热工基础习题集-热力学部分

热工基础习题及答案工程热力学

第一章 基本概念

1-2 试确定表压力为0.01MPa时U形管压力计中液柱的高度差。

（1）U形管中装水，其密度为1000kg/m3；（2）U形管中装酒精，其密度为789kg/m3。 解答：

?Pg??g?h??h?Pg?g 0.01?106即（1）?h水??1.02m9.81?10000.01?106（2）?h酒精??1.29m9.81?7891-3 用U形管测量容器中气体的压力。在水银柱上加一段水柱（如图1-3）。已侧的水柱高850mm，汞柱高520mm。当时大气压力为755mmHg。 问容器中气体的绝对压力为多少MPa？

（755?520）?133.3224?850?9.80665?0.178MPa 解答：P?Pb?PH2O?PHg?

图1-3 图1-4

1-4 用斜管压力计测量锅炉烟道中烟气的真空度（如图1-4）。管子的倾角??30；压力计中使用密度为800kg/m3的煤油；斜管中液柱长度l=200mm。当时大气压力Pb?745mmHg。问烟气的真空度为多少毫米水柱？绝对压力为多少毫米汞柱？

解答：

o（1）Pv??g?h?800?0.2?sin30o?9.81784.8Pa ?784.8?1.01972?10?1?80mmHg（2）P绝?Pb?Pv?745?784.8?7.50062?10?3?739.1135mmHg1-7 从工程单位制热力性质表中查得，水蒸汽在500℃、100at时的比体积和比焓分别为

v?0.03347m3/kg、h?806.6kcal/kg。在国际单位制中，这时水蒸气的压力和比热力学各为

多少？

解答：

（1）P?100?9.80665?104?9.80665MPa（2）U?h?pV?806.6?4.1868?9.80665?10?0.03347?3048.8kJ/kgoo3

1-8 摄氏温标取水在标准大气压下的冰点和沸点分别为0C和100C，而华氏温标则相应地取为32F和212oF。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?273.15C）所对应的华氏温度。 解答：

oot?0t(oF)?32推导?100?0212?32?t(oF)?t(oC)?1.8?32故当t(oC)??273.15时，t(oF)?1.8t?32?1.8?（?273.15）?32??459.67(oF)??460(oF)

第二章 热力学第一定律

2-2 某机器运转时，由于润滑不良产生摩擦热，使质量为150kg的钢制机体在30min内温度升高50C。试计算摩擦引起的功率损失（已知每千克钢每升高1C需热量0.461kJ）。 解答：

ooQ?mc?t?150?0.461?50?3457.5KJN失?Q3457.5??1.92kWt30?60

2-3 气体在某一过程中吸入热量12kJ，同时热力学能增加20kJ。问此过程是膨胀过程还是压缩过程？对外所作的功是多少（不考虑摩擦）？

解答：

?Q??u?W?W?Q??u?12?20??8kJ

此过程为压缩过程，对外做功值为8kJ。

2-4 有一闭口系，从状态1经过a变化到状态2（如图2-4），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 膨胀功W/kJ -4 8 过程 热量Q/kJ 膨胀功 1

1-a-2 2-b-1 1-c-2 10 -7 11 W/kJ 7 -4 8

图2-4

2-9 有一热机循环，在吸热过程中工质从外界获得热量1800J，在放热过程中向外界放出热量1080J，在压缩过程中外界消耗功700J。试求膨胀过程中工质对外界所作的功。

解答：

??Q??W，q1?q2?w1?w2?1800?1080?w?700 故w?1420J

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qo。 过程 1-2 2-3 3-4 4-1 q/(kJ/kg) 0 3218 0 -2094 wt(kJ/kg) -18 0 1142 0

?h/(kJ/kg) 18 3218 -1142 -2094 ?Q??W?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0.095MPa。混合物中汽油的质量分数为6%，汽油的摩尔质量为114kg/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、

解答：

2

查表M空气?28.965g/mol，M汽油?114000g/mol，xi??imimiwi0.94nMiMi?mmixMi28.965 xi?i?????99.9984%mmw0.940.06nmix?i?i??iMiMi?mmixMi28.965114000即?空气?99.9984% ?汽油?1??空气?1?0.999984?0.0016%?Mmix??mixi?114000?0.0016%?28.965?99.9984%?30.32g/moli?1n

Rmix??RM8.31451??0.2742J/g?K?274.2J/Kg?KMmix30.32pi?xipmix?p汽油?xi?pmix?0.0015MPa

3-5 50kg废气75kg空气混合。已知废气的质量分数为

wCO2?14%，wO2?6%，wH2O?5%，wN2?75%

空气的质量分数为wO2?23.2%，wN2?76.8%

求混合气体的：（1）质量分数；（2）平均摩尔质量（3）气体常数。

解答：

（1）?gi?mimmix14%?50?5.6P?755%?50 WH2O??2P?7550?75%?75?76.8% WN2??76.8P?756%?50?23.2%?75 WO2??16.32P?7511（2）Mmix???28.87Wi5.6%2.32v.8%????M44183228i ?WCO2?（3）Rmix?

3-7 定比热容理想气体，进行了1→2、4→3两个定容过程以及1→4、2→3两个定压过程（图3-7）。试证明：q123?q143

证明：

Rm8314.3??288J/Kg?KMmix28.87

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