工程熱力學-沈維道課后思考題答案

工程熱力學高等教育出版社沈維道主編思考題答案m整理 -PAGE4-第一章基本概念與定義1．答：不一定。穩(wěn)定流動開口系統(tǒng)內質量也可以保持恒定2．答：這種說法是不對的。工質在越過邊界時，其熱力學能也越過了邊界。但熱力學能不是熱量，只要系統(tǒng)和外界沒有熱量地交換就是絕熱系。3．答：只有在沒有外界影響的條件下，工質的狀態(tài)不隨時間變化，這種狀態(tài)稱之為平衡狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)只要其工質的狀態(tài)不隨時間變化，就稱之為穩(wěn)定狀態(tài)，不考慮是否在外界的影響下，這是他們的本質區(qū)別。平衡狀態(tài)并非穩(wěn)定狀態(tài)之必要條件。物系內部各處的性質均勻一致的狀態(tài)為均勻狀態(tài)。平衡狀態(tài)不一定為均勻狀態(tài)，均勻并非系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)之必要條件。4．答：壓力表的讀數可能會改變，根據壓力儀表所處的環(huán)境壓力的改變而改變。當地大氣壓不一定是環(huán)境大氣壓。環(huán)境大氣壓是指壓力儀表所處的環(huán)境的壓力。5．答：溫度計隨物體的冷熱程度不同有顯著的變化。6．答：任何一種經驗溫標不能作為度量溫度的標準。由于經驗溫標依賴于測溫物質的性質，當選用不同測溫物質的溫度計、采用不同的物理量作為溫度的標志來測量溫度時，除選定為基準點的溫度，其他溫度的測定值可能有微小的差異。7．答：系統(tǒng)內部各部分之間的傳熱和位移或系統(tǒng)與外界之間的熱量的交換與功的交換都是促使系統(tǒng)狀態(tài)變化的原因。8．答：（1）第一種情況如圖1-1（a）,不作功（2）第二種情況如圖1-1（b）,作功（3）第一種情況為不可逆過程不可以在p-v圖上表示出來，第二種情況為可逆過程可以在p-v圖上表示出來。9．答：經歷一個不可逆過程后系統(tǒng)可以恢復為原來狀態(tài)。系統(tǒng)和外界整個系統(tǒng)不能恢復原來狀態(tài)。

10．答：系統(tǒng)經歷一可逆正向循環(huán)及其逆向可逆循環(huán)后，系統(tǒng)恢復到原來狀態(tài)，外界沒有變化；若存在不可逆因素，系統(tǒng)恢復到原狀態(tài)，外界產生變化。

11．答：不一定。主要看輸出功的主要作用是什么，排斥大氣功是否有用。第二章熱力學第一定律1．答：將隔板抽去，根據熱力學第一定律其中所以容器中空氣的熱力學能不變。若有一小孔，以B為熱力系進行分析只有流體的流入沒有流出，，忽略動能、勢能B部分氣體的熱力學能增量為，A部分氣體的熱力學能減少量為2．答:熱力學第一定律能量方程式不可以寫成題中所述的形式。對于只有在特殊情況下，功可以寫成。熱力學第一定律是一個針對任何情況的定律，不具有=這樣一個必需條件。對于公式，功和熱量不是狀態(tài)參數所以不能寫成該式的形式。3．答：

適用于任何過程，任何工質

可逆過程，任何工質4．答：推動功是由流進（出）系統(tǒng)的工質傳遞而由工質后面的物質系統(tǒng)作出的。對于閉口系統(tǒng)，不存在工質的流進（出）所以不存在這樣進行傳遞的功。12．答：可以。因為熵是狀態(tài)參數，只與初終狀態(tài)有關，與過程無關。13．答：中，為一微元可逆變化過程中與熱源交換的熱量，而中為工質溫度升高所吸收的熱量，他們是不能等同的所以這一結論是錯誤的。14．（1）（×）（2）（×）（3）（×）（4）（×）（5）（√）15．答：不適用16．答：因為,，混合氣體的折合摩爾質量相同，但是組分A和B摩爾的摩爾質量大小關系不能確定。所以不能斷定第四章理想氣體的熱力過程1．答：主要解決的問題及方法：

1．根據過程特點（及狀態(tài)方程）過程方程

2．根據過程方程始、終狀態(tài)參數之間的關系

3．由熱力學第一定律等4．分析能量轉換關系（用P—V圖及T—S圖）（根據需要可以定性也可以定量）例：1）

程方程式：

（特征）

（方程）2)

始、終狀態(tài)參數之間的關系：3)

計算各量：

4)

上工質狀態(tài)參數的變化規(guī)律及能量轉換情況閉口系：1—2過程

q

q

開口系：1—2過程

qq

2．答：不是都適用。第一組公式適用于任何一種過程。第二組公式適用于定容過程，適用于定壓過程。3．答：定溫過程對氣體應加入熱量。4．答：對于一個定溫過程，過程途徑就已經確定了。所以說是與途徑有關的。5．答：成立6．答：不只限于理想氣體和可逆的絕熱過程。因為和是通用公式，適用于任何工質任何過程，只要是絕熱過程無論是可逆還是不可逆。所以和不只限于可逆絕熱過程。7．（1）（×）（2）（×）（3）（×）8．答：q1-2-3=Δu1-2-3+w1-2-3,q1-4-3=Δu1-4-3+w1-4-3∵Δu1-2-3=Δu1-4-3,w1-2-3>w1-4-3∴q1-2-3>q1-4-3b、c在同一條絕熱線上，若b、c在同一條定溫線上，二者相等。9．答：絕熱過程，不管是否是可逆過程都有所以在T-S圖上的表示方法與第三章第十一題相同。10．答：1）的判別：以（V）為界：

2），的判別：以（T）為界：

3）的判別：以（T）為界：

第五章熱力學第二定律1.答：不能這樣表述。表述不正確，對于可逆的定溫過程，所吸收的熱量可以全部轉化為機械能，但是自身狀態(tài)發(fā)生了變化。所以這種表述不正確。2.答：不正確。自發(fā)過程是不可逆過程是正確的。非自發(fā)過程卻不一定為可逆過程。3.答：一切非準靜態(tài)過程都是不可逆過程。不可逆因素有：摩擦、不等溫傳熱和不等壓做功。4.答：熱力學第二定律的兩種說法反映的是同一客觀規(guī)律——自然過程的方向性是一致的，只要一種表述可能，則另一種也可能。假設熱量Q2能夠從溫度T2的低溫熱源自動傳給溫度為T1的高溫熱源?，F有一循環(huán)熱機在兩熱源間工作，并且它放給低溫熱源的熱量恰好等于Q2。整個系統(tǒng)在完成一個循環(huán)時，所產生的唯一效果是熱機從單一熱源（T1）取得熱量Q1-Q2，并全部轉變?yōu)閷ν廨敵龅墓。低溫熱源的自動傳熱Q2給高溫熱源，又從熱機處接受Q2，故并未受任何影響。這就成了第二類永動機。違反了克勞修斯說法，必須違反了開爾文說法。反之，承認了開爾文說法，克勞修斯說法也就必然成立。5.（1）（×）（2）（×）（3）（×）6.答：這兩個公式不相同。適用于任何工質，任何循環(huán)。適用于任何工質，卡諾循環(huán)7.答：不違反熱力學第二定律，對于理想氣體的定溫過程，從單一熱源吸熱并膨脹做功，工質的狀態(tài)發(fā)生了變化，所以不違反熱力學第二定律8.

（1）（×）（2）（×）（3）（×）9（1）熵增大的過程必為不可逆過程（×）（2）使系統(tǒng)熵增大的過程必為不可逆過程（×）（3）熵產的過程必為不可逆過程（√）（4）不可逆過程的熵變無法計算（×）（5）如果從同一初始態(tài)到同一終態(tài)有兩條途徑，一為可逆，另一為不可逆，則，，是否正確？答：、、（6）不可逆絕熱膨脹的終態(tài)熵大于初態(tài)熵，S2>S1，不可逆絕熱壓縮的終態(tài)熵小于初態(tài)熵S2<S1?答：不可逆絕熱膨脹的終態(tài)熵大于初態(tài)熵S2>S1不可逆絕熱壓縮的終態(tài)熵也大于初態(tài)熵S2>S1。（7）工質經過不可逆循環(huán)有？答：工質經過不可逆循環(huán)有10.答：由圖5-2可知為1-a-b-2-1的面積；為1-a-c-2-1的面積

11.答：由同一初態(tài)經可逆絕熱壓縮和不可逆絕熱壓縮兩種過程到相同終壓如5-3圖所示。

由5-4圖可知，可逆絕熱壓縮過程的技術功為面積1-2T-j-m-1，不可逆絕熱壓縮過程的技術功為面積1-2’T12.答：若系統(tǒng)內進行的是不可逆過程則系統(tǒng)的總能不變，總熵增加，總火用減小第六章氣體與蒸汽的流動1.答：改變氣流速度主要是氣流本身狀態(tài)變化。2.答：氣流速度為亞聲速時圖6-1中的1圖宜于作噴管，2圖宜于作擴壓管，3圖宜于作噴管。當聲速達到超聲速時時1圖宜于作擴壓管，2圖宜于作噴管，3圖宜于作擴壓管。4圖不改變聲速也不改變壓強。3.答：摩擦損耗包含在流體出口的焓值里。摩擦引起出口速度變小，出口動能的減小引起出口焓值的增大。4.答：1）若兩噴管的最小截面面積相等，兩噴管的流量相等，漸縮噴管出口截面流速小于縮放噴管出口截面流速，漸縮噴管出口截面壓力大于縮放噴管出口截面壓力。2)若截取一段，漸縮噴管最小截面面積大于縮放噴管最小截面面積，則漸縮噴管的流量小于縮放噴管的流量，漸縮噴管出口截面流速小于縮放噴管出口截面流速，漸縮噴管出口截面壓力大于縮放噴管出口截面壓力。5.答：定焓線并不是節(jié)流過程線。在節(jié)流口附近流體發(fā)生強烈的擾動及渦流，不能用平衡態(tài)熱力學方法分析，不能確定各截面的焓值。但是在距孔口較遠的地方流體仍處于平衡態(tài)，忽略速度影響后節(jié)流前和節(jié)流后焓值相等。盡管節(jié)流前和節(jié)流后焓值相等，但不能把節(jié)流過程看作定焓過程。距孔口較遠的地方屬于焓值不變的過程所以=0第七章壓氣機的壓氣過程1.答：分級壓縮主要是減小余隙容積對產氣量的影響，冷卻作用只是減小消耗功。所以仍然需要采用分級壓縮。2.答：絕熱壓縮時壓氣機不向外放熱，熱量完全轉化為工質的內能，使工質的溫度升高不利于進一步壓縮容易對壓氣機造成損傷，耗功大。等溫壓縮壓氣機向外放熱，工質的溫度不變，有利于進一步壓縮耗功小，所以等溫壓縮更為經濟。3.答：由第一定律能量方程式，定溫過程，所以，同時則有多變過程絕熱壓縮過程，所以等溫過程所作的功為圖7-1中面積1-2T-m-n-1，絕熱過程所作的功為圖中面積1--f-n-1

多變過程所作的功為圖中面積1-2’n-j-g-2n-.

答：多消耗的功量并不就是損失的做功能力損失。因為為圖9-2上面積1-7-n-m所示。

5.答：若壓縮過程1-2是可逆的，則為升溫升壓吸熱過程。它與不可逆絕熱壓縮過程的區(qū)別是：該過程沒有不可逆因素的影響，所消耗的功是最小的，且可以在T-s圖上把該過程的吸熱量表示出來。對于不可逆絕熱壓縮過程，，而可逆絕熱壓縮過程，所以不可逆過程消耗的功大，數值為第八章氣體動力循環(huán)

答：分析動力循環(huán)的一般方法：首先把實際過程的不可逆過程簡化為可逆過程。找到影響熱效率的主要因素和提高熱效率的可能措施。然后分析實際循環(huán)與理論循環(huán)的偏離程度，找出實際損失的部位、大小、原因以及改進辦法。2.答：若兩者初態(tài)相同，壓縮比相同，它們的熱效率相等。因為而對于定壓加熱理想循環(huán)帶入效率公式可知二者相等。若卡諾循環(huán)的壓縮比與他們相同，則有，他們的效率都相等。3.答：理論上可以利用回熱來提高熱效率。在實際中也得到適當的應用。如果采用極限回熱，可以提高熱效率但所需的回熱器換熱面積趨于無窮大，無法實現。4.答：采用定溫壓縮增加了循環(huán)凈功。而在此過程中不變，變小，所以其熱效率降低。答：定溫膨脹增大膨脹過程作出的功，增加循環(huán)凈功，但在此過程中變大，不變，所以其熱效率降低。6.答：該理論循環(huán)熱效率比定壓燃燒噴氣式發(fā)動機循

環(huán)的熱效率降低。因為當利用噴油嘴噴出燃油進行加力燃燒時，雖然多做了功增大了推力，但是功的增加是在吸收了大量的熱的基礎上獲得的。由圖可知獲得的功與需要的熱的比值小于定壓燃燒噴氣式發(fā)動機循環(huán)的比值，導致整體的理論循環(huán)的熱效率比定壓燃燒噴氣式發(fā)動機循環(huán)的熱效率降低。7.答：原方案：

循環(huán)吸熱量：Q1=cmΔt，循環(huán)凈功：w0=wT-wc=m[(h3-h4)-(h2-h1)]

(1)第2方案：

循環(huán)吸熱量：Q1=cmAΔt+cmBΔt=cmΔt

(2)

循環(huán)凈功：w0=wTB=mB(h3-h4)

(3)對于第2方案，wTA=wc，即：mA(h3-h4)=m(h2-h1)或(m-mB)(h3-h4)=m(h2-h1)

(4)由(3)、(4)解得：w0=m[(h3-h4)-(h2-h1)]結論：兩種方案循環(huán)吸熱量與循環(huán)凈功均相同，因而熱力學效果相同，熱效率w0/Q1必相同。第九章實際氣體答：理想氣體模型中忽略了氣體分子間的作用力和氣體分子所占據的體積。實際氣體只有在高溫低壓狀態(tài)下，其性質和理想氣體相近?；蛘咴诔爻合?，那些不易液化的氣體，如氧氣、氦氣、空氣等的性質與理想氣體相似，可以將它們看作理想氣體，使研究的問題簡化。2.答：壓縮因子為溫度、壓力相同時的實際氣體比體積與理想氣體比體積之比。壓縮因子不僅隨氣體的種類而且隨其狀態(tài)而異，故每種氣體應有不同的曲線。因此不能取常數。3.答：范德瓦爾方程其計算精度雖然不高，但范德瓦爾方程式的價值在于能近似地反映實際氣體性質方面的特征，并為實際氣體狀態(tài)方程式的研究開拓了道路，因此具有較高的地位。4.答：當需要較高的精度時應采用實驗數據擬和得到a、b。利用臨界壓力和臨界溫度計算得到的a、b值是近似的。5.答：在相同的壓力與溫度下，不同氣體的比體積是不同的，但是只要他們的和分別相同，他們的必定相同這就是對應態(tài)原理，。對應態(tài)原理并不是十分精確，但大致是正確的。它可以使我們在缺乏詳細資料的情況下，能借助某一資料充分的參考流體的熱力性質來估算其他流體的性質。相對于臨界參數的對比值叫做對比參數。對比溫度，對比壓力，對比比體積。6.答：對簡單可壓縮的系統(tǒng)，任意一個狀態(tài)參數都可以表示成另外兩個獨立參數的函數。其中，某些狀態(tài)參數若表示成特定的兩個獨立參數的函數時，只需一個狀態(tài)函數就可以確定系統(tǒng)的其它參數，這樣的函數就稱為“特性函數”由函數知且將兩公式進行對比則有，但是對于比容無法用該函數表示出來，所以此函數不是特性函數。7.答：將狀態(tài)方程進行求導，然后帶入熱力學能、焓或熵的一般關系式，在進行積分。8.答：以為獨立變量時,將第二方程代入同時，得到同理：以為獨立變量時,將第三方程代入，得到以為獨立變量時，將第一方程代入得以為獨立變量時，將第三方程代入得9.答：熱力學能、焓、熵都是狀態(tài)參數，計算兩個平衡狀態(tài)之間的變量可任意選擇其過程。所以同樣適用于不可逆過程。10.答：比熱容一般關系式：對于液態(tài)水，在壓力不變條件下，比容隨溫度的變化很小，因而cp-cv≈0。即：液態(tài)和固態(tài)物質一般不區(qū)分定壓比熱與定容比熱，而氣體cp≠cv，要區(qū)分。11.答：與水的相圖比較，顯著的差別是固液二相平衡線的傾斜方向不同，由于液態(tài)水凝固時容積增大，依據克拉貝隆-克勞修斯方程固液相平衡曲線的斜率為負。而其他物質則相反。第十章水蒸氣及動力循環(huán)1.答：水的三相點狀態(tài)參數不是唯一的，其中溫度、壓力是定值而比體積不是定值；臨界點是唯一的，其比體積、溫度、壓力都是確定的；三相點是三相共存的點，臨界點是飽和水線與飽和蒸汽線的交點，在該點飽和水線與飽和蒸汽線不再有分別。2.答：水的集態(tài)為高壓水，若有裂縫則會產生爆裂事故。3.答：這種說法是不對的。因為溫度不變不表示熱力學能不變。這里分析的是水，定壓汽化有相變，不能作為理想氣體來處理，所以。不能得到這樣的結果。4.答：適用于理想氣體，不能應用于水定壓汽化過程，水不能作為理想氣體來處理。5.答：圖10-1中循環(huán)6-7-3-4-5-6局限于飽和區(qū)，上限溫度受制于臨界溫度，導致其平均吸熱溫度較低，故即使實現卡諾循環(huán)其熱效率也不高。6.答：通過對熱機的效率進行分析后知道，提高蒸汽的過熱溫度和蒸汽的壓力，都能使熱機效率提高。在本世紀二三十年代，材料的耐熱性較差，通過提高蒸汽的溫度而提高熱機的效率比較困難，因此采用再熱循環(huán)來提高蒸汽初壓。隨著耐熱材料的研究通過提高蒸汽的溫度而提高熱機的效率就可以滿足工業(yè)要求。因此很長一段時期不再設計制造再熱循環(huán)工作設備。近年來要求使用的蒸汽初壓提高，由于初壓的提高使得乏氣干度迅速降低，引起氣輪機內部效率降低，另外還會侵蝕汽輪機葉片縮短汽輪機壽命，所以乏氣干度不宜太低，必須提高乏氣溫度，就要使用再熱循環(huán)。7.答：計算回熱循環(huán)主要是計算抽氣量。1）對于混合式回熱加熱器對如圖11-4所示的N級抽汽回熱的第j級加熱器，列出質量守恒方程為能量守恒方程為解得第j級抽氣量為2）對于表面式回熱加熱器，其抽氣量仍是通過熱平衡方程求取8.答：這與卡諾定理并不矛盾?？ㄖZ定理當中的可逆循環(huán)忽略了循環(huán)當中所有的不可逆因素，不存在任何不可逆損失，所以這時熱能向機械能轉化只由熱源的條件所決定。而實際循環(huán)中存在各種不可逆損失，由于工質性質不同，不可逆因素和不可逆程度是各不相同的，因此其熱效率與工質性質有關。9.答：這樣的想法是不對的。因為從熱力學第二定律來講一個非自發(fā)過程的進行必定要有一個自發(fā)過程的進行來作為補充條件。乏氣向冷取水排熱就是這樣一個補充條件，是不可缺少的。10.答：柴油機的汽缸壁因為有冷卻水和進入氣缸的空氣冷卻，燃燒室和葉片都可以冷卻，其材料可以承受較高燃氣溫度，燃氣溫度通?？筛哌_1800-2300K，而蒸汽循環(huán)蒸汽過熱器外面是高溫燃氣里面是蒸汽，所以過熱器壁面溫度必定高于蒸汽溫度，這與柴油機是不同的，蒸汽循環(huán)的最高蒸汽溫度很少超過600K.。因此蒸汽循環(huán)的熱效率較低。11.答：這種想法是不正確的?；責嵫h(huán)是是通過減少了溫差傳熱不可逆因素，從而使熱效率提高，使該循環(huán)向卡諾循環(huán)靠近了一步。而該題中的想法恰恰是又增加了

溫差傳熱不可逆因素。因此對效率提高是沒有好處的。12.答：熱量利用系數說明了全部熱量的利用程度，但是不能完善的衡量循環(huán)的經濟性。能量分為可用能與不可用能，能量的品位是不同的。在實際工程應用中用的是可用能?？捎媚茉诟鱾€部分各個過程的損失是不能用熱量利用系數來說明的。13.答：提高循環(huán)熱效率的共同原則是：提高工質的平均吸熱溫度。第十一章制冷循環(huán)答：壓縮空氣制冷循環(huán)不能采用節(jié)流閥來代替膨脹機。工質在節(jié)流閥中的過程是不可逆絕熱過程，不可逆絕熱節(jié)流熵增大，所以不但減少了制冷量也損失了可逆絕熱膨脹可以帶來的功量。而壓縮蒸汽制冷循環(huán)在膨脹過程中，因為工質的干度很小，所以能得到的膨脹功也極小。而增加一臺膨脹機，既增加了系統(tǒng)的投資，又降低了系統(tǒng)工作的可靠性。因此，為了裝置的簡化及運行的可靠性等實際原因采用節(jié)流閥作絕熱節(jié)流。2.答：采用回熱后沒有提高其理論制冷系數但能夠提高其實際制冷系數。因為采用回熱后工質的壓縮比減小，使壓縮過程和膨脹過程的不可逆損失的影響減小，因此提高實際制冷系數。3.答：過程4-8熵減，必須放熱才能實現。而4點工質溫度為環(huán)境溫度T0，要想放熱達到溫度Tc（8點），必須有溫度低于Tc的冷源，這是不存在的。(如果有，就不必壓縮制冷了)。4.答：制冷劑應具備的性質：對應于裝置的工作溫度，要有適中的壓力；在工作溫度下氣化潛熱要大；臨界溫度應高于環(huán)境溫度；制冷劑在T-s圖上的上下界限線要陡峭；工質的三相點溫度要低于制冷循環(huán)的下限溫度；比體積要??；傳熱特性要好；溶油性好；無毒等。限產直至禁用R11和R12時十分必要的，因為這類物質進入大氣后在紫外線作用下破壞臭氧層使得紫外線直接照射到地面，破壞原有的生態(tài)平衡。5.答：各種制冷循環(huán)都有共同點。從熱力學第二定律的角度來看，無論是消耗機械能還是熱能都是使熵增大，以彌補熱量從低溫物體傳到高溫物體造成的熵的減小，