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1、精选优质文档-倾情为你奉上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（101 325 pa）下纯水的冰点是 32 f，汽点是 212 f，试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。 解： tf 32 tc 0 212 32 100 0 180
2、tc 32 9tc32 tf 100 5 1-2英制系统中朗肯温度与华氏温度的关系为tr tf 459.67。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 671.67 491.67 t(r) 491.67 373.15273.15t(k) 273.15 tr 1.8tk 解得 （2）据上述关系tk 0时，tr0 1-
3、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） tn 100 tc 0 1000 100 100 0 tn 9tc 100 （2） tq tn c 9tc 100 c 9tk 273.15100 c 据题意，当tk 0时，tq 0，解得上式中c2358.35，代回原式得 tq tn2358.35 tn 0时，t 2358.385q。 1-4直径为1m的球形刚性容器，抽气后真空度为
4、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） p p b pv 0.10110 6 pa 752.5mmhg133.3pa/mmhg 691.75pa 2 a0 4d2 43.14161m f a0p a0( pb p) 12.57m 2 2 12.57 m (0.10110 pa - 691.75pa) 1.26110 n 6 6 1-5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
5、容器中气体的压力（mpa）。 解： p pe pb (10209.81)pa (.3)pa (.3)pa 2.30610 pa 0.231mpa 5 图 1-1 1-6容器中的真空度为pv 600mmhg，气压计上水银柱高度为 pb 755mm，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 p 770mm，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 p pb pv ()mmhg 155mmhg0.0207mpa 若容器中绝对压力不变，而大气压力变为 pb vp 770mmhg。则此时真空表上的读
6、数为 615mmhg pbp (770 155)mmhg 1-7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 3 0.810kg/m 3 的煤油，斜 管中液柱长度l 200mm。当地大气压力 pv 745mmhg。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 1-2 pv l sing 20010m0.50.810 9.81m/s2 809.81pa kg/m 1 mmh2o、1mmhg 3 3 3 13.595mmh2o，故 因1pa 9.81 pv 80mmh2o 烟气绝对压力 p
7、pb pv (74513.595)mmh2o 80mmh2o 10048.3mmh2o 0. 5 pa 1?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
8、 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 (p pb), p= pb -pv (p pb) 中，当地大气压是否必定是环境 大气压？ 当地大气压
9、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
10、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1 2 v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
11、，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=?uw q=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+pv q2-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2-1
12、2 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
13、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）
14、 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
15、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 (p pb), p= pb -pv (p pb) 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
16、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to measure temperature. in order to measure temperature of body a, we compare body c a thermometer with body a and temperature scales (温度的标尺，简称温标) separately. when they are in thermal equilibrium, they have the same temperature. then we can know the temperature of bod
17、y a with temperature scale marked on thermometer. 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
18、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分析汽车动力系统（图1-21）与外界的质能交换情况。 吸入空气，排出烟气，输出动力（机械能）以克服阻力，发动机水箱还要大量散热。不考虑燃烧时，燃料燃烧是热源，燃气工质吸热；系统包括燃
19、烧时，油料发生减少。 11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？ 经历一个不可逆过程后，系统可以恢复原来状态，它将 导致外界发生变化。包括系统和外界的整个大系统不能恢复原来状态。 1 12图1-22中容器为刚性绝 热容器，分成两部分，一部分 2 v 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？ 13过程1a2是可逆过程，过程1b2是不可逆过程。有人
20、说过程1a2对外作功大于过程1b2，你是否同意他的说法？为什么？ 不同意。过程1a2的作功量是确定的，而过程1b2的作功量不确定，因而无法比较。 14系统经历一可逆正向循环和其逆向可逆循环后，系统和外界有什么变化？若上述正向循环及逆向循环中有不可逆因素，则系统及外界有什么变化？ 系统经历一可逆正向循环和其逆向可逆循环后，系统和外界没有变化。若上述正向循环及逆向循环中有不可逆因素，则系统恢复原来状态，外界 则留下了变化（外界的熵增加）。 15工质及气缸、活塞组成的系统经循环后，系统 输出功中是否要减去活塞排斥大气功才是有用功？ 不需要。 1热力学能就是热量吗？ 不是。热力学能是工质的状态参数，是
21、工质的性质，是工质内部储存能量，是与状态变化过程无关的物理量。热量是工质状态发生变化时通过系统边界传递的热能，其大小与变化过程有关，热量不是状态参数。 2若在研究飞机发动机中工质的能量转换规律时把参考坐标建在飞机上，工质的总能中是否包括外部储存能？在以氢、氧为燃料的电池系统中系统的热力学能是否应包括氢和氧的化学能？ 无论参考坐标建立在何处，工质的总能中始终包括外部储存能，只不过参考坐标建立合适，工质的宏观动能、宏观势能的值等于零，便于计算。 氢氧燃料电池中化学能变化是主要的能量变化，因而不可忽略。 3能否由基本能量方程式得出功、热量和热力学能是相同性质的参数的结论？ q=?uw 不能。基本能量方程式仅仅说明且充分说明功、热量和热力学能都是能量，都是能量存在的一种形式，在能量的数量上它们是有等价关系的。而 不涉及功、热量和热力学能的其他属性，也表明功、热量和热力学能的其他属性与能量本质无关。 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？若在隔图2-12 自由膨胀 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=?uw q=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专心-专注-专业