工程熱力學課后思考題答案--第四版-沈維道-童鈞耕主編-高等教育出版社.解析

1、工愆熱力學課疳匿考題答案第四版沈維適 童鉤耕主編 高等教育曲版社1閉口系與外界無物質交換，系統(tǒng)內質量保持恒定，那么系統(tǒng)內質量保持恒定的熱力系一定是閉口系 統(tǒng)嗎？不一定，穩(wěn)定流動系統(tǒng)內質量也保持恒定。2. 有人認為開口系統(tǒng)內系統(tǒng)與外界有物質交換，而物質又與能量不可分割，所以開口系統(tǒng)不可能是絕 熱系。對不對，為什么？不對，絕熱系的絕熱是指熱能單獨通過系統(tǒng)邊界進行傳遞（傳熱量），隨物質進出的熱能（準確地說是熱力學能）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)會改變嗎？絕對壓

2、力計算公熱力學第零定律-Pv (P Scv=0是指過程進行時間前后的變化值，穩(wěn)定流動系統(tǒng)在不同時間內各點的狀態(tài)參數(shù)都不發(fā)生變化，所以Ucv=0、 Hcv=0、 Scv=0。穩(wěn)定流動開口系內不同部分工質的比熱力學能、比焓、比熵等的改變僅僅是依坐標的改變。12. 開口系實施穩(wěn)定流動過程，是否同時滿足下列三式：Q=dU+ WQ=dH+ WtQ=dH+ 爭 c： +mgdz+ Wi上述三式中，W、Wt和Wi的相互關系是什么？答：都滿足。W=d(pv)+ Wt= d(pv)+C +mgdz+ WiW t=爭 c： +mgdz+ Wi13. 幾股流體匯合成一股流體稱為合流，如圖2-13所示。工程上幾臺壓氣

3、機同時向主氣道送氣以及混合式換熱器等都有合流的問題。 通常合流過程都是絕熱的。 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出出口截面上焓值h3的計算式。進入系統(tǒng)的能量-離開系統(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。進入系統(tǒng)的能量：qm1帶入的和qm2帶入的。沒有熱量輸入。2 2qm1 (h1+Cf1 /2+gz1)+ qm2 (h2+Cf2 /2+gz2)離開系統(tǒng)的能量：qm3帶出的，沒有機械能(軸功)輸出。qm3 (h3+Cf32/2+gz3)如果合流前后流速變化不太大，且勢能變化一般可以忽略，則能量方程為:qm1 hi+ qm2 h2= qm3 h

4、3出口截面上焓值h3的計算式h3=( qmi hi+ qm2 h2)/ q m3般習慣前后反過本題中，如果流體反向流動就是分流問題，分流與合流問題的能量方程式是一樣的， 來寫qmi hl = qm2 h2+ qm3 h31怎樣正確看待“理想氣體”這個概念？在進行實際計算時如何決定是否可采用理想氣體的一些公 式？第一個問題很含混，關于“理想氣體”可以說很多。可以說理想氣體的定義：理想氣體，是一種假 想的實際上不存在的氣體，其分子是一些彈性的、不占體積的質點，分子間無相互作用力。也可以說， 理想氣體是實際氣體的壓力趨近于零時極限狀況。還可以討論什么情況下，把氣體按照理想氣體處理， 這已經是后一個問

5、題了。后一個問題， 當氣體距離液態(tài)比較遠時 (此時分子間的距離相對于分子的大小 非常大)，氣體的性質與理想氣體相去不遠，可以當作理想氣體。理想氣體是實際氣體在低壓高溫時的 抽象。2氣體的摩爾體積 Vm 是否因氣體的種類而異？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。任何氣體在標準狀態(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。3摩爾氣體常數(shù) R 值是否隨氣體的種類而不同或狀態(tài)

6、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、狀態(tài)等均無關。4. 如果某種工質的狀態(tài)方程式為pv=RgT,這種工質的比熱容、熱力學能、焓都僅僅是溫度的函數(shù)嗎？是的。5. 對于確定的一種理想氣體，Cp -Cv是否等于定值？ Cp/Cv是否為定值？ Cpv、Cp/Cv是否隨溫度變化？Cp-v=Rg，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。6. 邁耶公式Cp-Cv=Rg是否適用于動力工程中應用的高壓水蒸氣？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。7. 氣體有兩個獨立的參數(shù)，u （或h）可以表示為p和v的函數(shù)，即u=f（p, v）。但

7、又曾得出結論，理想 氣體的熱力學能（或焓）只取決于溫度，這兩點是否矛盾？為什么？不矛盾。pv=RgT。熱力學能（或焓）與溫度已經相當于一個狀態(tài)參數(shù)，他們都可以表示為獨立參數(shù)p和v的函數(shù)。8. 為什么工質的熱力學能、焓和熵為零的基準可以任選，所有情況下工質的熱力學能、焓和熵為零的 基準都可以任選？理想氣體的熱力學能或焓的參照狀態(tài)通常選定哪個或哪些個狀態(tài)參數(shù)值？對理想氣 體的熵又如何？我們經常關注的是工質的熱力學能、 焓和熵的變化量， 熱力學能、焓和熵的絕對量對變化量沒有影 響，所以可以任選工質的熱力學能、焓和熵為零的基準。所有情況下工質的熱力學能、焓和熵為零的基 準都可以任選？不那么絕對，但是在

8、工程熱力學范圍內，可以這么說。工質的熱力學能、焓和熵的絕對 零點均為絕對零度(0K)，但是目前物理學研究成果表明，即使絕對零度，工質的熱力學能、焓和熵也 不準確為零，在絕對零度，物質仍有零點能，由海森堡測不準關系確定。 (熱力學第三定律可以表述為， 絕對零度可以無限接近，但永遠不可能達到。 )標準狀態(tài)( p=101325Pa， T=273.15K ) 。 ( p=101325Pa ， T=293.15K ) 、 ( p=101325Pa ， T=298.15K)， 水的三相點，等等。9. 氣體熱力性質表中的 u、h及s0的基準是什么狀態(tài)？標準狀態(tài)10. 在圖3-15所示的T -圖上任意可逆過程

9、1 -的熱量如何表示？理想氣體 1和2狀態(tài)間熱力學能變 化量、焓變化量能否在圖上用面積表示？若1經過的是不可逆過程又如何？曲線1-2下的曲邊梯形面積就是任意可逆過程1 -的熱量。dQ=TdS沿過程的積分。Q= U+W，所以U=Q -V。不可逆過程傳熱量不能用曲邊梯形面積表達，但是熱力學能和焓還可以用原方式表達，因為熱力學能和焓都是狀態(tài)參數(shù)，其變化與過程路徑無關。11. 理想氣體熵變計算式(3-39)、(3-41)、(3-43)等是由可逆過程導出，這些計算式是否可以用于不 可逆過程初、終態(tài)的熵變？為什么？可以。熵是狀態(tài)參數(shù)，其變化與過程路徑無關。12. 熵的數(shù)學定義式為 ds=dq/T，又dq=

10、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)，這一結論是否正確？若不正確，錯在何處？不正確。錯在c不是狀態(tài)參數(shù)，與過程有關。是溫度單值函數(shù)的是定過程比熱。13試判斷下列各說法是否正確：（ 1）氣體吸熱后熵一定增大； （ 2）氣體吸熱后溫度一定升高； （3）氣體吸熱后熱力學能一定增加；（ 4）氣體膨脹時一定對外作功； （5）氣體壓縮時一定耗功。（ 1）正確；（ 2）不正確；（3）不正確；（4）正確；（ 5）正確。14氮、氧、氨這樣的工質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（非混合物）都有飽和狀態(tài)的概念

11、，也存在臨界狀態(tài)。此外的物質性質更 為復雜。15水的三相點的狀態(tài)參數(shù)是不是唯一確定的？三相點與臨界點有什么差異？水的三相點的狀態(tài)參數(shù)是唯一確定的， 這一點由吉布斯相律確認： 對于多元 （如 k 個組元） 多相（如 f個相）無化學反應的熱力系，其獨立參數(shù)，即自由度n = k- + 2。三相點：k =1, f = 3,故n = 0。三相點是三相共存點，在該點發(fā)生的相變都具有相變潛熱。臨界點兩相歸一，差別消失，相變是連 續(xù)相變， 沒有相變潛熱。 三相點各相保持各自的物性參數(shù)沒有巨大的變化，臨界點的物性參數(shù)會產生巨 大的峰值變化。三相點和臨界點是蒸汽壓曲線的兩個端點。三相點容易實現(xiàn)，臨界點不容易實現(xiàn)。

12、 16水的汽化潛熱是否是常數(shù)？有什么變化規(guī)律？水的汽化潛熱不是常數(shù)， 三相點汽化潛熱最大，隨著溫度和壓力的提高汽化潛熱逐漸縮小，臨界點 處汽化潛熱等于零。17. 水在定壓汽化過程中，溫度保持不變，因此，根據(jù)q=7+w，有人認為過程中的熱量等于膨脹功，即q=w,對不對？為什么？不對。厶u=5訂 是對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的結論是錯的。18. 有人根據(jù)熱力學第一定律解析式 6q=dhwdp和比熱容的定義c=，所以認為心hp=CpT是普遍適用dTT1于一切工質的。進而推論得出水定壓汽化時，溫度不變，因此其焓變量衛(wèi)hp=Cp；T =0。這一推論錯誤在T1哪

13、里？c= 4是針對單相工質的，不適用于相變過程。dT133匡暮考軀1. 試以理想氣體的定溫過程為例，歸納氣體的熱力過程要解決的問題及使用方法。要解決的問題：揭示過程中狀態(tài)參數(shù)的變化規(guī)律，揭示熱能與機械能之間的轉換情況，找出其內在規(guī)律及影響轉化的因素。 在一定工質熱力性質的基本條件下，研究外界條件對能量轉換的影響，從而加以利用。使用的方法：分析典型的過程。分析理想氣體的定值的可逆過程，即過程進行時限定某一參數(shù)不 發(fā)生變化。分析步驟1）建立過程方程式；2）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)之間的關系；3）求出能量參數(shù)的變化（過程功、技術功、熱力學能、焓、熵、傳熱量等等）；4）畫出過

14、程變化曲線（在 T-s圖、p-v圖上）。2. 對于理想氣體的任何一種過程，下列兩組公式是否都適用？u=Cv（t2-i）, h=Cp（t2-i）; q= u=a（t2-i）, q= h=Cp（t2-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程，第二式只適用于定壓過程。3. 在定容過程和定壓過程中，氣體的熱量可根據(jù)過程中氣體的比熱容乘以溫差來計算。定溫過程氣體 的溫度不變，在定溫膨脹過程中是否需要對氣體加入熱量？如果加入的話應如何計算？需要加入熱量。q=Au+w,對于理想氣體，q=w= RTjn2或qh+wt,對于理想氣體，q =wt= rtin上。ViM4. 過程熱量 q和過程功

15、 w都是過程量，都和過程的途徑有關。由理想氣體可逆定溫過程熱量公式q= PiViin空可知，只要狀態(tài)參數(shù) Pi、Vi和V2確定了，q的數(shù)值也確定了，是否可逆定溫過程的熱量q與V1途徑無關？可逆定溫過程”已經把途徑規(guī)定好了，此時談與途徑的關系沒有意義。再強調一遍，過程熱量q和過程功w都是過程量，都和過程的途徑有關。5. 閉口系在定容過程中外界對系統(tǒng)施以攪拌功-；w，問這時 Q=mcvdT是否成立？不成立。攪拌功 w以機械能形式通過系統(tǒng)邊界，在工質內部通過流體內摩擦轉變?yōu)闊?，從而導致溫度和熱力學能升高。Q是通過邊界傳遞的熱能，不包括機械能。6. 絕熱過程的過程功 w和技術功wt的計算式w=Ui -

16、12, wt=hi 擊2是否只適用于理想氣體？是否只限于可逆絕熱過程？為什么？兩式來源于熱力學第一定律的第一表達式和第二表達式，唯一條件就是絕熱q=0,與是否理想氣體無關，且與過程是否可逆也無關，只是必須為絕熱過程。7. 試判斷下列各種說法是否正確?(1) 定容過程即無膨脹(或壓縮)功的過程；(2) 絕熱過程即定熵過程；(3) 多變過程即任意過程。答：(1)定容過程即無膨脹(或壓縮)功的過程；一一正確。7題圖(2)絕熱過程即定熵過程;錯誤，可逆絕熱過程是定熵過程， 不可逆絕熱過程不是定熵過程8.參照圖4-17，試證明:壓過程。證明：q1-2-3 = qi-2 + q2-3, 4-4-3qi-2

17、= Cv(T2 Ti),qi-4-3。圖中12 4乜各為定容過程，q4-3(3)多變過程即任意過程。一一錯誤，右圖中的過程就不是多變過程。q2-3= Cp(T3T2)= Cv(T32)+R(T32),q4-3= Cv(T3 T4),q1-4= Cp(T4 1) = Cv(T4 -T1)+ R(T4 F)。qi-2-3=qi-2+q2-3= Cv(T2 F)+ Cv(T3 2)+R(T3 -2)=Cvg不)+旳3壬)qi-4-3= qi-4+ q4-3= Cv(T 4 1)+ R(T 4 1)+ Cv(T 3 4)=Cv(T3Ti)+R(T4Ti)于是4-2-3 1-4-3= R(T3 2) -

18、R(T4 Ti)= R(T4 邑-l 匹)-T41)= R(也-)仃41)0PiPiPi所以，qi-2-3 qi-4-3，證畢。9. 如圖4-18所示，今有兩個任意過程a-b及a-c, b點及c點在同一條絕熱線上， 試問人Uab與八:Uac圖4-18圖4-18題解哪個大？（2）若b點及c點在同一條定溫線上，結果又如何?依題意，TbTc,所以丄Uab；Uac。若b點及C點在同一條定溫線上，則Uab= Uac10. 理想氣體定溫過程的膨脹功等于技術功能否推廣到任意氣體？從熱力學第一定律的第一表達式和第二表達式來看，膨脹功和技術功分別等于 w=q - u和Wt=q - h，非理想氣體的 u和厶h不一

19、定等于零，也不可能相等，所以理想氣體定溫過程的膨脹功等于技術功不能 推廣到任意氣體。11. 下列三式的使用條件是什么？P2V2k=PiVik , T iVik-1 =T 2V2k-1 , T 1 pT7 =T 2 P卩使用條件是：理想氣體，可逆絕熱過程。12. T -s圖上如何表示絕熱過程的技術功Wt和膨脹功w?通過過程的起點劃等容線（定容線）4-13在p v和T s圖上如何判斷過程 q、w、二u、h的正負，過程指向定容線右側，系統(tǒng)對外作功，w0 ；過程指向定容線左側，系統(tǒng)接收外功，w0；過程指向定壓線上側，系統(tǒng)接收外來技術功，wt0。通過過程的起點劃等溫線（定溫線），過程指向定溫線下側， u

20、h0、h0。通過過程的起點劃等熵線（定熵線），過程指向定熵線右側，系統(tǒng)吸收熱量，q0 ;過程指向定熵線左側，系統(tǒng)釋放熱量，q0。4-14試以可逆絕熱過程為例，說明水蒸氣的熱力過程與理想氣體的熱力過程的分析計算有什么異同?相同點：都是首先確定起始狀態(tài)和結束狀態(tài)，然后在計算過程的作功量等數(shù)據(jù)。計算過程中，始終 要符合熱力學第一定律。不同點：理想氣體的計算是依靠理想氣體狀態(tài)方程以及功和熱量的積分計算式進行計算，而水蒸氣是依靠查圖查表進行計算。4- 15實際過程都是不可逆的，那么本章討論的理想可逆過程有什么意義？理想可逆過程是對實際過程的近似和抽象， 實際過程過于復雜不易于分析， 通過理想可逆過程的分

21、 析以及根據(jù)實際過程進行適當修正， 可以了解實際過程能量轉換變化情況， 以及如何向理想可逆過程靠 近以提高相應的技術指標。5- 1熱力學第二定律能否表達為：“機械能可以全部變?yōu)闊崮?，而熱能不可能全部變?yōu)闄C械能?！边@種說法有什么不妥當？答：熱能不是不可能全部變成機械能，如定溫過程就可以。但想要連續(xù)地將熱能轉變?yōu)闄C械能則是 不可能的。5-2 理想氣體進行定溫膨脹時，可從單一恒溫熱源吸入的熱量，將之全部轉變?yōu)楣ν廨敵?，是否與熱 力學第二定律的開爾文敘述有矛盾？提示：考慮氣體本身是否有變化。答：理想氣體進行定溫膨脹時，壓力不斷降低，體積越來越大。當壓力低到外界壓力時，就不能再 繼續(xù)降低了， 過程也就

22、停止了。 熱力學第二定律的開爾文敘述的內容是： 不可能制造出從單一熱源吸熱， 使之全部轉化為功而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動機 （第二類永動機是不可能制造成功的。 ） 一方面 壓力降低，體積增大就是變化；另一方面，熱力發(fā)動機要求連續(xù)工作，而定溫過程做不到。所以，這個 過程與熱力學第二定律無矛盾。5-3 自發(fā)過程是不可逆過程，非自發(fā)過程必為可逆過程，這一說法是否正確？答：錯?！胺亲园l(fā)過程必為可逆過程。 ”的說法完全錯誤， 非自發(fā)過程需付出代價 （更強的自發(fā)過程） 才能實現(xiàn)，可逆過程則是一種實際上不存在的理想過程，兩者之間沒有什么關系。5-4 請給“不可逆過程”一個恰當?shù)亩x。請歸納熱力過程中有哪

23、幾種不可逆因素？答：各種不可逆因素總可以表示為將機械能耗散為熱能，例如溫差傳熱，卡諾說：凡是有溫度差的 地方都可以產生動力。 因此，溫差傳熱使得本可以作出的功沒有作出， 這就相當于將機械能耗散為熱能。 凡是最終效果都可以歸結為使機械能耗散為熱能的過程都是不可逆過程。 熱力過程中的不可逆因素有功熱轉換、有限溫差傳熱、自由膨脹、混合過程、電阻等等。5-5試證明熱力學第二定律的各種說法的等效性：若克勞修斯說法不成立，則開爾文說法也不成立答：熱力學第二定律的各種說法都是等效的，可以證明它們之間的等效性。圖4-1圖4-2如圖4-所示，某循環(huán)發(fā)動機E自高溫熱源Ti吸熱Qi,將其中一部分轉化為機械能 Wo,

24、其余部分 Q2=Qi-Wo排向低溫熱源T2，如果可以違反克勞修斯說法，即熱量Q2可以不花代價地自低溫熱源傳到高溫熱源，如圖中虛線所示那樣，則總的結果為高溫熱源失去熱能（Qi 0的過程必為不可逆過程。（1）錯。不可逆絕熱過程熵也會增大。（2）錯，不準確。不可逆放熱過程，當放熱引起的熵減大于不可逆引起的熵增時（亦即當放熱量 大于不可逆耗散所產生的熱量時），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。不可逆放熱過程，當放熱引起的熵減等于不可逆引起的熵增時（亦即當放熱量等于不可逆耗散所產生的熱量時），它也可以表現(xiàn)為熵沒有發(fā)生變化。（4）錯?？赡嫖鼰徇^程熵增大。（5） 錯。理由如

25、上?？梢哉f：“使孤立系統(tǒng)熵增大的過程必為不可逆過程?！保?）對。5-9下述說法是否有錯誤：（1）不可逆過程的熵變 S無法計算；（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，S，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 S2Si，不可逆絕熱壓縮終態(tài)熵小于初態(tài)熵 S2Si；（ 4）工質經過不可逆循環(huán)ds 0， q 0。（1 ）錯。熵是狀態(tài)參數(shù)，只要能夠確定起迄點，就可以確定熵變So（2）錯。應為不可逆=S可逆、Sf，不可逆Sf,可逆、Sg,不可逆Sg，可逆。因為熵是狀態(tài)參數(shù)，同一初始狀態(tài)和同一終了狀態(tài)之間的熵差保

26、持同一數(shù)值，與路徑無關(3 )錯。不可逆絕熱壓縮過程的終態(tài)熵也大于初態(tài)熵，S2Si。(4)錯。ds=O，因為熵是狀態(tài)參數(shù)。5-10從點a開始有兩個可逆過程：絕熱線上(見圖5- 34),問qa-b和qa- b 和 qa- c。0v圖 5 - 34答：可逆定容過程a-b和可逆定定容過程a - b和定壓過程a- c, b、c兩點在同一條 qa-c哪個大？并在T - s圖上表示過程a - b和a - c及壓過程a-c的逆過程c-a以及可逆絕熱線即定熵線上過學第一定律，必然有T圖中，qa-b為abSbsaa圍成的5-11某種理想氣體由同一初態(tài)丿b壓縮到相同的終壓，在p- v過程的技術功及不可逆過程的Sa

27、SbS10題圖qa-b qc-a ,才能對外輸出凈功。也就是，qa-bqa-c。 面積，qa-c為acsbSaa圍成的面積。經可逆絕熱壓縮和不可逆絕熱壓縮兩種過程，將氣體 圖上和T - s圖上畫出兩過程，并在 T - s圖上示出兩 火用損失。程b-c構成一可逆循環(huán)，它們圍成的面積代表了對外作功量，過程a-b吸熱，過程c-a放熱，根據(jù)熱力T11題圖答：見圖5-12孤立系統(tǒng)中進行了 （ 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？ 答：（1 ）孤立系統(tǒng)中進行了可逆過程后，總能、總熵、總火用都不變。（2）孤立系統(tǒng)中進行了不可逆過程后，總能不變，總熵、總火用都發(fā)生變化。5

28、-13 例 5 - 12 中氮氣由 0.45MPa、310K 可逆定溫膨脹變化到 0.11MPa、310K,Wi-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；若錯誤，請改正。（ 1）成熟的蘋果從樹枝上掉下，通過與大氣、地面的摩擦、碰撞，蘋果的勢能轉變?yōu)榄h(huán)境介質的 熱力學能， 勢能全部是 火用，全部轉變?yōu)?火無。（ 2）在水壺中燒水，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

29、，這時的熱量就已沒有 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發(fā)生一個或多個使 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,貝U w=ui - U2?？紤]排斥大氣作功，有用功為Wu= ui - U2 - Po（Vi - V2），但據(jù)火用勺概念系統(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能 火用差：Wu,max=ex,U1 -酬2=Ui -比-T（S1-S2）- P0（Vl-V2）。為什么系統(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??？兩者為什么不一致？P1

30、705-1 ；t=273.15 20 =11.726-T2293.15 268.15Q2=Qi =11.726 一1 2.5 104=2286799kJ/hSt11.726N=W/95%=Q i/(0.95 t)=25 104/(0.95 11.726)=224423kJ/h=0623kWN 電爐=Q1=2.5 104kJ/h= 6.944kW5-2不米用回熱p2=p1=01MPa, T 4=T 1=300K, T 3=T2=1000K, q23=400kJ/kg,q12=Cp(T 2-T1)=1.004 (1000-300)=702.8kJ/kgq34=Cp(T 4-T 3)=1.004 (

31、300-1000)=-702.8kJ/kgq23=RT 2ln(p2/p3), q41=RT1ln(p4/p=RT 1ln(p3/p2)= -RT 1ln(p2/p3)q41=-T 1 q23/T 2= -300 400/1000=-120kJ/kgt=1- q41+q34 / (q12+q23) =1- -702.8-120 / (702.8+400) = 0.2539采用極限回熱，過程 34放熱回熱給過r=1- q41 /q23)=1- -120 /400=0.705-3如圖所示，如果兩條絕熱線可以相交，程 12，q3 q12則令絕熱線s、S交于a點，過b、c兩點作等壓線分別與絕熱線 S、

32、s交于b、c點。于是，過程be、ca、ab組成一閉合循環(huán)回路，沿此回 路可進行一可逆循環(huán)，其中過程 ca、ab均為可逆絕熱過程，只有定壓過程 be為吸熱過程，而循環(huán) 回路圍成的面積就是對外凈輸出功。顯然，這構成了從單一熱源吸熱并將之全部轉變?yōu)闄C械能的熱力發(fā)動機循環(huán)，是違反熱力學第二定律的。k1.45-4 (1) pi=p2(2)見圖。kq31=cp(T1-T3)=-RTzInMpi)/Is5-4題圖t=1-q23q31RT2 In P2Pi300“黒kk 1R(Ti T2 D1 4:(1500-30001.41R(T i-T2),q23=RT 2ln(p2/p3)=0.59765-5 (1)

33、Qh= W net= tQ1=3.5 0.40 100=140kJ c=1- T=1T12900.71Th -T。360360 - 290=5.14Qh,c= cWnet,c= c cQi=5.14 0.71 100=36514kJ(3)此復合系統(tǒng)雖未消耗機械功，但由高溫熱源放出熱量Qi作為代價，使得部分熱量從低溫熱源To傳到較高溫熱源Th，因此并不違背熱力學第二定律。5-6 c=1-匸 刊-型=0.85Ti2000(1) W= cQ1=0.85 1=0.85J，可能作出的最大功為0.85kJ，所以這種情形是不可能實現(xiàn)的。(2) W= cQi=0.85 2=1.70kJ，Q2=Qi-W=2-1

34、 .70=0.30kJ，所以這種情形有實現(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) Qi, c=Wnet/ c=1 .5/0.85= 1.765kJ，Qi=Wnet+Q2=1.5+0.5=2.0kJQi, c,此循環(huán)可以實現(xiàn)，且耗熱比可 逆循環(huán)要多，所以是不可逆循環(huán)。235頁思考題1. 實際氣體性質與理想氣體性質差異產生的原因是什么？在什么條件下才可以把實際氣體作理想氣體處理？答：差異產生的原因就是理想氣體忽略了分子體積與分子間作用力。當P-0時，實際氣體成為理 想氣體。 實際情況是當實際氣體距離其液態(tài)較遠時， 分子體積與分子間作用力的影響很小， 可以把實際 氣體當作理想

35、氣體處理。2. 壓縮因子 Z 的物理意義怎么理解？能否將 Z 當作常數(shù)處理？ 答：由于分子體積和分子間作用力的影響，實際氣體的體積與同樣狀態(tài)下的理想氣體相比，發(fā)生了 變化。變化的比例就是壓縮因子。 Z 不能當作常數(shù)處理。3. 范德瓦爾方程的精度不高， 但是在實際氣體狀態(tài)方程的研究中范德瓦爾方程的地位卻很高， 為什么？ 答：范德瓦爾方程是第一個實際氣體狀態(tài)方程，在各種實際氣體狀態(tài)方程中它的形式最簡單；它較 好地定性地描述了實際氣體的基本特征；其它半理論半經驗的狀態(tài)方程都是沿范德瓦爾方程前進的。4. 范德瓦爾方程中的物性常數(shù) a 和 b 可以由實驗數(shù)據(jù)擬合得到，也可以由物質的Tcr、pcr、vcr

36、 計算得到，需要較高的精度時應采用哪種方法，為什么？答：實驗數(shù)據(jù)來自于實際，而范德瓦爾臨界壓縮因子與實際的壓縮因子誤差較大，所以由試驗數(shù)據(jù) 擬合得到的接近于實際。5. 如何看待維里方程？一定條件下維里系數(shù)可以通過理論計算，為什么維里方程沒有得到廣泛應用？ 答：維里方程具有堅實的理論基礎，各個維里系數(shù)具有明確的物理意義，并且原則上都可以通過理論計算。但是第四維里系數(shù)以上的高級維里系數(shù)很難計算，三項以內的維里方程已在BWR方程、MH方程中得到了應用，故在計算工質熱物理性質時沒有必要再使用維里方程，而是在研究實際氣體狀態(tài)方程時有所應用。6. 什么叫對應態(tài)定律？為什么要引入對應態(tài)定律？什么是對比參數(shù)？

37、答：在相同的對比態(tài)壓力和對比態(tài)溫度下，不同氣體的對比態(tài)比體積必定相同。引入對應態(tài)原理， 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它流體的性 質。某氣體狀態(tài)參數(shù)與其臨界參數(shù)的比值稱為熱力對比參數(shù)。（對比參數(shù)是一種無量綱參數(shù)）7. 物質除了臨界狀態(tài)、p- v圖上通過臨界點的等溫線在臨界點的一階導數(shù)等于零、兩階導數(shù)等于零等 性質以外，還有哪些共性？如何在確定實際氣體的狀態(tài)方程時應用這些共性？答：8. 自由能和自由焓的物理意義是什么？兩者的變化量在什么條件下會相等？答: H=G + TS , U=F + TS。dg =dh - d（Ts） =dh - Tds -

38、 sdT,簡單可壓縮系統(tǒng)在可逆等溫等壓條件下，處于平衡狀態(tài)：dg =-Tds, ds=g dg=O。若此時系統(tǒng)內部發(fā)生不可逆變化（外部條件不變），貝U ds0, = dg0。例如系統(tǒng)內,必要條件是dg0,否則過程不能發(fā)生部發(fā)生化學反應，化學能轉化為內熱能(都是熱力學能)類似地，簡單可壓縮系統(tǒng)在等溫等容條件下，內部發(fā)生變化的必要條件是： df0.0010432 0.0010435 ”=418.18 J/（kg K）15. 水的相圖和一般物質的相圖區(qū)別在哪里？為什么？答：一般物質的相圖中，液固平衡曲線的斜率為正值，壓力越高，平衡溫度（相變溫度）越高。 水的相圖中，液固平衡曲線的斜率為負值，導致壓力

39、越高，平衡溫度（相變溫度）越低。16. 平衡的一般判據(jù)是什么？討論自由能判據(jù)、自由焓判據(jù)和熵判據(jù)的關系。答：孤立系統(tǒng)熵增原理給出了熱力學平衡的一般判據(jù)，即熵判據(jù)。孤立系統(tǒng)中過程進行的方向是使熵增大的方向，當熵達到最大值時，過程不能再進行下去，孤立系統(tǒng)達到熱力學平衡狀態(tài)。在等溫定壓條件下，熵判據(jù)退化為吉布斯自由能（自由焓）判據(jù)：系統(tǒng)的自發(fā)過程朝著使吉布斯自 由能減小的方向進行；等溫定容條件下，熵判據(jù)退化為亥姆霍茲自由能（自由能）判據(jù)：系統(tǒng)的自發(fā)過 程朝著使亥姆霍茲自由能減小的方向進行。1 .對改變氣流速度起主要作用的是通道的形狀還是氣流本身的狀態(tài)變化?答：對改變氣流速度起主要作用的是氣流本身的狀

40、態(tài)變化，即力學條件。通道的形狀即幾何條件也對改變氣流速度起重要作用，兩者不可或缺。但在某些特殊的、局部的場合，矛盾的主次雙方發(fā)生轉化，通 道的形狀可能成為主要作用方面。2. 如何用連續(xù)性方程解釋日常生活的經驗：水的流通截面積增大，流速就降低？答：qm 二 AC = constantv在日常生活中，水可視為不可壓縮流體，其比體積不會發(fā)生變化，因而由上式有Ag=常數(shù)，即截面積變化與速度變化成反比。3. 在高空飛行可達到高超音速的飛機在海平面上是否能達到相同的高馬赫數(shù)？答：不能。高空氣溫低，由理想氣體音速 a=- kpv “kRT可知當?shù)芈曀俦容^低， 一定的飛行速度可以取得 較高的馬赫數(shù)，而海平面溫度比高空高幾十 K,相應聲速較大，同樣的飛行速度所獲得的馬赫數(shù)要小一 些。此外，高空空氣比海平面稀薄得多，飛行阻力也小得多，所以飛行速度上也會有差異。4. 當氣流速度分別為亞聲速和超聲速時，下列形狀的管道（圖7 - 16）宜于作噴管還是宜于作擴壓管？圖7-16思考題7 - 4附圖噴管擴壓管噴