高等工程热力学课后习题答案.docx
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高等工程热力学课后习题答案
高等工程热力学课后习题答案
【篇一：
工程热力学，课后习题答案】
txt＞工程热力学（第五版）廉乐明谭羽非等编
中国建筑工业出版社
第二章气体的热力性质
2-2,已知n2的m=28,求
（1）n2的气体常数；
（2）标准状态下
n2的比容和密度；（3）p?
0.1mpa,t?
500c时的摩尔容积mv。
解：
（1）n2的气体常数
r?
r08314?
m28=296.9j/（kg?
k）
（2）标准状态下n2的比容和密度
v?
rt296,9?
273?
p101325=0.8m3/kg
1
3v=1.25kg/m?
?
（3）p?
0.1mpa,t?
500C时的摩尔容积mvr0t
mv=p=64.27m3/kmol
2-3.把co2压送到容积3m3的储气罐里，起始表压力pg1?
30kpa,终了表压力pg2?
0.3mpa,温度由t1=45C增加到t2=70C。
试求被压入的co2的质量。
当地大气压b=101.325kpa。
解：
热力系：
储气罐。
应用理想气体状态方程。
压送前储气罐中co2的质量
m1?
p1v1rt1p2v2rt2压送后储气罐中co2的质量m2?
根据题意
容积体积不变；r=188.9
p1?
pg1?
b
（1）
⑵⑶
（4）p2?
pg2?
bt1?
t1?
273t2?
t2?
273
压入的co2的质量
m?
m1?
m2?
vp2P1（?
）rt2t1（5）
将
（1）、
（2）、（3）、⑷代入（5）式得m=12.02kg
2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300m3的空气，
如外界的温度增高到27C,大气压降低到99.3kpa,而鼓风机每小时的送风量仍为300m3,问鼓风机送风量的质量改变多少？
解：
同
上题
m?
m1?
m2?
vp2P130099.3101.325（?
）?
⑺？
1000rt2t1287300273=41.97kg
2-6空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15C、压力为0.1mpa
的空气3m3,充入容积8.5m3的储气罐内。
设开始时罐内的温度和压力与外界相同，问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到0.7mpa?
设充气过程中气罐内温度不变。
解：
热力系：
储
气罐。
使用理想气体状态方程。
第一种解法：
首先求终态时需要充入的空气质量
p2V27?
105?
8.5m2?
?
rt2287?
288kg
压缩机每分钟充入空气量
pv1?
105?
3m?
?
rt287?
288kg
所需时间
t?
m2?
m19.83min
第二种解法
将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为0.1mpa一
定量的空气压缩为0.7mpa的空气；或者说0.7mpa、8.5m3的空气在0.1mpa下占体积为多少的问题。
根据等温状态方程
pv?
const
0.7mpa、8.5m3的空气在0.1mpa下占体积为v1?
p2v20.7?
8.5?
?
59.5p10.1m3
压缩机每分钟可以压缩0.1mpa的空气3m3,则要压缩59.5m3的空气需要的时间
?
?
59.5?
319.83min
2-8在一直径为400mm的活塞上置有质量为3000kg的物体，气缸中空气的温度为18C,质量为2.12kg。
加热后其容积增大为原来的两倍。
大气压力b=101kpa,问：
（1）气缸中空气的终温是多少？
（2）终态的比容是多少？
（3）初态和终态的密度各是多少？
解：
热力系：
气缸和活塞构成的区间。
使用理想气体状态方程。
（1）空气终态温度
t2?
v2t1?
v1582k
（2）空气的初容积
v1?
mrt1?
p0.527m3空气的终态比容
v2?
v22v1?
mm=0.5m3/kg
或者
v2?
rt2?
p0.5m3/kg
（3）初态密度
?
1?
m2.12?
v10.527=4kg/m3
?
2?
1?
v22kg/m3
2-9
解：
（1）氮气质量
pv13.7?
106?
0.05m?
?
rt296.8?
300=7.69kg
（2）熔化温度
pv16.5?
106?
0.05t?
?
mr7.69?
296.8=361k
2-14如果忽略空气中的稀有气体，则可以认为其质量成分为
go2?
23.2%,gn2?
76.8%。
试求空气的折合分子量、气体常数、容积成分及在标准状态下的比容和密度。
解：
折合分子量
m?
11?
gi0.2320.768?
?
m3228i=28.86
气体常数
r?
r08314?
m28.86=288j/（kg?
k）
容积成分
ro2?
go2m/mo2=20.9%
【篇二：
工程热力学课后答案】
章）
第1章基本概念
1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统
内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？
答：
否。
当一个控制
质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统
内的质量将保持恒定不变。
2.有人认为，开口系统中系统与外界有
物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。
这种观点对不对，为什么？
答：
不对。
绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。
热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓热量”。
物质并不拥有"热量。
一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。
3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系？
答：
平衡状态”与稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。
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？
在绝对压力计算公式
p?
pb?
pe（p?
pb）;p?
pb?
pv（p?
pb）
中，当地大气压是否必定是环境大气压？
答：
可能会的。
因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。
环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。
当地大气压”并非就是环境大气压。
准确地说，计算式中的pb应
是当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的大气压
力”，或被视为不变的环境大气压力
5.温度计测温的基本原理是什么？
答：
温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。
它利用
了温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质"这一性
质就是温度”的概念。
6.经验温标的缺点是什么？
为什么？
答：
由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。
由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可
能是微小的），因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。
这便是经验温标的根本缺点。
7.促使系统状态变化的原因是什么？
举例说明。
答：
分两种不同情况：
（1）若系统原本不处于平衡状态，系统内各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作用下，各个部分发生相互作用，系统的状态将发生变化。
例如，将一块烧热了的铁扔进一盆水中，对于水和该铁块构成的系统说来，由于水和铁块之间存在着温度差别，起初系统处于热不平衡的状态。
这种情况下，无需外界给予系统任何作用，系统也会因铁块对水放出热量而发生状态变化：
铁块的温度逐渐降低，水的温度逐渐升高，最终系统从热不平衡的状态过渡到一种新的热平衡状态；
⑵若系统原处于平衡状态，则只有在外界的作用下（作功或传热）系统的状态才会发生变。
8.图1-16a、b所示容器为刚性容器：
⑴将容器分成两部分。
一部分装气体，
一部分抽成真空，中间是隔板。
若突然抽去隔板，气体（系统）是否作
功？
⑵设真空部分装有许多隔板，每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再抽去一块，
问气体（系统）是否作功？
⑶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？
答：
⑴；受刚性容器的约束，气体与外界间无任何力的作用，气体（系统）不对外界作功；
⑵b情况下系统也与外界无力的作用，因此系统不对外界作功；
⑶a中所示的情况为气体向真空膨胀（自由膨胀）的过程，是典型的不可逆过程。
过程中气体不可能处于平衡状态，因此该过程不能在p-v
图上示出；b中的情况与a有所不同，若隔板数量足够多，每当抽去一块隔板时，气体只作极微小的膨胀，因而可认为过程中气体始终处在一种无限接近平衡的状态中，即气体经历的是一种准静过程，这种过程可以在p-v图上用实线表示出来。
9.经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？
包括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态？
答：
所谓过程不可逆，是指一并
完成该过程的逆过程后，系统和它的外界不可能同时恢复到他们的
原来状态，并非简单地指系统不可能回复到原态。
同理，系统经历正、逆过程后恢复到了原态也并不就意味着过程是可逆的；过程是否可逆，还得看与之发生过相互作用的所有外界是否也全都回复到了原来的状态，没有遗留下任何变化。
原则上说来经历一个不可逆过程后系统是可能恢复到原来状态的，只是包括系统和外界在内的整个系统则一定不能恢复原来状态。
10.系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统和外界有什么变化？
若上述正向及逆向循环中有不可逆因素，则系统及外界有什么变化？
答：
系统完成一个循环后接着又完成其逆向循环时，无论循环可逆与否，系统的状态都不会有什么变化。
根据可逆的概念，当系统完成可逆过程（包括循环）后接着又完成其逆向过程时，与之发生相互作用的外界也应一一回复到原来的状态，不遗留下任何变化；若循环中存在着不可逆因素，系统完成的是不可逆循环时，虽然系统回复到原来状态，但在外界一定会遗留下某种永远无法复原的变化。
（注意：
系统完成任何一个循环后都恢复到原来的状态，但并没有完成其逆过程”，因此不存在其外界是否也恢复到原来状态”的问题。
一般说来，系统进行任何一种循环后都必然会在外界产生某种效应，如热变功，制冷等，从而使外界有了变化。
）
11.工质及气缸、活塞组成的系统经循环后，系统输出的功中是否要
减去活塞排斥大气功才是有用功？
答：
不需要。
由于活塞也包含在系统内，既然系统完成的是循环过程，从总的结果看来活塞并未改变其位置，实际上不存在排斥大气的作用。
第2章热力学第一定律
1.刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，a中存有高压空气，b中
保持真空，如图2--11所示。
若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何变化？
若隔板上有
一小孔，气体泄漏人b中，
分析a、b两部分压力相同时a、b两部分气体的比热力学能如何变化？
答：
⑴定义容器内的气体为系统，这是一个控制质量。
由于气体向真空作无阻自由膨胀，不对外界作功，过程功w=0；容器又是绝热的，过程的热量
q=0,因此，根据热力学第一定律q=Au+w,应有4u=0,即容器中气体的总热力学能不变，
膨胀后当气体重新回复到热力学平衡状态时，其比热力学能亦与原
来一样，没有变化；若为理想气体，则其温度不变。
⑵当隔板上有
一小孔，气体从a泄漏人b中，若隔板为良好导热体，a、b两部分气体时刻应有相同的温度，当a、b两部分气体压力相同时，a、b两部分气体处于热力学平衡状态，情况像上述作自由膨胀时一样，两部分气体将有相同的比热力学能，按其容积比分配气体的总热力学能；若隔板为绝热体，则过程为a对b的充气过程，由于a部分
气体需对进入b的那一部分气体作推进功，充气的结果其比热力学能将比原来减少，b部分气体的比热力学能则会比原来升高，最终两部分气体的压力会达到平衡，但a部分气体的温度将比b部分的低
（见习题4-22）。
2.热力学第一定律的能量方程式是否可写成
q?
?
u?
pv
q2?
q1?
（u2?
u1）?
（w2?
w1）
的形式，为什么？
答：
⑴热力学第一定律的基本表达式是：
过程热量=工质的热力学能变化+过程功
第一个公式中的pv并非过程功的正确表达，因此该式是不成立的；
⑵热量和功过程功都是过程的函数，并非状态的函数，对应于状态
1和2并不存在什么q1、q2和w1、w2
;对于过程
1-2并不存在过程热量q?
q2?
q1和过程功w?
w2?
w1,因此第二个公式也是不成立的。
3.热力学第一定律解析式有时写成下列两种形式：
q.?
?
u?
w
q?
?
u?
?
pdv12
分别讨论上述两式的适用范围。
答：
第一个公式为热力学第一定律的最普遍表达，原则上适用于不作宏观运动的一切系统的所有过程；第二个表达式中由于将过程功表达成?
2
1pdv
这只是对简单可压缩物质的可逆过程才正确，因此该公式仅适用于简单可压缩物质的可逆过程。
4..为什么推动功出现在开口系能量方程式中，而不出现在闭口系能量方程式中？
答：
当流体流动时，上游流体为了在下游占有一个位置，必须将相应的下游流体推挤开去，当有流体流进或流出系统时，上、下游流体间的这种推挤关系，就会在系统与外界之间形成一种特有的推动功（推进功或推出功）相互作用。
反之，闭口系统由于不存在流体的宏观流动现象，不存在上游流体推挤下游流体的作用，也就没有系统与外间的推动功作用，所以在闭口系统的能量方程式中不会出现推动功项。
5..稳定流动能量方程式（2-16）是否可应用于活塞式压气机这种机械的稳定工况运行的能量分析？
为什么？
答：
可以。
就活塞式压气机这种机械的一个工作周期而言，其工作过程虽是不连续的，但就一段足够长的时间而言（机器的每一工作周期所占的时间相对很短），机器是在不断地进气和排气，因此，对于这种机器的稳定工作情况，稳态稳流的能量方程是适用的。
?
q?
du?
?
w
?
q?
dh?
?
wt
m?
q?
dh?
dc2
f?
mgdz?
?
wi2
上述三式中w、wt和wi的相互关系是什么？
答：
是的，同时满足该三个公式。
6..开口系实施稳定流动过程，
是否同时满足下列三式
第一个公式中du指的是流体流过系统时的热力
7.几股流体汇合成一股流体称为合流，如图2-12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，并导出出口截面上焰值h3的计算式。
答:
认为合流过程是绝热的稳态稳流过程，系统不作轴功，并忽略流体的宏观动能和重力位
能。
对所定义的系统，由式（2-28）
q?
.nm.decv11?
?
[（h?
c2?
gz）m]?
?
[（h?
c2?
gz）m]?
wshaft,id?
22i?
1i
?
1out,iin,i
应有能量平衡
第3章理想气体的性质
1.怎样正确看待理想气体”这个概念？
在进行实际计算时如何决定是否可采用理想气体的一些公式？
答：
理想气体并非实际存在的气体。
它只是通常气体的一种抽象物，当实际气体压力趋于零，比体积趋于无限大时才表现出理想气体性质。
相对通常的压力和温度而言，当实际气体的温度较高，压力较低，而计算精度要求又不是太高时，可以采用理想气体的一些公式对之进行计算。
2.气体的摩尔体积vm是否因气体的种类而异？
是否因所处状态不同而异？
任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是0.022414m3/mol?
答：
同温同压下，任何1摩尔气体都具有相同的容积。
但是，若气体的状态不同，其摩尔体积并不相同，只在标准状况下气体的千摩尔体积才等于22.4m3/kmol。
3.摩尔气体常数r的值是否随气体的种类不同或状态不同而异？
4.如果某种工质的状态方程式为pv=rgt,那么这种工质比热容、热力学能、焰都仅仅是温度的函数吗？
答：
理想气体的状态方程式为pv=rgt,服从这一方程的气体均属
理想气体。
按照理想气体模型，其热力学能、焰都仅仅是温度的函数。
理想气体的比热容与过程的性质有关，也与温度有关，对于一定的过程而言，理想气体的比热容仅是温度的函数。
5.对于一种确定的理想气体，（cp-cv）是否等于定值？
cp/cv是否为定值？
在不同温度下（cp-cv）、cp/cv是否总是同一定值？
答：
根据迈耶公式，cp-cv=rg,对于一种确定的理想气体rg是一常数，不因温度变化而改变。
热容比
cp/cv则不同，它与气体的种类有关，而且，对于一种确定的理想
气体它还与气体的温度有关，随温升高
而降低。
6.迈耶公式cp-cv=rg是否适用于理想气体混合物？
是否适用于实际气体？
答：
迈耶公式cp-cv=rg也适用于理想气体混合物，这时式中的cp、cv应是混合气体的定压比热容和定容比热容，对于质量比热容，应有cp=Ewicp,i,cv=Ewicv,i；rg是混合气体的折算气体常数，
rg=Ewirg,io以上wi为混合气体的质量分数。
迈耶公式根据理想气体的热力学能和焰为温度的单值函数这一性质
导出，不适用于实际气体。
7.试论证热力学能和焰是状态参数。
理想气体热力学能和给有何特点？
答：
所谓热力学能是指因物质内部分子作热运动的所具有的内动能，分子间存在相互作用力而相应具有的内位能、维持一定分子结构的化学能、原子核内部的原子能，以及电磁场作用下的电磁能等。
在无化学反应、原子核反应的情况下，物质的化学能和原子核能无变化，可不予考虑，物质的热力学能变化仅包含内动能和内位能的变化。
根据分子运动论和量子理论，普遍说来分子热运动所具有的内动能是温度的函数，而内位能则是温度和比体积的函数，即物质的热力学能是物质的状态参数。
根据热力学第一定律，工质从状态1经某种热力过程变化到状态2
时，有能量平衡关系
dq=du+dw
从另一方面说来，当？
m（mh）out1.?
.2
.n.?
.（mh）in.3.?
0m工质经历热力循环时，应有循环的净热量等于循环的净功：
？
?
如止匕，对于如图所示h1?
m2h?
m2h3?
?
dq?
?
?
dw即?
?
（dq?
dw）?
0h3?
m1h1?
m2hm3的1a2c1和1b2c1两个热力循环，应有
?
1a2（dq?
dw）?
?
（dq?
dw）?
02c1及
1a2（dq?
dw）?
?
（dq?
dw）?
02c1（dq?
dw）?
对比两式，可见1a2?
1b2（dq?
dw）?
由热力学第一定律的表达式，根据式①及②有?
?
du?
0
及
?
1a2du?
?
du1b2
这表明积分函数du的求积结果与路径无关，即du是某个状态参数的全微分，可见热力学能u为状态参数。
8.气体有两个独立的参数,u或h可以表示为p和v的函数，即u=fu（p,v）o但又曾得出结论,理想气体的热力学能、焰只取决于温度，这两点是否矛盾？
为什么？
答：
不矛盾。
根据理想气体模型，理想气体的分子只有内动能，不存在内位能，其热力学能仅包含内动能，因此其热力学能u只是温
度的函数。
给参数h的定义为h=u+pv,由于理想气体遵循状态方程pv=rgt,可见理想气体的焰参数也仅为温度的函数。
另一方面，从状态方程看理想气体的温度t应是其压力p和比体积v的函数，因而热力学能u和焰参数h也可以表达为压力p和比体积v的函数。
一个状态参数是另一个状态参数的单值函数，这说明两者间具有一种特殊的同一关系，相互间不是独立的。
实际上气体的状态是不可能由这两者来共同确定的，要确定气体的状态必须给出两个独立参数，这是普遍的关系。
9.为什么工质的热力学能、焰、嫡为零的基准可以任选？
理想气体的热力学能或焰的参照状态通常选定哪个或哪些个状态参数值？
对理想气体的嫡又如何？
答：
由于热工计算中通常只是需要知道工质的热力学能、焰或嫡的
变化值，因此无需追究他们的绝对值，只要选定参照状态作为基准，为之确定相对值就可以了。
理想气体通常取热力学温度为零（0k）,
或摄氏温度为零时（0C）的状态作为基准状态，令此时的热力学能和给参数为零，以确定其它状态下的相对值；气体的嫡参数通常取0k,
0.1013mpa为参照状态，令气体在该状态下的嫡参数相对值为零。
10..气体热力性质表中的u、h及so的基准是什么状态？
答：
这时的基准状态是热力学温度为零（0k）o
11.在图3-8所示t-s图上任意可逆过程1-2的热量如何表示？
理想气体在1和2状态间的热力学能变化量、焰变化量如何表示？
若1-2
经过的是不可逆过程又如何？
答：
①对于可逆过程1-2,过程热量可
用过程曲线与横轴s之间所夹的面积来表示；
②由于理想气体的热力学能是温度的单值函数，温度相同时其热力
学能相同，图附一中点3与点2温度相同，因此其热力学能相同。
又因可逆定容过程的热量等于热力学能增量，因此图中所示定容线
1-3下面带阴影线部分的面积代表理想气体过程12的热力学能变化。
作图方法：
过点1作定容过程线；过点2作定温线与定容线交于点
3。
定容过程13的过程线与横轴s间所夹的面积即为过程12的热力学能变化。
③由于理想气体的焰是温度的单值函数，温度相同时其焰相同，图
附二中点3与点2温度相同，因此其焰相同。
又因可逆定压过程的
热量等于焰增量，因此图
中所示定压线1-3下面带阴影线部分的面积代表理想气体过程12的
焰变
化。
作图方法：
过点1作定压过程线；过点2作定温线与定压线交于点
3。
定
压过程13的过程线与横轴s间所夹的面积即为过程12的焰变化。
【篇三：
工程热力学-课后思考题答案】
>1.答：
不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定
2.答：
这种说法是不对的。
工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。
3.答：
只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4.答：
压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5.答：
温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6.答：
任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。
7.答：
系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。
8.答：
（1）第一种情况如图1-1（a）,不作功
（2）第二种情况如图1-1（b）,作功（3）第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。
9.答：
经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。
系统和外界整个系统不能恢复原来状态。
10.答：
系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。
11.答：
不一定。
主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。
第二章热力学第一定律
1.答：
将隔板抽去，根据热力学第一定律
力学能不变。
q?
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u?
w其中q?
0,w?
0所以容器中空气的热若有一小孔，以b为热力系进行分析
2?
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c2cf2f1?
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只有流体的流入没有流出，?
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0,忽略动能、势能decv?
h1?
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du?
h1?
m1
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u?
h1m1
b部分气体的热力学能增量为？
u,a部分气体的热力学能减少量
为?
u
（2-5）2.答:
热力学第一定律能量方程式不可以写成题中所述的形式。
对于q?
?
u?
pv只有在特殊情况下，功w可以写成这样一个必需
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