热工基础答案
第一章
1-1 解：
pb?755?133.3?10?5?1.006bar?100.6kPa
1. 2. 3. 4. 1-2
p?pb?pg?100.6?13600?13700.6kPa pg?p?pb?2.5?1.006?1.494bar?149.4kPa p?pb?pv?755?700?55mmHg?7.3315kPa pv?pb?p?1.006?0.5?0.506bar?50.6kPa 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。由于有引风机的抽吸，锅炉设
备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角??30?， 管内水 解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差 p水柱＝?ghsin??1000?9.8?200?10?3?0.5?980Pa?7.35mmHg
p?pb?p水柱?756?7.35?748.65mmHg
1-3
解：
p1?pb?pa?0.97?1.10?2.07bar p2?p1?pb?2.07?1.75?0.32bar pC?pb?p2?0.97?0.32?0.65bar
1－4 解：
p真空室＝pb?p汞柱＝760－745＝15mmHg＝2kPa p1?p真空室?pa?2?360?362kPa
p2?p1?pb?362?170?192kPa
pc?pb?p真空室?192?2?190kPa
F?(pb?p真空室)A?745?133.3?14?π?0.452?15.8kN
1-4
解：
p?pb?p水柱＋p汞柱＝760＋300?9.81/133.3＋800＝1582mmHg?2.11bar
1
1-5
W?解：由于压缩过程是定压的，所以有
?V2V1pdV?p(V1?V2)?0.5?10?(0.8?0.4)?200KJ
61-6
W?解：改过程系统对外作的功为
?0.50.3pdV??0.5p1V1V1.30.31.3dV??p1V11.30.3(V2?0.3?V1?0.3)?85.25kJ
1-7 解：由于空气压力正比于气球的直径，所以可设p?cD，式中c为常数，D为气球的直径，由题中给定的初始条件，
可以得到：
c?pD?p1D1?1500000.3?500000
该过程空气对外所作的功为 W??18?V2V1pdV??D2D1D21113344cDd(?D)??c?DdD??c(D2?D1)D162844
??5000000?(0.4?0.3)?34.36kJ解：（1）气体所作的功为：
1-8 W??0.30.1(0.24V?0.04)?10dV?1.76?10J
64（2）摩擦力所消耗的功为： W摩擦力＝fΔL?10000.2?(0.3?0.1)?1000J
所以减去摩擦力消耗的功后活塞所作的功为： W活塞＝W?W摩擦力＝1.66?10J
41-9 解：由于假设气球的初始体积为零，则气球在充气过程中，内外压力始终保持相等，恒等于大气压力0.09MPa，所
以气体对外所作的功为：
W?p?V?0.09?10?2?1.8?10J
651-11 解：确定为了将气球充到2m3的体积，贮气罐内原有压力至少应为（此时贮气罐的压力等于气球中的压力，同时等于外界大气压pb） p1?p2(V1?2)V1?p2(V1?2)V1?0.9?10?(2?2)25?1.8?10Pa
5前两种情况能使气球充到2m3
W?pbΔV?0.9?10?2?1.8?10J
55情况三: V气球＋贮气罐＝p贮气罐V贮气罐pb?0.15?20.09?3.333m
3所以气球只能被充到V气球＝3.333－2＝1.333m的大小，故气体对外作的功为：
2
3
W?0.9?10?1.333?1.2?10J
55第二章 习 题 2-1 2-2 2-3
解：W?Q?ΔU?50?80??30kJ ，所以是压缩过程 解：W膨?Q吸?W压?Q放?2000?650?1200?1450kJ 解：ΔU?Q?2?103?3600?7.2?106J/h
2－4解：状态b和状态a之间的内能之差为： ΔUab?Ub?Ua?Q?W?100?40?60kJ
所以，a-d-b过程中工质与外界交换的热量为： Qa?d?b?ΔUab?W?60?20?80kJ
工质沿曲线从b返回初态a时，工质与外界交换的热量为： Qb?a?Ua?Ub?W??ΔUab?W??60?30??90kJ
根据题中给定的a点内能值，可知b点的内能值为60kJ，所以有: ?Uad?Ub?Ud?60?40?20kJ
由于d-b过程为定容过程，系统不对外作功，所以d-b过程与外界交换的热量为： Qd?b?Ud?Ub??Udb?20kJ
所以a-d-b过程系统对外作的功也就是a-d过程系统对外作的功，故a-d过程系统与外界交换的热量为： Qa?d?Ud?Ua?Wa?d??Uad?Wa?d?b?40?(?20)?60kJ
2－5
过程 1-2 2-3 3-4 4-1 Q kJ 1390 0 -1000 0 W kJ 0 395 0 -5 ?U kJ 1390 -395 -1000 5
2-6解：由于汽化过程是定温、定压过程，系统焓的变化就等于系统从外界吸收的热量，即汽化潜热，所以有： Δh?q?2257kJ/kg
内能的变化为：
Δu??h??(pv)??h?p(v2?v1)?2257?1.01?10?(0.001?1.674)?2088kJ/kg2
2-7解：选取气缸中的空气作为研究的热力学系统，系统的初压为： p1?pb?
G1A?1.028?10?5195?9.8100?10?4?2.939?10Pa
3
5
当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为： p2?pb?G2A?1.028?10?595?9.8100?10?4?1.959?10Pa
5由于气体通过气缸壁可与外界充分换热，所以系统的初温和终温相等，都等于环境温度即： T1?T2?T0
根据理想气体的状态方程可得到系统的终态体积，为： V2?p1V1p2?2.939?10?100?101.959?105?45?10?10?2?1.526?10?3m
3所以活塞上升的距离为： ΔL?V2?V1A?1.526?10?3?100?10?10?4?6100?10?0.0526m?5.26cm
由于理想气体的内能是温度的函数，而系统初温和终温相同，故此过程中系统的内能变化为零， 同时此过程可看作定压膨胀过程，所以气体与外界交换的热量为： Q?W?p2AΔL?1.959?10?100?105?4?0.0526?103.04J
2-8 解：压缩过程中每千克空气所作的压缩功为： w?q?Δu??50?146.5??196.5kJ/kg
忽略气体进出口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功，所以生产每kg压缩空气所需的轴功为：
ws?q?Δh??50?146.5?(0.8?0.175?0.1?0.845)?103??252kJ/kg
所以带动此压气机所需的功率至少为： P??ws?1060?42kW
2-9 解：是否要用外加取暖设备，要看室内热源产生的热量是否大于通过墙壁和门窗传给外界的热量，室内热源每小时产生的热量为：
q热源＝(50000＋50?100)?3600＝1.98?10kJ
5小于通过墙壁和门窗传给外界的热量为3?105 kJ，所以必须外加取暖设备，供热量为： Q?3?10?1.98?10?1.02?10kJ/h
555
2-10 解：取容器内的气体作为研究的热力学系统，根据系统的状态方程可得到系统终态体积为：
V2?V1(p1p2)11.2?1?(10.5)11.2?1.78m
3过程中系统对外所作的功为： W??1.781pdV??1.78p1V1V1.211.2dV?p1V1.21(V2?0.2?V1?0.2)?0.2?544.6kJ
所以过程中系统和外界交换的热量为： Q?ΔU?W??40?544.6?504.6kJ
4
为吸热。
2-11 解：此过程为开口系统的稳定流动过程，忽略进出口工质的宏观动能和势能变化，则有： Q?h6qm6?h7qm7?h1qm1?Ws
由稳定流动过程进出口工质的质量守恒可得到： qm6?qm7?qm1
所以整个系统的能量平衡式为： Q?qm1(h6?h1)?qm7(h6?h7)?Ws
故发电机的功率为：
P?Ws?Q?(h6?h7)qm7?(h6?h1)qm1?7003600?41800?50?1036003?(418?12)?7003600?(418?42)?2.415?10kW3
2-12 解：由于过程是稳定流动过程，气体流过系统时重力位能的变化忽 2-13 略不计，所以系统的能量平衡式为: Q??H?12m?cf?WS
2其中，气体在进口处的比焓为：
h1?u1?p1v1?2100?10?0.62?10?0.37?2329400J/kg
36气体在出口处的比焓为：
h2?u2?p2v2?1500?10?0.13?10?1.2?1656000J/kg
36气体流过系统时对外作的轴功为：
Ws?Q??H?12m?cf?m(q??h?3212?cf)12?(15022?4?[?30?10?(1656000?2708600W?2708.6kW?2329400)??300)]
2
所以气体流过系统时对外输出的功率为： P?Ws?2708.6kW
第三章 习 题
?、T2?和S2?,根据给定的条件可知： 3-1 解：设定熵压缩过程的终态参数为p2、T2和S2，而定温压缩过程的终态参数为p2??p2；T2??T1 p2又因为两个终态的熵差为?S，固有：
??S2?mc?S?S2plnT2?T2?mRgln?p2p2?McplnT1T2
所以有：
5
