工程热力学（第四版）
严家禄编著
第一章基本概念
思考题：2、4 习题布置：1-4、1-6 2、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系
答：平衡（状态）值的是热力系在没有外界作用（意即热力、系与外界没有能、质交换，但不排除有恒定的外场如重力场作用）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热力系在没有外界作用时的时间特征-与时间无关。所以两者是不同的。如对气-液两相平衡的状态，尽管气-液两相的温度，压力都相同，但两者的密度差别很大，是非均匀系。反之，均匀系也不一定处于平衡态。
但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”又可能是统一的。如对于处于平衡状态下的单相流体（气体或者液体）如果忽略重力的影响，又没有其他外场（电、磁场等）作用，那么内部各处的各种性质都是均匀一致的。 4、“过程量”和“状态量”有什么不同？
答：状态量是热力状态的单值函数，其数学特性是点函数，状态量的微分可以改成全微分，这个全微分的循环积分恒为零；而过程量不是热力状态的单值函数，即使在初、终态完全相同的情况下，过程量的大小与其中间经历的具体路径有关，过程量的微分不能写成全微分。因此它的循环积分不是零而是一个确定的数值。 习题答案：
?1-4用斜管式压力计测量锅炉管道中烟气的真空度。管子的倾角??30，压力计中使用密
度为800Kg/m3的煤油。倾管中液柱长度为l=200mm。当时大气压力B=745mmHg，问烟气的真空度为多少毫米汞柱？绝对压力为多少毫米汞柱？ [解]： (1) 根据式(1-6)式有
PV??glsin30??800?9.80665?0.2?0.5=784.5Pa=80mmH2O(2) 根据(1-5)式有
图 1-13
P?B?Pv?745?784.5?750062?10?739.12mHg间的换算关系。
?3
?此题目的练习真空度，绝对压力，表压之间的关系及压力单位之1-6有一容器，内装隔板，将容器分成A、B两部分 (图1-14)。容器两部分中装有不同压力的气体，并在A的不同部位安装了两
图1-14
个刻度为不同压力单位的压力表。已测得1、2两个压力表的表压依次为 9.82 at 和 4.24 atm。当时大气压力为 745 mmHg。试求A、B二部分中气体的绝对压力 (单位用MPa)。 [解]：
pA?pb?pg1?745mmHg?133.3324?10?6MPa?9.82at?0.098065MPa
?0.0983MPa?0.963MPa?1.0623MPa ?PA?Pg2?PB
?PB?PA?Pg2?1.0623MPa?4.24atm?0.10325MP =0.6327MPa
第二章热力学第一定律
思考题：2 习题布置：2-4、2-7、2-8、2-10 2. 如果将能量方程写为
?q?du?pdv
或
?q?dh?vdp
那么它们的适用范围如何？
答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 ，du?d(h?pv)?dh?pdv?vdp 对闭口系将 du代入第一式得 u?h?pv?q?dh?pdv?vdp?pdv 即 ?q?dh?vdp。
习题答案：
2-4有一闭口系，从状态1经过a变化到状态2（图2-14）；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 1-a-2 2-b-1 1-c-2
热量Q / kJ 10 ?7 （11） 膨胀功W / kJ （7） ?4 8 [解] ：关键在于确定过程 1－2的热力学能变化，再根据热力学能变化的绝对值不随过程而变，对三个过程而言是相同的，所不同的只是符号有正、负之
y差，进而则逐过程所缺值可求。
根据闭口系能量方程的积分形式：
1Q??U?W
bca2x2—b—1：?U?Q?W??7?(?4)??3kJ 1—a—2：W?Q??U?10?3?7kJ 1—c—2：Q??U?W?3?8?11kJ 将所得各值填入上表空中即可。 此题可以看出几点：
1、不同热力过程，闭口系的热量 Q 和功 W 是不同的，说明热量与功是与过程有关的物理量。
2、热力学能是不随过程变化的，只与热力状态有关。
2-7 已知汽轮机中蒸汽的流量qm=40 t/h；汽轮机进口蒸汽焓h1= 3 442 kJ/kg；出口蒸汽焓h2=2 448 kJ/kg， 试计算汽轮机的功率（不考虑汽轮机的散热以及进、出口气流的动能差和位能差）。如果考虑到汽轮机每小时散失热量 0.5?106 kJ，进口流速为 70 m/s，出口流速为 120 m/s，进口比出口高 1.6 m，那么汽轮机的功率又是多少？ [解] ：
1）不考虑汽轮机散热以及进出口气流的动能差和位能差时，如右下图 因为q?0,?C2/2?0,?zg?0
根据开口系稳定流动的能量方程，(2-11)式，汽轮机对外作的功等于蒸汽经过汽轮机后的焓降：
Wsh???h?h1?h2?3442?2448?994kJ/kg
?1c1z1mh?Q散汽轮机功P?Wsh?m?994?40?103/3600?11044.44kW 2）考虑汽轮机散热以及进出口气流的动能和位能差时， 每kg蒸汽的散热量q?Q散m???TWsh=?P=??5?10?12.5kJ/kg 340?10h2?m5?C2根据(2-11)式有：?q??h???zg?Wsh
22蒸汽作功Wsh?h1?h2?q?1(C2?C12)?(z1?z2)g 2Wsh?3442?2448?(1202?702)/(2?103)?1.6?9.81/103?12.5?976.76kJ/kg
功率P?Wsh?m?976.76?40?103/3600?10852.95kW 各种损失及所占比例：
汽轮机散热损失：12.5kJ/kg占12.5/994?1.26% 蒸汽的进出动能差：
1(1202?702)?4.75kJ/kg占4.75/994?0.48% 32?10?Wsh=?P=?蒸汽的进出位能差：1.6?9.81/103?0.0156kJ/kg占0.0156/994?0.002%
三项合计17.2656kJ/kg占1.74%不超过百分之二，一般计算不考虑这三个因素也是足够精确
的。
※此题的目的练习使用开口系稳定流动的能量方程及其在汽轮机功率计算中的应用和汽轮机有关损失的大致的数量级。
2-8 一汽车以45km/h的速度行驶，每小时耗油34.1?10?3m3。已知汽油的密度为0.75g/cm3，汽油的发热量为44000kJ/kg，通过车轮输出的功率为87PS。试求每小时通过排气及水箱散出的总热量。
[解]：根据能量平衡，汽车所消耗的汽油所发出的热量等于其车轮轴输出的功率和通过排汽和水箱散出的热量之和，即有：
??Q散?Q汽油?Psh?3.41?10?3?0.75?10?3?44000?87?612.415?4.1868 ?11253000?230358.18?894941.82kJ/h※此题目练习能量平衡及能量单位的换算。
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q0。
过程 1-2 2-3 3-4 4-1 [答案]：
过程 1－2 Wt ＝ －18kJ/kg 过程 2－3 q = 3218 kJ/kg ΔH = 3218 kJ/kg 过程 3－4 Wt ＝ 1142kJ/kg过程 4－1 q = － 2094kJ/kg
q /（kJ/kg） 0 0 wt /（kJ/kg） 0 0 ?h /（kJ/kg） 18 ?1142 ?2094 W0?q0?1124kJ/kg
第三章 气体的热力性质和热力过程
3-4 汽油发动机吸入空气和汽油蒸气的混合物，其压力为 0.095 MPa。混合物中汽油的质量分数为 6%，汽油的摩尔质量为 114 g/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]： 由混合气体平均分子量公式（3-20）式可得：
111M混????30.3221g1/M1?g2/M2(1?g2)/M1?g2/M2(1?0.006)/28.965?0.06/114Rmix?RM?8314.41/30.3221?274.203J/(kg?K) Mmixg2/M20.06/114?Pmix??0.095?0.0015MPag1/M1?g2/M20.94/28.965?0.06/114P汽油蒸汽???Pmix? 3-5
50 kg废气和 75 kg空气混合。已知：
废气的质量分数为 w14%%5%， w， w， wN?75% CO?O?6HO?2222 空气的质量分数为 w76.8#.2%， wN?O?22求混合气体的：(1) 质量分数；(2) 平均摩尔质量；(3) 气体常数。 [解]：(1) 混合气体的质量成分可由(3-11)式求得：
gmix(CO2)?(gm)CO2?mi?gCO2?m气m气?m空气?0.14?507??0.056
50?75125gmix(O2)?gO2i?mi?mi?0.06?50+0.232?75?0.1632
1250.05?50?0.02 125gmix(H2O)?gH2O?m气?mi??gmix(N2)?gN2i?mi?mi0.75?50+0.768?75?0.7608
125(2) 混合气体的平均分子量可由(3-20)式求得
11Mmix???28.8697
?gi/Mi0.056/44.011?0.1632/32.00?0.02/18.016?0.7608/28.016(3)混合气体的气体常数可由(3-21)式求得：
R8314.41Rmix?M??287.0037J/(kg?K)
Mmix28.86974?3两个定容过程以及1?4、2?3两个定压过程3-7定比热容理想气体，进行了1?2、（图3-18）。试证明：q123 ?q143
[证明]：
方法1）把P-V图上过程移到T-S图上就容易证明了。 如图3-11所示，可见
q123?area123ba1?areaA q143?area(143ba1)?area(B)
因为 面积 A > 面积 B 所以 q123>q143
方法2）
由图3-11可知
q123?q12?q23?qv12?qp23?u2?u1?h3?h2?cv0(T2?T1)?cp0(T3?T2)?R(T3?T2)?cvo(T3?T1)q143?q14?q23?qp14?qv43?h4?h1?u3?u4?cp0(T4?T1)?cv0(T3?T4)?R(T4?T1)?cvo(T3?T1)
工程热力学第四版严家禄（习题及答案）1-8章修正后 - 图文
