工程熱力學 嚴家騄 完整答案

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯 工程熱力學 嚴家騄 完整答案 第一章 基本概念 - 1 - 第一章 基本概念 思 考 題 1、假如容器中氣體壓力保持不變，那么壓力表的讀數一定也保持不變，對嗎？ 答：不對。由于壓力表的讀書取決于容器中氣體的壓力和壓力表所處環(huán)境的大氣壓力兩個因素。因此即使容器中的氣體壓力保持不變，當大氣壓力變化時，壓力表的讀數也會隨之變化，而不能保持不變。 2、“平衡和“均勻有什么區(qū)別和聯系 答：平衡（狀態(tài)）值的是熱力系在沒有外界作用（意即熱力、系與外界沒有能、質交換，但不排除有恒定的外場如重力場作用）的狀況下，宏觀性質不隨時間變化，即熱力系在沒有外界作用時的時間特征-與時

2、間無關。所以兩者是不同的。如對氣-液兩相平衡的狀態(tài)，盡管氣-液兩相的溫度，壓力都一致，但兩者的密度區(qū)別很大，是非均勻系。反之，均勻系也不一定處于平衡態(tài)。 但是在某些特別狀況下，“平衡與“均勻又可能是統(tǒng)一的。如對于處于平衡狀態(tài)下的單相流體（氣體或者液體）假如忽視重力的影響，又沒有其他外場（電、磁場等）作用，那么內部各處的各種性質都是均勻一致的。 3、“平衡和“過程是矛盾的還是統(tǒng)一的？ 答：“平衡意味著宏觀靜止，無變化，而“過程意味著變化運動，意味著平衡被破壞，所以二者是有矛盾的。對一個熱力系來說，或是平衡，靜止不動，或是運動，變化，二者必居其一。但是二者也有結合點，內部平衡過程恰恰將這兩個矛盾的

3、東西有條件地統(tǒng)一在一起了。這個條件就是：在內部平衡過程中，當外界對熱力系的作用緩慢得足以使熱力系內部能量及時恢復不斷被破壞的平衡。 4、“過程量和“狀態(tài)量有什么不同？ 答：狀態(tài)量是熱力狀態(tài)的單值函數，其數學特性是點函數，狀態(tài)量的微分可以改成全微分，這個全微分的循環(huán)積分恒為零；而過程量不是熱力狀態(tài)的單值函數，即使在初、終態(tài)完全一致的狀況下，過程量的大小與其中間經歷的具體路徑有關，過程量的微分不能寫成全微分。因此它的循環(huán)積分不是零而是一個確定的數值。 習 題 1-1 一立方形剛性容器，每邊長 1 m ，將其中氣體的壓力抽至 1000 Pa ，問其真空度為多少毫米汞柱?容器每面受力多少牛頓？已知大氣

4、壓力為 0.1MPa 。 解：(1) 6(0.110Pa 1000Pa)/133.3224742.56mmHg v b p p p =-=?-= (2) 1-2 試確定表壓為0.01MPa 時U 型管壓力計中液柱的高度差。 26()1(0.110Pa 1000Pa)99000N b F A P A P P m =?=-=?-= 第一章 基本概念 - 2 - (1)U 型管中裝水，其密度為1000kg/m 3； (2)U 型管中裝酒精，其密度為789kg/m 3。 解： 由（1-6）式，Pg=g ?z ，得到?z=g P g (1) 630.0110Z 1.01971019.7109.80665

5、g P m mm g ?=?水水 (2) 6 0.0110Z 1.24941292.47899.80665 g P m mm g ?=?酒精酒精 *此題目的目的是練習假如通過U 型管壓力計的液柱高度差計算表壓力。 1-3 用U 型管測量容器中氣體的壓力。在水銀柱上加一段水圖(1-12)，測得水柱度850mm ，汞柱度520mm 。當時大氣壓力為755mmHg ，問容器中氣體的十足壓力為若干？ 解 ： 水柱高，汞柱高級大氣壓力之間之和即為容器中氣體的 十足壓力，但各種壓力單位要經過換算。 bar Pa B P P P Hg O H 7832.11783203224.133)955520(8063

6、75.98502=?+?=+= 圖1-12 1-4 用斜管式壓力計測量鍋爐管道中煙氣的真空度。管子的傾角30=，壓力計中使用密度為800Kg/m 3的煤油。傾管中液柱長度為l=200mm 。當時大氣壓力B=745mmHg ，問煙氣的真空度為若干毫米汞柱？十足壓力為若干毫米汞柱？ 解： (1) 根據式(1-6)式有 (2) 根據(1-5)式有 3 745784.575006210739.12v P B P mHg -=-=-?= * 此題目的練習真空度，十足壓力，表壓之間的關系及壓力單位之間的換算關系。 1-5 氣象報告中說，某高壓中心氣壓是1025毫巴。他相當于多少毫米汞柱？它比標準大氣壓高出

7、多少毫巴？ 解 ：1025 1.025 1.025750.062768.81P mbar bar mmHg =?= 768.81760=8.81mmHg=8.81/0.750062=11.75mbar P P P ?=-=-標準 或 P P P 1.025 1.013250.01175bar 11.75mbar ?=-=-=標準 V 2P g l sin308009.806650.20.5=784.5Pa=80mmH O =? ?圖 1-13 第一章 基本概念 - 3 - * 此題目的練習壓力單位換算 1-6 有一容器，內裝隔板，將容器分成A 、B 兩部分 (圖 1-14)。容器兩部分中裝有不

8、同壓力的氣體，并在A 的不 同部位安裝了兩個刻度為不同壓力單位的壓力表。已測 得1、2兩個壓力表的表壓依次為 9.82 at 和 4.24 atm 。當 時大氣壓力為 745 mmHg 。試求A 、B 二部分中氣體的絕 對壓力 (單位用MPa)。 解： 61745mmHg 133.332410MPa 9.82at 0.0098065MPa 0.0983MPa 0.963MPa 1.0623MPa A b g P P P -=+=?+=+= 2A g B P P P =+ 2 1.0623MPa 4.24atm 0.10325MP =0.6327MPa B A g P P P =-=-? 1-7

9、 從工程單位制水蒸氣熱力性質表中查得水蒸汽在500C ,100at 時的比容和比焓為：V=0.03347m 3/Kg, h=806.6Kcal/Kg 。在國際單位制中，這時水蒸汽的壓 力和比內能各為若干? 解：在國際單位制中，這時水蒸汽的壓力為： P=100 9.80665 104=9806650Pa=9.80665MPa 由焓的表達式 h u Apv =+得u h aPv =- 4806.6-100 10 0.03347/426.936 =728.30kcal/kg =728.30 4.1868 3049.25/u h APv kJ kg =-=?= 或 * 此題目的練習工程制與國際制的單位

10、換算。 1-8 攝氏溫標取水在標準大氣壓力下的冰點和沸點分別為0C 和100C ，而華氏溫標則相應地取為32F 和212F 。試導出華氏溫度和攝氏溫度之間的換算關系，并求出十足零度(0K 或-273.15C )所對應的華氏溫度。 解：設以c t 表示攝氏溫度，F t 表示華氏溫度。 根據攝氏和華氏兩種溫標的冰點和沸點的取法，可知兩者溫度之間存在著線性換算關系。 圖1-14 -3 806.6 4.1868-9806500.0334710=3048.84kJ/kg u h Pv =-=? 第一章 基本概念 - 4 - 假設 F c t at b =+ 則對冰點可得： 32=0+b 對沸點可得： 2

11、12=a ?100+b 所以： 9325 F c t t = + 或 5(32)9 c F t t =- 當273.15C C t =-（即0 K ）時，9(273.1532)459.67F 5F t =-+=- 其次章 熱力學第一定律 思 考 題 1. 熱量和熱力學能有什么區(qū)別？有什么聯系？ 答：熱量和熱力學能是有明顯區(qū)別的兩個概念：熱量指的是熱力系通過界面與外界進行的熱能交換量，是與熱力過程有關的過程量。熱力系經歷不同的過程與外界交換的熱量是不同的；而熱力學能指的是熱力系內部大量微觀粒子本身所具有的能量的總合，是與熱力過程無關而與熱力系所處的熱力狀態(tài)有關的狀態(tài)量。簡言之，熱量是熱能的傳輸量

12、，熱力學能是能量？的儲存量。二者的聯系可由熱力學第一定律表達式 d d q u p v =+ 看出；熱量的傳輸除了可能引起做功或者消耗功外還會引起熱力學能的變化。 2. 假如將能量方程寫為 d d q u p v =+ 或 d d q h v p =- 那么它們的適用范圍如何？ 答：二式均適用于任意工質組成的閉口系所進行的無摩擦的內部平衡過程。由于 u h pv =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=- 對閉口系將 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv =-+ 即 q dh vdp =-。 3. 能量方程 q u pv =+d d （變大） 與焓的微分式 (

13、) d d d h u p v =+（變大） 很相像，為什么熱量 q 不是狀態(tài)參數，而焓 h 是狀態(tài)參數？ 第一章 基本概念 - 5 - 答：盡管能量方程 q du pdv =+ 與焓的微分式 () d d d h u p v =+（變大）貌似相象，但兩者的數學本質不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否狀態(tài)參數的數學檢驗就是，看該參數的循環(huán)積分是否為零。對焓的微分式來說，其循環(huán)積分：()dh du d pv =+? 由于 0du =?，()0d pv =? 所以 0dh =?， 因此焓是狀態(tài)參數。 而對于能量方程來說，其循環(huán)積分： q du pdv =+? 雖然： 0du =? 但是： 0pdv ? 所以： 0q ? 因此熱量q 不是狀態(tài)參數。 4. 用隔板將絕熱剛性容器分成A 、B 兩部分（圖2-13），A 部分裝有1 kg 氣體，B 部分為高度真空。將隔板抽去后，氣體熱力學能是否會發(fā)生變化？能不能用 d d q u p v =+ 來分析這一過程？ 答：這是一個有摩擦的自由膨脹過程，相應的第一定律表達式為q du dw =+。又由于容器為絕