工程热力学第四版课后题答案华自强

工程热力学第四版（华自强/张忠进）

习题提示与答案

1-1 试确定表压力为0.1 kPa时U形管压力计中的液柱高度差。(1)液体为水，其密度为1 000 kg/m3；(2)液体为酒精，其密度为789 kg/m3。

提示：表压力数值等于U形管压力计显示的液柱高度的底截面处液体单位面积上的力，pe??h?g。 答案：(1) ?h水?10.19mm (2) ?h酒精?12.92mm。

1-2 测量锅炉烟道中真空度时常用斜管压力计。如图1-17所示，若?=30°，液柱长度l＝200 mm，且压力计中所用液体为煤油，其密度为

800 kg/m3 ，试求烟道中烟气的真空度为多少mmH2O(4 ℃)。

提示：参照习题1-1的提示。真空度正比于液柱的“高度”。 答案：pv?80mmH2O4C。

? 图1-17 斜管压力计工作示意图 ??

1-3 在某高山实验室中，温度为20 ℃，重力加速度为976 cm/s2，设某U形管压力计中汞柱高度差为30 cm，试求实际压差为多少mmHg(0 ℃)。

提示：描述压差的“汞柱高度”是规定状态温度t=0℃及重力加速度g=980.665cm/s2下的汞柱高度。 答案：Δp=297.5 mmHg(0℃)。

工程热力学第四版（华自强/张忠进）

习题提示与答案

1-1 试确定表压力为0.1 kPa时U形管压力计中的液柱高度差。(1)液体为水，其密度为1 000 kg/m3；(2)液体为酒精，其密度为789 kg/m3。

提示：表压力数值等于U形管压力计显示的液柱高度的底截面处液体单位面积上的力，pe??h?g。 答案：(1) ?h水?10.19mm (2) ?h酒精?12.92mm。

1-2 测量锅炉烟道中真空度时常用斜管压力计。如图1-17所示，若?=30°，液柱长度l＝200 mm，且压力计中所用液体为煤油，其密度为

800 kg/m3 ，试求烟道中烟气的真空度为多少mmH2O(4 ℃)。

提示：参照习题1-1的提示。真空度正比于液柱的“高度”。 答案：pv?80mmH2O4C。

? 图1-17 斜管压力计工作示意图 ??

1-3 在某高山实验室中，温度为20 ℃，重力加速度为976 cm/s2，设某U形管压力计中汞柱高度差为30 cm，试求实际压差为多少mmHg(0 ℃)。

提示：描述压差的“汞柱高度”是规定状态温度t=0℃及重力加速度g=980.665cm/s2下的汞柱高度。 答案：Δp=297.5 mmHg(0℃)。

工程热力学第四版（华自强/张忠进）

习题提示与答案

1-1 试确定表压力为0.1 kPa时U形管压力计中的液柱高度差。(1)液体为水，其密度为1 000 kg/m3；(2)液体为酒精，其密度为789 kg/m3。

提示：表压力数值等于U形管压力计显示的液柱高度的底截面处液体单位面积上的力，pe??h?g。 答案：(1) ?h水?10.19mm (2) ?h酒精?12.92mm。

1-2 测量锅炉烟道中真空度时常用斜管压力计。如图1-17所示，若

图1-17 斜管压力计工作示意图 ?=30°，液柱长度l＝200 mm，且压力计中所用液体为煤油，其密度为

800 kg/m3 ，试求烟道中烟气的真空度为多少mmH2O(4 ℃)。

提示：参照习题1-1的提示。真空度正比于液柱的“高度”。 答案：pv?80mmH2O4?C。

??1-3 在某高山实验室中，温度为20 ℃，重力加速度为976 cm/s2，设某U形管压力计中汞柱高度差为30 cm，试求实际压差为多少mmHg(0 ℃)。

提示：描述压差的“汞柱高度”是规定状态温度t=0℃及重力加速度g=980.665cm/s2下的汞柱高度。 答案：Δp=297.5 mmHg(0℃)。

工程热力学第四版（华自强/张忠进）

习题提示与答案

1-1 试确定表压力为0.1 kPa时U形管压力计中的液柱高度差。(1)液体为水，其密度为1 000 kg/m3；(2)液体为酒精，其密度为789 kg/m3。

提示：表压力数值等于U形管压力计显示的液柱高度的底截面处液体单位面积上的力，pe??h?g。 答案：(1) ?h水?10.19mm (2) ?h酒精?12.92mm。

1-2 测量锅炉烟道中真空度时常用斜管压力计。如图1-17所示，若

图1-17 斜管压力计工作示意图 ?=30°，液柱长度l＝200 mm，且压力计中所用液体为煤油，其密度为

800 kg/m3 ，试求烟道中烟气的真空度为多少mmH2O(4 ℃)。

提示：参照习题1-1的提示。真空度正比于液柱的“高度”。 答案：pv?80mmH2O4?C。

??1-3 在某高山实验室中，温度为20 ℃，重力加速度为976 cm/s2，设某U形管压力计中汞柱高度差为30 cm，试求实际压差为多少mmHg(0 ℃)。

提示：描述压差的“汞柱高度”是规定状态温度t=0℃及重力加速度g=980.665cm/s2下的汞柱高度。 答案：Δp=297.5 mmHg(0℃)。

第四章 理想气体的热力过程

4-1 设气缸中有0.1 kg二氧化碳，其压力为0.1 MPa、温度为27 ℃。如进行一个定压过程，气体对外作功3 kJ。设比热容为定值，试求过程中气体热力学能和熵的变化，以及过程中气体吸收的热量。

解 由附表1 可知二氧化碳的气体常数为0.1889 kJ/(kg·K), 比定容热容为0.661 kJ/(kg·K) ，则有

mRgT10.1×0.1889×3003

==0.056 7 mV1=p1100

V2=V1+T2=V2

3W

= 0.086 7 m3=0.056 7+100p

300T1

= 459.04 K =0.086 7+

0.0567V1

U=mcv0 T=0.1×0.661×（459.04－300）=10.5 kJ Q= U+W=10.5+3=13.5 kJ

p2 T2T

=mcp0ln2 s=m lnlnRcp0g p1 T1T1 =0.1×（0.561+0.188 9）ln

4-2 有一气缸，其中氮气的压力为0.15 MPa、温度为300 K。

如果按两种不同的过程变化：(1)在定压下温度变化到450K；(2)

459.04

=0.036

第四章 理想气体的热力过程

4-1 设气缸中有0.1 kg二氧化碳，其压力为0.1 MPa、温度为27 ℃。如进行一个定压过程，气体对外作功3 kJ。设比热容为定值，试求过程中气体热力学能和熵的变化，以及过程中气体吸收的热量。

解 由附表1 可知二氧化碳的气体常数为0.1889 kJ/(kg·K), 比定容热容为0.661 kJ/(kg·K) ，则有

mRgT10.1×0.1889×3003

==0.056 7 mV1=p1100

V2=V1+T2=V2

3W

= 0.086 7 m3=0.056 7+100p

300T1

= 459.04 K =0.086 7+

0.0567V1

U=mcv0 T=0.1×0.661×（459.04－300）=10.5 kJ Q= U+W=10.5+3=13.5 kJ

p2 T2T

=mcp0ln2 s=m lnlnRcp0g p1 T1T1 =0.1×（0.561+0.188 9）ln

4-2 有一气缸，其中氮气的压力为0.15 MPa、温度为300 K。

如果按两种不同的过程变化：(1)在定压下温度变化到450K；(2)

459.04

=0.036

第一章 基本概念

思 考 题

1、如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变，对吗？

答：不对。因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力两个因素。因此即使容器中的气体压力保持不变，当大气压力变化时，压力表的读数也会随之变化，而不能保持不变。

2、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系

答：平衡（状态）值的是热力系在没有外界作用（意即热力、系与外界没有能、质交换，但不排除有恒定的外场如重力场作用）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热力系在没有外界作用时的时间特征-与时间无关。所以两者是不同的。如对气-液两相平衡的状态，尽管气-液两相的温度，压力都相同，但两者的密度差别很大，是非均匀系。反之，均匀系也不一定处于平衡态。

但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”又可能是统一的。如对于处于平衡状态下的单相流体（气体或者液体）如果忽略重力的影响，又没有其他外场（电、磁场等）作用，那么内部各处的各种性质都是均匀一致的。

3、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的？

答：“平衡”意味着宏观静止，无变化，而“过程”意味着变化运动，意味着平衡被破坏，所以二者是有矛盾的。对一个热力系来说，或是平衡，静止不动，或

第一章 基本概念

思 考 题

1、如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变，对吗？

答：不对。因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力两个因素。因此即使容器中的气体压力保持不变，当大气压力变化时，压力表的读数也会随之变化，而不能保持不变。

2、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系

答：平衡（状态）值的是热力系在没有外界作用（意即热力、系与外界没有能、质交换，但不排除有恒定的外场如重力场作用）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热力系在没有外界作用时的时间特征-与时间无关。所以两者是不同的。如对气-液两相平衡的状态，尽管气-液两相的温度，压力都相同，但两者的密度差别很大，是非均匀系。反之，均匀系也不一定处于平衡态。

但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”又可能是统一的。如对于处于平衡状态下的单相流体（气体或者液体）如果忽略重力的影响，又没有其他外场（电、磁场等）作用，那么内部各处的各种性质都是均匀一致的。

3、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的？

答：“平衡”意味着宏观静止，无变化，而“过程”意味着变化运动，意味着平衡被破坏，所以二者是有矛盾的。对一个热力系来说，或是平衡，静止不动，或

1．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？

不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。

2．有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？

不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。 3．平衡状态与稳定状态有何区别和联系？

平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态。 4．倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式

p=pb+pg (p> pb), p= pb -pv (p< pb)

中，当地大气压是否必定是环境大气压？

当地大气压pb改变，压力表读数就会改变。当地大气压pb不一定是环境大气压。

5．温度计测温的基本原理是什么？

热力学第零定律

The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperature. In order to measure temperature of body A, we compare body C — a thermo

第一章 热力学的基本规律

1.1 试求理想气体的体胀系数 ,压强系数 和等温压缩系数 。 解：已知理想气体的物态方程为

pV nRT, （1）

由此易得

1 V nR1

, （2）

V T ppVT

1 p nR1

, （3）

p T VpVT

T . （4） V p T V p2 p

1 V 1 nRT 1

1.2 证明任何一种具有两个独立参量T,p的物质，其物态方程可由实验测得的体胀系数 及等温压缩系数 ，根据下述积分求得：

lnV= αdT κTdp

如果 , T

1

T1

，试求物态方程。 p

解：以T,p为自变量，物质的物态方程为

V V T,p ,

其全微分为

V V

dV dT dp. （1）

T p p T

全式除以V，有

dV1 V 1 V dT dp. VV T pV p T

根据体胀系数 和等温压缩系数 T的定义，可将上式改写为

1

dV

dT Tdp.