工程热力学习题答案

【篇一：工程热力学试题答案】

p class=txt>《工程热力学》课程期末考试试卷答案

授课系别：机电工程学院 适用班级：车0601-车0602考试形式：闭卷

班级： 姓名： 学号：

二、选择题（将正确答案对应的字母填入括弧中，每题1分，共15分）

1、系统在可逆过程中与外界传递的热量，其数值大小取决于（ a ）。 （a）

系统的初、终态； （b）

系统所经历的过程； 系统的熵变。 （c） （a）和（b）； （d）

2、不断对密闭刚性容器中的汽水混合物加热之后，其结果只能是（ a）。

（a）全部水变成水蒸汽 （b）部分水变成水蒸汽 （c）部分或全部水变成水蒸汽 （d）不能确定 3、工质熵减少的过程（ b ） （a） 不能进行 （c） （b） 可以进行

必须伴随自发过程才能进行

4、闭口系统功的计算式w = u1－u2 ( a )

(a)适用于可逆与不可逆的绝热过程。 (b)只适用于绝热自由膨胀过

程。 (c)只适用于理想气体的绝热过程。 (d)只适用于可逆绝热过程。 5、下面那个过程是可逆过程。（ c ）

（a）.可以从终态回复到初态的 （b）.没有摩擦的 （c）.没有摩擦的准静态过程（d）.没有温差的 6、不可逆循环的熵产必然是（ b）。 a、等于零 b、大于零c、小于零 7、确定湿蒸汽状态的一组参数是 c

(a)p、t; (b) v, v （c）t,x (d)上述三者之一

8、同一地点，普通锅中的开水与高压锅中的开水（ d ）

(a)温度相同，压力不同;（b）压力相同,温度不同 (c)压力相同,温度相同; （d）压力不同,温度不同 9、在所列的压力中哪个不是状态参数（ b、c ）。

a、绝对压力 b、分压力 c、表压力 10、功损来自于（ c ）。

a、不等温传热b、物质交换 c、运动摩擦 11、不可逆损失来源于（ a、b、c）。

a、大于1b、等于1 c、小于1

三、简单计算：(每题10分，共30分)

（一）某容器被一刚性壁分成两部分，在容器的不同部位安装有压力表，如下图所示。压力表b上的读数为75kpa, 压力表c上的读数为0.11mpa。如果大气压力为97kpa，试确定压力表a上的读数及容器两部分内空气的绝对压力。(10分)

解：p1=pc+pb=0.11mpa+0.097mpa=0.207mpa

∵p1=pb+p2 ∴p2= p1-pb=0.207-0.075=0.132mpa ∵p2=pa+pb ∴pa= p2-pb=0.132-0.097=0.035mpa

（二）系统经一热力过程，放热8kj，对外作功26 kj。为使其返回原状态，对系统加热6 kj，问需对系统作功多少？ 解：根据能量方程有

q1??u1?w1 q2??u2?w2

2w2?q1?q2?w ?u1u2 ?q1?w1?w2?q1 w2?q1?q2?w1??8?6?26??28(kj)

（三）请画出朗肯循环的p-v图、t-s图和h-s图并推导朗肯循环的热效率。

解：p-v图、t-s图和h-s图如下： 汽轮机作功： ws,1?2?h1?h2

凝汽器中的定压放热量： 水泵绝热压缩耗功： q2?h2?h3

ws,3?4?h4?h3

锅炉中的定压吸热量： q1?h1?h4

泵功一般很小，占0.8~1%，忽略泵功 所以，朗肯循环的热效率为： t

h1?h2h1?h3

四、证明题：(10分)

有二物体质量相同，均为m；比热容相同，均为cp

（比热容为定值，不随温度变化）。a物体初温为ta，b物体初温为tb（ta tb）。用它们作为热源和冷源，使可逆热机工作于其间，直至二物体温度相等为止。试证明： 二物体最后达到的平衡温度为 tm?atb

[证明]tm可由计算熵增办法证明。将热源ta、冷源tb和热机考虑为一个孤立系，因整个过程是可逆的，因此?s弧?0 s弧??sa??sb??s热机 m 即 qt m qt 0

dttmdt??mcp?t btt tt

mcplnmmcplnm0 tatb tm

mcp?t a ln

tmttt?lnm? tatmtatm 所以 tm?

五、综合应用题：（每题15分，共30分）

（一）某热机在每个循环中从t1=600k的高温热源吸收q1=419kj

的热量和可逆地向t2=300k的低温热源假设分别排出(1)q2=209.5kj；(2) q2=314.25kj；(3) q2=104.75kj热量，请分别利用卡诺定理、孤立系统熵增原理、克劳休斯积分不等式计算证明，在这三种情况中，哪个是不可逆的、哪个是可逆的和哪个是不可能的？并对不可逆循环计算出其不可逆损失，大气环境温度t0=300k（20分） 1．采用孤立系统熵增原理证明 qq419209.5

0，可逆 (1) (?s)孤?1?2?

t1t2600300(2) (?s)孤?(3) (?s)孤? q1q2419314.25

0.3492kj/k?0，不可逆 t1t2600300?q1q2?419104.75 0，不可能 t1t2600300

(4) l?t0(?s)孤?300?0.3492?104.76kj 2．采用卡诺定理证明 t300 0.5tc121 t1600(1)?t?1?

q2209.5?1??0.5??tc可逆 q1419 q2341.25

110.750.25tc，不可逆

q1419q2104.75?1??1?0.25?0.75??tc，不可能 q1419 (2) ?t?1?(3) ?t?1? (4) l?104.76kj

3．采用克劳修斯积分计算证明 q?q2419?209.5 0，可逆 (1)1?

t1t2600300 (2)(3)

q1?q2419?314.250.3492kj/k?0,不可逆

t1t2600300q1?q2419?104.750，不可能 t1t2600300 (4) l?104.76kj

（二）已知活塞式内燃机定容加热循环的进气参数为 p1=0.1 mpa、t1=50 ℃，压缩比??6，加入的热量q1=750 kj/kg。试求循环的最高温度、最高压力、压升比、循环的净功和理论热效率。认为工质是空气并按定比热容理想气体计算。

[解] 活塞式内燃机定容加热循环的图示见a)、b)图示 (a) (b) 0

1.4，理论热效率由(6-5)式得： t,v1 1

01 1 16

1.4?1

51.16%

循环净功w0?q1??tv?750?0.5116?387.7kj/kg

最高温度t3须先求出t2，因1?2过程是等熵过程，由(3-)式得 v1?t2?t1 v2 01

(273.1550)6 1.4

661.71k 因为q1?q1 v?cv(0t?3t)2

q1750所以t3?tma??t??661.71?1706.28k x2 cv0 0.718

最高压力p3须先求出p2和?2?3过程是定容过程，因此 即 ?? p3t3

p2t2

1706.28 2.5786 661.71

所以 p3?pmaxp2 v1

p2?p?1? v2 0

161.412.2860bar

则p3?2.5786?12.2860?31.6807bar

【篇二：工程热力学试卷与答案】

号，每题1分，共10分

1、 热力系是指所有参与热力过程的物体群（ ）。 2、 绝热闭口系的熵增就是孤立系的熵增（ ）。

3、 状态方程是描述状态参数之间关系的方程（ ）。

4、 平衡状态是指在没有外界作用的条件下，热力系宏观性质不随时间变化的状态（ ）。

5、 通用气体常数对实际气体和理想气体都是一个不变的常数（ ）。 6、 工质经过不可逆过程的熵变必然等于经历可逆过程的熵变（ ）。 7、 理想气体的热力学能、焓和熵都仅仅是温度的单值函数（ ）。 8、 理想气体绝热节流后温度不变（ ）。

10、任何动力循环，循环净功w0总等于循环净热量q0，即总有w0= q（。 0 ）

二、选择填空：每题1分，共10分 1、绝热系与外界没有（ ）交换。 a、热量b、物质c、功

2、在所列的压力中哪个不是状态参数（ ）。 a、绝对压力 b、分压力 c、表压力 3、功损来自于（ ）。

a、不等温传热b、物质交换 c、运动摩擦 4、不可逆损失来源于（ ）。

a、运动摩擦 b、不等温传热c、任何耗散效应 6、渐缩喷管出口气体的流速是（）。 a、m1 b、m1 c、m=1

7、不可逆循环的熵产必然是（）。 a、等于零 b、大于零c、小于零

8、卡诺热机效率比实际热机效率（ ）。 a、小b、二者相等c、大

a、大于1b、等于1 c、小于1 a、大于1b、等于1 c、小于1

三、指出下列各对概念之间主要的区别 每题2分，共10分 1、理想气体与实际气体 2、定容比热与容积比热 3、可逆过程与不可逆过程 4、熵流与熵产

5、饱和湿蒸气与饱和湿空气

四、某容器被一刚性壁分成两部分，在容器的不同部位安装有压力表，如下图所示。压力表b上的读数为75kpa, 压力表c上的读数为0.11mpa。如果大气压力为97kpa，试确定压力表a上的读数及容器两部分内空气的绝对压力。(10分)

五、某热机在每个循环中从t1=600k的高温热源吸收q1=419kj的热量和可逆地向

t2=300k的低温热源假设分别排出(1)q2=209.5kj；(2) q2=314.25kj；(3)

q2=104.75kj热量，请用两种方法计算证明，在这三种情况中，哪个是不可逆的、

哪个是可逆的和哪个是不可能的？并对不可逆循环计算出其不可逆损失，大气环境温度t0=300k（20分）

，，锅炉总加热量，并已知各点值如下：，， ，初温，

，抽汽，试求：(1)锅炉内水的质量流量；

(2)两台水泵总耗功率；(3)汽轮机作功率；(4)冷凝器放热；(5)循环热效率。(25分)

八、蒸汽动力循环中，蒸汽轮机排气压力(5分 是否越低越好？降低有哪些？

2007年秋季学期工程热力学答案（a卷） 一、

1．（－）；2．（＋）；3．（－）；4．（＋）；5．（－）；6．（＋）；7．（－）； 8．（＋）；

9．（－）；10．（＋）。 二、

1．a；2．b、c；3．c；4．a、b、c；5．a、c；6．a、c；7．b；8．a、b、c；9．a、 b、c；10．a。 三、

1．可逆过程沿原路反向进行使系统恢复到原状态之后，给系统和外界均没有留下任何影响；不可逆过程沿原路反向进行使系统恢复到原状态之后将给外界留下某种不可消除的影响。

2．二者差异在体积和作用力上，理想气体分子本身无体积，分子间无作用力，而实际气体恰恰相反。

3．二者计量的基础单位相同，容积比热是以单位体积（容积m3）来计算；而定容比热是以单位质量（kg）来计算，而且比容是不变的。

4．二者差别在于起因不同。熵流来自热力系与外界间的相互作用（热量交换、质量交换）引起的熵的变化量；熵产来自热力系内部不可逆因素（内摩擦、内热流等）所造成的熵的产生量。

5．二者差别有二，其一，湿蒸气是一种化学成分h2o构成的，而饱和湿空气是

空气和水蒸气多种化学成分构成的；其二，饱和湿蒸气是饱和液体（水）和干饱和蒸汽的混合物，其中水和蒸汽都是饱和的；饱和湿空气虽是干空气和水蒸气的混合物，其中水蒸气是饱和的，但空气远未达到饱和。 四、

解：p1=pc+pb=0.11mpa+0.097mpa=0.207mpa ∵p1=pb+p2 ∴p2= p1-pb=0.207-0.075=0.132mpa ∵p2=pa+pb ∴pa= p2-pb=0.132-0.097=0.035mpa 五、

1．采用孤立系统熵增原理证明 (1) ，可逆 (2) ，不可逆 (3) ，不可能 (4)

2．采用卡诺定理证明

(1)可逆 (2) ，不可逆 (3) ，不可能 (4)

3．采用克劳修斯积分计算证明 (1)，可逆 (2),不可逆 (3)，不可能 (4) 六、

(1)甲烷视为定比热理想气体，绝热节流过程温度不变，因而其比熵的增加为

【篇三：工程热力学(严家騄)课后答案】

/p> 1、如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变，对吗？

答：不对。因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力两个因素。因此即使容器中的气体压力保持不变，当大气压力变化时，压力表的读数也会随之变化，而不能保持不变。 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。

3、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的？

答：“平衡”意味着宏观静止，无变化，而“过程”意味着变化运动，意味着平衡被破坏，所以二者是有矛盾的。对一个热力系来说，或是平衡，静止不动，或是运动，变化，二者必居其一。但是二者也有结合点，内部平衡过程恰恰将这两个矛盾的东西有条件地统一在一起了。这个条件就是：在内部平衡过程中，当外界对热力系的作用缓慢得足以使热力系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。 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

1-1 一立方形刚性容器，每边长 1 m，将其中气体的压力抽至 1000 pa，问其真空度为多少毫米汞柱?容器每面受力多少牛顿？已知大气压力为 0.1mpa。

[解]：(1) pv?pb?p?(0.1?106pa?1000pa)/133.3224?742.56mmhg b?p)(2) f?a?p?a(p

1m2(0.1106pa1000pa)99000n

1-2 试确定表压为0.01mpa时u型管压力计中液柱的高度差。 (1)u型管中装水，其密度为1000kg/m3； (2)u型管中装酒精，其密度为7kg/m3。 [解]： 由（1-6）式，pg=?g?z，得到?z=

(1) ?z水pgg 0.01?1061.0197m?1019.7mm ?水g10?9.80665pg 0.01?106

1.2494m?1292.4mm ?酒精g7?9.80665pg(2) ?z酒精

此题目的目的是练习如果通过u型管压力计的液柱高度差计算表压力。

1-3 用u型管测量容器中气体的压力。在水银柱上加一段水图(1-12)，测得水柱度850mm，汞柱度520mm。当时大气压力为755mmhg，问容器中气体的绝对压力为若干？

[解] ： 水柱高，汞柱高级大气压力之间之和即为容器中气体的

绝对压力，但各种压力单位要经过换算。 p?ph2o?phg?b

8509.806375(520955)133.3224 178320pa1.7832bar 图1-12

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，问烟气的真空度为若干毫米汞柱？绝对压力为若干毫米汞柱？ [解]： (1) 根据式(1-6)式有 pv

g??lsin30?

8009.806650.20.5 =784.5pa=80mmh2o (2) 根据(1-5)式有

p?b?pv?745?784.5?750062?10?3 739.12mhg 图 1-13

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间的换算关系。

1-5 气象报告中说，某高压中心气压是1025毫巴。他相当于多少毫米汞柱？它比标准大气压高出多少毫巴？

[解] ：p?1025mbar?1.025bar?1.025?750.062?768.81mmhg ppp标

准?768.81?760=8.81mmhg=8.81/0.750062=11.75mbar 或 ppp标准?1.025?1.01325?0.01175bar?11.75mbar 此题目的练习压力单位换算

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?0.0098065mpa

0.0983mpa0.963mpa 1.0623mpa

papg2pb

pbpapg21.0623mpa4.24atm0.10325mp =0.6327mpa

1-7 从工程单位制水蒸气热力性质表中查得水蒸汽在500 力和比内能各为若干?

[解]：在国际单位制中，这时水蒸汽的压力为： c,100at时的比容和比焓为：v=0.03347m3/kg, h=806.6kcal/kg。在国际单位制中，这时水蒸汽的压

p=100 9.80665 104=9806650pa=9.80665mpa 由焓的表达式 h?u?apv得u?h?apv u?h?apv

806.6-100 104 0.03347/426.936 =728.30kcal/kg =728.30?4.1868 3049.25kj/kg 或

u?h?pv

806..1868-9806500.0334710-3 =3048.84kj/kg

此题目的练习工程制与国际制的单位换算。

1-8 摄氏温标取水在标准大气压力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?c)所对应的华氏温度。

[解]：设以tc表示摄氏温度，tf表示华氏温度。

根据摄氏和华氏两种温标的冰点和沸点的取法，可知两者温度之间存在着线性换算关系。 假设 tf?atc?b

则对冰点可得： 32=0+b

对沸点可得： 212=a?100+b 所以： tf?9tc?32 5 5(tf?32) 9

9?当tc??273.15?c（即0 k）时，tf?(?273.15?32)??459.67f 5或 tc?

第二章 思考题

1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？ 2. 如果将能量方程写为

qdupdv

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 u?h?pv，du?d(h?pv)?dh?pdv?vdp 对闭口系将 du代入第一式得 ?q?dh?pdv?vdp?pdv 即 ?q?dh?vdp。

（变大） 很相3. 能量方程 ?q?du?pvd（变大） 与焓的微分式 dh?du?dpv??

像，为什么热量 q不是状态参数，而焓 h 是状态参数？

答：尽管能量方程 ?q?du?pdv 与焓的微分式 d（变大）似h?du?dpv??

乎相象，但两者的数学本质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：??dhdud(pv) 因为

du?0，??d(pv)?0 所以

dh?0，

因此焓是状态参数。

而对于能量方程来说，其循环积分： qdupdv 虽然： ??du?0 但是： ??pdv?0 所以： q?0

因此热量q不是状态参数。

4. 用隔板将绝热刚性容器分成a、b两部分（图2-13），a部分装有1 kg气体，b部分为高度真空。将隔板抽去后，气体热力学能是否会发生变化？能不能用 ?q?du?pdv 来分析这一过程？

答：这是一个有摩擦的自由膨胀过程，相应的第 一定律表达式为?q?du?dw。又因为容器为绝 热、刚性，所以?q?0，?w?0，因而du?0，

即u2?u1，所以气体的热力学能在在膨胀前后没有

变化。 如果用 ?q?du?pdv 来分析这一过程，因为 图 2-13 ，又因为是膨胀过程?q?0，必有du??pdv

dv?0，所以du?0，即u2?u1这与前面的分析得出的u2?u1矛盾，得出这一错误结论的原因是自由膨胀是自由膨胀是一个非平衡过程，不能采用?q?du?pdv这个式子来进行分析，否则将要得到错误的结论。

5. 说明下列论断是否正确：

(1) 气体吸热后一定膨胀，热力学能一定增加； (2) 气体膨胀时一定对外作功； (3) 气体压缩时一定消耗外功。

答：(1)不正确：由?q?du?pdv可知，当气体吸热全部变成对外作出的膨胀功时，热力学能就不增加，即当?q?pdv时，du?0；又当气体吸热全部用来增加其热力学能时，即当?q?du时，气体也不膨胀，因为此时，pdv?0，而p?0，所以dv?0。

(2)不正确：上题4就是气体膨胀而不对外做功的实例。

(3)正确：无摩擦时 ?w?pdv，p?0，压缩时dv?0，故?w?0消耗外功；有摩擦时，?w?pdv，p?0，压缩时dv?0，故?w?0消耗更多的外功。所以无论有无摩擦，也不论是否吸热或放热，气体压缩时一定消耗外功的。