11. 某氢冷却发电机的氢气入口参数为
pg1?0.2MPa,t1?40?C，出口参数为
pg2?0.19MP,at2?66?C。若每分钟入口处体积流量为1.5m3，试求氢气经过发电机后的热力学
能增量、焓增量和熵增量。设大气压力为(1)按定值比热容计算；
(2)按平均比热容直线关系式计算。 解
pb?0.1MPa。
Rg?
R?4.157?kJ?kg.K??M?8.314?p1?pb?pg1?0.1?0.2?0.3?MPa
?p2?pb?pg2?0.1?0.19?0.29?MPap1qV10.3?106?1.5?kgmin? qm???0.34593RgT14.157?10??40?273?（1） 按定值比热
77Rg??4.157?14.55?kg?kg.K??22cV?cp?Rg?14.55?4.157?10.39?kJ?kg.K??cp??U?qmcV?t?0.3459?10.39??66?40??93.44?kJmin????qmcp?t?0.3459?14.55??66?40??130.9?kJmin??T2p2?60?2730.29????kJ?K.min???S?qm?cln?Rln?0.3459?14.55ln?4.157ln???0.4504g?pT?p1?40?2730.3??1?（2）按平均比热容的直线关系式
66?C40?C66?C40?CcpcV
?143.3?0.0005945??66?40??14.39?kJ?kg.K???10.12?0.0005945??66?40??10.18?kJ?kg.K??t2t1?U?qmcV??S?qm??cp??t?0.3459?10.18??66?40??91.55?kJkg?ln
T2p??Rgln2?T1p1??66?2730.29???kJ?K.min???0.3459??14.39ln?4.157ln??0.44593130.3??t2t112. 利用内燃机排气加热水的余热加热器中，进入加热器的排气（按空气处理）温度为300C，出口温度为80??C。不计流经加热器的排气压力变化，试求排气经过加热器的比热力学能变化，比焓变化和比熵的
变化。
(1)按定值比热容计算； (2)按平均比热容（表）计算。 答案
（1）
?u??157.9kJkg
?h??221.0kJkg?s??0.4866kJ?kg.K?
（2）
?u??162.1kJkg
?h??225.3kJkg?s??0.4966kJ?kg.K?
??600kPa,600C100kPa,300C，略去动能、位能变化，
13. 进入气轮机的空气状态为，绝热膨胀到
并设大气温度为
T0?300K，试求：
?s图上；
(1)每千克空气通过气轮机输出的轴功； (2)过程的熵产及有效能损失，并表示在T解 （1）
(3)过程可逆膨胀到100kPa输出的轴功。
ws???h?h1?h2?cp?t1?t2??1.004??600?300??301.4kJkg
（2）
?sg??s?cplnT2p573100?kJ?kg.K?? ?Rgln2?1.004ln?0.287ln?0.0913T1p1873600i?T0?sg?300?0.0913?27.39?kJkg?
熵产?sg及有效能损失i如图3-36中阴影面积所示。
（3）
k?10.4????kkRgT1??p2??1.4?0.287?8731.4100????351.4?kJkg? ?wsh?wt?1?????1???????600??k?1??p1??1.4?1??????14.由氧气、氮气和二氧化碳组成的混合气体，各组元的摩尔数为
nO2?0.08mol,nN2?0.65mol,nCO2?0.3mol
试求混合气体的体积分数、质量分数和在 解
p?400kPa,t?27?C时的比体积。
n??ni??0.08?0.65?0.3??1.03?mol?0.08?0.078n1.03nN20.65xN2???0.631n1.03xCO2?1?xO2?xN2?1?0.078?0.631?0.291xO2??Meq??xiMi?0.078?32?0.63?28?0.291?44?32.94?gmol?wO2?wN2?xO2MO2MeqxN2MN2Meq??0.078?32?0.07632.940.631?28?0.53632.94nO2wCO2?1?wO2?wN2?1?0.076?0.536?0.388Rg,eq?v?R8.314??0.252?kJ?kg.K??Meq32.940.252?103?300??0.0189m3kg3400?10Rg,eqTp??w?
Rgk?115.试证明：对于理想气体的绝热过程，若比热容为定值，则无论过程是否可逆，恒有 式中：T1和T2分别为过程初终态的温度。
证明 对于理想气体的绝热过程，有
?T1?T2?
w???u??cV?T?cV?T1?T2?
??cp?cV?Rg???cpcV?k
又
得
cV?Rgk?1
故 证毕
w?Rgk?1?T1?T2?
第四章 理想气体的热力过程
1. 某理想气体初温
2.5kg，T1?470K，
质量为经可逆定容过程，其热力学能变化为?U?295.4kJ，
求过程功、过程热量以及熵的变化。设气体
解
Rg?0.4kJ?kg.K?,k?1.35，并假定比热容为定值。
W??pdV?012
Q??U?295.4kJ??cp?cV?Rg由???cpcV?k
cV?0.4?1.143?kJ?kg.K??k?11.35?1?U?mcV?T?mcV?T2?T1???U295.4?T1??470?573.3?K?mcV2.5?1.143T2573.4?2.5?1.143ln?0.568?kJK?T1470的一氧化
Rg得
T2??S?mcVln2. 一氧化碳的初态为
p1?4.5MPa,T1?493K。定压冷却到T2?293K。试计算1kmol碳在冷却过程中的热力学能和焓的变化量，以及对外放出的热量。比热容取定值。
答案 3. 氧气由t1?U?4.154?104kJ,???5.82?104kJ
?30?C,p1?0.1MPa被定温压缩至p2?0.3MPa。
(1)试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功；
(2)若按绝热过程压缩，初态与终态与上述相同，试计算压缩单位质量氧气所消耗的技术功； (3)将它们表示在同一副解
p?v图和t?s图上，试在图上比较两者的耗功。
Rg?R8.314??0.26?kJ?kg.K?? M32（1）wt,T（2）
?RgT1lnp10.1?0.26?303ln??86.55 p20.3k?10.4????kkRgT1??p1??1.4?0.26?3031.40.3?????101.7?kJkg? ?wt,s?1?????1???????0.1??k?1??p2??1.4?1??????（3）两过程在
p?v图和T?s图上的表示分别如图3-37（a）和3-37（b）所示。图中过程线1?2Tp?v图中可以看到，绝热过程耗功比定温过程耗功多出曲边三角
为定温过程，1?2s为绝热过程线。从形面积1?2T
?2s。
4.使将满足以下要求的理想气体多变过程在
p?v和图
t?s上表示出来（先画出4个基本热力过
程）：
(1)气体受压缩、升温和放热； (2)气体的多变指数n(4)气体的多变指数n?0.8，膨胀； ?1.2，受压缩；
(3)气体受压缩、降温又降压； (5)气体膨胀、将压且放热。
答案 如图3-38（a）和图3-38（b）所示的
p?v图和T?s图上，1-1，1-2，1-3，1-4和1-5分别
为满足（1），（2），（3），（4）和（5）要求的多变过程线。 5.柴油机汽缸吸入温度t1?60?C的空气2.5?10?3m3，经可逆绝热压缩。空气的温度等于燃料的着火
工程热力学课后题答案
