工程热力学第四版课后习题答案-pdf

工程热力学第4版习题解工程热力学第4版习题解本题解是沈维道、童钧耕编写高等教育出版社出版的“十一五”国家级规划教材《工程热力学》第4版的配套资料。本题解提供的解法是从教学的角度出发的，未必是唯一的或是最好的，题解中出现的错误恳请读者批评指正。上海交通大学机械与动力工程学院童钧耕2007/11/22第一章基本概念1-1英制系统中采用华氏温标，它规定在标准大气压（101325Pa）下纯水的冰点是32F，汽点是212F，试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。{t}F32{t}C0解：212321000180{t}C329{t}C32{t}F10051-2英制系统中朗肯温度与华氏温度的关系为{T}R{t}F459.67。已知热力学绝对温标及朗肯温标在纯水冰点的读数分别是273.15K和491.67R；汽点的读数分别是373.15K和671.67R。（1）导出朗肯温度和开尔文温度的关系式；（2）开尔文温标上绝对零度在朗肯温标上是多少度？解：（1）若任意温度T在朗肯温标上读数为T(R)在热力学绝对温标上读数为T（K），671.67491.67T(R)491.67则373.15273.15T(K)273.15解得{T}R1.8{T}K（2）据上述关系{T}K0时，{T}R01工程热力学第4版习题解1-3设一新温标，用符号N表示温度单位（它的绝对温标是用Q表示温度单位）。规定纯水的冰点和汽点100N和1000N。试求：（1）该新温标与摄氏温标的关系；（2）若该温标的绝对零度与热力学温标零度相同，则该温标读数为0N时，其绝对温标读数是多少Q？{t}N100{t}C0解：（1）10001001000{t}N9{t}C100（2）{T}Q{t}NC9{t}C100C9[{T}K273.15]100C据题意，当{T}K0时，{T}Q0，解得上式中C2358.35，代回原式得{T}Q{t}N2358.35{T}N0时，T2358.385Q。1-4直径为1m的球形刚性容器，抽气后真空度为752.5mmHg，若当地大气为0.101MPa，求：（1）容器内绝对压力为多少Pa；（2）容器表面受力多少N？6Pa752.5mmHg133.3Pa/mmHg691.75Pa12.57m解：（1）（2）ppbpv0.10110A04d43.14161m222FA0pA0(pbp)12.57m(0.10110Pa-691.75Pa)1.26110N6621-5用U型压力计测量容器中气体的压力，在水银柱上加一段水，则得水柱高1020mm，水银柱高900mm，如图1-1所示，若当地大气压为755mmHg，求容器中气体的压力（MPa）。解：ppepb(10209.81)Pa(900133.3)Pa(755133.3)Pa图1-12.30610Pa0.231MPa51-6容器中的真空度为pv600mmHg，气压计上水银柱高度为pb755mm，求容器中2工程热力学第4版习题解的绝对压力（以MPa表示）。如果容器中的绝对压力不变，而气压计上水银柱高度为p770mm，求此时真空表上的读数（以mmHg表示）是多少？b解：容器中气体压力低于当地大气压力，故绝对压力ppbpv(755600)mmHg155mmHg0.0207MPa若容器中绝对压力不变，而大气压力变为pb770mmHg。则此时真空表上的读数为vpbp(770155)mmHg1-7用斜管压力计测量锅炉烟道烟气的真空度（如图1-24）管子的倾斜角30，压力计中使用密度0.810kg/mp615mmHg33的煤油，斜管中液柱长度l200mm。当地大气压力pv745mmHg。求烟气的真空度（以mmH2O表示）及绝对压力（以Pa表示）。解：倾斜式压力计上读数即烟气的真空度pvlsing图1-220010m0.50.8109.81m/s2809.81Pakg/m3331因1PammH2O、1mmHg13.595mmH2O，故pv80mmH2O9.81烟气绝对压力ppbpv(74513.595)mmH2O80mmH2O10048.3mmH2O0.9857105Pa1−8压力锅因其内部压力和温度比普通锅高而缩短了蒸煮食物的时间。压力锅的盖子密封良好，蒸汽只能从盖子中间的缝隙逸出，在缝隙的上方有一个可移动的小柱塞，所以只有锅内蒸汽的压力超过了柱塞的压力后蒸汽才能逸出（图1-3）。蒸汽周期性逸出使锅内压力近似可认为恒定，也防止了锅内压力过高产生的危险。若蒸汽逸出时压力锅内压力应达到201kPa，压力锅盖缝隙的横截面积为4mm，当地大气压力平均为101kPa，试2求小柱塞的质量。图1-3解：蒸汽逸出时锅内表压力即为应由柱塞产生的压力，所以3工程热力学第4版习题解peppb201kPa101kPa100kPa柱塞质量peA100103Pa410620.0408kg40.8gm9.81m/smg21-9容器被分隔成AB两室，如图1-4所示，已知当场大气压pb0.1013MPa，气压表2读为pe20.04MPa，气压表1的读数pe10.294MPa，求气压表3的读数（用MPa表示）。解：图1-4pApbpe10.1013MPa0.294MPa0.3953MPapApBpe2pBpApe20.39153MPa0.04MPa0.3553MPape3pBpb0.3553MPa0.1013MPa0.254MPa1-10起重机以每秒2m的恒速提升总质量为450kg的水泥块，试求所需功率。解：功率等于力与速度的乘积，因恒速提升，加速度为零，所以仅为重力。PFcmgc450kg9.80665m/s2m/s8826W8.83kW21-11电阻加热器的电阻15Ω，现有10A的电流流经电阻丝，求功率。PEiRi15(10A)1500W1.5kW22解：1-12气缸中密封有空气，初态为p10.2MPa，V10.4m，缓慢胀到V20.8m33。（1）过程中pV保持不变；（2）过程中气体先循pMPa0.40.5V3膨胀到Va0.6m3，再维持压力不变，膨胀m到V20.8m3。分别求出两过程中气体作出的膨胀功。解：（1）2pVWpdV211VV2dVp1V1lnV10.2106Pa0.4m3ln0.8m5.541034J0.4m34工程热力学第4版习题解（2）wpdVpdV2a2pdV11a(0.40.5V)106dV(0.40.50.6)106a2dV1a[0.4(VaV1)0.52(Va2V1)0.1(V2Va)]102260.52[0.4(0.60.4)(0.60.42)0.1(0.80.6)]1060.15105J1-13某种理想气体在其状态变化过程中服从pvn常数的规律，其中n是定值，p是压力；n1p2pvnv是比体积。试据w2pdv导出气体在该过程中做功为w111n1p112pvn2dvp1v1nn12pdvdvp1v1n(v2n1v1n1)解：w11vn1vnp1v1p2v2n1v1n1p2v2n1nn1p1v1p2v2n11p1v1p1v1nv2p1v1n1p2n1n1p1证毕。1-14测得某汽油机气缸内燃气的压力与容积对应值如下表所示，求燃气在该膨胀过程中所作的功。p/MPaV/cm1.655114.711.069163.870.724245.810.500327.740.396409.680.317491.610.245573.550.193655.480.103704.643W2pdVpV解：1(1.6551.069)MPa(63.87114.71)m3(1.0690.724)MPa22(245.81163.87)m3(0.7240.500)MPa(327.74245.81)m32(0.5000.396)MPa(409.68327.74)m(0.3960.317)MPa322(491.61409.68)m(0.3170.245)MPa(573.55491.61)m332(0.2450.193)MPa(655.48573.55)m(0.1930.103)MPa232(704.64655.48)m3304.7J5工程热力学第4版习题解1-15有一绝对真空的钢瓶，当阀门的打开时，在大气压p01.01310Pa的作用下有体积5为0.1m的空气被输入钢瓶，求大气对输入钢瓶的空气所作功为多少？3534Wp0V1.01310Pa0.1m1.01310J10.13kJ解：116某种气体在气缸中进行一缓慢膨胀过程。其体积由0.1m33增加到0.25m。过程中气体压力循pMPa0.240.4V3变化。若过程中气缸与活塞的摩擦保持为1200N；当地大气m压力为0.1MPa；气缸截面积为0.1m，试求：2（1）气体所作的膨胀功W；（2）系统输出的有用功Wu；（3）若活塞与气缸无摩擦，系统输出的有用功Wu,re。解：活塞移动距离VV10.25m0.1m331.5m0.1mL2A2（1）气体膨胀作功W2pdV2(0.240.4V)dV0.24(V2V1)0.2(V2122V1)10.24(0.250.1)m0.2(0.2520.12)m20.0255106J气体膨胀排拆大气功6W'p0(V2V1)0.1MPa(0.25m0.1m)0.01510J摩擦耗功WFL1200N1.5m1800J（2）有用功WuWW'W0.025510J0.01510J1800J8700J66（3）有用功Wu,reWW'0.025510J0.01510J10500J66117某蒸汽动力厂加入锅炉的每1MW能量要从冷凝器排出0.58MW能量，同时水泵消耗0.02MW功，求汽轮机输出功率和电厂的热效率。解：PT(12)PC(1MW0.58MW)0.02MW0.44MW6工程热力学第4版习题解2t1110.58MW0.421MW118汽车发动机的热效率为35%，车内空调器的工作性能系数为3，求每从车内排除1kJ热量消耗燃油能量。解：汽车发动机输出循环净功WQ1t空调器耗功WQcWQc1kJtt