工程熱力學(xué)第四版習(xí)題答案

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工程熱力學(xué)第4 版習(xí)題解
本題解是沈維道、童鈞耕編寫(xiě)高等教育出版社出版的“十一五”國(guó)家級(jí)規(guī)劃教材
《工程熱力學(xué)》第4 版的配套資料。本題解提供的解法是從教學(xué)的角度出發(fā)的，
未必是唯一的或是最好的，題解中出現(xiàn)的錯(cuò)誤懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
上海交通大學(xué)機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院
童鈞耕
2007/11/22
第一章 基本概念
1-1 英制系統(tǒng)中采用華氏溫標(biāo)，它規(guī)定在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓（101 325 Pa ）下純水的冰點(diǎn)是
32 °F，汽點(diǎn)是212 °F，試推導(dǎo)華氏溫度與攝氏溫度的換算關(guān)系。
解： F C { } 32 { } 0
212 32 100 0
t t ° ° − −
=
− −
F C C
180 9
{ } { } 32 { } 32
100 5
t t t ° ° ° = + = +
1-2 英制系統(tǒng)中朗肯溫度與華氏溫度的關(guān)系為R F {T} {t} 459.67 ° ° = + 。已知熱力學(xué)絕對(duì)溫
標(biāo)及朗肯溫標(biāo)在純水冰點(diǎn)的讀數(shù)分別是273.15K 和491.67°R ；汽點(diǎn)的讀數(shù)分別是373.15K 和
671.67°R 。
（1）導(dǎo)出朗肯溫度和開(kāi)爾文溫度的關(guān)系式；
（2）開(kāi)爾文溫標(biāo)上絕對(duì)零度在朗肯溫標(biāo)上是多少度？
解：（1）若任意溫度T 在朗肯溫標(biāo)上讀數(shù)為T(mén)(°R)在熱力學(xué)絕對(duì)溫標(biāo)上讀數(shù)為T(mén)（K），
則
671.67 491.67 ( R) 491.67
373.15 273.15 (K) 273.15
T
T
− ° −
=
− −
解得 R K {T} 1.8{T} ° =
（2）據(jù)上述關(guān)系{T}K = 0時(shí)， R {T} 0 ° =
工程熱力學(xué)第4 版習(xí)題解
2
1-3 設(shè)一新溫標(biāo)，用符號(hào)°N 表示溫度單位（它的絕對(duì)溫標(biāo)是用°Q表示溫度單位）。規(guī)定
純水的冰點(diǎn)和汽點(diǎn)100°N和1000°N 。試求：
（1）該新溫標(biāo)與攝氏溫標(biāo)的關(guān)系；
（2）若該溫標(biāo)的絕對(duì)零度與熱力學(xué)溫標(biāo)零度相同，則該溫標(biāo)讀數(shù)為0°N時(shí)，其絕對(duì)溫標(biāo)
讀數(shù)是多少°Q？
解：（1） N C { } 100 { } 0
1000 100 100 0
t t ° ° − −
=
− −
N C {t} 9{t} 100 ° ° = +
（2） Q N C K {T} {t} C 9{t} 100 C 9[{T} 273.15] 100 C ° ° ° = + = + + = − + +
據(jù)題意，當(dāng){T}K = 0時(shí)， Q {T} 0 ° = ，解得上式中C = 2358.35，代回原式得
Q N {T} {t} 2358.35 ° ° = +
{T} N 0 ° = 時(shí)，T = 2358.385°Q。
1-4 直徑為1m 的球形剛性容器，抽氣后真空度為752.5mmHg，若當(dāng)?shù)卮髿鉃?.101MPa ，
求：
（1）容器內(nèi)絕對(duì)壓力為多少Pa；
（2）容器表面受力多少N？
解 ：（1） 6
b v p = p − p = 0.101×10 Pa − 752.5mmHg×133.3Pa/mmHg = 691.75Pa
（2） 2 2 2
0 A = 4π d = 4× 3.1416×1m = 12.57m
0 0 b
2 6 6
( )
12.57 m (0.101 10 Pa - 691.75Pa) 1.261 10 N
F = A Δp = A p − p
= × × = ×
1-5 用U 型壓力計(jì)測(cè)量容器中氣體的壓力，在水銀柱上加一段水，
則得水柱高1020mm，水銀柱高900mm，如圖1-1 所示，若當(dāng)?shù)卮髿鈮?br /> 為755mmHg，求容器中氣體的壓力（MPa）。
解：
e b
5
(1020 9.81)Pa (900 133.3)Pa (755 133.3)Pa
2.306 10 Pa 0.231MPa
p = p + p
= × + × + ×
= × =
圖1-1
1-6 容器中的真空度為v p = 600mmHg，氣壓計(jì)上水銀柱高度為b p = 755mm，求容器中
3
的絕對(duì)壓力（以MPa 表示）。如果容器中的絕對(duì)壓力不變，而氣壓計(jì)上水銀柱高度為
770mm b p′ = ，求此時(shí)真空表上的讀數(shù)（以mmHg 表示）是多少？
解：容器中氣體壓力低于當(dāng)?shù)卮髿鈮毫Γ�故絕對(duì)壓力
p = pb − pv = (755 − 600)mmHg = 155mmHg = 0.0207MPa
若容器中絕對(duì)壓力不變，而大氣壓力變?yōu)閎 p′ = 770mmHg。則此時(shí)真空表上的讀數(shù)為
v b p′ = p′ − p = (770 −155)mmHg = 615mmHg
1-7 用斜管壓力計(jì)測(cè)量鍋爐煙道煙氣的真空度（如圖1-24）管子
的傾斜角α = 30°，壓力計(jì)中使用密度ρ = 0.8×103 kg/m3的煤油，斜
管中液柱長(zhǎng)度l = 200mm 。當(dāng)?shù)卮髿鈮毫�v p = 745mmHg。求煙氣的
真空度（以mmH2O 表示）及絕對(duì)壓力（以Pa 表示）。 圖1-2
解：傾斜式壓力計(jì)上讀數(shù)即煙氣的真空度

1−8 壓力鍋因其內(nèi)部壓力和溫度比普通鍋高而縮短了蒸煮食物的時(shí)間。壓力鍋的蓋子密
封良好，蒸汽只能從蓋子中間的縫隙逸出，在縫隙的上方有一個(gè)可移動(dòng)
的小柱塞，所以只有鍋內(nèi)蒸汽的壓力超過(guò)了柱塞的壓力后蒸汽才能逸出
（圖1-3）。蒸汽周期性逸出使鍋內(nèi)壓力近似可認(rèn)為恒定，也防止了鍋
內(nèi)壓力過(guò)高產(chǎn)生的危險(xiǎn)。若蒸汽逸出時(shí)壓力鍋內(nèi)壓力應(yīng)達(dá)到201kPa，
壓力鍋蓋縫隙的橫截面積為4mm2，當(dāng)?shù)卮髿鈮毫ζ骄鶠?01kPa，試
求小柱塞的質(zhì)量。 圖1-3
解：蒸汽逸出時(shí)鍋內(nèi)表壓力即為應(yīng)由柱塞產(chǎn)生的壓力，所以

1-9 容器被分隔成AB 兩室，如圖1-4 所示，已知當(dāng)場(chǎng)大氣
壓b p = 0.1013MPa，氣壓表2 讀為e2 p = 0.04MPa ，氣

油儲(chǔ)小豬

頂 好東西啊