热工基础1-4章习题解答

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1、1.3题略解：1.5题略烟气的真空度为：∵1mmH2O=9.80665Pa∴　1Pa=0.10197mmH2O烟气的绝对压力为：1.10题略解：锅内表压力2.2填空缺数据（兰色）：过程Q/kJW/kJ△U/kJ1-21390013902-30395-3953-4-10000-10004-10-552.9题略已知：D1=0.4m，p1=150kPa，且气球内压力正比于气球直径，即p=kD，太阳辐射加热后D2=0.45m求：过程中气体对外作功量解：由D1=0.4m，p1=150kPa，可求得：k=375kPa/m答：过程中气体对外作功量为2.27kJ2.12题略解：（1）确

2、定空气的初始状态参数（2）确定拿去重物后，空气的终了状态参数由于活塞无摩擦，又能与外界充分换热，因此终了平衡状态时缸内空气的压力和温度与外界的压力和温度相等。则活塞上升距离对外做功量由闭口系能量方程，Q=△U+W，因T2=T1，故△U=0。所以求得气体与外界的换热量为Q=W=97.999J讨论：（1）不可逆过程的功不能用计算，本题用外界参数计算功是一种特例（多数情况下外界参数未予描述，因而难以计算）。（2）系统对外做功97.999J，用于提升重物的功量为，另一部分是克服大气压力所做的功。3.3题略解：（1）泄漏的气体量为（2）泄漏的气体在1bar及17℃时占有的容积为3

3、.6题略解：由题意：△U=0→T2=T1=600K由理想气体气体状态方程，有：△U=△H=03.7题略解：（1）混合后的质量分数：ωCO2=5.6%，ωO2=16.32%，ωH2O=2%，ωN2=76.08%（2）折合摩尔质量：Meq=28.856kg/kmol（3）折合气体常数：Req=288.124J/（kg·K）（4）体积分数：φCO2=3.67%，φO2=14.72%，φH2O=3.21%，φN2=78.42%（5）各组分气体分压力：pCO2=0.01101MPa，pO2=0.04416MPa，pH2O=0.00963MPa，pN2=0.2353MPa3.8题略

4、解：由题意，H2的摩尔成分由教材公式（3.35），求混合气体的当量摩尔质量混合气体的当量气体常数为由理想气体状态方程，求得罐内所允许的最高温度为3.10题略解：（1）多变指数n由多变过程的过程方程：（2）过程中热力学能、焓和熵的变化量由理想气体的状态方程：又（3）空气对外所作的膨胀功和技术功由闭口系能量方程：3.13题略解：（1）略（2）每一过程中工质热力学能、焓、熵的变化以及与外界交换的膨胀功求热力学能、焓、熵的变化，关键是利用理想气体的状态方程和过程方程求出各点的状态参数。1-2为等温过程2-3为等压过程，3-1为等容过程（返回初态），有3-1过程：（2）略3.15

5、题略解：（1）三种过程熵的变化量（a）定温过程：（b）定熵过程：（c）对n=1.2的多变过程，可利用两状态间状态参数之间的关系式：得：4.3题略ηt＞ηtc违背了卡诺定理结论：该循环根本不可能实现。（也可用克劳修斯积分不等式或孤立系熵增原理求解）4.6题略解：（1）（2）1→2为定熵过程，由过程方程和理想气体状态方程，得：（3）双原子气体，可近似取如果把双原子气体看作空气，并按单位质量工质的循环功和热量计算热效率，其结果相同，说明不同双原子气体工质进行同样循环时热效率差别不大。注意:非卡诺循环的热效率与工质性质有关。如果工质的原子数相同，则相差不大。也可以利用的关系，将

6、Rg作为变量带入，最后在计算热效率时分子分母刚好约掉。4-4题略解：∵定压过程总加热量为：q=cp△T其中用来改变热力学能的部分为：△u=cv△T而cp=cv+Rg∴定压过程用来作功的部分为：w=Rg△T4.10题略思路：利用孤立（绝热）系熵增原理进行判断。解：取该绝热容器为闭口系，设热水用角标H表示，冷水用角标C表示，并注意液体cp=cv=c由闭口系能量方程：固体或液体熵变的计算可根据熵的定义式：dS=δQ/T其中δQ=dU+pdV∵固体和液体的dV≈0∴δQ=dU=mcdT（cp=cv=c）该闭口绝热系的熵增相当于孤立系熵增，，故该混合过程为不可逆过程。4.14题略

7、解法1：实际循环：；卡诺循环：解法2：利用火用损失（作功能力损失）公式：I=T0ΔSg高温热源不等温传热熵产为低温热源不等温传热熵产为4.15题略解：（1）空气的熵增=熵产（不可逆绝热压缩）（2）由于是不可逆压缩过程，可利用闭口系能量方程求压缩耗功由题意：（3）由于是不可逆绝热压缩，所以空气的熵增=熵产。火用损失为：下面是附加的一些例题，供参考：一、试求在定压过程中加给理想气体的热量中有多少用来作功？有多少用来改变工质的热力学能（比热容取定值）？解：∵定压过程总加热量为：q=cp△T其中用来改变热力学能的部分为：△u=cv△T而cp=cv