工程熱力學(xué)課后思考題答案__第四版_沈維道_童鈞耕

1、最新資料推薦1閉口系與外界無物質(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)確地說是熱力學(xué)能）不在其中。3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倘使容器中氣體的壓力沒有改變，試問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(p pb), p= pb -pv (p

2、0p1p1p1所以， q1-2-3q1-4-3 ，證畢。9如圖 4-18 所示，今有兩個(gè)任意過程ab 及 ac，b 點(diǎn)及 c 點(diǎn)在同一條絕熱線上，(1) 試問 uab 與 uac 哪個(gè)大？ (2)若 b 點(diǎn)及 c 點(diǎn)在同一條定溫線上，結(jié)果又如何？依題意， tbtc，所以u(píng)ab uac。若 b 點(diǎn)及 c 點(diǎn)在同一條定溫線上，則uab=uac。pbpbtbtcacacovov圖 4-18圖 4-18題解10理想氣體定溫過程的膨脹功等于技術(shù)功能否推廣到任意氣體？從熱力學(xué)第一定律的第一表達(dá)式和第二表達(dá)式來看，膨脹功和技術(shù)功分別等于w=q u 和 wt=q h，非理想氣體的u 和h 不一定等于零，也不可

3、能相等，所以理想氣體定溫過程的膨脹功等于技術(shù)功不能推廣到任意氣體。11下列三式的使用條件是什么？k1k 1p2 v2 k=p1v 1k，t1v 1k-1=t 2 v2k-1，t 1pk=t 2pk12使用條件是：理想氣體，可逆絕熱過程。12 ts 圖上如何表示絕熱過程的技術(shù)功wt 和膨脹功 w？9最新資料推薦p=0v=04-13 在 pv 和 t s 圖上如何判斷過程q、w 、 u、 h 的正負(fù)。通過過程的起點(diǎn)劃等容線（定容線），過程指向定容線右側(cè)，系統(tǒng)對(duì)外作功，w0 ；過程指向定容線左側(cè)，系統(tǒng)接收外功， w0；過程指向定壓線上側(cè)，系統(tǒng)接收外來技術(shù)功， w t0。通過過程的起點(diǎn)劃等溫線 （定溫

4、線），過程指向定溫線下側(cè)，u0、 h0、h0。通過過程的起點(diǎn)劃等熵線（定熵線），過程指向定熵線右側(cè)，系統(tǒng)吸收熱量，q0；過程指向定熵線左側(cè)，系統(tǒng)釋放熱量， q0 的過程必為不可逆過程。答：（ 1） 錯(cuò)。不可逆絕熱過程熵也會(huì)增大。（ 2） 錯(cuò)，不準(zhǔn)確。不可逆放熱過程，當(dāng)放熱引起的熵減大于不可逆引起的熵增時(shí)（亦即當(dāng)放熱量大于不可逆耗散所產(chǎn)生的熱量時(shí)） ，它也可以表現(xiàn)為熵略微減少，但沒有可逆放熱過程熵減少那么多。（ 3） 錯(cuò)。不可逆放熱過程，當(dāng)放熱引起的熵減等于不可逆引起的熵增時(shí)（亦即當(dāng)放熱量等于不可逆耗散所產(chǎn)生的熱量時(shí)） ，它也可以表現(xiàn)為熵沒有發(fā)生變化。（ 4）錯(cuò)?？赡嫖鼰徇^程熵增大。（ 5）錯(cuò)。

5、理由如上?？梢哉f： “使 孤立系統(tǒng)熵增大的過程必為不可逆過程。 ”（ 6）對(duì)。5-9 下述說法是否有錯(cuò)誤： （1）不可逆過程的熵變s 無法計(jì)算；（2）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s 不可逆 s 可逆 ， sf，不可逆 sf，可逆 ， sg，不可逆 sg，可逆 ；（ 3）不可逆絕熱膨脹終態(tài)熵大于初態(tài)熵 s2s1，不可逆絕熱壓縮終態(tài)熵小于初態(tài)熵s2s1（;4）工質(zhì)經(jīng)過不可逆循環(huán)ds0 ，q。0tr答：（1）錯(cuò)。熵是狀態(tài)參數(shù)，只要能夠確定起迄點(diǎn)，就可以確定熵變s。（ 2）錯(cuò)。應(yīng)為 s 不可逆 = s 可逆 、sf，不可逆 sg，可逆 。因?yàn)殪厥菭顟B(tài)參數(shù)，同一初始狀

6、態(tài)和同一終了狀態(tài)之間的熵差保持同一數(shù)值，與路徑無關(guān)。（ 3）錯(cuò)。不可逆絕熱壓縮過程的終態(tài)熵也大于初態(tài)熵，s2s1。（ 4）錯(cuò)。 ds 0 ，因?yàn)殪厥菭顟B(tài)參數(shù)。5-10 從點(diǎn) a 開始有兩個(gè)可逆過程： 定容過程 a b 和定壓過程pac，b、 c 兩點(diǎn)在同一條絕熱線上（見圖 534），問 qa b 和 qa c 哪個(gè)大？并在tbs 圖上表示過程a b 和a c 及 qa b 和 qa c。ac0v圖 5 3412最新資料推薦答：可逆定容過程a-b 和可逆定壓過程a-c 的逆過程 c-a 以及可逆絕熱線即定熵線上過程b-c 構(gòu)成一可逆循環(huán)，它們圍成的面積代表了對(duì)外作功量，過程a-b 吸熱，過程 c

7、-a 放熱，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，必然有qa-b qc-a ，才能對(duì)外輸出凈功。 也就是，qa-bqa-c。b圖中，qa-b 為 absb saa 圍成的面積， qa-c 為 acsbsaat圍成的面積。5-11 某種理想氣體由同一初態(tài)經(jīng)可逆絕熱壓縮和不c可逆絕熱壓縮兩種過程，將氣體壓縮到相同的終壓，在p v 圖上和 ts 圖a上畫出兩過程，并在 ts 圖上示出兩過程的技術(shù)功及不可逆過程的火用損sasb失。s答：見圖。10題圖tp1pt1p1不可逆可逆p2t1可逆不可逆p2s1s2sv11 題圖5-12 孤立系統(tǒng)中進(jìn)行了（1）可逆過程；（ 2）不可逆過程，問孤立系統(tǒng)的總能、總熵、總火用各如何變化

8、？答：（ 1）孤立系統(tǒng)中進(jìn)行了可逆過程后，總能、總熵、總火用都不變。（2）孤立系統(tǒng)中進(jìn)行了不可逆過程后，總能不變，總熵、總火用都發(fā)生變化。5-13 例 512 中氮?dú)庥?0.45mpa、 310k 可逆定溫膨脹變化到0.11mpa、 310k ，w1 2， max=w=129.71 kj/kg，但根據(jù)最大有用功的概念，膨脹功減去排斥大氣功（無用功）才等于有用功，這里是否有矛盾？答：沒有矛盾。5-14 下列命題是否正確？若正確，說明理由；若錯(cuò)誤，請(qǐng)改正。（ 1）成熟的蘋果從樹枝上掉下，通過與大氣、地面的摩擦、碰撞，蘋果的勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)境介質(zhì)的熱力學(xué)能， 勢(shì)能全部是 火用，全部轉(zhuǎn)變?yōu)?火無。（2）在

9、水壺中燒水，必有熱量散發(fā)到環(huán)境大氣中，這就是火無，而使水升溫的那部分稱之為火用。（ 3）一杯熱水含有一定的熱量 火用，冷卻到環(huán)境溫度，這時(shí)的熱量就已沒有火用值。（ 4）系統(tǒng)的 火用只能減少不能增加。（ 5）任一使系統(tǒng) 火用增加的過程必然同時(shí)發(fā)生一個(gè)或多個(gè)使火用減少的過程。5-15 閉口系統(tǒng)絕熱過程中，系統(tǒng)由初態(tài)1 變化到終態(tài) 2，則 w=u 1u2?？紤]排斥大氣作功，有用功為wu=u1u2p0 (v1 v2 )，但據(jù) 火用的概念系統(tǒng)由初態(tài) 1 變化到終態(tài) 2 可以得到的最大有用功即為熱力學(xué)能火用差：wu,max=ex,u1exu2 = u1 u2 t0(s1 s2 ) p0(v1v2)。為什么

10、系統(tǒng)由初態(tài) 1 可逆變化到終態(tài)2 得到的最大有用功反而小于系統(tǒng)由初態(tài) 1 不可逆變化到終態(tài) 2 得到的有用功小？?jī)烧邽槭裁床灰恢拢?3最新資料推薦p1705-1 t =t1273.1520=11.726t2t1293.15 268.15q2=t1q111.72612.5 104 =22867.99kj/ht11.726n=w/95%=q 1/(0.95 t)=2.5 104/(0.95 11.726)=2244.23kj/h=0.623kw n 電爐 = q 1=2.5 104kj/h= 6.944kw5-2 不采用回?zé)醦2=p1=0.1mpa, t 4=t 1=300k, t 3=t 2=1

11、000k, q 23=400kj/kg,q12=cp(t2-t 1)=1.004 (1000-300)=702.8kj/kgq34=cp(t4-t 3)=1.004 (300-1000)=-702.8kj/kgq23=rt2ln(p 2 /p3 ), q41=rt1ln(p 4/p1)=rt 1ln(p 3/p2)= -rt 1ln(p 2/p3)q41=-t1 q23/t 2= -300 400/1000=-120kj/kgt=1-q41+q34 / (q 12+q23) =1- -702.8-120 / (702.8+400) = 0.2539采用極限回?zé)?，過程 34 放熱回?zé)峤o過程12，

12、q34q12r=1- q41 /q23) =1- -120 /400=0.705-3 如圖所示，如果兩條絕熱線可以相交，則令絕熱線s1、s2 交于 ap點(diǎn)，過 b、 c 兩點(diǎn)作等壓線分別與絕熱線s1、 s2 交于 b、 c 點(diǎn)。于是，過程 bc、ca、ab 組成一閉合循環(huán)回路，沿此回路可進(jìn)行一可bc逆循環(huán)，其中過程 ca、 ab 均為可逆絕熱過程，只有定壓過程bcs2為吸熱過程，而循環(huán)回路圍成的面積就是對(duì)外凈輸出功。顯然，s1a這構(gòu)成了從單一熱源吸熱并將之全部轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)循環(huán)，是違反熱力學(xué)第二定律的。vkk11500t15-4 (1) p 1=p20.1t23001.41.4 15

13、-3 題圖=27.95mpa(2) 見圖。k(3) q31=cp(t 1-t 3)=r(t1-t 2), q23=rt2ln(p 2/p3)= rt 2ln(p 2/p1)k 1t1t=1-32s5-4 題圖14最新資料推薦rt2 lnp20.1q23p1300 ln27.951k1q31t21.4kr t11500 30011.4 1=0.59765-5 (1) q h= w net= tq1=3.5 0.40 100=140kj(2)t02900.71th360c=1-t11, c=5.141000th t0360 290qh,c= cw net,c= c cq1=5.140.71100=

14、365.14kj(3)此復(fù)合系統(tǒng)雖未消耗機(jī)械功，但由高溫?zé)嵩捶懦鰺崃縬1 作為代價(jià)，使得部分熱量從低溫?zé)嵩磘0傳到較高溫?zé)嵩磘 h，因此并不違背熱力學(xué)第二定律。5-6 c=1-t21300t1=0.852000(1) w= cq1=0.85 1=0.85kj，可能作出的最大功為 0.85kj，所以這種情形是不可能實(shí)現(xiàn)的。(2) w= cq1=0.85 2=1.70kj， q2=q1-w=2-1.70=0.30kj ，所以這種情形有實(shí)現(xiàn)的可能（如果自然界存在可逆過程的話） ，而且是可逆循環(huán)。(3)q1, c=w net/ c=1.5/0.85= 1.765kj，q1=w net+q2=1.5+0.5=2.0kjq 1, c, 此循環(huán)可以實(shí)現(xiàn)， 且耗熱比可逆循環(huán)要多，所以是不可逆循環(huán)。1. 實(shí)際氣體性質(zhì)與理想氣體性質(zhì)差異產(chǎn)生的原因是什么？在什么條件下才可以把實(shí)際氣體作理想氣體處理？答：差異產(chǎn)生的原因就是理想氣體忽略了分