柱长度l200mm。当地大气压力pv745mmhg。求烟气的真空度（以mmh2o表示）及绝对压力（以pa表示）。解：倾斜式压力计上读数即烟气的真空度图1-2pvlsing20010m0.50.8109.81m/s2809.81pakg/m1mmh2o、1mmhg33313.595mmh2o，故因1pa9.81pv80mmh2o烟气绝对压力ppbpv(74513.595)mmh2o80mmh2o10048.3mmh2o0.9857105pa1?8压力锅因其内部压力和温度比普通锅高而缩短了蒸煮食物的时间。压力锅的盖子密封良好，蒸汽只能从盖子中间的缝隙逸出，在缝隙的上方有一个可移动的小柱塞，所以只有锅内蒸汽的压力超过了柱塞的压力后蒸汽才能逸出（图1-3）。蒸汽周期性逸出使锅内压力近似可认为恒定，也防止了锅内压力过高产生的危险。若蒸汽逸出时压力锅内压力应达到201kpa，压力锅盖缝隙的横截面积为4mm，当地大气压力平均为101kpa，试2求小柱塞的质量。解：蒸汽逸出时锅内表压力即为应由柱塞产生的压力，所以图1-3【篇二：工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕主编_高等教育出版社】内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。2．有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。4．倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式p=pb+pg(ppb),p=pb-pv(ppb)中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压pb改变，压力表读数就会改变。当地大气压pb不一定是环境大气压。6．经验温标的缺点是什么？为什么？不同测温物质的测温结果有4题图较大的误差，因为测温结果依赖于测温物质的性质。7．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能9题图构成孤立系统？不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a图）。包括电加热器则为开口绝热系统（b图）。将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部包括在内，构成孤立系统。或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。12．图1-22中容器为刚性绝热容器，分成两部分，一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板，（1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？（2）设真空部分装有许多隔板，逐个抽去12v隔板，每抽一块板让气体先恢复平衡在抽下一块，则又如何？（3）上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在p-v图上表示？4．一刚性容器，中间用绝热隔板分为两部分，a中存有高压空气，b中保持真空，如图2-12所示。若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能将如何变化？若在隔板上有一小孔，气体泄漏入b中，分析a、b两部分压力相同时a、b两部分气体热力学能如何变化？q=?u＋wq=0，?u为负值（u减少），转化为气体的动能，动能在b中经内部摩擦耗散为热能被气体重新吸收，热力学能增加，最终?u=0。5．热力学第一定律的能量方程式是否可写成下列形式？为什么？q=?u+pvq2-q1=(u2-u1)+(w2-w1)不可以。w不可能等于pv，w是过程量，pv则是状态参数。q和w都是过程量，所以不会有q2-q1和w2-w1。8．焓是工质流入（或流出）开口系时传递入（或传递出）系统的总能量，那么闭口系工质有没有焓值？比较正规的答案是，作为工质的状态参数，闭口系工质也有焓值，图2-12自由膨胀但是由于工质不流动，所以其焓值没有什么意义。焓=热力学能+占位能9．气体流入真空容器，是否需要推动功？推动功的定义为，工质在流动时，推动它下游工质时所作的功。下游无工质，故不需要推动功。利用开口系统的一般能量方程式推导的最终结果也是如此。11．为什么稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等都会改变，而整个系统的?ucv=0、?hcv=0、?scv=0?控制体的?ucv=0、?hcv=0、?scv=0是指过程进行时间前后的变化值，稳定流动系统在不同时间内各点的状态参数都不发生变化，所以?ucv=0、?hcv=0、?scv=0。稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等的改变仅仅是依坐标的改变。13.几股流体汇合成一股流体称为合流，如图2-13所示。工程上几台压气机同时向主气道送气以及混合式换热器等都有合流的问题。通常合流过程都是绝热的。取1-1、2-2和3-3截面之间的空间为控制体积，列出能量方程式并导出出口截面上焓值h3的计算式。进入系统的能量–离开系统的能量=系统贮存能量的变化系统贮存能量的变化：不变。进入系统的能量：qm1带入的和qm2带入的。没有热量输入。qm1（h1+cf12/2+gz1）+qm2（h2+cf22/2+gz2）离开系统的能量：qm3带出的，没有机械能（轴功）输出。qm3（h3+cf32/2+gz3）如果合流前后流速变化不太大，且势能变化一般可以忽略，则能量方程为：qm1?h1+qm2?h2=qm3?h3出口截面上焓值h3的计算式h3=（qm1?h1+qm2?h2）/qm3本题中，如果流体反向流动就是分流问题，分流与合流问题的能量方程式是一样的，一般习惯前后反过来写。qm1?h1=qm2?h2+qm3?h3。3．摩尔气体常数r值是否随气体的种类而不同或状态不同而异？摩尔气体常数r是基本物理常数，它与气体的种类、状态等均无【篇三：工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕主编_高等教育出版社】质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。2．有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。3．平衡状态与稳定状态有何区别和联系？平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态。4．倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式p=pb+pg(ppb),p=pb-pv(ppb)中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压pb改4题图变，压力表读数就会改变。当地大气压pb不一定是环境大气压。5．温度计测温的基本原理是什么？热力学第零定律tomeasuretemperature.inordertomeasuretemperatureofbodya,wecomparebodyc—athermometer—withbodyaandtemperaturescales(温度的标尺，简称温标)separately.whentheyareinthermalequilibrium,theyhavethesametemperature.thenwecanknowthetemperatureofbodyawithtemperaturescalemarkedonthermometer.6．经验温标的缺点是什么？为什么？不同测温物质的测温结果有较大的误差，因为测温结果依赖于测温物质的性质。7．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。8．分别以图1-20所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这些是什么系统。参加公路自行车赛的运动员是开口系统、运动手枪中的压缩空气是闭口绝热系统、杯子里的热水是开口系统（闭口系统——忽略蒸发时）、正在运行的电视机是闭口系统。9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通9题图常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统？不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a图）。包括电加热器则为开口绝热系统（b图）。将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部包括在内，构成孤立系统。或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。10．