工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解1工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解本題解是沈維道、童鈞耕編寫(xiě)高等教育出版社出版的“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材工程熱力學(xué)第4版的配套資料。本題解提供的解法是從教學(xué)的角度出發(fā)的，未必是唯一的或是最好的，題解中出現(xiàn)的錯(cuò)誤懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院童鈞耕2007/11/22第一章基本概念11英制系統(tǒng)中采用華氏溫標(biāo)，它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101325PA）下純水的冰點(diǎn)是32F，汽點(diǎn)是212F，試推導(dǎo)華氏溫度與攝氏溫度的換算關(guān)系。解CF032212321000TTFCC180932321005TTT12英制系統(tǒng)中朗肯溫度與華氏溫度的關(guān)系為RF45967TT。已知熱力學(xué)絕對(duì)溫標(biāo)及朗肯溫標(biāo)在純水冰點(diǎn)的讀數(shù)分別是27315K和49167R；汽點(diǎn)的讀數(shù)分別是37315K和67167R。（1）導(dǎo)出朗肯溫度和開(kāi)爾文溫度的關(guān)系式；（2）開(kāi)爾文溫標(biāo)上絕對(duì)零度在朗肯溫標(biāo)上是多少度解（1）若任意溫度T在朗肯溫標(biāo)上讀數(shù)為RT在熱力學(xué)絕對(duì)溫標(biāo)上讀數(shù)為T(mén)（K），則6716749167R491673731527315K27315TT解得RK18TT（2）據(jù)上述關(guān)系K0T時(shí)，R0T工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解213設(shè)一新溫標(biāo)，用符號(hào)N表示溫度單位（它的絕對(duì)溫標(biāo)是用Q表示溫度單位）。規(guī)定純水的冰點(diǎn)和汽點(diǎn)100N和1000N。試求（1）該新溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的關(guān)系；（2）若該溫標(biāo)的絕對(duì)零度與熱力學(xué)溫標(biāo)零度相同，則該溫標(biāo)讀數(shù)為0N時(shí)，其絕對(duì)溫標(biāo)讀數(shù)是多少Q(mào)解（1）NC100010001001000TTNC9100TT（2）QNCK9100927315100TTCTCTC據(jù)題意，當(dāng)K0T時(shí)，Q0T，解得上式中235835C，代回原式得QN235835TTN0T時(shí)，2358385QT。14直徑為1M的球形剛性容器，抽氣后真空度為7525MMHG，若當(dāng)?shù)卮髿鉃?101MPA，求（1）容器內(nèi)絕對(duì)壓力為多少PA；（2）容器表面受力多少N解（1）6BV010110PA7525MMHG1333PA/MMHG69175PAPPP（2）222044314161M1257MAD00B2661257M010110PA69175PA126110NFAPAPP15用U型壓力計(jì)測(cè)量容器中氣體的壓力，在水銀柱上加一段水，則得水柱高1020MM，水銀柱高900MM，如圖11所示，若當(dāng)?shù)卮髿鈮簽?55MMHG，求容器中氣體的壓力（MPA）。解EB51020981PA9001333PA7551333PA230610PA0231MPAPPP圖1116容器中的真空度為V600MMHGP，氣壓計(jì)上水銀柱高度為B755MMP，求容器中工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解3的絕對(duì)壓力（以MPA表示）。如果容器中的絕對(duì)壓力不變，而氣壓計(jì)上水銀柱高度為770MMBP，求此時(shí)真空表上的讀數(shù)（以MMHG表示）是多少解容器中氣體壓力低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?，故絕對(duì)壓力BV755600MMHG155MMHG00207MPAPPP若容器中絕對(duì)壓力不變，而大氣壓力變?yōu)锽770MMHGP。則此時(shí)真空表上的讀數(shù)為VB770155MMHG615MMHGPPP17用斜管壓力計(jì)測(cè)量鍋爐煙道煙氣的真空度（如圖124）管子的傾斜角30，壓力計(jì)中使用密度330810KG/M的煤油，斜管中液柱長(zhǎng)度200MML。當(dāng)?shù)卮髿鈮毫745MMHGP。求煙氣的真空度（以MMH2O表示）及絕對(duì)壓力（以PA表示）。圖12解傾斜式壓力計(jì)上讀數(shù)即煙氣的真空度V3332SIN20010M050810KG/M981M/S80981PAPLG因211PAMMHO981、21MMHG13595MMHO，故V280MMHOP煙氣絕對(duì)壓力BV225274513595MMHO80MMHO100483MMHO0985710PAPPP18壓力鍋因其內(nèi)部壓力和溫度比普通鍋高而縮短了蒸煮食物的時(shí)間。壓力鍋的蓋子密封良好，蒸汽只能從蓋子中間的縫隙逸出，在縫隙的上方有一個(gè)可移動(dòng)的小柱塞，所以只有鍋內(nèi)蒸汽的壓力超過(guò)了柱塞的壓力后蒸汽才能逸出（圖13）。蒸汽周期性逸出使鍋內(nèi)壓力近似可認(rèn)為恒定，也防止了鍋內(nèi)壓力過(guò)高產(chǎn)生的危險(xiǎn)。若蒸汽逸出時(shí)壓力鍋內(nèi)壓力應(yīng)達(dá)到201KPA，壓力鍋蓋縫隙的橫截面積為24MM，當(dāng)?shù)卮髿鈮毫ζ骄鶠?01KPA，試求小柱塞的質(zhì)量。圖13解蒸汽逸出時(shí)鍋內(nèi)表壓力即為應(yīng)由柱塞產(chǎn)生的壓力，所以工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解4EB201KPA101KPA100KPAPPP柱塞質(zhì)量362E210010PA410M00408KG408G981M/SPAMG19容器被分隔成AB兩室，如圖14所示，已知當(dāng)場(chǎng)大氣壓B01013MPAP，氣壓表2讀為E2004MPAP，氣壓表1的讀數(shù)E10294MPAP，求氣壓表3的讀數(shù)（用MPA表示）。解圖14ABE101013MPA0294MPA03953MPAPPPABE2BAE2039153MPA004MPA03553MPAPPPPPPE3BB03553MPA01013MPA0254MPAPPP110起重機(jī)以每秒2M的恒速提升總質(zhì)量為450KG的水泥塊，試求所需功率。解功率等于力與速度的乘積，因恒速提升，加速度為零，所以僅為重力。2450KG980665M/S2M/S8826W883KWPFCMGC111電阻加熱器的電阻15，現(xiàn)有10A的電流流經(jīng)電阻絲，求功率。解221510A1500W15KWPEIRI112氣缸中密封有空氣，初態(tài)為31102MPA04MPV，緩慢脹到3208MV。（1）過(guò)程中PV保持不變；（2）過(guò)程中氣體先循3MPAM0405PV膨脹到306MAV，再維持壓力不變，膨脹到3208MV。分別求出兩過(guò)程中氣體作出的膨脹功。解（1）2221111136343DDLN08M0210PA04MLN55410J04MVPVWPVVPVVV工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解5（2）2211DDDAAWPVPVPV2661040510D04050610DAAVVV22611222650504011020504060406040108061001510J2AAAVVVVVV113某種理想氣體在其狀態(tài)變化過(guò)程中服從NPV常數(shù)的規(guī)律，其中N是定值，P是壓力；V是比體積。試據(jù)21DWPV導(dǎo)出氣體在該過(guò)程中做功為1112111NNPVPWNP解22211111121111DDD1NNNNNNNPVPVVWPVVPVVVVV2211111111112221122112111NNNNNNPVPVPVPVVPVVPVPVPVPNN證畢。114測(cè)得某汽油機(jī)氣缸內(nèi)燃?xì)獾膲毫εc容積對(duì)應(yīng)值如下表所示，求燃?xì)庠谠撆蛎涍^(guò)程中所作的功。/MPAP1655106907240500039603170245019301033/CMV114711638724581327744096849161573556554870464解21DWPVPV3333316551069MPA10690724MPA638711471M2207240500MPA2458116387M3277424581M205000396MPA03960317MPA4096832774M03170245MPA4916140968M52333735549161M02450193MPA01930103MPA6554857355M227046465548M3047J工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解6115有一絕對(duì)真空的鋼瓶，當(dāng)閥門(mén)的打開(kāi)時(shí)，在大氣壓50101310PAP的作用下有體積為301M的空氣被輸入鋼瓶，求大氣對(duì)輸入鋼瓶的空氣所作功為多少解5340101310PA01M101310J1013KJWPV116某種氣體在氣缸中進(jìn)行一緩慢膨脹過(guò)程。其體積由301M增加到3025M。過(guò)程中氣體壓力循3MPAM02404PV變化。若過(guò)程中氣缸與活塞的摩擦保持為1200N；當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?1MPA；氣缸截面積為201M，試求（1）氣體所作的膨脹功W；（2）系統(tǒng)輸出的有用功UW；（3）若活塞與氣缸無(wú)摩擦，系統(tǒng)輸出的有用功U,REW。解活塞移動(dòng)距離33212025M01M15M01MVVLA（1）氣體膨脹作功22222121112226D02404D0240202402501M0202501M0025510JWPVVVVVVV氣體膨脹排拆大氣功602101MPA025M01M001510JWPVV摩擦耗功“1200N15M1800JWFL（2）有用功66U“0025510J001510J1800J8700JWWWW（3）有用功66U,RE0025510J001510J10500JWWW117某蒸汽動(dòng)力廠加入鍋爐的每1MW能量要從冷凝器排出058MW能量，同時(shí)水泵消耗002MW功，求汽輪機(jī)輸出功率和電廠的熱效率。解T12C1MW058MW002MW044MWPP工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解72T1058MW110421MW118汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)的熱效率為35，車(chē)內(nèi)空調(diào)器的工作性能系數(shù)為3，求每從車(chē)內(nèi)排除1KJ熱量消耗燃油能量。解汽車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)輸出循環(huán)凈功1TWQ空調(diào)器耗功CQW所以C1TT1KJ0952KJ0353QWQ119據(jù)統(tǒng)計(jì)資料，某地各發(fā)電廠平均發(fā)1KWH的電耗標(biāo)煤372G，若標(biāo)煤的熱值是29308KJ/KG，試求電廠平均熱效率T是多少解NETT13600KJ3300372KG29308KJ/KGWQ120某空調(diào)器輸入功率15KW需向環(huán)境介質(zhì)輸出熱量51KW，求空調(diào)器的制冷系數(shù)。解制冷速率21C51KW15KW36KWP制冷系數(shù)2C36KW2415KWP121某房間冬季通過(guò)墻壁和窗子向外散熱70000KJ/H，房?jī)?nèi)有2只40W電燈照明，其他家電耗電約100W，為維持房?jī)?nèi)溫度不變，房主購(gòu)買(mǎi)供暖系數(shù)為5的熱泵，求熱泵最小功率。解熱泵供暖速率為3170000KJ/H240J/S100J/S101926KW3600S/H因1P，故11926KW385KW5P122一所房子利用供暖系數(shù)為21熱泵供暖維持20，據(jù)估算室外大氣溫度每低于房?jī)?nèi)工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解8溫度1，房子向外散熱為08KW，若室外溫度為10，求驅(qū)動(dòng)熱泵所需的功率。解熱泵供暖系數(shù)1P，為維持房子內(nèi)溫度需使散熱與熱泵供熱平衡，所以1108KWC2010C24KWDD124KW1143KW21P123若某種氣體的狀態(tài)方程為GPVRT，現(xiàn)取質(zhì)量1KG的該種氣體分別作兩次循環(huán)，如圖15中循環(huán)1231和循環(huán)4564所示，設(shè)過(guò)程12和過(guò)程45中溫度不變都等于AT，過(guò)程23和56中壓力不變，過(guò)程31和46中體積不變。又設(shè)狀態(tài)3和狀態(tài)6溫度相等，都等于BT。試證明兩個(gè)循環(huán)中1KG氣體對(duì)外界所作的循環(huán)凈功相同。證明循環(huán)1231和循環(huán)4564中過(guò)程12和45都是等圖15溫過(guò)程，ATT，據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，GPVRT，可知GGARTRTPVV2211GA212GA1DDLNVVVVRTVWPVVRTVV5544GA345GA4DDLNVVVVRTVWPVVRTVV根據(jù)已知條件134632652536ABVVVVPPPPTTTTTT，得G23A2223132G3BRTPTVVTVVPRTTT；G55565A465G66BRTVVPTTVVPRTTT故5214VVVV即1245WW過(guò)程23和56都是等壓過(guò)程，故232323322GBAWPVVPVPVRTT565656655GBAWPVVPVPVRTT工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解92356WW過(guò)程31和64中V不變，故功為零。綜上兩循環(huán)的凈功相等，即NET1231122331455664NET4564WWWWWWWW，證畢。第二章熱力學(xué)第一定律21一輛汽車(chē)1小時(shí)消耗汽油341升，已知汽油發(fā)熱量為44000KJ/KG，汽油密度3075G/CM。測(cè)得該車(chē)通過(guò)車(chē)輪出的功率為64KW，試求汽車(chē)通過(guò)排氣，水箱散熱等各種途徑所放出的熱量。解汽油總發(fā)熱量33334110M750KG/M44000KJ/KG1125300KJQ汽車(chē)散發(fā)熱量OUT36001125300643600KJ/H894900KJ/HQQW22質(zhì)量為1275KG的汽車(chē)在以60000M/H速度行駛時(shí)被踩剎車(chē)止動(dòng)，速度降至20000M/H，假定剎車(chē)過(guò)程中05KG的剎車(chē)帶和4KG鋼剎車(chē)鼓均勻加熱，但與外界沒(méi)有傳熱，已知?jiǎng)x車(chē)帶和鋼剎車(chē)鼓的比熱容分別是11KJ/KGK和046KJ/KGK，求剎車(chē)帶和剎車(chē)鼓的溫升。解汽車(chē)速度降低，動(dòng)能轉(zhuǎn)化為剎車(chē)帶和剎車(chē)鼓的熱力學(xué)能，沒(méi)有傳熱和對(duì)外作功，故22CAR212102MCCUUE160000M1667M/S3600SC，220000M556M/S3600SC21S,SB,B21VVUUMCMCTT22CAR2121S,SB,B2221275KG1667M/S556M/S659C205KG11KJ/KGK4KG046KJ/KGKVVMCCTTMCMCD231KG氧氣置于圖21所示氣缸內(nèi)，缸壁能充分導(dǎo)熱，且活塞與缸壁無(wú)磨擦。初始時(shí)氧氣壓力為05MPA，溫度為27，若氣缸長(zhǎng)度2L，活塞質(zhì)量為10KG。試計(jì)算拔除釘后，活塞可能達(dá)到最大速度。工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解10解可逆過(guò)程對(duì)外界作功最大，故按可逆定溫膨脹計(jì)算2G1LN2026KJ/KGK2731527KLN5409KJ/KGVWRTVALAL2200212MMWWCPVVC（A）圖21G3111611KG260J/KGK30015K01561M0510PAMRTVP321203122MVV代入式（A）363225409J/KG1KG100110PA01561M877M/S10KGC24氣體某一過(guò)程中吸收了50J的熱量，同時(shí)，熱力學(xué)能增加84J，問(wèn)此過(guò)程是膨脹過(guò)程還是壓縮過(guò)程對(duì)外作功是多少J解取氣體為系統(tǒng)，據(jù)閉口系能量方程式50J84J34JWQU所以過(guò)程是壓縮過(guò)程，外界對(duì)氣體作功34J。25在冬季，工廠車(chē)間每一小時(shí)經(jīng)過(guò)墻壁和玻璃等處損失熱量6310KJ，車(chē)間中各種機(jī)床的總功率是375KW，且最終全部變成熱能，另外，室內(nèi)經(jīng)常點(diǎn)著50盞100W的電燈，若使該車(chē)間溫度保持不變，問(wèn)每小時(shí)需另外加入多少熱量解要使車(chē)間保持溫度不變，必須使車(chē)間內(nèi)每小時(shí)產(chǎn)生的熱量等散失的熱量，即MEL0QQQQQB6M375KJ/S3600S13510KJQE5001KJ/S3600S18000KJQ6L310KJQ66LME310KJ13510KJ18000KJ1632000KJQQQQB26夏日，為避免陽(yáng)光直射，密閉門(mén)窗，用電扇取涼，若假定房間內(nèi)初溫為28，壓力為01MPA，電扇的功率為006KW，太陽(yáng)直射傳入的熱量為01KW，若室內(nèi)有三人，每人每工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解11小時(shí)向環(huán)境散發(fā)的熱量為4187KJ，通過(guò)墻壁向外散熱1800KJ/H，試求面積為215M，高度為30M的室內(nèi)空氣每小時(shí)溫度的升高值，已知空氣的熱力學(xué)能與溫度關(guān)系為K072KJ/KGUT。解室內(nèi)空氣總質(zhì)量62G0110PA15M30M5206KG287J/KGK2827315KPVMRT取室內(nèi)空氣為系統(tǒng)，QUW，因0W，所以UQ07201006KJ/S36004187KJ31800KJ086K0725206KGQTMS27有一飛機(jī)的彈射裝置，如圖22，在氣缸內(nèi)裝有壓縮空氣，初始體積為3028M，終了體積為3099M，飛機(jī)的發(fā)射速度為61M/S，活塞、連桿和飛機(jī)的總質(zhì)量為2722KG。設(shè)發(fā)射過(guò)程進(jìn)行很快，壓縮空氣和外界間無(wú)傳熱現(xiàn)象，若不計(jì)摩擦力，求圖22發(fā)射過(guò)程中壓縮空氣的熱力學(xué)能變化。解取壓縮空氣為系統(tǒng)，QUW，其中，0Q202122MWPVVC20212632322722KG0110PA099028M61M/S513510J2MUPVVC28如圖23所示，氣缸內(nèi)空氣的體積為30008M，溫度為17。初始時(shí)空氣壓力為01013MPA，環(huán)境大氣壓力B01MPAP，彈簧呈自由狀態(tài)?，F(xiàn)向空氣加熱，使其壓力升高，并推動(dòng)活塞上升而壓縮彈簧。已知活塞面積為2008M，彈簧剛度為40000N/MK，空氣熱力學(xué)能變化關(guān)系式為KJ/KGK0718UT。試求，使氣缸內(nèi)空氣壓力達(dá)到015MPA所需的熱量。圖23工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解12解先求活塞質(zhì)量，初始時(shí)彈簧呈自由狀態(tài)PB1GMPAPA621BP2010130110PA008M1061KGG980665M/SPPAM空氣質(zhì)量63311AG10101310PA0008M97310KG287J/KGK29015KPVMRT3120008M01M008MVHA終態(tài)2BP2GPPAMKX，2BP2GPPAMXK62220150110PA008M1061KG981M/S00974M40000N/MX2322008M0100974M00158MVAHX632223AG01510PA00158M84826K97310KG287J/KGKPVTMR213A97310KG0718KJ/KGK8482629015K390KJVUMCTTB222P1GDDAMKXWPVPAXA222BPBP21211622GDG20110PA008M1061KG981M/S00974M40000N/M00974M979J098KJ2KPAMKXXPAMXXXX390KJ098KJ488KJQUW29有一橡皮球，當(dāng)其內(nèi)部氣體的壓力和大氣壓相同，為01MPA時(shí)呈自由狀態(tài)，體積為303M。氣球受火焰照射而受熱，其體積膨脹一倍，壓力上升為015MPA，設(shè)氣球內(nèi)的壓力與體積成正比。試求（1）該過(guò)程中氣體作的功；（2）用于克服橡皮氣球彈力所作的功，若初工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解13始時(shí)氣體溫度為17，求球內(nèi)氣體吸熱量。已知該氣體的氣體常數(shù)G287J/KGKR，其熱力學(xué)能KJ/KGK072UT。解據(jù)題意0PPPKVB（A）3103MV時(shí)0P；3206MV時(shí)，005MPAP。代入式（A），解得005B，0166K。所以01667005PV6311G10110PA03M0360KG287J/KGK29015KPVMRT（1）過(guò)程中氣體作的功21212016DD016670050110D37500J375KJVVVVWPVPPVVV（2）克服橡皮氣球彈力所作的功6300210110PA0603M30000J30KJWPVVE375KJ30KJ75KJWWW0（3）氣體吸熱量63222G01510PA06M87108K0360KG287J/KGKPVTMR210360KG072J/KGK8710829015K375KJ1881KJQUWMUUW210空氣在某壓氣機(jī)中被壓縮，壓縮前空氣的參數(shù)是101MPAP，310845MKGV。壓縮后的參數(shù)是201MPAP，320175MKGV。設(shè)在壓縮過(guò)程中1KG空氣的熱力學(xué)能增加1390KJ同時(shí)向外放出熱量50KJ。壓氣機(jī)每分鐘產(chǎn)生壓縮空氣10KG。求（1）壓縮過(guò)程中對(duì)1KG氣體所作的體積變化功；（2）生產(chǎn)1KG的壓縮空氣所需的功（技術(shù)功）；（3）帶動(dòng)此壓氣機(jī)要用多大功率的電動(dòng)機(jī)工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解14解（1）已知50KJ/KGQ，1390KJ/KGU由閉口系能量方程QUW得50KJ1390KJ1895KJ/KGWQU即壓縮過(guò)程中壓氣機(jī)對(duì)1KG氣體作功1890KJ（2）壓氣機(jī)是開(kāi)口熱力系，壓氣機(jī)耗功CTWW。由穩(wěn)定流動(dòng)開(kāi)口系能量方程TQHW，得T221333350KJ/KG1390KJ/KG0810KPA0175M/KG0110KPA0845M/KG2445KJ/KGWQHQUPVQUPVPV即每生產(chǎn)1公斤壓縮空氣所需技術(shù)功為2445KJ。（3）壓氣機(jī)每分鐘生產(chǎn)壓縮空氣10KG，故帶動(dòng)壓氣機(jī)的電機(jī)功率為T(mén)1KG/S2445KJ/KG408KW6MNQW211某建筑物的排氣扇每秒能把25KG/S壓力為98KPA，溫度為20的空氣通過(guò)直徑為04M的排氣孔排出，經(jīng)過(guò)排氣扇后氣體壓力升高50MMH2O，但溫度近似不變，試求排氣扇的功率和排氣速度。解2198000PA50981PA984905PAPPPG1311287J/KGK29315K08585M/KG98000PARTVPG2322287J/KGK29315K08542M/KG984905PARTVP排氣扇后的壓力和溫度計(jì)算空氣質(zhì)量流量2F212GG4VMDCPPQQRTRT所以GF22224425KG/S287J/KGK29315K170M/S984905PA04MMQRTCPD由能量方程22F1F21122GG0QMMCCQQHZQHZP工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解152F222112332170M/S98491KPA08542M/KG98KPA08585M/KG2100025KG/S0365KWMCPPVPVQ212進(jìn)入蒸汽發(fā)生器中內(nèi)徑為30MM管子的壓力水參數(shù)為10MPA、30，從管子輸出時(shí)參數(shù)為9MPA、400，若入口體積流量為3L/S，求加熱率。已知，初態(tài)時(shí)1348KJ/KGH、300010M/KGV；終態(tài)時(shí)31175KJ/KGH、300299M/KGV。解管截面積2242003M706910M44DA31F1420003M/S4244M/S706910MVQCA3310003M/S3KG/S0001M/KGVMQQV123212F2F12100299M/S4244M/S1269M/S00010MVVVQQVVCCAAV2221F2F122121269M4244M3KG/S311751348KJ/KG89722KW21000MQHHCC213某蒸汽動(dòng)力廠中鍋爐以40T/H的蒸汽供入蒸汽輪機(jī)。進(jìn)口處壓力表上讀數(shù)是9MPA，蒸汽的焓是3441KJ/KG。蒸汽輪機(jī)出口處真空表上的讀數(shù)是00974MPA，出口蒸汽的焓是2248KJ/KG，汽輪機(jī)對(duì)環(huán)境散熱為568110KJ/H。求（1）進(jìn)、出口處蒸汽的絕對(duì)壓力，（當(dāng)場(chǎng)大氣壓是101325PA）；（2）不計(jì)進(jìn)、出口動(dòng)能差和位能差時(shí)汽輪機(jī)的功率；（3）進(jìn)口處蒸汽為70M/S，出口處速度為140M/S時(shí)對(duì)汽輪機(jī)的功率有多大的影響；（4）蒸汽進(jìn)出、口高度并差是16M時(shí)，對(duì)汽輪機(jī)的功率又有多大影響工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解16解（1）1E,1B9MPA0101325MPA91MPAPPP22BV,20101325MPA00974MPA0392510MPAPPP（2）據(jù)穩(wěn)流能量方程，TQHW5681101000KJ/S40KG/S34412248KJ/KG130667KW36003600MPHQH（3）若計(jì)及進(jìn)出口動(dòng)能差，則2221IF2F12MMQQHHPCC22IFF322324010130667KJ/S140M/S70M/S1023600130667KJ/S817KJ/S12985KWMMQPQHCC即汽輪機(jī)功率將減少817KW（4）若計(jì)及位能差，則I2“40000KG/H130667KJ/S981M/S14M3600S130667KJ/S0174KJ/S130669KWMMPQHQGZ已汽輪機(jī)功率將增加0174KW。214500KPA飽和液氨進(jìn)入鍋爐加熱成干飽和氨蒸氣，然后進(jìn)入壓力同為500KPA的過(guò)熱器加熱到275K，若氨的質(zhì)量流量為0005KG/S，求鍋爐和過(guò)熱器中的換熱率。已知氨進(jìn)入和離開(kāi)鍋爐時(shí)的焓分別為123962KJ/KG“2232KJ/KGHHHH、，氨離開(kāi)過(guò)熱器時(shí)的焓為251KJ/KGH。解由題意，氨進(jìn)入和離開(kāi)鍋爐及離開(kāi)過(guò)熱器時(shí)的焓分別為13962KJ/KGHH，2“2232KJ/KGHH，251KJ/KGH鍋爐中的換熱率B210005KG/S2232KJ/KG3962KJ/KG0865KWMQHH工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解17換熱器中的換熱率E320005KG/S251KJ/KG2232KJ/KG0991KWMQHH215向大廈供水的主管線在地下5M進(jìn)入時(shí)，管內(nèi)壓力600KPA。經(jīng)水泵加壓，在距地面150M高處的大廈頂層水壓仍有200KPA，假定水溫為10，流量為10KG/S，忽略水熱力學(xué)能差和動(dòng)能差，假設(shè)水的比體積為30001M/KG，求水泵消耗的功率。解整個(gè)水管系統(tǒng)從5M到150M。據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)能量方程有22F1F21122S0CCQHGZHGZW據(jù)題意，12120QTTUU、，所以S2213323200KPA0001M/KG600KPA0001M/KG981M/S150M5M10112KJ/KGWPVPVGZS10KG/S112KJ/KG112KWMPQW216用一臺(tái)水泵將井水從6M深的井里泵到比地面高30M的水塔中，水流量為325M/H，水泵耗功是12KW。冬天井水溫度為35，為防止冬天結(jié)冰，要求進(jìn)入水塔的水溫不低于4。整個(gè)系統(tǒng)及管道均包有一定厚度的保溫材料，問(wèn)是否有必要在管道中設(shè)置加熱器如有必要的話需加入多少熱量設(shè)管道中水進(jìn)、出口動(dòng)能差可忽略不計(jì)；水的比熱容取定值4187KJ/KGKPC且水的焓差PHCT，水的密度取31000KG/M。解22F2F121S2MQHCCMGZZW忽略管道中水進(jìn)出口的動(dòng)能差212121SSPQMMQQHGEEPQCTTGZZP33234M25/H1000KG/M4187KJ/KGK435C3600981M/S306M1012KJ/S499KJ/S1810KJ/HD所以有必要加入加熱器，加熱量最小為41810KJ/H。217一種工具利用從噴嘴射出的高速水流進(jìn)行切割，若供水壓力200KPA、溫度20，噴嘴內(nèi)徑為0002M，射出水流溫度20，流速1000M/S，假定噴嘴兩側(cè)水的熱力學(xué)能變化可工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解18略去不計(jì)，求水泵功率。已知，在200KPA、20時(shí)水的比體積30001002M/KGV解2F21000M/S0002M3135KG/S40001002M/KGVMQCAQVV能量方程22F1F21122S0CCQHGZHGZW據(jù)題意，1212210QTTUUZZ、，所以22F2F2S22121231000M/S100200KPA0001002M/KG5000KJ/KG21000CCWPVPVPPV3135KG/S5000KJ/KG15672KWMSPQW218一剛性絕熱容器，容積為30028MV，原先裝有壓力為01MPA、溫度為21的空氣?，F(xiàn)將與此容器連接的輸氣管道閥門(mén)打開(kāi)，向容器充氣。設(shè)輸氣管道內(nèi)氣體的狀態(tài)參數(shù)07MPA21CPT，保持不變。當(dāng)容器中壓力達(dá)到02MPA時(shí)，閥門(mén)關(guān)閉。求容器內(nèi)氣體到平衡時(shí)的溫度。設(shè)空氣可視為理想氣體，其熱力學(xué)能與溫度的關(guān)系為KJ/KGK072UT；焓與溫度的關(guān)系為KJ/KGK1005HT。解取剛性容器為控制體，則22CVF2F2221F111I11DQEHCGZMHCGZMW據(jù)題意，0Q，I0W，20M，12F2C和21GZZ可忽略不計(jì)，所以CV11ININDDEHMHM積分，CVININEHM。因CVEU，IN21MMM，所以221121INMUMUMMHIN2111IN2111222PVVVCTMMMCTHMMMUTMCMC（A）工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解1963111G10210PA0028M00332KG287J/KGK29415KPVMRT6222G22202100028195287PVMRTTT（B）聯(lián)立求解式（A）、（B）得200571KGM，234269KT219醫(yī)用氧氣袋中空時(shí)是扁平狀態(tài)，內(nèi)部容積為零。接在壓力為14MPA，溫度為17的鋼質(zhì)氧氣瓶上充氣。充氣后氧氣袋隆起，體積為30008M，壓力為015MPA。由于充氣過(guò)程很快，氧氣袋與大氣換熱可以忽略不計(jì)，同時(shí)因充入氧氣袋內(nèi)氣體質(zhì)量與鋼瓶氣體內(nèi)質(zhì)量相比甚少，故可以認(rèn)為鋼瓶?jī)?nèi)氧氣參數(shù)不變。設(shè)氧氣可作為理想氣體，其熱力學(xué)能和焓可表示為KJ/KGK0657UT，KJ/KGK0917HT，理想氣體服從GPVMRT。求充入氧氣袋內(nèi)氧氣的質(zhì)量氧氣G260J/KGKR。解據(jù)能量方程22FFCVOUTINIDCCQEHGZMHGZMW據(jù)題意，0Q，OUT0M，CVDDEU，忽略IN2F,2C和INGZ，則ININID0UHMW因I0DWPV，且氧氣袋內(nèi)氧氣質(zhì)量即充入氧氣的質(zhì)量，所以積分后22IN20210MUHMPVV22IN020MUHPV（A）又222G2PVMRTB將322015MPA0008MPV，22KJ/KGK0657UT，ININKJ/KGK0917HT，代入式（A）、（B），解得231320KT，200147KGM工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解20220兩個(gè)體重都是80KG的男子每天吃同樣的食物，完成相同的工作，但A每天上下班步行60MIN，而B(niǎo)則每天駕駛汽車(chē)20MIN上下班，另40MIN用于看電視，試確定100工作日后這兩人的體重差。解每個(gè)工作日男子A比B多消耗能量80KG20401H1810KJ/HH755KJ/HH300KJ/H15980KJ68KG6060Q100工作日后兩人的體重差15980KJ100404KG398MPAM221一間教室通過(guò)門(mén)窗散發(fā)熱量25000KJ/H，教室內(nèi)有30名師生，15套電子計(jì)算機(jī)，若每人散發(fā)的熱量是100W，每臺(tái)計(jì)算機(jī)功率120W，為了保持室內(nèi)溫度，是否有必要打開(kāi)取暖器解取室內(nèi)空氣為系統(tǒng)，可以認(rèn)為空氣溫度是溫度的函數(shù)因0W，為保持溫度不變31225000KJ/H30100W15120W10214KW3600S/HQQQ所以需打開(kāi)取暖器補(bǔ)充熱量。222一位55KG的女士經(jīng)不住美味的誘惑多吃了025L冰激凌，為了消耗這些額外的冰激凌的能量她決定以72KM/H的速度步行55KM回家，試確定她能否達(dá)到預(yù)期目的解如果步行消耗的熱量與025L冰激凌提供的熱量相當(dāng)，她即能達(dá)到預(yù)期目的。025L冰激凌提供的熱量250ML460KJ/ML1150KJQ55KG的女士步行55KM消耗的熱量55KG55KM1810KJ11183KJ68KG72KMQQQ，但相差微小，所以她基本上可以達(dá)到預(yù)期目的。第三章氣體和蒸氣的性質(zhì)31已知氮?dú)獾哪栙|(zhì)量328110KG/MOLM，求（1）2N的氣體常數(shù)GR；工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解21（2）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下2N的比體積V0和密度0；（3）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)31M2N的質(zhì)量M0；（4）01MPAP、500CTD時(shí)2N的比體積V和密度；（5）上述狀態(tài)下的摩爾體積MV。解（1）通用氣體常數(shù)83145J/MOLKR，查附表23N280110KG/MOLM。22G,N3N83145J/MOLK0297KJ/KGK280110KG/MOLRRM（2）1MOL氮?dú)鈽?biāo)準(zhǔn)狀態(tài)時(shí)體積為22233M,NNN22410M/MOLVMV，故標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下2233M,N3N322410M/MOL08M/KG280110KG/MOLVVM223N3N11125KG/M08M/KGV（3）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下31M氣體的質(zhì)量即為密度，即0125KGM。（4）由理想氣體狀態(tài)方程式GPVRTG36297J/KGK500273K2296M/KG0110PARTVP331104356KG/M2296M/KGV（5）222333M,NNN280110KG/MOL2296M/KG642910M/MOLVMV32壓力表測(cè)得儲(chǔ)氣罐中丙烷38CH的壓力為44MPA，丙烷的溫度為120，問(wèn)這時(shí)比體積多大若要儲(chǔ)氣罐存1000KG這種狀態(tài)的丙烷，問(wèn)儲(chǔ)氣罐的體積需多大解由附表查得383CH440910KG/MOLM3838G,CH3CH83145J/MOLK189J/KGK440910KG/MOLRRM由理想氣體狀態(tài)方程式GPVRT工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解22G36189J/KGK120273K001688M/KG4410PARTVP331000KG001688M/KG1688MVMV或由理想氣體狀態(tài)方程GPVMRTG361000KG189J/KGK120273K1688M4410PAMRTVP33供熱系統(tǒng)矩形風(fēng)管的邊長(zhǎng)為100MM175MM，40、102KPA的空氣在管內(nèi)流動(dòng)，其體積流量是00185M3/S，求空氣流速和質(zhì)量流量。解風(fēng)管面積22100MM175MM17500MM00175MA空氣流速3F200185M/S106M/S00175MVQCA空氣質(zhì)量流量33G10210PA00175M/S0020KG/S287J/KGK27335KVMPQQRT34一些大中型柴油機(jī)采用壓縮空氣啟動(dòng)，若啟動(dòng)柴油機(jī)用的空氣瓶體積303MV，內(nèi)裝有18MPAP，1303KT的壓縮空氣，啟動(dòng)后瓶中空氣壓力降低為2046MPAP，2303KT，求用去空氣的質(zhì)量。解根據(jù)物質(zhì)的量為N的理想氣體狀態(tài)方程，使用前后瓶中空氣的狀態(tài)方程分別為111PVNRT，222PVNRT用掉空氣的量3661212103M810PA4610PA405MOL83145J/MOLK303KVPPNNRT由附表查得空氣的相對(duì)分子質(zhì)量RM2897，即摩爾質(zhì)量3289710KG/MOLM，故用掉空氣的質(zhì)量31212289710KG/MOL405MOL1173KGMMMNN工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解2335空氣壓縮機(jī)每分鐘從大氣中吸入溫度B17CT，壓力等于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫750MMHGP的空氣302M，充入體積為31MV的儲(chǔ)氣罐中。儲(chǔ)氣罐中原有空氣的溫度117CT，表壓力E1005MPAP，參見(jiàn)圖31。問(wèn)經(jīng)過(guò)多長(zhǎng)時(shí)間儲(chǔ)氣罐內(nèi)氣體壓力才能提高到207MPAP，溫度250CT圖31習(xí)題35附圖解利用氣體的狀態(tài)方程式GPVMRT，充氣前儲(chǔ)氣罐里空氣質(zhì)量511G1GG750051015172175006217273PVMRTRR充氣后儲(chǔ)氣罐里空氣質(zhì)量522G2GG710121671850273PVMRTRR已知壓氣機(jī)吸入空氣體積流率IN302M/MINVQ，故質(zhì)量流量INININ5INBGINGINGG7501002689675006217273VVMPQPQQRTRTRR若充氣時(shí)間為分鐘，由質(zhì)量守恒IN21MQMM，得INGG21G216718/51721/2393MIN6896/MRRMMQR36鍋爐燃燒需要的空氣量折合標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)為35000M/H，鼓風(fēng)機(jī)實(shí)際送入的是溫度為250C、表壓力為150MMHG的熱空氣。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮毫锽765MMHGP。設(shè)煤燃燒后產(chǎn)生的煙氣量與空氣量近似相同，煙氣通過(guò)煙囪排入上空，已知煙囪出口處煙氣壓力為201MPAP，溫度2480KT，要求煙氣流速為F3M/SC（圖32）。求圖32習(xí)題36附圖（1）熱空氣實(shí)際狀態(tài)的體積流量,INVQ；（2）煙囪出口內(nèi)直徑的設(shè)計(jì)尺寸。工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解24解（1）標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下000101325MPA273KPT，33M22410M/MOLV。送入鍋爐的空氣的量0M,03335000M/H22321KMOL/H0062KMOL/S22410M/MOLVNVQQQ實(shí)際送風(fēng)的體積流率IN3522321KMOL/H83145J/MOLK250273K79627M/H15076510PA750062NVQRTQP或000VVPQPQRTRT0303IN50101325PA5000M/H523K79627M/H15076510PA273K750062VVPQTQPT（2）煙囪出口處煙氣的體積流量32OUT620062MOL/S83145J/MOLK480K24745M/S0110PANVQRTQP設(shè)煙囪出口截面直徑為D2OUTFD4VQC3OUTF4424745M/D1025M3M/SVQSC37煙囪底部煙氣的溫度為250C，頂部煙氣的溫度為100C，若不考慮頂、底部?jī)山孛骈g壓力微小的差異，欲使煙氣以同樣的速度流經(jīng)此兩截面，求頂、底部?jī)山孛婷娣e之比。解設(shè)頂、底部?jī)山孛婷娣e分別為1A和2A，頂、底部?jī)山孛嫔腺|(zhì)量流量相同，即12MMQQ，2F21F121ACACVV由狀態(tài)方程式可以得出2211122211373K07132523KVMVMQPQTTQPQTT因流速相同，F(xiàn)2F1CC工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解252122112211114VMVMVVQQQAVAVQQQ38截面積2100CMA的氣缸內(nèi)充有空氣，活塞距底面高度10CMH，活塞及負(fù)載的總質(zhì)量是195KG（見(jiàn)圖33）。已知當(dāng)?shù)卮髿鈮毫?771MMHGP，環(huán)境溫度為027CT，氣缸內(nèi)空氣外界處于熱力平衡狀態(tài)，現(xiàn)將其負(fù)載取去100KG，活塞將上升，最后與環(huán)境重新達(dá)到熱力平衡。設(shè)空氣可以通過(guò)氣缸壁充分與外界換熱，達(dá)到熱力平衡時(shí)，空氣的溫圖33習(xí)題38附圖度等于環(huán)境大氣的溫度。求活塞上升的距離，空氣對(duì)外作出的功以及與環(huán)境的換熱量。解據(jù)題意，活塞上負(fù)載未取走前氣缸內(nèi)氣體的初始狀態(tài)為11B2143771195KG980665M/S10MPA0294MPA75006210010MMGPPA127273K300KT23331100CM10CM10CM10MV取走負(fù)載100KG后，因活塞與氣缸壁間無(wú)摩擦，又能充分與、外界交換熱量，最后重新建立熱力平衡時(shí)，氣缸內(nèi)壓力與溫度等于外界的壓力與溫度，故22B2142771195100KG980665M/S10MPA0196MPA75006210010MMGPPA227273300KT由112212PVPVTT得333312120294MPA10M1510M0196MPAPVVP上升距離33214215110M005M5CM10010MVVVHAA氣缸內(nèi)氣體由狀態(tài)1到狀態(tài)2，其間經(jīng)過(guò)的是非準(zhǔn)平衡過(guò)程，所以不能用21DWPV求解工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解26過(guò)程功，但氣缸內(nèi)氣體所做的功等于克服外力的功，故6422019610PA005M10010M98JWPAH理想氣體21TT時(shí)即21UU，所以98JQUWW39空氣初態(tài)時(shí)11480K02MPATP，經(jīng)某一狀態(tài)變化過(guò)程被加熱到21100KT，這時(shí)205MPAP。求1KG空氣的1212UUUHHH、。（1）按平均質(zhì)量熱容表；（2）按空氣的熱力性質(zhì)表；（3）若上述過(guò)程為定壓過(guò)程，即1480KT，21100KT，1202MPAPP，問(wèn)這時(shí)的1212UUUHHH、有何改變（4）對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行簡(jiǎn)單的討論為什么由氣體性質(zhì)表得出的UH，與平均質(zhì)量熱容表得出的UH，不同兩種方法得出的UH，是否相同為什么解（1）11273480273207CTT，222731100273827CTT由附表查得空氣的氣體常數(shù)G0287KJ/KGKR及207C827C0C0C10125KJ/KGK10737KJ/KGK|PPCC，207C207CG0C0C10125KJ/KGK0287KJ/KGK07255KJ/KGK|VPCCR827C827CG0C0C10737KJ/KGK0287KJ/KGK07867KJ/KGK|VPCCR207C110C827C220C07255KJ/KGK207C1502KJ/KG07867KJ/KGK827C6506KJ/KG|VVUCTUCTDD216506KJ/KG1502KJ/KG5004KJ/KGUUU207C110C827C220C10125KJ/KGK207C2096KJ/KG10737KJ/KGK827C8879KJ/KG|PPHCTHCTDD218879KJ/KG2096KJ/KG6783KJ/KGHHH（2）利用空氣的熱力性質(zhì)表根據(jù)12480K1100KTT，查得1248449KJ/KG116295KJ/KGHH，由定義工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解2711G122G2212148449KJ/KG0287KJ/KGK480K34673KJ/KG116295KJ/KG0287KJ/KGK1100K84725KJ/KG84725KJ/KG34673KJ/KG50052KJ/KG116295KJ/KG48449KJ/KG67846KJ/KGUHRTUHRTUUUHHH（3）因?yàn)槔硐霘怏w的UH、只是溫度的函數(shù)，而與壓力的大小無(wú)關(guān)，所以不論過(guò)程是否定壓，只要是12480K1100KTT，不變，則1212UUHH、的數(shù)值與上相同，當(dāng)然UH、也不會(huì)改變；（4）用氣體性質(zhì)表得出的UH、是以0K為計(jì)算起點(diǎn)，而用比熱表求得的UH、是以0C為計(jì)算起點(diǎn)，故UH、值不同，但兩種方法得出的UH、是相同的。310體積305MV的密閉容器中裝有27C、06MPA的氧氣，加熱后溫度升高到327C，（1）按定值比熱容；（2）按平均熱容表；（3）按理想氣體狀態(tài)的比熱容式；（4）按平均比熱容直線關(guān)系式；（5）按氣體熱力性質(zhì)表，求加熱量VQ。解（1）由低壓時(shí)氣體的比熱容表查得127273300KT和2327273600KT時(shí)，10658KJ/KGKVC時(shí)，20742KJ/KGKVC。600K300K0658KJ/KGK0742KJ/KGK07005KJ/KGK2|VC附表中查出23O32010KG/MOLM，2G3O83145J/MOLK260J/KGK32010KG/MOLRRM由理想氣體的狀態(tài)方程式11G1PVMRT631G0610PA05M3846KG260J/KGK27273KPVMRT600K21300K3846KG07005KJ/KGK600300K80827KJ|VVQMCTT（2）63110610PA05M1203MOL83145J/MOLK27273KPVNRT由附表查出127CT和2327CT時(shí)，27C,M0C29345J/MOLK|PC，327C,M0C30529J/MOLK|PC。因此工程熱力學(xué)第4版習(xí)題解2827C27C,