工程热力学第四版习题答案

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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（101 325 Pa ）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。
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 英制系统中朗肯温度与华氏温度的关系为R F {T} {t} 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），
则
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）据上述关系{T}K = 0时， R {T} 0 ° =
工程热力学第4 版习题解
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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？
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 ° ° ° = + = + + = − + +
据题意，当{T}K = 0时， 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 ° = 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？
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：
e b
5
(1020 9.81)Pa (900 133.3)Pa (755 133.3)Pa
2.306 10 Pa 0.231MPa
p = p + p
= × + × + ×
= × =
图1-1
1-6 容器中的真空度为v p = 600mmHg，气压计上水银柱高度为b p = 755mm，求容器中
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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
770mm b p′ = ，求此时真空表上的读数（以mmHg 表示）是多少？
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b p′ = 770mmHg。则此时真空表上的读数为
v b p′ = p′ − p = (770 −155)mmHg = 615mmHg
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α = 30°，压力计中使用密度ρ = 0.8×103 kg/m3的煤油，斜
管中液柱长度l = 200mm 。当地大气压力v p = 745mmHg。求烟气的
真空度（以mmH2O 表示）及绝对压力（以Pa 表示）。 图1-2
解：倾斜式压力计上读数即烟气的真空度

1−8 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4mm2，当地大气压力平均为101kPa，试
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

1-9 容器被分隔成AB 两室，如图1-4 所示，已知当场大气
压b p = 0.1013MPa，气压表2 读为e2 p = 0.04MPa ，气

油储小猪

顶 好东西啊