过程 1-a-2 2-b-1 1-c-2 解：闭口系统。 使用闭口系统能量方程
(1)对1-a-2和2-b-1组成一个闭口循环，有
热量Q（kJ） 10 -7 x2 膨胀功W（kJ） x1 -4 2 ??Q???W
即10＋（－7）＝x1+（－4） x1=7 kJ
(2)对1-c-2和2-b-1也组成一个闭口循环 x2＋（－7）＝2+（－4） x2=5 kJ
(3)对过程2-b-1，根据
Q??U?W
?U?Q?W??7?(?4)?－3 kJ
3-6 一闭口系统经历了一个由四个过程组成的循环，试填充表中所缺数据。 过程 1～2 2～3 3～4 4～5 解：同上题
3-7 解：热力系：1.5kg质量气体 闭口系统，状态方程：
Q（kJ） 1100 0 -950 0 W（kJ） 0 100 0 50 ΔE（kJ） 1100 -100 -950 -50 p?av?b
?U?1.5[(1.5p2v2?85)?(1.5p1v1?85)]＝90kJ
由状态方程得 1000＝a*0.2+b
200=a*1.2+b 解上两式得： a=-800 b=1160 则功量为
1.2W?1.5?pdv?1.5[(?800)v2?1160v]10.221＝900kJ
过程中传热量
2Q??U?W
＝990 kJ
3－8 容积由隔板分成两部分，左边盛有压力为600kPa，温度为27℃的空气，右边为真空，容积为左边5倍。将隔板抽出后，空气迅速膨胀充满整个容器。试求容器内最终压力和温度。设膨胀是在绝热下进行的。 解：热力系：左边的空气 系统：整个容器为闭口系统 过程特征：绝热，自由膨胀 根据闭口系统能量方程
Q??U?W绝热
Q?0
自由膨胀W＝0 因此ΔU=0
对空气可以看作理想气体，其内能是温度的单值函数，得
mcv(T2?T1)?0?T2?T1?300K根据理想气体状态方程
p2?
RT2p1V11??p1V2V26＝100kPa
3-9 一个储气罐从压缩空气总管充气，总管内压缩空气参数恒定，为500 kPa，25℃。充气开始时，罐内空气参数为100 kPa，25℃。求充气终了时罐内空气的温度。设充气过程是在绝热条件下进行的。 解：开口系统 特征：绝热充气过程 工质：空气（理想气体）
根据开口系统能量方程，忽略动能和未能，同时没有轴功，没有热量传递。
0?m2h2?m0h0?dE
没有流出工质m2=0 dE=dU=(mu)cv2-(mu)cv1
终态工质为流入的工质和原有工质和m0= mcv2-mcv1 mcv2 ucv2- mcv1ucv1=m0h0 h0=cpT0
(1)
ucv2=cvT2 ucv1=cvT1
p1Vmcv1=RT1 p2Vmcv2 =RT2
代入上式(1)整理得
T2?kT1T2T1?(kT0?T1)p1p2=398.3K
3－10
供暖用风机连同加热器，把温度为t1?0℃的冷空气加热到温度为t2?250℃，然后送入建
筑物的风道内，送风量为0.56kg/s，风机轴上的输入功率为1kW，设整个装置与外界绝热。试计算：（1）风机出口处空气温度；（2）空气在加热器中的吸热量；（3）若加热器中有阻力，空气通过它时产生不可逆的摩擦扰动并带来压力降，以上计算结果是否正确？ 解：开口稳态稳流系统
?Cp?T?Q??T?m（1）风机入口为0℃则出口为
Q1000???Cp0.56?1.006?1031.78℃ mt2?t1??t?1.78℃
空气在加热器中的吸热量
?Cp?T?0.56?1.006?(250?1.78)＝138.84kW Q?m(3)若加热有阻力，结果1仍正确；但在加热器中的吸热量减少。加热器中
Q?h2?h1?u2?P2v2?(u1?P1v1)，p2减小故吸热减小。
3－11
一只0.06m3的罐，与温度为27℃、压力为7MPa的压缩空气干管相连接，当阀门打开，空气流
进罐内，压力达到5MPa时，把阀门关闭。这一过程进行很迅速，可认为绝热。储罐的阀门关闭后放置较长时间，最后罐内温度回复到室温。问储罐内最后压力是多少？ 解：热力系：充入罐内的气体
由于对真空罐充气时，是焓变内能的过程
mh?mu
T?cpcvT0?kT0?1.4?300?420K
罐内温度回复到室温过程是定容过程
p2?T2300P1??5T420＝3.57MPa
3－12
压力为1MPa和温度为200℃的空气在一主管道中稳定流动。现以一绝热容器用带阀门的管道与
它相连，慢慢开启阀门使空气从主管道流入容器。设（1）容器开始时是真空的；（2）容器装有一个用弹簧控制的活塞，活塞的位移与施加在活塞上的压力成正比，而活塞上面的空间是真空，假定弹簧的最初长度是自由长度；（3）容器装在一个活塞，其上有重物，需要1MPa的压力举起它。求每种情况下容器内空气的最终温度？ 解:（1）同上题
T?kT0?1.4?473?662K=389℃
（2）h?u?w h=cpT0 L=kp
w??pAdL??pAkdp?111kpAp?pV?RT222
cpc?0.5RT=vT0?552K=279℃
同（2）只是W不同
w??pdV?pV?RT
cpc?RT=v 3－13
T0?T0?473K＝200℃
解：W???h
对理想气体
h?cp?T
u?cv?T 3－14
解：（1）理想气体状态方程
T2?T1p2?2*293p1＝586K
（2）吸热：
Q?mcv?T?
p1VR?TRT1k?1＝2500kJ
3-15 解：烟气放热等于空气吸热 1m3空气吸取1.09 m3的烟气的热
Q?1.09?245＝267kJ
?t?Q267??vc1.293?1?1.01＝205℃
t2=10+205=215℃
3-16 解：
m1h1?m2h2?(m1?m2)h3
h?cpT代入得：
T?m1cT1?m2cT2120*773＋210?473?(m1?m2)c330＝582K
＝309℃ 3－17
解：等容过程
k?cpcp?R?1.4
Q?mcv?T?m
3-18 解：定压过程
RT2?RT1p2v?p1v?k?1k?1＝37.5kJ
T1=
p1V2068.4?103?0.03?mR1?287=216.2K
T2=432.4K 内能变化：
?U?mcv?t?1?(1.01?0.287)?216.2焓变化：
＝156.3kJ
?H?k?U?1.4?156.3?218.8 kJ
功量交换：
V2?2V1?0.06m3
＝62.05kJ
W??pdV?p(V2?V1)?2068.4?0.03热量交换：
Q??U?W?156.3?62.05=218.35 kJ
工程热力学(第五版)课后习题答案(全章节)
