熱工基礎(chǔ)與應(yīng)用課后習(xí)題答案

熱工基礎(chǔ)與應(yīng)用課后習(xí)題答案（全）第二版

第一章

思考題

1.平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)別？熱力學(xué)中為什幺要引入平衡態(tài)的概念？

答：平衡狀態(tài)是在不受外界影響的條件下，系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間而變化的狀態(tài)。而穩(wěn)

定狀態(tài)則是不論有無外界影響，系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)間而變化的狀態(tài)?？梢娖胶獗胤€(wěn)定，

而穩(wěn)定未必平衡。熱力學(xué)中引入平衡態(tài)的概念，是為了能對系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)用狀態(tài)參數(shù)來進(jìn)

行描述。

2.表壓力或真空度能否作為狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行熱力計(jì)算？若工質(zhì)的壓力不變，問測量其壓力的

壓力表或真空計(jì)的讀數(shù)是否可能變化？

答：不能，因?yàn)楸韷毫蛘婵斩戎皇?個(gè)相對壓力。若工質(zhì)的壓力不變，測量其壓力的壓

力表或真空計(jì)的讀數(shù)可能變化，因?yàn)闇y量所處的環(huán)境壓力可能發(fā)生變化。

3.當(dāng)真空表指示數(shù)值愈大時(shí)，表明被測對象的實(shí)際壓力愈大還是愈小？

答：真空表指示數(shù)值愈大時(shí)，表明被測對象的實(shí)際壓力愈小。

4.準(zhǔn)平衡過程與可逆過程有何區(qū)別？

答：無耗散的準(zhǔn)平衡過程才是可逆過程，所以可逆過程一定是準(zhǔn)平衡過程，而準(zhǔn)平衡過程

不一定是可逆過程。

5.不可逆過程是無法回復(fù)到初態(tài)的過程，這種說法是否正確？

答：不正確。不可逆過程是指不論用任何曲折復(fù)雜的方法都不能在外界不遺留任何變化的

情況下使系統(tǒng)回復(fù)到初態(tài)，并不是不能回復(fù)到初態(tài)。

6.沒有盛滿水的熱水瓶，其瓶塞有時(shí)被自動(dòng)頂開，有時(shí)被自動(dòng)吸緊，這是什幺原因？

答：水溫較高時(shí)，水對熱水瓶中的空氣進(jìn)行加熱，空氣壓力升高，大于環(huán)境壓力，瓶塞被

自動(dòng)頂開。而水溫較低時(shí)，熱水瓶中的空氣受冷，壓力降低，小于環(huán)境壓力，瓶塞被自動(dòng)吸

緊。

7.用U形管壓力表測定工質(zhì)的壓力時(shí)，壓力表液柱直徑的大小對讀數(shù)有無影響？

答：嚴(yán)格說來，是有影響的，因?yàn)閁型管越粗，就有越多的被測工質(zhì)進(jìn)入U(xiǎn)型管中，這

部分工質(zhì)越多，它對讀數(shù)的準(zhǔn)確性影響越大。

習(xí)題

1-1解：

1

pb755133.31051.006bar100.6kPa

1370.06kPa1.ppbpg100.613600

2.pgppb2.51.0061.494bar149.4kPa

3.ppbpv75570055mmHg7.3315kPa

4.pvpbp1.0060.50.506bar50.6kPa

1-2圖1-8表示常用的斜管式微壓計(jì)的工作原理。由于有引風(fēng)機(jī)的抽吸，鍋爐設(shè)備的

煙道中的壓力將略低于大氣壓力。如果微壓機(jī)的斜管傾斜角30,管解：根據(jù)微壓計(jì)

原理，煙道中的壓力應(yīng)等于環(huán)境壓力和水柱壓力之差

p水柱=ghsin10009.82001030.5980Pa7.35mmHg

ppbp水柱7567.35748.65mmHg

1-3解：

plpbpa0.971.102.07bar

p2plpb2.071.050.32bar

pCpbp20.970.320.65bar

1-4解：

p真空室=p6P汞柱=760—745=15mmHg=2kPa

plp真空室pa2360362kPa

p2plpb362170192kPa

pcpbp真空室1922190kPa

F(pbp真空室)A745133.314兀0.45215.8kN

1-4解：

ppbp水柱+p汞柱=760+3009.81/133.3+800=1582mmHg2.11bar

2

1-5解：由于壓縮過程是定壓的，所以有

W

V2

VI

6

pdVp(VlV2)0.510(0.80.4)200KJ

1-6解：改過程系統(tǒng)對外作的功為

W

0.5

0.3

pdV

0.5

pIVIV

1.3

0.3

1.3

dV~

plVl

1.3

0.3

(V2

~0.3

'VI

~0.3

)85.25kJ

1-7解：由于空氣壓力正比于氣球的直徑，所以可設(shè)pcD,式中c為常數(shù)，D為氣球的

直徑，由題中給定的初始條件，可以得到：

c

pDplDl

1500000.3

500000

該過程空氣對外所作的功為

W18

V2

VI

pdV

D2

D1

1344

cDd(D)cDdDc(D2Dl)

DI

628

3

D2

4

4

11

5000000(0.40.3)34.36kJ

1-8解：(1)氣體所作的功為：

W

0.3

0.1

(0.24V0.04)lOdV1.7610J

64

(2)摩擦力所消耗的功為：

W摩擦力=fAL

10000.2

(0.30.1)1000J

所以減去摩擦力消耗的功后活塞所作的功為：

討活塞=討亞摩擦力=1.6610J

4

1-9解：由于假設(shè)氣球的初始體積為零，則氣球在充氣過程中，解：確定為了將氣球充

到2m3的體積，貯氣罐內(nèi)原有壓力至少應(yīng)為(此時(shí)貯氣罐的壓力等于氣球中的壓力，同時(shí)

等于外界大氣壓pb)

Pl

p2(V12)

VI

p2(V12)

VI

0.910(22)

2

5

1.8lOPa

5

前兩種情況能使氣球充到2m3

WpbAV0.91021.810J

5

5

情況三：

3

V氣球+貯氣罐=p貯氣罐V貯氣罐pb

30.1520.093.333013所以氣球只能被充到丫氣球=3.333—2=1.33301的大小，故氣

體對外作的功為：

55W0.9101.3331.210J

第二章

思考題

絕熱剛性容器，中間用隔板分為兩部分，左邊盛有空氣，右邊為真空，抽掉隔板，空氣將

充滿整個(gè)容器。問：⑴空氣的熱力學(xué)能如何變化？⑵空氣是否作出了功？⑶能否在坐

標(biāo)

圖上表示此過程？為什么？

答：(1)空氣向真空的絕熱自由膨脹過程的熱力學(xué)能不變。

(2)空氣對外不做功。

(3)不能在坐標(biāo)圖上表示此過程，因?yàn)椴皇菧?zhǔn)靜態(tài)過程。

2.下列說法是否正確？

⑴氣體膨脹時(shí)一定對外作功。

錯(cuò)，比如氣體向真空中的絕熱自由膨脹，對外不作功。

⑵氣體被壓縮時(shí)一定消耗外功。

對，因?yàn)楦鶕?jù)熱力學(xué)第二定律，氣體是不可能自壓縮的，要想壓縮體積，必須借助于外功。

⑶氣體膨脹時(shí)必須對其加熱。

錯(cuò)，比如氣體向真空中的絕熱自由膨脹，不用對其加熱。

(4)氣體邊膨脹邊放熱是可能的。

對，比如多變過程，當(dāng)n大于k時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)邊膨脹邊放熱。

⑸氣體邊被壓縮邊吸入熱量是不可能的。

錯(cuò)，比如多變過程，當(dāng)n大于k時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)邊壓縮邊吸熱。

(6)對工質(zhì)加熱，其溫度反而降低，這種情況不可能。

錯(cuò)，比如多變過程，當(dāng)n大于1,小于k時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對工質(zhì)加熱，其溫度反而降低。

4.“任何沒有體積變化的過程就一定不對外作功”的說法是否正確？

4

答：不正確，因?yàn)橥夤Φ暮x很廣，比如電磁功、表面張力功等等，如果只考慮體積功的

話，那么沒有體積變化的過程就一定不對外作功。

5.試比較圖2-6所示的過程1-2與過程l-a-2中下列各

量的大?。孩臰12與Wla2；(2)U12與Ula2；(3)

Q12與Qla2

答：⑴Wla2大。

(2)一樣大。

(3)Qla2大。

6.說明下列各式的應(yīng)用條件：

(1)quw

閉口系的一切過程

(2)qupdv

閉口系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)過程

(3)qu(p2v2plvl)

開口系統(tǒng)的穩(wěn)定流動(dòng)過程，并且軸功為零

(4)qup(v2vl)

開口系統(tǒng)的穩(wěn)定定壓流動(dòng)過程，并且軸功為零；或者閉口系統(tǒng)的定壓過程。

7.膨脹功、軸功、技術(shù)功、流動(dòng)功之間有何區(qū)別與聯(lián)系？流動(dòng)功的大小與過程特性有無

關(guān)

系？

答：膨脹功是系統(tǒng)由于體積變化對外所作的功；軸功是指工質(zhì)流經(jīng)熱力設(shè)備(開口系統(tǒng))

時(shí)，熱力設(shè)備與外界交換的機(jī)械功，山于這個(gè)機(jī)械工通常是通過轉(zhuǎn)動(dòng)的軸輸入、輸出，所以

工程上習(xí)慣成為軸功；而技術(shù)功不僅包括軸功，還包括工質(zhì)在流動(dòng)過程中機(jī)械能(宏觀動(dòng)能

和勢能)的變化；流動(dòng)功又稱為推進(jìn)功，1kg工質(zhì)的流動(dòng)功等于其壓力和比容的乘積，它是

工質(zhì)在流動(dòng)中向前方傳遞的功，只有在工質(zhì)的流動(dòng)過程中才出現(xiàn)。對于有工質(zhì)組成的簡單可

壓縮系統(tǒng)，工質(zhì)在穩(wěn)定流動(dòng)過程中所作的膨脹功包括三部分，一部分消耗于維持工質(zhì)進(jìn)出開

口系統(tǒng)時(shí)的流動(dòng)功的代數(shù)和，?部分用于增加工質(zhì)的宏觀動(dòng)能和勢能，最后一部分是作為熱

力設(shè)備的軸功。對于穩(wěn)定流動(dòng)，工質(zhì)的技術(shù)功等于膨脹功與流動(dòng)功差值的代數(shù)和。如果工質(zhì)

進(jìn)、出熱力設(shè)備的宏觀動(dòng)能和勢能變化很小，可忽略不計(jì)，則技術(shù)功等于軸功。

5

習(xí)題

2-12-22-3

解：WQAU5080'30kJ,所以是壓縮過程解：W膨Q吸W壓Q放

200065012001450kJ解：AUQ210336007.2106J/h

2—4解：狀態(tài)b和狀態(tài)a之間的內(nèi)能之差為：

AUabUbUaQW1面4060kJ

所以，a-d-b過程中工質(zhì)與外界交換的熱量為：

QadbAUabW602080kJ

工質(zhì)沿曲線從b返回初態(tài)a時(shí)，工質(zhì)與外界交換的熱量為：

QbaUaUbW'AUabW'6030'90kJ

根據(jù)題中給定的a點(diǎn)內(nèi)能值，可知b點(diǎn)的內(nèi)能值為60kJ,所以有：

UadUbUd604020kJ

由于d-b過程為定容過程，系統(tǒng)不對外作功，所以d-b過程與外界交換的熱量為：

QdbUdUbUdb20kJ

所以a-d-b過程系統(tǒng)對外作的功也就是a-d過程系統(tǒng)對外作的功，故a-d過程系統(tǒng)與外界交

換的熱量為：

QadUdUaWadUadWadb40(20)60kJ

2-5

2-5

解：由于汽化過程是定溫、定壓過程，系統(tǒng)焰的變化就等于系統(tǒng)從外界吸收的熱量，即汽

化潛熱，所以有：

Ahq2257kJ/kg

6

解：壓縮過程中每千克空氣所作的壓縮功為：

wqAu50146.5196.5kJ/kg

忽略氣體進(jìn)出口宏觀動(dòng)能和勢能的變化，則有軸功等于技術(shù)功，所以生產(chǎn)每kg壓縮空氣

所需的軸功為：

wsqAh^50146.5(0.80.1750.10.845)10

3

~252kJ/kg

所以帶動(dòng)此壓氣機(jī)所需的功率至少為：

P~

ws1060

42kW

2-9解：是否要用外加取暖設(shè)備，要看室內(nèi)熱源產(chǎn)生的熱量是否大于通過墻壁和門窗傳

7

外界的熱量，室解：取容器解：此過程為開口系統(tǒng)的穩(wěn)定流動(dòng)過程，忽略進(jìn)出口工質(zhì)的宏

觀動(dòng)能和勢能變化，則

有：

Qh6qm6h7qm7h1qmlWs

山穩(wěn)定流動(dòng)過程進(jìn)出口工質(zhì)的質(zhì)量守恒可得到：

qm6qm7qml

所以整個(gè)系統(tǒng)的能量平衡式為：

Qqml(h6hl.)qm7(h6h7)Ws

故發(fā)電機(jī)的功率為：

PWsQ(h6h7)qm7(h6hl)qml

7003600

41800

50103600

3

(41812)

7003600

(41842)2.41510kW

3

2-12解：由于過程是穩(wěn)定流動(dòng)過程，氣體流過系統(tǒng)時(shí)重力位能的變化忽略不計(jì)，所以

系

統(tǒng)的能量平衡式為：

QH

12

mcfWS

2

其中，氣體在進(jìn)口處的比焰為：

8

36

hlulplvl2100100.62100.372329400J/kg

氣體在出口處的比焰為：

36

h2u2p2v21500100.13101.21656000J/kg

氣體流過系統(tǒng)時(shí)對外作的軸功為：

WsQH

12

mcfm(qh

3

2

12

cf)

12(150

2

2

413010(16560002329400)2708600W2708.6kW

'300)]

2

所以氣體流過系統(tǒng)時(shí)對外輸出的功率為：

PWs2708.6kW

第三章思考題

1.理想氣體的cp和CV之差及cp和CV之比是否在任何溫度下都等于一個(gè)常數(shù)？答：理

想氣體的cp和CV之差在任何溫度下都等于一個(gè)常數(shù)，而cp和CV之比不是。

ttt

2.如果比熱容是溫度t的單調(diào)增函數(shù)，當(dāng)t2tl時(shí)、平均比熱容c|01、c|02、c|t中哪一

21

個(gè)最大？哪一個(gè)最?。?/p>

t

答:由c|01、c|02>c|t的定義可知

21

tt

c

tlO

tl

cdttl

c(t),其中0tl

t2

t20

cdtt2

c(t),其中0t2

t2

c

t2tl

tl

cdt

c(t),其中tlt2

2

t2tl

t

因?yàn)楸葻崛菔菧囟萾的單調(diào)增函數(shù)，所以可知c|t>c|01,又因?yàn)?/p>

1

t

C

t2

1

t2tl

c

t2

t2c0tlt2tl

tl

(c

t2tl

c

t2

)t2(c

t2tl

cO)tl0c

tlt2tl

c

t2

故可知c|t最大，又因?yàn)椋?/p>

9

c

t20

c

tlO

tlcdtt2cdt

t2tl

tlt2

tlO

t2tl

(tlt2)cdttlcdt

tl

tlt2

tlt2

(t2tl)tl(c

tlt2

t2tl

~cO)

tl

(tlt2)tlc(t2tl)tlctlt2

0

所以c|01最小。

3.如果某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式遵循pvRgT,這種物質(zhì)的比熱容一定是常數(shù)嗎？這種物

質(zhì)的比熱容僅是溫度的函數(shù)嗎？

答：不一定，比如理想氣體遵循此方程，但是比熱容不是常數(shù)，是溫度的單值函數(shù)。這種

物質(zhì)的比熱容不一定僅是溫度的函數(shù)。由比熱容的定義，并考慮到工質(zhì)的物態(tài)方程可得到:

C

dqdT

d(uw)

dT

dudT

.dwdT

dudT

.P

dvdT

dudT

.Rg

t

由此可以看出，如果工質(zhì)的在uv圖上畫出定比熱容理想氣體的可逆定容加熱過程、可逆

定壓加熱過程、可逆定

溫加熱過程和可逆絕熱膨脹過程。

答：圖中曲線1為可逆定容加熱過程；2為可逆定壓加熱過程；3為可逆定溫加熱過程；4

為可逆絕熱膨脹過程。因?yàn)榭赡娑ㄈ菁訜徇^程容積v不變，過程中系統(tǒng)內(nèi)能增加，所以為曲

線1,從下向上?？赡娑▔杭訜徇^程有：

TcPcduPdvPPldvcldvuclyc2

vR

cl和c2為常數(shù)，且考慮到uciv

v0時(shí)，u0,所以c20

所以此過程為過原點(diǎn)的射線2,且向上。理想氣體的可逆定溫加熱過程有：

10

uqw0qw0

氣體對外做功，體積增加，

所以為曲線3,從左到右?？赡娼^熱膨脹過程有：

cc11dupdvIdvu.c2kk1klw

cl、c2為常數(shù)

所以為圖中的雙曲線4,且方向朝右（膨脹過程）。

5.將滿足空氣下列要求的多變過程表示在pv圖Ts圖上

⑴空氣升壓，升溫，又放熱；

⑵空氣膨脹，升溫，又放熱；（此過程不可能）

（3）n1.6的膨脹過程，并判斷q、w、u的正負(fù)；

(4)n1.3的壓縮過程，判斷q、w、u的正負(fù)。

答：

(1)空氣升溫、升壓、又放熱有：

RqeV.T2T10,且T2Tliil

所以：eVRnl1nk

此多變過程如圖所示，在p-v圖上，此過程為沿著幾條曲線的交點(diǎn)A向上，即沿壓力和

溫度增加的方向；在T-s圖上此過程為沿著幾條曲線的交點(diǎn)A向上。

11

(2)空氣膨脹，升溫，又放熱有:

R

qeV.T2T10,且T2T1

n

1所以：eV

Rn

1

1n

此多變過程如圖所示，然而要想是過程同時(shí)滿足膨脹過程是不可能的。

(3)n1.6的膨脹過程，在p-v圖上，膨脹過程體積增大，過程從幾條曲線的交點(diǎn)A向

下；在T—s圖上，過程從幾條曲線的交點(diǎn)A向下。此過程為放熱，對外做功，內(nèi)能減少。

12

(4)n1.3的壓縮過程，在p-v圖上，壓縮過程體積減小，過程從幾條曲線的交點(diǎn)A向

上；在T—s圖上，過程從幾條曲線的交點(diǎn)A向上。此過程為放熱，外界對空氣做功，內(nèi)能

增加。

6.在亍s圖上，如何將理想氣體任意兩狀態(tài)間的熱力學(xué)能和熔的變化表示出來。答：理想

氣體的內(nèi)能和熔都是溫度的單值函數(shù)，因此在心圖上，定內(nèi)能和定烙線為一條平行于T軸

的直線，只要知道初態(tài)和終態(tài)的溫度，分別在心圖上找到對應(yīng)溫度下的定內(nèi)能和定焰直線，

就可以確定內(nèi)能和焰的變化值。

7.凡質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大的組元?dú)怏w，其摩爾分?jǐn)?shù)是否也?定較大？試舉例說明之。答：根據(jù)

質(zhì)量分?jǐn)?shù)和摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系，有：

wi

xi

MiMi

wi

從上式可以看出，對成分一定的混合氣體，分母為常數(shù)，因此摩爾分?jǐn)?shù)取決于其質(zhì)量分?jǐn)?shù)

和摩爾質(zhì)量的比值，對于質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大的組元，如果摩爾質(zhì)量也很大，那么它的摩爾分?jǐn)?shù)可

能并不大。

8.理想混合氣體的比熱力學(xué)能是否是溫度的單值函數(shù)？其cpcv是否仍遵循邁耶公式？

答：不是。因?yàn)槔硐牖旌蠚怏w的比熱力學(xué)能為：

um

xu

ii

mi

其中xi是摩爾組分，而ui是溫度的單值函數(shù)，所以理想混合氣體的比熱力學(xué)能不僅是溫

度的函數(shù)，還是成分的函數(shù)，或者說對于成分固定的混合理想氣體，其內(nèi)能僅是溫度的單值

函數(shù)。其加CV仍遵循邁耶公式，因?yàn)椋?/p>

Cp,mCv,m

(xC

p,mi

xiCv,mi)

xR

m

Rm

9.有人認(rèn)為山理想氣體組成的封閉系統(tǒng)吸熱后，其溫度必定增加，這是否完全正確？你認(rèn)

13

為哪一種狀態(tài)參數(shù)必定增加？

答：不正確，因?yàn)閷τ诔煞止潭ǖ幕旌侠硐霘怏w，其題

3-1

解：設(shè)定嫡壓縮過程的終態(tài)參數(shù)為p2、T2和S2,而定溫壓縮過程的終態(tài)參數(shù)為

、T2和S2，根據(jù)給定的條件可知：p2

p2；T2T1p2

又因?yàn)閮蓚€(gè)終態(tài)的煩差為S,固有：

~S2meSS2

P

In

T2T2

mR

g

In

P2p2

Me

P

In

T1T2

所以有：

T2Tlexp(

SmC

P

)

對于定嫡壓縮過程有：

plTlp2T2

Ik

k

Ik

k

MSmR

SmRg

所以：

p2pl(

T1T2

k

)

i

k

plexp[(

kS(lk)mc

P

]Plexp()plexp(

)

14

3-2

解：設(shè)氣體的初態(tài)參數(shù)為pl、VI、T1和ml,閥門開啟時(shí)氣體的參數(shù)為

p2、V2、T2和m2,閥門重新關(guān)閉時(shí)氣體的參數(shù)為p3、V3、T3和m3,考慮到剛性容

器有：VIV2V3,且mlm2o

⑴當(dāng)閥門開啟時(shí)，貯氣筒內(nèi)壓力達(dá)到8.75105Pa,所以此時(shí)筒內(nèi)溫度和氣體質(zhì)量分別為:

T2T1

p2pl

293

8.757

5

366.25K

mlm2

pIVIRgTl

7100.027287293

0.225kg

⑵閥門重新關(guān)閉時(shí)，筒內(nèi)氣體壓力降為8.4105Pa,且筒內(nèi)空氣溫度在排氣過程中保持不

變，所以此時(shí)筒內(nèi)氣體質(zhì)量為：

m3

p3V3RgT3

p3V38.4100.027RgT2

287366.25

5

0.216kg

所以，因加熱失掉的空氣質(zhì)量為：

Amm2m30.2250.2160.009kg

3-3

解：⑴氣體可以看作是理想氣體，理想氣體的內(nèi)能是溫度的單值函數(shù)，選取絕熱氣缸內(nèi)的

兩部分氣體共同作為熱力學(xué)系統(tǒng)，在過程中，由于氣缸絕熱，系統(tǒng)和外界沒有熱量交換，同

時(shí)氣缸是剛性的，系統(tǒng)對外作功為零，故過程中系統(tǒng)的內(nèi)能不變，而系統(tǒng)的初溫為30℃,

所以平衡時(shí)系統(tǒng)的溫度仍為30℃o

、VI、T1,⑵設(shè)氣缸一側(cè)氣體的初始參數(shù)為pl、VI、T1和ml,終態(tài)參數(shù)為pl

另一側(cè)氣體的、V2、T2,重新平衡時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的總體積不初始參數(shù)為p2、V2、T2

和m2,終態(tài)參數(shù)為p2

變，所以先要求出氣缸的總體積。

mlRgT10.52873033

VI0.1087m6

pl0.410

V2

m2RgT2

p2

0.52873030.1210

6

0.3623m

3

3

丫總=丫皿20.471mVI,V2

p2p,對兩側(cè)分別寫出狀態(tài)方程，終態(tài)時(shí)，兩側(cè)的壓力相同，即pl

plVlTl

VIplTl

pVlT1

p2V2T2

V2p2T2

p（V總一V）1

T2

聯(lián)立求解可得到終態(tài)時(shí)的壓力為：

p1.8710Pa

5

3-4

解：山于Ar可看作理想氣體，理想氣體的內(nèi)能時(shí)溫度的單值函數(shù)，過程中內(nèi)能不變，

15

故終溫T2600K,由狀態(tài)方程可求出終壓為：

P2pl

V1V2

6.010

5

13

5

2.0lOPa

嫡的變化為:

AS

cp

1

2

dTT

mRgln

P2pl

'5208In

13

1.143kJ/K

3-5

解：山于活塞和氫氣側(cè)氣缸均是絕熱的，所以氫氣在過程中沒有從外界吸入熱量，可看

可逆絕熱過程，所以氫氣的終溫為：

T氫2T氫1(

p氫Ip氫2

ik

11.41

)

k

288(

0.98071.9614

)

1.41

352.31K

根據(jù)狀態(tài)方程可得到終態(tài)時(shí)氫氣的體積：

5

p氫V氫1T氫20.9807100.1352.313

V氫2===0.061m5

p氫2T氫11.961410288

1

所以，空氣終態(tài)的體積為：

V空2=0.2—0.061-0.139m

3

故空氣的終溫為：

T空2

p空2V空2T空1

p空IV空1

1.9614100.139288

0.9807100.1

5

5

800.64K

把空氣和氧氣作為熱力學(xué)系統(tǒng)，根據(jù)熱力學(xué)第一定律可得到外界加入的熱量為:

1

QUU空U氫=01空”空（T空2—T空l.）m氫Rg氫（T氫2T氫1）

kl

p氫IV氫Ip空IV空1

=cv空（T空2-T空l.）Rg氫（T氫2T氫l）Rg空T空IRg氫T氫1

=+

0.9807100.1

2872880.9807100.1

4157288

55

0.71594（800.64288）

11.411

（352.31-288）

44.83J

3-6解：選取氣缸中的空氣作為研究的熱力學(xué)系統(tǒng)，系統(tǒng)的初壓為：

plpb

GIA

1.02810

5

1959.810010

4

2.93910Pa

5

當(dāng)去掉一部分負(fù)載，系統(tǒng)重新達(dá)到平衡狀態(tài)時(shí)，其終壓為：

p2pb

G2A

1.02810

5

959.810010

4

1.959lOPa

5

過程可看作可逆絕熱膨脹過程，所以：

16

V2Vl(

plp2

)

1/k

10010

4

1010

2

(

2.9391.959

0.4/1.4

)

1/1.4

1.3410

3

3m

T2Tl(

p2pl

kl

)

k

300(

1.9592.939

)267.17K

所以，活塞的上升距離為：

AL

10

4

3

V2V1

A

1.3410

3

10010

3.4cm

3-7

解：⑴定溫：T1T2303K,山理想氣體的狀態(tài)方程可得到初終態(tài)的體積:

VIV2

mRgTl

plmRgT2

62873030.310

6

1.73922m5.21766m

3

3

62873030.110

6

所以氣體對外所作的功和吸收的熱量分別為：

W

V2

VI

pdVmRgTlln

V2V1

6287303In

5.217661.73922

573.22kJ

Q~W、573.22kJ

⑵定嫡：相當(dāng)于可逆絕熱過程，氣體對外所作的功和熱量分別為:

W

V2

VI

pdV

kkl

P1V1[1(

P2pl

kl

)

k

]

1.411.4

]351kJ

13

60.28710303[1()

1.413

Q0

1.4

終溫為：

T2Tl(

P2pl

kl

)

k

303(

0.10.3

1.41

)

1.4

221.41K

⑶n=1.2：為多方過程，根據(jù)過程方程可得到氣體的終溫為:

T2Tl(

P2pl

nl

)

n

303(

0.10.3

)

0.2/1.2

252.3K

氣體對外所作的功和熱量分別為：

W

mRgTlnl

[1(

P2pl

nl

)

n

]

6287303

1.21

[1()

3

1

1.211.2

]436.5kJ

218.11kJ

QmcV(T2Tl)

nknl

60.717(252.3303)

1.21.41.21

3—7解：（1）如果放氣過程很快，瓶內(nèi)氣體來不及和外界交換熱量，同時(shí)假設(shè)容器內(nèi)的氣

體在放氣過程中，時(shí)時(shí)處于準(zhǔn)平衡態(tài)，過程可看作可逆絕熱過程，所以氣體終溫為：

17

T2Tl(

Plp2

Ik

)

k

293(

147.173.55

11.4

)

1.4

240.36K

瓶內(nèi)原來的氣體質(zhì)量為：

ml

pIVIRgTl

147.1100.0432

8314293

5

7.73kg

放氣后瓶內(nèi)氣體的質(zhì)量為：

m2

p2VRgT2

73.55100.0432

8314240.36

5

4.71kg

所以放出的氧氣質(zhì)量為：

mmlm27.734.713.02kg

(2)閥門關(guān)閉后，瓶內(nèi)氣體將升溫，直到和環(huán)境溫度相同，即T3293K壓力將升高，

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程可得到，最終平衡時(shí)的壓力為：

p3P2

T3T2

73.5510

5

293240.36

89.6610Pa

5

(3)如果放氣極為緩慢，以至瓶內(nèi)氣體與外界隨時(shí)處于熱平衡，即放氣過程為定溫過程,

所以放氣后瓶內(nèi)的氣體質(zhì)量為：

m2

p2V2RgT2

73.55100.0432

8314293

5

3.86kg

故所放的氧氣比的一種情況多。

3-8

解：理想氣體可逆多變過程對外作的功和吸收的熱量分別為:

wq

Rgnlnknl

(T1T2)

418.6822kJ

cV(T2Tl)

83.736

kJ

兩式相除，并考慮到eV

Rgkl

,可得到：

klkn

5

山多方過程的過程方程可得到：

T1V1

nl

T2V2

nl

n1

ln(T2/Tl)ln(VW2)

1

In(333/573)ln(l/3)

1.494

所以有：

k1.6175

把n值帶入多方過程功的表達(dá)式中，可求出：

Rg

w(nl)TlT2

418.6810(1.4941)

2240

3

430.8915J/kg.K

18

所以有：

kll.61751

cPRgcV430.8915697.81128.6915J/K.kg

eV

Rg

430.8915

697.8J/kg.K

3-10解：根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程，每小時(shí)產(chǎn)生煙氣的體積為：

V2

plVlTl

T2p2

10132550010

273.15

4730.110

6

3

8773m/h

所以可得到煙囪出口處的解：根據(jù)剛性容器A和彈性球B中氣體的初態(tài)參數(shù)，可求出A

和B中包含的氣體質(zhì)量分別為：

mA

pAVARgTApBVBRgTB

0.276100.283

2873000.1034100.3

287300

66

0.907kg

mB

0.360kg

m總=mA+mB=1.267kg

打開閥門，重新平衡后，氣體溫度T依然保持不變，球內(nèi)壓力p（也即總壓力）和球的直

徑成正比，故設(shè)：

pcD,

V

16

D

3

帶入彈性球B的初始體積和壓力值可得到：

19

pD

0.103410

0.3

6

53

3.4467lON/m

根據(jù)理想氣體狀態(tài)方程有：

m總RgT1134

pVm總RgTcD(DVA)m總RgTDVAD

66c帶入數(shù)值，通過疊代可

得到：D0.6926m

5

3

所以，球B終態(tài)的壓力和體積分別為：

pcD3.4467100.69262.387lOPaV

16

5

D0.174m

33

3-13解：假設(shè)氣體的定壓和定容比熱容都是常數(shù)，首先計(jì)算此理想氣體的氣體常數(shù)和定

壓、定容比熱容：

RgeV

RMuT

831429

286.69J/(K.kg)

3

70010620

1129.03J/(K.kg)

cPRgcV1415.72J/(K.kg)

所以其焰變和嫡變分別為：

hcT1415.72620877.75kJ/kg

P

scIn

V

T

T

1

.Rin

g

V

1213

1129.03In808.00kJ/kgv593

3-14解：設(shè)氣體的初態(tài)參數(shù)為pl、Tl、VI,終態(tài)參數(shù)為p2、T2、V2o(1)可逆絕熱膨

脹：根據(jù)過程方程可得到終溫：

T2Tl(

vlv2

)

kl

11.41

340()257.67K

2

氣體對外所作的功和燧變分別為：

WnCV,m(TlT2)100025.12(340257.67)2068.13kJs0

⑵氣體向真空自由膨脹：氣體對外不作功，且和外界無熱量交換，故內(nèi)能不變，由于理

想氣體的內(nèi)能和焰均是溫度的單值函數(shù)，所以氣體溫度保持不變，焰也保持不變，即

T2T1340Kh0

過程中氣體病變?yōu)椋?/p>

Sn(cVln

T2T1

,Rin

v2vl

)n[cVln

T2T1

.(cP,mcV,m)ln

v2]vl

10008.32ln25766.99J/K

20

3-15解：⑴按定值比熱容計(jì)算：空氣可看作是雙原子分子氣體，故有:

cvcP

5272

R/MR/M

5272

8.314/28.970.717kJ/(kg.K)8.314/28.971.004kJ/(kg.K)

根據(jù)可逆絕熱過程的過程方程，可得到終態(tài)壓力為：

P2(

T2T1

k

)klpl(

480300

1.4

)0.40.10.518MPa

解：首先把標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下空氣的體積流量值轉(zhuǎn)換為入口狀態(tài)下和出口狀態(tài)下的體積流

量值：

m體1

p標(biāo)m標(biāo)T1T標(biāo)T標(biāo)

P1P2

101325108000

273101325108000

273

293830133.3

543830133.3

106154nVh

3

m體2

p標(biāo)m標(biāo)T2

196729.4m/h

3

轉(zhuǎn)化為質(zhì)量流量為：

111質(zhì)=

p標(biāo)m體，標(biāo)

RgT標(biāo)

101325108000

287273

=139667.6kg/h38.80kg/s

根據(jù)開口系統(tǒng)的能量方程，忽略進(jìn)出口宏觀動(dòng)能和勢能的變化并考慮到氣體流動(dòng)時(shí)對外不

作軸功，故有煙氣每小時(shí)所提供的熱量為：

Qm質(zhì)(h2hl)

(1)用平均定壓質(zhì)量比熱容數(shù)據(jù)計(jì)算查表并通過插值可得到：

21

cPcPcP

200270027020

1.0044kJ/(kg.K)1.0169kJ/(kg.K)

2701.0169201.0044

27020

1.0179kJ/(kg.K)

所以有：Qm質(zhì)(h2hl)139667.61.017925035541912.5kJ/h(2)將空氣視為雙

原子理想氣體，用定比熱容進(jìn)行計(jì)算

cP

72

R/M

72

8.314/28.971.004kJ/(kg.K)

所以有：Qm質(zhì)(h2hl)139667.61.00425035056567.6kJ/h

3-17解：混合后各成分的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為：

com10.1450

co0.056

2

2

mlm2

2

5075

o

2

o,lmlo,2m2

2

mlm2

20

0.06500.23275

5075

0.1632

H

20

Hml0.0550

mlm25075

5075

0.02

0.761

o)N2

0.75500.76875

折合分子量為:

M

I

iMi

1

0.05644

RM

0.16332

0.0218

0.76128

28.85

Rg

831428.85

288.2J/(kg.K)

3-18解：體積分?jǐn)?shù)等于摩爾分?jǐn)?shù):

M

M

0.12440.05320.79280.041829.72

Rg

RM

R

Mi

831429.72

279.7J/(kg.K)

體積流量為：

m體，標(biāo)

p標(biāo)m標(biāo)T標(biāo)

T2p2

101325301010

273

3

5530.9810

5

6.28lOm/h

53

3-19解：根據(jù)混合理想氣體的狀態(tài)方程有:

Rg

pvT

5100.166

313

22

5

265.2J/(kg.K)

M

RRg

8314265.2

31.35

又因?yàn)椋?/p>

M

1

聯(lián)立求解得到：

i

iMi

1

N0.706,

2

CO0.294

2

3-20解：⑴該未知?dú)怏w的氣體常數(shù)Rg及摩爾質(zhì)量M：根據(jù)混合理想氣體狀態(tài)方程可

得：

Rg

pVmT

5283.69R8314M29.48

Rg282.0

25

0.2102

6

282.0J/(kgK)

氣體組元的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為：

O

2

CO

2

35

所以未知?dú)怏w的氣體常數(shù)：M

⑵該未知?dú)怏w的分壓力：

wiMi

M未知28

未知?dú)怏w為氮?dú)猓惹蟪鏊哪柗謹(jǐn)?shù)：

3

xN2

232

.328

0.6316

所以氮?dú)獾姆謮簽椋?/p>

pN2pxN20.20.6316126.32kPa

3-21解：理想氣體兩過程之間的燧差為：

s2sl

2

CVT

1

.Rgln

v2vlv2vl

山于假設(shè)理想氣體的比熱容為常數(shù)，所以有:

s2slCVln

T2T1

.Rgln

考慮到理想氣體多變過程(n1)的過程方程及定容比熱容和CV、Rg的關(guān)系:

23

linn

v2

PlT2Pl

；vl

P2T1P2

n

；CV

Rgkl

把上面三式帶入嫡的表達(dá)式并整理可得：

In

1

s2sl

Pl

InklP2

Rg

n

P2

.RglnP

1

1

n

nkn(kl)

Rgln

P2pl

考慮到理想氣體多變過程(n1)的過程方程及定容比熱容和CV、Rg的關(guān)系:

v2

T1Tvl

2

Rgnl

;CVkl

1

把上面兩式帶入燧的表達(dá)式并整理可得：

s2sl

Rgkl

lnT2

T1

.RglnT1

T2

nl

(nk)Rg(nl)(kl)

In

T2T1

3-22解：在T?s圖卜.任意兩條定壓線之間的水平距離為，在相同的溫度T下，壓力分別

為pl和p2時(shí)兩態(tài)的嫡差，故有：

AsRgln

p2pl

顯然不管在任何溫度下，它們都相等；

在T?s圖上任意兩條定容線之間的水平距離為，在相同的溫度T下，體積分別為VI和V2

時(shí)兩態(tài)的病差，故有：

AsRgln

v2vl

顯然不管在任何溫度下，它們都相等。

3-23解：根據(jù)理想氣體的狀態(tài)方程，可求出初態(tài)和終態(tài)氣體的比容分別為：

RgT1260.282983

vl0.7387m/kg5

pl1.0510

RgT2260.284733

v20.293lm/kg5

p24.210由cP和eV的關(guān)系,可得到:

cP

k1.35cV

cPcVRg260.28cP1003.94J/(kg.K),

eV743.66J/(kg.K)

所以每千克氣體內(nèi)能和嫡的變化分別為：

ucV(T2Tl)743.66175130140.5J/kgscPln

T2T1

Rgln

P2pl

1003.94In

473298

~260.28In

4.21.05

103.00J/(kg.K)

24

3-24解：可逆定壓過程系統(tǒng)從外界吸收的熱量等于系統(tǒng)焰的變化，所以有:

HQmcp(T2Tl)Qm(T2Tl)

Qcp

QcVRg

334910741297

3

3.226410(kg.K)

3

系統(tǒng)解：設(shè)理想氣體的摩爾數(shù)為n,由理想氣體的狀態(tài)方程可得：

nTlnT2

plVlRp2V2R

nTlnT2

0.517100.142

8.3140.172100.274

8.314

654005668.518830.17

66

8830.17(K.mol)

5668.5l(K.mol)

由于過程的焰變已知，所以可得到該理想氣體的摩爾定壓熱容：

cP,m

HnT

20.685J/(K.mol)

所以氣體的摩爾定容熱容為：

cV,mcP,mR20.6858.31412.371J/(K.mol)

山此可求出該氣體的摩爾質(zhì)量：

M

cV,mcV

12.3711.4

8.837g/mol

所以氣體的解：⑴可逆膨脹；

可逆定溫膨脹過程系統(tǒng)對外所作的功及熠變?yōu)椋?/p>

W

nRgTV

2

1

PdV

2

1

dVnRgTln

V2V1

8314373InlO7140.6kJ

SRgln

V2V1

8314InlO1.91kJ/K

25

（2）向真空膨脹；

理想氣體的絕熱真空自由膨脹系統(tǒng)對外不作功W=0,病變?yōu)椋?/p>

SRgln

V2V1

8314InlO1.91kJ/K

⑶在外壓恒為O.IMPa的環(huán)境中膨脹。

此過程系統(tǒng)對外所作的功無法計(jì)算，如果過程終態(tài)為平衡態(tài)，則系統(tǒng)燃變依然為：

SRgln

V2V1

8314InlO1.91kJ/K

3-27解：要想判斷噴管的形狀，必須計(jì)算臨界壓力Per,

k

1.41

2

PerPl

kl

kl

2

0.7

1.411

1.411

0.368MPa

可見被壓大于臨界壓力，故在出口處沒有達(dá)到當(dāng)?shù)芈曀?，所以此噴管為漸縮噴管。計(jì)算

噴管出口截面面積，首先要知道噴管出口截面的參數(shù)，

1

1

1

P1

v2vlP

2

k

RT1Pl

PlP2

k

28710230.710

6

6

0.7

0.5

1.41

0.532m/kg

3

T2

P2v2R

0.5100.532

287

926.8K

c21.414

CPT1T21.414.51023926.8439.6m/s

qmv2c2

0.60.532439.6

所以噴管的出口截面面積為：

A2

7.26cm

2

3-28解：當(dāng)被壓取臨界壓力時(shí)可達(dá)到最大質(zhì)量流量，根據(jù)臨界壓力與初壓的關(guān)系可得:

k

1.4

Per

2kl21.4155

Pl0.6100.32lOPa

kl1.41

最大質(zhì)量流量為：

2

2

qm,maxAmin

2klpl

2Aminklklvl

k

2

2klpl

2klklRT1

k

12

2

510

~4

21.410.3610

21.411.41287853

1.4

0.42kg/s

3-29解：首先計(jì)算入口參數(shù)

ca1.414

cPTlTaklk

ca1

T1Ta683.9K

1.414cP

1.4

2

Ta

PlPaT

1

67311.46

0.5100.533MPa

683.9

所以臨界壓力，即被壓為：

26

Perpl(2klk)kl0.5330.5280.281MPa

最大質(zhì)量流量為：

qmaxAmin2k(222k1k1)k1P1

vl251042.820.40,533102.42,42876732122.1kg/s

由絕熱過程方程可得到出口比容為：

11

klPlPlv2vPlP22kRTIPl0.5331.4287683.9

30.582m/kg60.533100.281

所以出口流速為：

c2qmaxv2A22.10.58225104488.88m/s

3-30解：溫度計(jì)測量的是空氣的滯止溫度，所以空氣實(shí)際溫度為：

TT*c2

2CP6012022100452.8C

3-31解：如果在噴管中氣體是理想的流動(dòng)，即為可逆絕熱穩(wěn)定流動(dòng)，則根據(jù)過程方程,

可

得到理論出口參數(shù)為：

kll.41

P2T2T1P1k1.83532.51.4321.38K

所以理論出口流速為：c21.414cPTlT21.414.5353321.38252m/s所以實(shí)際出口流

速為：

c2,0.9c2220.92522239.1m/s所以實(shí)際出口溫度為：

T2T1c22cP353239.1221004.5324.5K

由理想氣體的狀態(tài)方程可得到：

v2RT2P2287324.51.81060.052m/kg3

所以噴管中氣體的流量為：

qmA2c2v2239.116100.05247.36kg/s

3-32解：滯止溫度分別為：

27

TTc2

2cP

c2293100221004.52002297.97K

312.91K

372.64KTT2cPc229321004.54002

TT2cP29321004.5

滯止壓力分別為：

kl.4

TPPT.kl297.971.4160.1100.106MPa293

kl.4

klTPPT

TPPT312.9160.11029361.410.126MPa

kl.4kl372.641.410.1100.232MPa293

第四章

思考題

1.循環(huán)的熱效率公式

有何區(qū)別？各適用什么場合？和

答：前式適用于各種可逆和不可逆的循環(huán)，后式只適用于可逆的卡諾循環(huán)。2.循環(huán)輸出

凈功愈大，則熱效率愈高；可逆循環(huán)的熱效率都相等；不可逆循環(huán)的熱效率一

定小于可逆循環(huán)的熱效率，這些說法是否正確？為什么？

答：不正確，熱效率為輸出凈功和吸熱量的比，因此在相同吸熱量的條件下，循環(huán)輸出

的HI凈功愈大，則熱效率愈高。不是所有的可逆循環(huán)的熱效率都相等，必須保證相同的條件

下。在相同的初態(tài)和終態(tài)下，不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率。3.熱力

學(xué)第二定律可否表述為“機(jī)械能可以全部變?yōu)闊崮?，而熱能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械

能”？

28

答：不對，必須保證過程結(jié)束后對系統(tǒng)和外界沒有造成任何影響這一條件。否則熱能可

以全部變?yōu)闄C(jī)械能，比如理想氣體的定溫膨脹過程，系統(tǒng)把從外界吸收的熱量全部轉(zhuǎn)化為機(jī)

械能，外界雖然沒有任何任何變化，但是系統(tǒng)的體積發(fā)生改變了。

4,下列說法是否正確？為什么？

(1)嫡增大的過程為不可逆過程；

⑵不可逆過程的燃變無法計(jì)算；

必大⑶若工質(zhì)從某一初態(tài)經(jīng)可逆與不可逆途徑到達(dá)同一終態(tài)，則不可逆途徑的

于可逆途徑的；

；(4)工質(zhì)經(jīng)歷不可逆循環(huán)后

⑸自然界的過程都是朝著端增的方向進(jìn)行的，因此嫡減小的過程不可能實(shí)現(xiàn)；⑹工

質(zhì)被加熱嫡一定增大，工質(zhì)放熱嫡一定減小。

答：(1)不正確，只有孤立系統(tǒng)才可以這樣說；

(2)不正確，S為狀態(tài)參數(shù)，和過程無關(guān)，知道初態(tài)和終態(tài)就可以計(jì)算；

(3)不對，S為狀態(tài)參數(shù)，和過程無關(guān)，相等；

(4)不對，工質(zhì)經(jīng)歷可逆和不可逆循環(huán)后都回到初態(tài)，所以嫡變?yōu)榱恪?/p>

(5)不對，比如系統(tǒng)的理想氣體的可逆定溫壓縮過程，系統(tǒng)對外放熱，燃減小。

(6)工質(zhì)被加熱嫡?定增大，但是系統(tǒng)放熱，嫡不一定減小。如果是可逆過程，嫡才??

定

減小。

5.若工質(zhì)從同一初態(tài)出發(fā)，分別經(jīng)歷可逆絕熱過程與不可逆絕熱過程膨脹到相同的終壓

力，兩過程終態(tài)的炳哪個(gè)大？對外作的功哪個(gè)大？試用坐標(biāo)圖進(jìn)行分析.

答：不可逆過程嫡大，可逆過程作功大

6.如果工質(zhì)從同??初態(tài)出發(fā)，分別經(jīng)歷可逆定壓過程與不可逆定壓過程，從同一熱源吸

收

了相同的熱量，工質(zhì)終態(tài)的嫡是否相同？為什么？

答：不相同，因?yàn)槎邔ν馑鞯墓Σ煌?，而它們從同一熱源吸收了相同的熱量，所?/p>

最終二者工質(zhì)由初態(tài)經(jīng)過一不可逆絕熱過程膨脹到終態(tài)，問能否通過一個(gè)絕熱過程使工質(zhì)回

到初

態(tài)？

29

答：不能，工質(zhì)山初態(tài)經(jīng)過一不可逆絕熱過程膨脹到終態(tài)，其端增加，要想使其回到初態(tài),

過程的燧必須減少，而絕熱過程是不能使其燧減少的，故不能通過一個(gè)絕熱過程使其回到初

態(tài)。

8.系統(tǒng)在某過程中從熱源吸熱20kJ,對外作功25kJ,請問能否通過可逆絕過程使系統(tǒng)

回

到初態(tài)？為什么？能否通過不可逆絕熱過程使系統(tǒng)回到初態(tài)？

答：根據(jù)克勞休斯不等式，我們知道系統(tǒng)在過程中的嫡變滿足：

即：系統(tǒng)的嫡增加，要想使系統(tǒng)回到初態(tài)，新的過程必須使系統(tǒng)燧減少，而可逆絕熱過程

燃不變，不可逆絕熱過程嫡增加，因而不可能通過一個(gè)可逆過程或者一個(gè)不可逆過程使系統(tǒng)

回到初態(tài)。

9.閉口系統(tǒng)經(jīng)歷了一不可逆過程對外作功10kJ,同時(shí)放出熱量5kJ,問系統(tǒng)

的嫡變是正、是負(fù)還是不能確定？

答：嫡是狀態(tài)參數(shù)，功和熱量都是過程量，所以不能確定系統(tǒng)的嫡變。

習(xí)題

4—1解：由熱量守恒

由克勞休斯不等式:

它的設(shè)計(jì)是不合理的

4-2解：采用電爐取暖時(shí),

當(dāng)采用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)卡諾熱泵時(shí),

30

4-3解：

(1)熱效率為

(2)吸熱

放熱

(3)性能系數(shù)

得到

所以

4—4解：

對于制冷機(jī)

對于熱機(jī)

31

4-5解：理想氣體的解:

（1）氣體嫡變?yōu)?/p>

熱源嫡變?yōu)?/p>

總嫡變?yōu)?/p>

(2)氣體嫡變?yōu)?/p>

熱源病變?yōu)?/p>

總墻變?yōu)?/p>

(3)氣體嫡變?yōu)?/p>

32

熱源嫡變?yōu)?/p>

總嫡變?yōu)?/p>

4-7解：

(1)由孤立系統(tǒng)嫡增原理:

所以有:

(2)總功量為:

(3)

所以

總嫡變?yōu)?

4-8解：選取兩個(gè)容器中的氣體為熱力學(xué)系統(tǒng)，過程中系統(tǒng)絕熱且無外功，所以

設(shè)終態(tài)容積分別為

33

聯(lián)立求解所以有:

左側(cè)氣體嫡變:

右側(cè)氣體嫡變:

總燧變?yōu)?/p>

4-9解：把閉口系統(tǒng)和熱源取為研究的熱力學(xué)系統(tǒng)，為孤立系，根據(jù)孤立系統(tǒng)嫡增原理:

所以該過程是不可能的

4-10解：(1)根據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)方程，煙氣放熱:

(2)Q2取最小時(shí)，此過程可逆，取煙氣、工質(zhì)和低溫?zé)嵩礊橄到y(tǒng)，此系統(tǒng)為孤立系統(tǒng),

孤立系統(tǒng)的可逆過程嫡不變

(3)

4-11解：此過程為等容過程，所以

34

取空氣和螺旋槳為研究的系統(tǒng)，此系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)，假設(shè)空氣為理想氣體，并假設(shè)螺旋槳

為功源，過程中嫡不變，此孤立系統(tǒng)的嫡變等于燧產(chǎn)，所以有：

所以做功能力的損失為:

假設(shè)環(huán)境溫度為20度，所以:

4-12解：根據(jù)溫度流動(dòng)的過程方程有:

所以

空氣在壓縮過程中的嫡變?yōu)?

所以做功能力的損失為:

4-13解：混合后的溫度為:

嫡變?yōu)?

35

4-14解：依題意:

故制冷機(jī)得到的功為:

又

所以

4-15解：(1)根據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)的過程方程可得:

(2)進(jìn)口處

出口處

(3)所以壓氣機(jī)所需的最小有用功為:

(4)作功能力損失為:

4-16解：依題意:

36

所以:

4-17解:

(1)冬季

所以

(2)夏季

即

所以

4-18解：因?yàn)?/p>

所以該過程為放熱過程

4-19解：根據(jù)熱力學(xué)第一定律有:

環(huán)境的婚變?yōu)椋?/p>

37

選取氣缸中的氣體和環(huán)境為研究的熱力學(xué)系統(tǒng)，此系統(tǒng)為孤立系統(tǒng)，其嫡變等于嫡產(chǎn)所以:

第五章

思考題

1.熱水泵必須安裝在熱水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安裝在熱水容器

上面，為什么？

答：保證其壓力。

2.鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣在定溫過程中是否滿足的關(guān)系？為什么？

答：不對，因?yàn)樗魵獠荒芸醋魇抢硐霘怏w，其干球溫度>濕球溫度=露點(diǎn)溫度

38

8.在相同的溫度及壓力下，濕空氣與干空氣相比，那個(gè)密度大?

答：干空氣的密度大。

9.同一地區(qū)陰雨天的大氣壓力為什么比晴朗天氣的大氣壓力低？

答：陰雨天相對濕度高，水蒸氣分壓力大。

10.若兩種濕空氣的總壓力和相對濕度相同，問：溫度高的濕空氣含濕量大還是溫度

低的濕空氣含濕量大？為什么？

答：由高含濕量大。

,在相同相對濕度的情況下，溫度高，PS大，所以，溫度

11.早晨有霧，為什么往往是好天氣？

答：早晨有霧，說明濕空氣中含有許多小水滴，濕空氣為飽和濕空氣，當(dāng)溫度逐漸上升后,

小水滴逐漸汽化，所以往往是好天氣。

習(xí)題

5-2解：用水蒸氣表:

所以為濕飽和蒸汽。

查h-s圖得至小

39

5-3解：1、查表得:

所以:

2、當(dāng)時(shí)，比容仍然為

所以為濕飽和蒸汽。

3、

傳出的熱量為:

5-4解：查表得:

所以:

時(shí),

所以為濕飽和蒸汽。

40

傳出的熱量為:

5-5解：查表得到:

時(shí)

理想的絕熱過程，燧不變，所以有:

9

查表得到P2時(shí)的參數(shù)：

9

所以干度為：

所以出口乏氣的焰為：

根據(jù)穩(wěn)定流動(dòng)的過程方程，可得：

5—6解：查表并插值得到：

，，

吸熱量為：

需要媒量為：

41

5-7解：查表得到：當(dāng)飽和壓力為

時(shí)

所以:

查表得到:

當(dāng)

時(shí)

過熱蒸汽在汽輪機(jī)中的理想絕熱膨脹過程，嫡不變，所以有:

查圖得到:

當(dāng)

所以：

5—8解：查表得到:

當(dāng)飽和壓力為

時(shí)

所以:

加熱后為

的「飽和蒸汽

時(shí)，

42

吸熱過程為定容過程，所以吸熱量為

所需時(shí)間為

5-9解：MPa、℃的蒸汽處于過熱狀態(tài)，k=1.30由臨界壓力比可得:

所以

查圖表并插值得到:

理想絕熱過程嫡不變，所以有:

查表可得:

所以出口速度為:

5-10解:查表得到:

時(shí)，

所以:

43

5-11解：由查表得到:

加熱過程比濕度不變，沿定d線至

在干燥器中經(jīng)歷的是絕熱加濕過程，其結(jié)值近似不變，沿