熱工學后題答案

1、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)不隨時間而變化的狀態(tài)。可見平衡必穩(wěn)定，而穩(wěn)定未必平衡。熱力學中引入平衡態(tài)的概念，是為了能對系統(tǒng)的宏觀性質用狀態(tài)參數(shù)來進行描述。2. 表壓力或真空度能否作為狀態(tài)參數(shù)進行熱力計算？若工質的壓力不變，問測量其壓力的壓力表或真空計的讀數(shù)是否可能變化？答：不能，因為表壓力或真空度只是一個相對壓力。若工質的壓力不變，測量其壓力的壓力表或真空計的讀數(shù)可能變化，因為測量所處的環(huán)境壓力可能發(fā)生變化。3 當真空表指示

2、數(shù)值愈大時，表明被測對象的實際壓力愈大還是愈??？答：真空表指示數(shù)值愈大時，表明被測對象的實際壓力愈小。4. 準平衡過程與可逆過程有何區(qū)別？答：無耗散的準平衡過程才是可逆過程，所以可逆過程一定是準平衡過程，而準平衡過程不一定是可逆過程。5. 不可逆過程是無法回復到初態(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)回復到初態(tài)，并不是不能回復到初態(tài)。6. 沒有盛滿水的熱水瓶，其瓶塞有時被自動頂開，有時被自動吸緊，這是什幺原因？答：水溫較高時，水對熱水瓶中的空氣進行加熱，空氣壓力升高，大于環(huán)境壓力，瓶塞被自動頂開。而水溫較低時，熱水

3、瓶中的空氣受冷，壓力降低，小于環(huán)境壓力，瓶塞被自動吸緊。7. 用U形管壓力表測定工質的壓力時，壓力表液柱直徑的大小對讀數(shù)有無影響？答：嚴格說來，是有影響的，因為U型管越粗，就有越多的被測工質進入U型管中，這部分工質越多，它對讀數(shù)的準確性影響越大。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，空氣將充滿整個容器。問： 空氣的熱力學能如何變化？ 空氣是否作出了功？ 能否在坐標圖上表示此過程？為什么？答：（1）空氣向真空的絕熱自由膨脹過程的熱力學能不變。 （2）空氣對外不做功。 （3）不能在坐標圖上表示此過程，因為不是準靜態(tài)過程。2. 下列說法是否正確？ 氣體膨

4、脹時一定對外作功。錯，比如氣體向真空中的絕熱自由膨脹，對外不作功。 氣體被壓縮時一定消耗外功。對，因為根據(jù)熱力學第二定律，氣體是不可能自壓縮的，要想壓縮體積，必須借助于外功。 氣體膨脹時必須對其加熱。 錯，比如氣體向真空中的絕熱自由膨脹，不用對其加熱。 氣體邊膨脹邊放熱是可能的。對，比如多變過程，當n大于k時，可以實現(xiàn)邊膨脹邊放熱。 氣體邊被壓縮邊吸入熱量是不可能的。錯，比如多變過程，當n大于k時，可以實現(xiàn)邊壓縮邊吸熱。 對工質加熱，其溫度反而降低，這種情況不可能。錯，比如多變過程，當n大于1，小于k時，可實現(xiàn)對工質加熱，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

5、否正確？答：不正確，因為外功的含義很廣，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1-a-2中下列各量的大小： W12與W1a2； (2) DU12 與 DU1a2； (3) Q12與Q1a2答：（1）W1a2大。(2)一樣大。 （3）Q1a2大。6. 說明下列各式的應用條件： 閉口系的一切過程 閉口系統(tǒng)的準靜態(tài)過程 開口系統(tǒng)的穩(wěn)定流動過程，并且軸功為零 開口系統(tǒng)的穩(wěn)定定壓流動過程，并且軸功為零；或者閉口系統(tǒng)的定壓過程。7. 膨脹功、軸功、技術功、流動功之間有何區(qū)別與聯(lián)系？流動功的大小與過程特性有無關系？

6、答：膨脹功是系統(tǒng)由于體積變化對外所作的功；軸功是指工質流經(jīng)熱力設備（開口系統(tǒng)）時，熱力設備與外界交換的機械功，由于這個機械工通常是通過轉動的軸輸入、輸出，所以工程上習慣成為軸功；而技術功不僅包括軸功，還包括工質在流動過程中機械能（宏觀動能和勢能）的變化；流動功又稱為推進功，1kg工質的流動功等于其壓力和比容的乘積，它是工質在流動中向前方傳遞的功，只有在工質的流動過程中才出現(xiàn)。對于有工質組成的簡單可壓縮系統(tǒng)，工質在穩(wěn)定流動過程中所作的膨脹功包括三部分，一部分消耗于維持工質進出開口系統(tǒng)時的流動功的代數(shù)和，一部分用于增加工質的宏觀動能和勢能，最后一部分是作為熱力設備的軸功。對于穩(wěn)定流動，工質的技術功

7、等于膨脹功與流動功差值的代數(shù)和。如果工質進、出熱力設備的宏觀動能和勢能變化很小，可忽略不計，則技術功等于軸功。第三章思考題1. 理想氣體的和之差及和之比是否在任何溫度下都等于一個常數(shù)？答：理想氣體的和之差在任何溫度下都等于一個常數(shù)，而和之比不是。2. 如果比熱容是溫度t的單調(diào)增函數(shù)，當時，平均比熱容、中哪一個最大？哪一個最?。看穑河?、的定義可知，其中，其中，其中因為比熱容是溫度t的單調(diào)增函數(shù)，所以可知，又因為故可知最大，又因為：所以最小。3. 如果某種工質的狀態(tài)方程式遵循，這種物質的比熱容一定是常數(shù)嗎？這種物質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

8、溫度的單值函數(shù)。這種物質的比熱容不一定僅是溫度的函數(shù)。由比熱容的定義，并考慮到工質的物態(tài)方程可得到：由此可以看出，如果工質的內(nèi)能不僅僅是溫度的函數(shù)時，則此工質的比熱容也就不僅僅是溫度的函數(shù)了。4. 在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。因為可逆定容加熱過程容積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：所以此過程為過原點的射線2，且向上。理想氣體的可逆定溫加熱過程有： 所以為曲線3，從左到右?？赡娼^熱膨脹過

9、程有：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圖圖上 空氣升壓，升溫，又放熱； 空氣膨脹，升溫，又放熱；(此過程不可能) 的膨脹過程，并判斷、的正負； 的壓縮過程，判斷、的正負。答：（1）空氣升溫、升壓、又放熱有：此多變過程如圖所示，在pv圖上，此過程為沿著幾條曲線的交點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A向上。（2）空氣膨脹，升溫，又放熱有：此多變過程如圖所示，然而要想是過程同時滿足膨脹過程是不可能的。 （3）的膨脹過程，在pv圖上，膨脹過程體積增大，過程從幾條曲線的交點A向下；在Ts圖上，過程從幾條曲線的交

10、點A向下。此過程為放熱，對外做功，內(nèi)能減少。（4）的壓縮過程，在pv圖上，壓縮過程體積減小，過程從幾條曲線的交點A向上；在Ts圖上，過程從幾條曲線的交點A向上。此過程為放熱，外界對空氣做功，內(nèi)能增加。6. 在圖上，如何將理想氣體任意兩狀態(tài)間的熱力學能和焓的變化表示出來。答：理想氣體的內(nèi)能和焓都是溫度的單值函數(shù)，因此在圖上，定內(nèi)能和定焓線為一條平行于T軸的直線，只要知道初態(tài)和終態(tài)的溫度，分別在圖上找到對應溫度下的定內(nèi)能和定焓直線，就可以確定內(nèi)能和焓的變化值。7. 凡質量分數(shù)較大的組元氣體，其摩爾分數(shù)是否也一定較大？試舉例說明之。答：根據(jù)質量分數(shù)和摩爾分數(shù)的關系，有：從上式可以看出，對成分一定的混

11、合氣體，分母為常數(shù)，因此摩爾分數(shù)取決于其質量分數(shù)和摩爾質量的比值，對于質量分數(shù)較大的組元，如果摩爾質量也很大，那么它的摩爾分數(shù)可能并不大。8. 理想混合氣體的比熱力學能是否是溫度的單值函數(shù)？其是否仍遵循邁耶公式？答：不是。因為理想混合氣體的比熱力學能為：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)。其仍遵循邁耶公式，因為：9. 有人認為由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？你認為哪一種狀態(tài)參數(shù)必定增加？答：不正確，因為對于成分固定的混合理想氣體，其內(nèi)

12、能是僅是溫度的單值函數(shù)，如果在過程中吸熱的同時對外作正功，當作的正功大于吸熱量，其內(nèi)能必然減少，溫度必然降低。只有熵值必定增加，因為根據(jù)克勞休斯不等式有:其中等號適用于可逆過程，不等號適用于不可逆過程，對于不可逆過程，T為熱源的溫度，由于溫度T恒大于零，所以當過程為吸熱過程（）時，系統(tǒng)的熵必然增加。10. 圖317所示的管段，在什么情況下適合作噴管？在什么情況下適合作擴壓管？答：當時，要想使氣流的速度增加，要求噴管的截面積沿氣流方向逐漸減小，即漸縮噴管；而當時，要想使氣流的速度增加，要求噴管的截面積沿氣流方向逐漸增加，即漸擴噴；而對于先縮后擴的縮放噴管（也稱拉戈爾噴管），在最小截面處氣流的流速

13、恰好等于當?shù)芈曀?。所以對于亞聲速氣流，漸縮管適用于做噴管，漸擴管適用于做擴壓管，縮放管適用于做噴管；對于超聲速氣流，漸縮管適用于做擴壓管，漸擴管適用于做噴管。第四章思考題1. 循環(huán)的熱效率公式 和 有何區(qū)別？各適用什么場合？ 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)輸出的出凈功愈大，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

14、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. 熱力學第二定律可否表述為“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”？答： 不對， 必須保證過程結束后對系統(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化為機械能，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？ 熵增大的過程為不可逆過程； 不可逆過程的熵變無法計算； 若工質從某一初態(tài)經(jīng)可逆與不可逆途徑到達同一終態(tài)，則不可逆途徑的必大于可逆途徑的； 工質經(jīng)歷不可逆循環(huán)后； 自然界的過程都是朝著熵增的方向進行的，因此熵減小

15、的過程不可能實現(xiàn)； 工質被加熱熵一定增大，工質放熱熵一定減小。 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，知道初態(tài)和終態(tài)就可以計算；（3）不對，S為狀態(tài)參數(shù)，和過程無關，相等；（4）不對，工質經(jīng)歷可逆和不可逆循環(huán)后都回到初態(tài)，所以熵變?yōu)榱?。?）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，熵減小。（6）工質被加熱熵一定增大，但是系統(tǒng)放熱，熵不一定減小。如果是可逆過程，熵才一定減小。5. 若工質從同一初態(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)的熵哪個大？對外作的功哪個大？試用坐標圖進行分析.答：不可逆過程

16、熵大，可逆過程作功大6. 如果工質從同一初態(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，工質終態(tài)的熵是否相同？為什么？答： 不相同，因為二者對外所作的功不同，而它們從同一熱源吸收了相同的熱量，所以最終二者內(nèi)能的變化不同，故此二者的終態(tài)不同，由于熵是狀態(tài)參數(shù)，它們從同一初態(tài)出發(fā)，故終態(tài)的熵不同。7. 工質由初態(tài)經(jīng)過一不可逆絕熱過程膨脹到終態(tài)，問能否通過一個絕熱過程使工質回到初態(tài)？答：不能，工質由初態(tài)經(jīng)過一不可逆絕熱過程膨脹到終態(tài)，其熵增加，要想使其回到初態(tài)，過程的熵必須減少，而絕熱過程是不能使其熵減少的，故不能通過一個絕熱過程使其回到初態(tài)。8. 系統(tǒng)在某過程中從熱源吸

17、熱20 kJ，對外作功25 kJ，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)在過程中的熵變滿足：即：系統(tǒng)的熵增加，要想使系統(tǒng)回到初態(tài)，新的過程必須使系統(tǒng)熵減少，而可逆絕熱過程熵不變，不可逆絕熱過程熵增加，因而不可能通過一個可逆過程或者一個不可逆過程使系統(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10 kJ，同時放出熱量5 kJ，問系統(tǒng)的熵變是正、是負還是不能確定？ 答：熵是狀態(tài)參數(shù)，功和熱量都是過程量，所以不能確定系統(tǒng)的熵變。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

18、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系？為什么？答：不對，因為水蒸氣不能看作是理想氣體，其內(nèi)能不僅是溫度的函數(shù)，還是壓力的函數(shù)，故此定溫過程內(nèi)能是改變的，不等于0。3. 有無0或低于0的蒸汽存在？有無低于0的水存在？為什么？答：有0或低于0的蒸汽存在，只要壓力足夠低就可能，但是沒有低于0的水存在，因為水的三相點溫度為0.01，低于三相點溫度，只可能是固態(tài)或是氣態(tài)。4. 25MPa的水，是否也象1MPa的水那樣經(jīng)歷汽化過程？為什么？答：不可以，因為水的臨界點壓力為22.12MPa，故此，當壓力高于臨界壓力時，它的汽化不經(jīng)過氣液兩相區(qū)，而是由液相連續(xù)的

19、到達氣相。5. 適用于任何工質的定壓過程。水蒸氣定壓汽化過程中dT = 0，由此得出結論，水定壓汽化時，此結論是否正確？為什么？答：不正確，因為定壓汽化過程中發(fā)生了相變，上式只適用于不發(fā)生相變的過程。6. 試解釋濕空氣、濕蒸汽、飽和濕空氣。答：濕空氣：含水蒸汽的空氣；濕蒸汽：含有液態(tài)水的水蒸氣；飽和濕空氣：相對濕度為100的濕空氣。7. 對未飽和濕空氣與飽和濕空氣分別判斷干球溫度、濕球溫度、露點溫度三者的大小。答：未飽和濕空氣：干球溫度濕球溫度露點溫度飽和濕空氣： 干球溫度濕球溫度露點溫度8. 在相同的溫度及壓力下，濕空氣與干空氣相比，那個密度大？答：干空氣的密度大。9. 同一地區(qū)陰雨天的大氣

20、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，在相同相對濕度的情況下，溫度高，Ps大，所以，溫度高含濕量大。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，當溫度逐漸上升后，小水滴逐漸汽化，所以往往是好天氣。第六章思考題1. 試畫出簡單蒸汽動力裝置的系統(tǒng)圖、簡單蒸汽動力循環(huán)的p-v圖與T-s圖。2. 既然利用抽氣回熱可以提高蒸汽動力裝置循環(huán)的熱效率，能否將全部蒸汽抽出來用于回熱？為什么回熱能提高熱效率？答：采用回熱措施，雖然對每kg蒸汽來說做功量減少，但抽汽在凝結時所放出的潛熱卻全部得到的利用，進入鍋爐給水溫度提高了，使每kg工質在鍋爐中吸收的熱量大為減少，因此，提高了循環(huán)效率。但抽汽量不是越多越好，是根據(jù)質量守恒和能量守恒的原則確定的。3. 蒸汽動力裝置循環(huán)熱效率不高的原因是冷凝器放熱損失太大，如取消冷凝器而用壓縮機將乏氣直接升壓送回鍋爐是否可以？答：乏氣如果是水汽混合的，則不能進行壓縮。如果全部是氣體進行壓縮，則體積流量太大