工程熱力學(xué)課后題答案

1、 TOC o 1-5 h z P30 1P56 4P93 9P133 13P193 18P235 25P263 30P281 34P396 35P301.閉與外界無(wú)物質(zhì)交換，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定，那么系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定的熱力系一定是閉口 系統(tǒng)嗎？不一定，穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量也保持恒定。2.有人認(rèn)為開(kāi)口系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交 換，而物質(zhì)又與能量不可分割，所以開(kāi)口系統(tǒng)不可能是絕熱系。對(duì)不對(duì)，為什么？不對(duì)，絕熱系的絕熱是指熱能單獨(dú)通過(guò)系統(tǒng)邊界進(jìn)行傳遞（傳熱量），隨物質(zhì)進(jìn)出的熱能 （準(zhǔn)確地說(shuō)是熱力學(xué)能）不在其中。平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系？平衡狀態(tài)一定是穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定狀態(tài)則不一定是平衡狀態(tài)。4.倘

2、使容器中氣體的壓力沒(méi) 有改變，試問(wèn)安裝在該容器上的壓力表的讀數(shù)會(huì)改變嗎？絕對(duì)壓力計(jì)算公式P=Pb+Pg(PPb)，P= Pb- P( PlScv=0是指過(guò)程進(jìn)行時(shí)間前后的變化值，穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)在不同 時(shí)間內(nèi)各點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)都不發(fā)生變化，所以.Uc=O、Hh=O、Scv=O。穩(wěn)定流動(dòng)開(kāi)口系內(nèi)不同部分工質(zhì)的比熱力學(xué)能、比焓、比熵等的改變僅僅是依坐標(biāo)的改變。開(kāi)口系實(shí)施穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程，是否同時(shí)滿(mǎn)足下列三式：、Q=dU+W、Q=dH+W:Q=dH+md C： +mgdz+、W2上述三式中，W W和W的相互關(guān)系是什么？答：都滿(mǎn)足。,W=d(pV)+ jW= d(pV)+ md C2 +mgdz+W、W=C2 +

3、mgdz+、：W13.幾股流體匯合成一股流體稱(chēng)為合流，如圖2-13所示。工程上幾臺(tái)壓氣機(jī)同時(shí)向主氣道送氣以及混合式換熱器等都有合流的問(wèn)題。通常合流過(guò)程都是絕熱的。取1-1、2-2和3-3截面之間的空間為控制體積，列出能量方程式并導(dǎo)出出口截面上焓值h3的計(jì)算式。進(jìn)入系統(tǒng)的能量-離開(kāi)系統(tǒng)的能量=系統(tǒng)貯存能量的變化系 統(tǒng) 貯 存 能 量 的 變 化： 不 變 進(jìn)入系統(tǒng)的能量：qmi帶入的和qm2帶入的。沒(méi)有熱量輸入。qm1 ( m + Cfi2/2+gZ i)+ q ”2 (+.22/2+92 J離開(kāi)系統(tǒng)的能量：qm3帶出的，沒(méi)有機(jī)械能(軸功)輸出。qm3 (h3+Cf32/2 + gZ )如果合流

4、前后流速變化不太大，且勢(shì)能變化一般可以忽略，則能量方程為：qm|hi+qm2h2=qm3h3出口截面上焓值h3的計(jì)算式圖2-14分流h3=( qmM / qm3本題中，如果流體反向流動(dòng)就是分流問(wèn)題，分流與合流問(wèn)題的能量方程式是一樣的，一般習(xí)慣前后反過(guò)來(lái)寫(xiě)。qmlh1=qm2h2+qm3h3P93怎樣正確看待“理想氣體”這個(gè)概念？在進(jìn)行實(shí)際計(jì)算時(shí)如何決定是否可采用理想氣體的一些公式？第一個(gè)問(wèn)題很含混，關(guān)于“理想氣體”可以說(shuō)很多?？梢哉f(shuō)理想氣體的定義：理想氣體，是一種假想的實(shí)際上不存在的氣體，其分子是一些彈性的、不占體積的質(zhì)點(diǎn)，分子 間無(wú)相互作用力。也可以說(shuō)，理想氣體是實(shí)際氣體的壓力趨近于零時(shí)極限

5、狀況。還可以討論什 么情況下，把氣體按照理想氣體處理，這已經(jīng)是后一個(gè)問(wèn)題了。后一個(gè)問(wèn)題，當(dāng)氣體距離液態(tài) 比較遠(yuǎn)時(shí)(此時(shí)分子間的距離相對(duì)于分子的大小非常大)，氣體的性質(zhì)與理想氣體相去不遠(yuǎn)，可 以當(dāng)作理想氣體。理想氣體是實(shí)際氣體在低壓高溫時(shí)的抽象。氣體的摩爾體積vm是否因氣體的種類(lèi)而異？是否因所處狀態(tài)不同而異？任何氣體在任意狀態(tài)下摩爾體積是否都是0.022414m3/mol ？氣體的摩爾體積vm不因氣體的種類(lèi)而異。所處狀態(tài)發(fā)生變化，氣體的摩爾體積也隨之發(fā)生變化。任何氣體在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(p=101325Pa, T=273.15K)下摩爾體積是0.022414m3/mol。在其它狀態(tài)下，摩爾體積將發(fā)生變化

6、。摩爾氣體常數(shù)R值是否隨氣體的種類(lèi)而不同或狀態(tài)不同而異？摩爾氣體常數(shù)R是基本物理常數(shù)，它與氣體的種類(lèi)、狀態(tài)等均無(wú)關(guān)。如果某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式為pv=RT,這種工質(zhì)的比熱容、熱力學(xué)能、焓都僅僅是溫度的函數(shù)嗎？是的。對(duì)于確定的一種理想氣體，C - C是否等于定值？ C /c是否為定值？ C - C、C/c、是p vp vp v p否隨溫度變化？Cp- Cv=R，等于定值，不隨溫度變化。Cp/Cv不是定值，將隨溫度發(fā)生變化。邁耶公式Q - Cv=R是否適用于動(dòng)力工程中應(yīng)用的高壓水蒸氣？是否適用于地球 大氣中的水 蒸氣？不適用于前者，一定條件下近似地適用于后者。氣體有兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)，u （或h）可以表

7、示為p和v的函 數(shù)，即u=f（p, v）。但又曾得出結(jié)論，理想氣體的熱力學(xué)能（或焓）只取決于溫度，這兩 點(diǎn)是否矛盾？為什么？不矛盾。pv=RgT。熱力學(xué)能（或焓）與溫度已經(jīng)相當(dāng)于一個(gè)狀態(tài)參數(shù)，他們都可以表示 為獨(dú)立參數(shù)p和v的函數(shù)。為什么工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵為零的基準(zhǔn)可以任選，所有情況下工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵 為零的基準(zhǔn)都可以任選？理想氣體的熱力學(xué)能或焓的參照狀態(tài)通常選定哪個(gè)或哪些個(gè)狀態(tài)參數(shù) 值？對(duì)理想氣體的熵又如何？我們經(jīng)常關(guān)注的是工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵的變化量，熱力學(xué)能、焓和熵的絕對(duì)量對(duì)變化 量沒(méi)有影響，所以可以任選工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵為零的基準(zhǔn)。所有情況下工質(zhì)的熱力學(xué)能、 焓和熵為零

8、的基準(zhǔn)都可以任選？不那么絕對(duì)，但是 在工程熱力學(xué)范圍內(nèi)，可以這么說(shuō)。工質(zhì)的熱 力學(xué)能、焓和熵的絕對(duì)零點(diǎn)均為絕對(duì)零度（0K），但是目前物理學(xué)研究成果表明，即使絕對(duì)零 度，工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵也不準(zhǔn)確為零，在絕對(duì)零度，物質(zhì)仍有零點(diǎn)能，由海森堡測(cè)不準(zhǔn)關(guān) 系確定。（熱力學(xué)第三定律可以表述為，絕對(duì)零度可以無(wú)限接近，但永遠(yuǎn)不可能達(dá)到。標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)（p=101325Pa, T=273.15K）o（ p=101325Pa, T=293.15K）、(p=101325Pa,t=298.15K），水的三相點(diǎn)，等等。9 氣體熱力性質(zhì)表中的u、h及s0的基準(zhǔn)是什么狀態(tài)？標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)10.在圖3-15所示的T- s圖上任意可逆

9、過(guò)程1 - 2的熱量如何表示？理想氣體1和2狀態(tài)間熱力學(xué)能變化量、焓變化量能否在圖上用面積表示？若1-2經(jīng)過(guò)的是不可逆過(guò)程又如何？曲線1-2下的曲邊梯形面積就是任意可逆過(guò)程1 - 2的熱量。dQ=TdS沿過(guò)程的積分。Q= U+VV所以U=Q- W不可逆過(guò)程傳熱量不能用曲邊梯形面積表達(dá)，但是熱力學(xué)能和焓還可以用原方式表達(dá)，因?yàn)闊崃W(xué)能和焓都是狀態(tài)參數(shù)，其變化與過(guò)程路徑無(wú)關(guān)。.理想氣體熵變計(jì)算式（3-39 ）、（ 3-41 ）、（ 3-43 ）等是由可逆過(guò)程導(dǎo)出，這些計(jì)算式是否可以用于不可逆過(guò)程初、終態(tài)的熵變？為什么？可以。熵是狀態(tài)參數(shù)，其變化與過(guò)程路徑無(wú)關(guān)。.熵的數(shù)學(xué)定義式為ds=dq/T，又d

10、q=cdT，故ds=（cdT）/T。因理想氣體的比熱容是溫度的單值函數(shù)，所以理想氣體的熵也是溫度的單值函數(shù)，這一結(jié)論是否正確？若不正確，錯(cuò)在何處？不正確。錯(cuò)在c不是狀態(tài)參數(shù)，與過(guò)程有關(guān)。是溫度單值函數(shù)的是定過(guò)程比熱。試判斷下列各說(shuō)法是否正確:（1）氣體吸熱后熵一定增大；（2）氣體吸熱后溫度一定升高；（3）氣體吸熱后熱力學(xué)能一定增加；（4）氣體膨脹時(shí)一定對(duì)外作功；（5）氣體壓縮時(shí)一定耗功。（1）正確；（2）不正確；（3）不正確；（4）正確；（5）正確。.氮、氧、氨這樣的工質(zhì)是否和水一樣也有飽和狀態(tài)的概念，也存在臨界狀態(tài)？是的。幾乎所有的純物質(zhì)（非混合物）都有飽和狀態(tài)的概念，也存在臨界狀態(tài)。此外的

11、物質(zhì)性質(zhì)更為復(fù)雜。水的三相點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)是不是唯一確定的？三相點(diǎn)與臨界點(diǎn)有什么差異？水的三相點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)是唯一確定的，這一點(diǎn)由吉布斯相律確認(rèn)：對(duì)于多元（如k個(gè)組元）多相（如f個(gè)相）無(wú)化學(xué)反應(yīng)的熱力系，其獨(dú)立參數(shù)，即自由度n=k - f + 2。三相點(diǎn)：k =1，f = 3，故 n = 0。三相點(diǎn)是三相共存點(diǎn)，在該點(diǎn)發(fā)生的相變都具有相變潛熱。臨界點(diǎn)兩相歸一，差別消失，相變是連續(xù)相變，沒(méi)有相變潛熱。三相點(diǎn)各相保持各自的物性參數(shù)沒(méi)有巨大的變化，臨界點(diǎn)的物性參數(shù)會(huì)產(chǎn)生巨大的峰值變化。三相點(diǎn)和臨界點(diǎn)是蒸汽壓曲線的兩個(gè) 端點(diǎn)。三相點(diǎn)容易實(shí)現(xiàn)，臨界點(diǎn)不容易實(shí)現(xiàn)。16.水的汽化潛熱是否是常數(shù)？有什么變化規(guī)律？水

12、的汽化潛熱不是常數(shù)，三相點(diǎn)汽化潛熱最大，隨著溫度和壓力的提高汽化潛熱逐漸縮小，臨界點(diǎn)處汽化潛熱等于零。17水在定壓汽化過(guò)程中，溫度保持不變，因此，根據(jù)q=u+w有人認(rèn)為過(guò)程中的熱量等于膨脹功，即q=w，對(duì)不對(duì)？為什么？不對(duì)u=CvT是對(duì)單相理想氣體而言的。水既不是理想氣體，汽化又不是單相變化，所以q=w的結(jié)論是錯(cuò)的18 .有人根據(jù)熱力學(xué)第一定律解析式q =dh - vdp和比熱容的定義c= 一乞，所以認(rèn) dT為納。=cp atT2是普遍適用于一切工質(zhì)的。進(jìn)而推論得出水定壓汽化時(shí)，溫度PPTiT2不變，因此其焓變量 仇=cp AT =0。這一推論錯(cuò)誤在哪里?P PTC=l 士是針對(duì)單相工質(zhì)的，不

13、適用于相變過(guò)程。dTP133.試以理想氣體的定溫過(guò)程為例，歸納氣體的熱力過(guò)程要解決的問(wèn)題及使用方法。要解決的問(wèn)題：揭示過(guò)程中狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，揭示熱能與機(jī)械能之間的轉(zhuǎn)換情況，找 出其內(nèi)在規(guī)律及影響轉(zhuǎn)化的因素。在一定工質(zhì)熱力性質(zhì)的基本條件下，研究外界條件對(duì)能量轉(zhuǎn)換 的影響，從而加以利用。使用的方法：分析典型的過(guò)程。分析理想氣體的定值的可逆過(guò)程，即過(guò)程進(jìn) 行時(shí)限定某一 參數(shù)不發(fā)生變化。分析步驟建立過(guò)程方程式；找出(基本)狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，確定不同狀態(tài)下參數(shù)之間的關(guān)系； 求出能量參數(shù)的變化(過(guò)程功、技術(shù)功、熱力學(xué)能、焓、熵、傳熱量等等)； 畫(huà)出過(guò)程變化曲線(在T-s圖、p-v圖上)。對(duì)于理想氣體

14、的任何一種過(guò)程，下列兩組公式是否都適用？Lu=C (1 -t)，- h=C(t -1) ； c=-u=C(t-1)，q=-h=C(t -t)v 2 i，p 2 1v 2 1p 2 i，第一組都適用，第二組不適用。第二組第一式只適用于定容過(guò)程，第二式只適用于定壓過(guò)程。在定容過(guò)程和定壓過(guò)程中，氣體的熱量可根據(jù)過(guò)程中氣體的比熱容乘以溫差來(lái)計(jì)算。定溫過(guò) 程氣體的溫度不變，在定溫膨脹過(guò)程中是否需要對(duì)氣體加入熱量？如果加入的話(huà)應(yīng)如何計(jì)算？需要加入熱量。q= u+w,對(duì)于理想氣體，q=w= RT1 In n或q=ih+w，對(duì)于理V2想氣體，q = w=RTJn -。V過(guò)程熱量q和過(guò)程功w都是過(guò)程量，都和過(guò)程

15、的途徑有關(guān)。由理想氣體可逆定溫過(guò)程熱量公式qupwJn吃可知，只要狀態(tài)參數(shù)pvi和v確定了，q的數(shù)值Vi也確定了，是否可逆定溫過(guò)程的熱量q與途徑無(wú)關(guān)？“可逆定溫過(guò)程”已經(jīng)把途徑規(guī)定好了，此時(shí)談與途徑的關(guān)系沒(méi)有意義。再?gòu)?qiáng)調(diào)一遍，過(guò)程熱量q和過(guò)程功w都是過(guò)程量，都和過(guò)程的途徑有關(guān)。閉口系在定容過(guò)程中外界對(duì)系統(tǒng)施以攪拌功、w,問(wèn)這時(shí)、Q=mcdT是否成立？不成立。攪拌功、w以機(jī)械能形式通過(guò)系統(tǒng)邊界，在工質(zhì)內(nèi)部通過(guò)流體內(nèi)摩擦 轉(zhuǎn)變?yōu)闊?，從而?dǎo)致溫度和熱力學(xué)能升高。JQ是通過(guò)邊界傳遞的熱能，不包括機(jī)械能。絕熱過(guò)程的過(guò)程功w和技術(shù)功w的計(jì)算式w=u - u，w=hi - h是否只適用于理想氣體？是否只限于

16、可逆絕熱過(guò)程？為什么？?jī)墒絹?lái)源于熱力學(xué)第一定律的第一表達(dá)式和第二表達(dá)式，唯一條件就是絕熱q=0，與是否理想氣體無(wú)關(guān)，且與過(guò)程是否可逆也無(wú)關(guān)，只是必須為絕熱過(guò)程。試判斷下列各種說(shuō)法是否正確？(1)定容過(guò)程即無(wú)膨脹(或壓縮)功的過(guò)程;絕熱過(guò)程即定熵過(guò)程;多變過(guò)程即任意過(guò)程。答：(1)定容過(guò)程即無(wú)膨脹(或壓縮)功的過(guò)程；正確。絕熱過(guò)程即定熵過(guò)程；一一錯(cuò)誤，可逆絕熱過(guò)程是定熵過(guò)程，不可逆絕熱過(guò)程不是定熵過(guò)程。多變過(guò)程即任意過(guò)程。一一錯(cuò)誤，右圖中的過(guò)程就不是多變過(guò)程。8 參照?qǐng)D 4-17，試證明：qi-2_3-q_4_3。圖中 1 - 2、- 3各為定容過(guò)程，1 - 4、2 -3各為定壓過(guò)程。證明：3=1戶(hù)2-3，q+4-3=q1Jq4-3q+2=( t2 一干)，q23 = c ( T3 - T2)= c (T3 - T0+ R(T3 - T2)，-PV、q-3七(t3 - T4)，q14= c p(T4- T1) = c v(T