热工基础习题及答案工程热力学林聪中国农业大学水利与土木工程学院第一章基本概念
第一章 基本概念
1-2试确定表压力为0.01MPa时U形管压力计中液柱的高度差。（1）U形管中装水，其密度为1000kg/m2：（2）U形管中装酒精，其密度为789kg/m。解答： P, = pgAhSh=P0g0.01×106即（)Ah水=1.02m9.81x10000.01x106(2)Aha=9.81x7891.29m1-3用U形管测量容器中气体的压力。在水银柱上加一段水柱（如图1-3)。已侧的水柱高850mm汞柱高520mm。当时大气压力为755mmHg。问容器中气体的绝对压力为多少MPa?解答：P=P,+Py,o+Pug=(755+520)x133.3224+850×9.80665=0.178MPa图 1-3图 1-41-4用斜管压力计测量锅炉烟道中烟气的真空度（如图1-4)。管子的倾角α=30°；压力计中使用密度为800kg/m3的煤油；斜管中液柱长度1=200mm。当时大气压力P,=745mmHg。问烟气的真空度为多少毫米水柱？绝对压力为多少毫米汞柱？解答：(1) P. = pgNh= 800×0.2×sin 30°×9.81784.8Pa= 784.8x1.01972x10l=80mmHg(2) Pt= P,-P,=745-784.8×7.50062×10-3= 739.1135mmHg1-7从工程单位制热力性质表中查得，水蒸汽在500℃、100at时的比体积和比焰分别为v=0.03347m2/kg、h=806.6kcal/kg。在国际单位制中，这时水蒸气的压力和比热力学各为多少？解答：(1)P=100×9.80665x104=9.80665MPa(2) U=h- pV=806.6x4.1868-9.80665x10x0.03347=3048.8kJ/kg1-8摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为0℃C和100℃C，而华氏温标则相应地取
1 1-2 试确定表压力为 0.01MPa 时 U 形管压力计中液柱的高度差。 （1）U 形管中装水，其密度为 1000kg/m3；（2）U 形管中装酒精，其密度为 789kg/m3。 解答： 1.29m 9.81 789 0.01 10 2 1.02m 9.81 1000 0.01 10 1 6 6 = = = = = = 酒精 水 （ ） 即（） h h g P h P g h g g 1-3 用 U 形管测量容器中气体的压力。在水银柱上加一段水柱（如图 1-3）。已侧的水柱高 850mm， 汞柱高 520mm。当时大气压力为 755mmHg。 问容器中气体的绝对压力为多少 MPa？ 解答： P P PH O PHg 755 520 133.3224 850 9.80665 0.178MPa b 2 = + + =（ + ） + = 图 1-3 图 1-4 1-4 用斜管压力计测量锅炉烟道中烟气的真空度（如图 1-4）。管子的倾角 o = 30 ；压力计中使 用密度为 800kg/m3 的煤油；斜管中液柱长度 l=200mm。当时大气压力 Pb = 745mmHg 。问烟气 的真空度为多少毫米水柱？绝对压力为多少毫米汞柱？ 解答： P P P mmHg mmHg P g h Pa b v o v 2 745 784.8 7.50062 10 739.1135 784.8 1.01972 10 80 1 800 0.2 sin 30 9.81784.8 3 1 = − = − = = = = = − − （ ） 绝 （） 1-7 从工程单位制热力性质表中查得，水蒸汽在 500℃、100at 时的比体积和比焓分别为 v 0.03347m / kg h 806.6kcal/ kg 3 = 、 = 。在国际单位制中，这时水蒸气的压力和比热力学各为 多少？ 解答： U pV k J k g P MPa 2 h 806.6 4.1868 9.80665 10 0.03347 3048.8 / 1 100 9.80665 10 9.80665 3 4 = − = − = = = （ ） （） 1-8 摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为 0 C o 和 100 C o ，而华氏温标则相应地取
为32°F和212°F。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（0K或-273.15℃）所对应的华氏温度。解答：-0_ t(°F)-32推导于100-0212-32.: t(°F)= t(°C)×1.8+32故当t(℃)=-273.15时，t(°F)=1.8t+32 =1.8x(-273.15)+32 =-459.67(°F)= -460(°F)第二章热力学第一定律2-2某机器运转时，由于润滑不良产生摩擦热，使质量为150kg的钢制机体在30min内温度升高50℃。试计算摩擦引起的功率损失（已知每干克钢每升高1°C需热量0.461kJ）。解答：Q=mcAt=150×0.461×50=3457.5KJN.-0-34573-1.2W=30×602-3气体在某一过程中吸入热量12kJ，同时热力学能增加20kJ。问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外所作的功是多少（不考虑摩擦）？解答：:Q=Au+W..W=Q-Au=12-20=-8kJ此过程为压缩过程，对外做功值为8kJ。2-4有一闭口系，从状态1经过a变化到状态2（如图2-4），又从状态2经过b回到状态1，再从状态1经过变化到状态2。在这三个过程中，热量和功的某些值已知（如下表中所列数值），某些值未知（表中空白)。试确定这些未知值。过程热量Q/kJ膨胀功W/kJ1-a-2102-b-1-7-41-c-2
2 为 F o 32 和 F o 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 （ 0 273.15 C o K或− ）所对应的华氏温度。 解答： t( F) 1.8t 32 1.8 273.15 32 459.67( F) 460( F) t( C) 273.15 t( F) t( C) 1.8 32 212 32 t( F) 32 100 0 t 0 o o o o o o o = + = − + = − = − = − = + − − = − − （ ） 故当 时， 推导 第二章 热力学第一定律 2-2 某机器运转时，由于润滑不良产生摩擦热，使质量为 150kg 的钢制机体在 30min 内温度升 高 50 C o 。试计算摩擦引起的功率损失（已知每千克钢每升高 1 C o 需热量 0.461kJ）。 解答： k W Q N Q c t KJ 1.92 30 60 3457.5 t m 150 0.461 50 3457.5 = = = = = = 失 2-3 气体在某一过程中吸入热量 12kJ，同时热力学能增加 20kJ。问此过程是膨胀过程还是压缩 过程？对外所作的功是多少（不考虑摩擦）？ 解答： 此过程为压缩过程，对外做功值为8kJ。 W Q u 12 20 8k J Q u W = − = − = − = + 2-4 有一闭口系，从状态 1 经过 a 变化到状态 2（如图 2-4），又从状态 2 经过 b 回到状态 1，再 从状态 1 经过 c 变化到状态 2。在这三个过程中，热量和功的某些值已知（如下表中所列数 值），某些值未知（表中空白）。试确定这些未知值。 过程 热量 Q/kJ 膨胀功 W/kJ 1-a-2 10 2-b-1 -7 -4 1-c-2 8
过程热量Q/kl膨胀功W/kJ1-a-22-b-1-C-2图 2-4 2-9有一热机循环，在吸热过程中工质从外界获得热量1800J，在放热过程中向外界放出热量1080J，在压缩过程中外界消耗功700J。试求膨胀过程中工质对外界所作的功。解答：:fo=fW, q +q2=w+w2..1800-1080=w-700故w=1420J2-10某蒸汽循环12341，各过程中的热量、技术功及恰的变化有的已知（如下表中所列数值），有的未知（表中空白)。试确定这些未知值，并计算循环的净功wo和净热量qo。过程q/(kJ/kg)w(kJ/kg)Nh /(kJ/kg)0181-2-182-33218032183-401142-11424-1-2094-2094fo- fw=1124kJ/kg第三章气体的热力性质和热力过程3
3 2-9 有一热机循环，在吸热过程中工质从外界获得热量 1800J，在放热过程中向外界放出热量 1080J，在压缩过程中外界消耗功 700J。试求膨胀过程中工质对外界所作的功。 解答： w J w Q W q q w w 1420 1800 1080 700 1 2 1 2 = − = − = + = + 故 ， 2-10 某蒸汽循环 12341，各过程中的热量、技术功及焓的变化有的已知（如下表中所列数值）， 有的未知（表中空白）。试确定这些未知值，并计算循环的净功 w0 和净热量 qo。 过程 q/(kJ/kg) wt(kJ/kg) h /(kJ/kg) 1-2 0 -18 18 2-3 3218 0 3218 3-4 0 1142 -1142 4-1 -2094 0 -2094 Q = W =1124kJ / kg 第三章 气体的热力性质和热力过程 过程 热量 Q/kJ 膨胀功 W/kJ 1-a-2 10 7 2-b-1 -7 -4 1-c-2 11 8 图 2-4
3-4汽油发动机吸入空气和汽油蒸气的混合物，其压力为0.095MPa。混合物中汽油的质量分数为6%，汽油的摩尔质量为114kg/mol。试求混合气体的平均摩尔质量、气体常数及汽油蒸气的分压力、解答：查表M空气=28.965g/mol，M油=114000g/mol，x=m,m,w,0.94X共Mm9725 0-999849=0.94smwnmixM,mamirM.28.965*114000即P空气=99.9984%甲汽油=1-P空气=1-0.999984=0.0016%: Mm= ≥m,x,=114000 0.0016%+ 28.965×9.9984% = 0.32g / mol8.314511=0.2742J/g·K=274.2J/Kg·KRmix =Mmi30.32.. PL=x.Pmix.P汽油=XPmx=0.0015MPa3-550kg废气75kg空气混合。已知废气的质量分数为Wco, =14%, Wo. =6%, Wh,o =5%, Ww, = 75%空气的质量分数为Wo,=23.2%，WM，=76.8%求混合气体的：（1）质量分数；（2）平均摩尔质量（3）气体常数。解答：
4 3-4 汽油发动机吸入空气和汽油蒸气的混合物，其压力为 0.095MPa。混合物中汽油的质量分数 为 6%，汽油的摩尔质量为 114kg/mol。试求混合气体的平均摩尔质量、气体常数及汽油蒸气的分 压力、 解答： p x p MPa x p p J g K J Kg K M R R M m x g mol M w M w M m m M m m M m M m n n x M g mol M g mol x i mix i mix i mix M n i mix i i i i i i i mix i i mix i i i i i mix i i i i 0.0015 0.2742 / 274.2 / 30.32 8.31451 114000 0.0016% 28.965 99.9984% 30.32 / 1 1 0.999984 0.0016% 99.9984% 99.9984% 114000 0.06 28.965 0.94 28.965 0.94 28.965 / 114000 / mix 1 = = = = = = = = = + = = − = − = = = + = = = = = = = = = 汽油 汽油 空气 空气 空气 汽油 即 查表 ， ， 3-5 50kg 废气 75kg 空气混合。已知废气的质量分数为 wCO2 =14%，wO2 = 6%，wH2O = 5%，wN2 = 75% 空气的质量分数为 wO2 = 23.2%，wN2 = 76.8% 求混合气体的：（1）质量分数；（2）平均摩尔质量（3）气体常数。 解答：