工程熱力學(xué)期末

1、1閉口系與外界無(wú)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。一剛性容器，中間用絕熱隔板分為兩部分，A中存有高壓空氣，B中保持真空，如圖2-12所示。若將隔板抽去，分析容器中空氣的熱力學(xué)能將如何變化？若在隔板上有一小孔，氣體泄漏入B中，分析A、B兩部分壓力相同時(shí)A、B兩部分氣體熱力學(xué)能如何變化？q=uwABq=0,u為負(fù)值(u減少)，轉(zhuǎn)化為氣體的動(dòng)能，動(dòng)能在B中經(jīng)內(nèi)部摩擦耗散為熱能被氣體重新吸收，熱力學(xué)能增加，最終u=0。熱力學(xué)第一定律的能量方程式是否可寫(xiě)成下列形式？為什么？q=u+pvq2-q1=(u2-u1)+(w2-w

2、1)不可以。w不可能等于pv，w是過(guò)程量，pv則是狀態(tài)參數(shù)。q和w都是過(guò)程量，所以不會(huì)有q2-q1和w2-W。11.為什么穩(wěn)定流動(dòng)開(kāi)口系內(nèi)不同部分工質(zhì)的比熱力學(xué)能、比焓、比熵等都會(huì)改變，而整個(gè)系統(tǒng)的UCV=0、Hcv=0、Scv=0?控制體的UCV=0、HCV=0、SCV=0是指過(guò)程進(jìn)行時(shí)間前后的變化值，穩(wěn)定流動(dòng)系統(tǒng)在不同時(shí)間內(nèi)各點(diǎn)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(dòng)開(kāi)口系內(nèi)不同部分工質(zhì)的比熱力學(xué)能、比焓、比熵等的改變僅僅是依坐標(biāo)的改變。8.為什么工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵為零的基準(zhǔn)可以任選，所有情況下工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵為零的基準(zhǔn)都可以任選？理想氣體的熱力學(xué)

3、能或焓的參照狀態(tài)通常選定哪個(gè)或哪些個(gè)狀態(tài)參數(shù)值？對(duì)理想氣體的熵又如何？我們經(jīng)常關(guān)注的是工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵的變化量，熱力學(xué)能、焓和熵的絕對(duì)量對(duì)變化量沒(méi)有影響，所以可以任選工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵為零的基準(zhǔn)。所有情況下工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵為零的基準(zhǔn)都可以任選？不那么絕對(duì)，但是在工程熱力學(xué)范圍內(nèi)，可以這么說(shuō)。工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵的絕對(duì)零點(diǎn)均為絕對(duì)零度(0K),但是目前物理學(xué)研究成果表明，即使絕對(duì)零度，工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓和熵也不準(zhǔn)確為零，在絕對(duì)零度，物質(zhì)仍有零點(diǎn)能，由海森堡測(cè)不準(zhǔn)關(guān)系確定。(熱力學(xué)第三定律可以表述為，絕對(duì)零度可以無(wú)限接近，但永遠(yuǎn)不可能達(dá)到。)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)(p=101325Pa，T=2

4、73.15K)。(p=101325Pa，T=293.15K)、(p=101325Pa，T=298.15K）,水的三相點(diǎn)，等等。11理想氣體熵變計(jì)算式（3-39）、（3-41）、（3-43）等是由可逆過(guò)程導(dǎo)出，這些計(jì)算式是否可以用于不可逆過(guò)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(guò)程路徑無(wú)關(guān)。3試判斷下列各說(shuō)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(xué)能一定增加；（4）氣體膨脹時(shí)一定對(duì)外作功；（5）氣體壓縮時(shí)一定耗功。（1）正確；（2）不正確；（3）不正確；（4）正確；（5）正確。18.有人根據(jù)熱力學(xué)第一定律解析式q=dh-vdp和比

5、熱容的定義c=篇,所以認(rèn)為Ah，ct2AT是普遍適用于一切工質(zhì)的。進(jìn)而推論得出水定壓汽化時(shí)，溫度不變，因此其Pp珀焓變量Ah，ct2AT=0。這一推論錯(cuò)誤在哪里？pptc=是針對(duì)單相工質(zhì)的，不適用于相變過(guò)程。dT2對(duì)于理想氣體的任何一種過(guò)程，下列兩組公式是否都適用？Au=cv（t2-t1），Ah=cp（t2-t1）；q=Au=cv（t2-t1），q=Ah=c廠tj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(guò)程，第二式只適用于定壓過(guò)程。4.過(guò)程熱量q和過(guò)程功w都是過(guò)程量，都和過(guò)程的途徑有關(guān)。由理想氣體可逆定溫過(guò)程熱v量公式q=Pvln缶可知，只要狀態(tài)參數(shù)P、V和v2確定了，q的數(shù)值也確

6、定了，是否可逆11v1121定溫過(guò)程的熱量q與途徑無(wú)關(guān)？“可逆定溫過(guò)程”已經(jīng)把途徑規(guī)定好了，此時(shí)談與途徑的關(guān)系沒(méi)有意義。再?gòu)?qiáng)調(diào)一遍，過(guò)程熱量q和過(guò)程功w都是過(guò)程量，都和過(guò)程的途徑有關(guān)。絕熱過(guò)程的過(guò)程功w和技術(shù)功叫的計(jì)算式w=u1-u2，wt=h1-h2是否只適用于理想氣體？是否只限于可逆絕熱過(guò)程？為什么？?jī)墒絹?lái)源于熱力學(xué)第一定律的第一表達(dá)式和第二表達(dá)式，唯一條件就是絕熱q=0,與是否理想氣體無(wú)關(guān)，且與過(guò)程是否可逆也無(wú)關(guān)，只是必須為絕熱過(guò)程。試判斷下列各種說(shuō)法是否正確？（1）定容過(guò)程即無(wú)膨脹（或壓縮）功的過(guò)程；（2）絕熱過(guò)程即定熵過(guò)程；（3）多變過(guò)程即任意過(guò)程。答：（1）定容過(guò)程即無(wú)膨脹（或壓縮

7、）功的過(guò)程；正確。7題圖1(2)絕熱過(guò)程即定熵過(guò)程是定熵過(guò)程。錯(cuò)誤，可逆絕熱過(guò)程是定熵過(guò)程，不可逆絕熱過(guò)程不錯(cuò)誤，右圖中的過(guò)程就不是多變過(guò)程。(3)多變過(guò)程即任意過(guò)程。8.參照?qǐng)D4-17，試證明:q1-2-3q1-4_3o圖中1-2、4-3各為定容過(guò)程，1-4、23各為定壓過(guò)程。證明：q1-2-3=q1-2+q2-3，q1-4-3=q1-4+q4-3q1-2=cv(T2-T1)，q2-3=cp(T3-T2)=cv(T3-T2)+R(T3-T2)，q4-3=cv(T3-T4)，-4=Cp(T4-T1)=Cv(T4-T1)+R(T4-T1)。pOv圖4-17于是所以，q1-2-3=q1-2+q2-

8、3=cv(T2-T1)+cv(T3-T2)+R(T3-T2)=cv(T3-T1)+R(T3-T2)q1-4-3=q1-4+q4-3=cv(T4-T1)+R(T4-T1)+cv(T3-T4)=cv(T3-T1)+R(T4-T1)q1-2-3-q1-4-3=R(T3-T2)-R(T4-T1)=R(t4厶-T厶)-(r4-r1)=r(厶-1)(t4-T)op1p1p1q1-2-3q1-4-3，證畢。9.如圖4-18所示，今有兩個(gè)任意過(guò)程a-b及a-c，b點(diǎn)及c點(diǎn)在同一條絕熱線上，(1)試問(wèn)，u,與,u明E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？abac依題意，TbTc，所以,uab,u

9、則，Uab=，Uac。圖4-185-1熱力學(xué)第二定律能否表達(dá)為能。”這種說(shuō)法有什么不妥當(dāng)？圖4-18題解機(jī)械能可以全部變?yōu)闊崮埽鵁崮懿豢赡苋孔優(yōu)闄C(jī)械答：熱能不是不可能全部變成機(jī)械能，如定溫過(guò)程就可以。但想要連續(xù)地將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能則是不可能的。5-6下列說(shuō)法是否有錯(cuò)誤：(1)循環(huán)凈功Wt愈大則循環(huán)熱效率愈高；(2)不可逆循環(huán)熱效net率一定小于可逆循環(huán)熱效率；可逆循環(huán)熱效率都相等，t1-T（1）錯(cuò)。（2）錯(cuò)。應(yīng)當(dāng)是在同樣的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g。否則沒(méi)有比較基礎(chǔ)。（3）錯(cuò)。應(yīng)當(dāng)是在同樣的高溫?zé)嵩春偷蜏責(zé)嵩粗g。否則沒(méi)有比較基礎(chǔ)。5-5試證明熱力學(xué)第二定律的各種說(shuō)法的等效性：若克勞修斯說(shuō)法不

10、成立，則開(kāi)爾文說(shuō)法也不成立。答：熱力學(xué)第二定律的各種說(shuō)法都是等效的，可以證明它們之間的等效性。圖4-2圖4-1如圖4-1所示，某循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)E自高溫?zé)嵩雌鼰釋⑵渲幸徊糠洲D(zhuǎn)化為機(jī)械能w0,其余部分q2=q1-w0排向低溫?zé)嵩磘2，如果可以違反克勞修斯說(shuō)法，即熱量q2可以不花代價(jià)地自低溫?zé)嵩磦鞯礁邷責(zé)嵩?，如圖中虛線所示那樣，則總的結(jié)果為高溫?zé)嵩词崮埽≦1-Q2），循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了相應(yīng)的機(jī)械能w0，而低溫?zé)嵩床o(wú)變化，相當(dāng)于一臺(tái)從單一熱源吸熱而作功的循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。所以，違反克勞修斯說(shuō)法必然違反開(kāi)爾文說(shuō)法，類(lèi)似地，違反開(kāi)爾文說(shuō)法也必然違反克勞修斯說(shuō)法，兩種說(shuō)法完全等價(jià)（圖4-2）。5-6下列說(shuō)法是否

11、有錯(cuò)誤：（1）循環(huán)凈功Wnet愈大則循環(huán)熱效率愈高；（2）不可逆循環(huán)熱效率一定小于可逆循環(huán)熱效率；（3）可逆循環(huán)熱效率都相等，,二1_。tT15-8下述說(shuō)法是否正確：（1）熵增大的過(guò)程必定為吸熱過(guò)程；（2）熵減小的過(guò)程必為放熱過(guò)程；（3）定熵過(guò)程必為可逆絕熱過(guò)程；（4）熵增大的過(guò)程必為不可逆過(guò)程；（5）使系統(tǒng)熵增大的過(guò)程必為不可逆過(guò)程；（6）熵產(chǎn)S0的過(guò)程必為不可逆過(guò)程。g答：（1）錯(cuò)。不可逆絕熱過(guò)程熵也會(huì)增大。（2）錯(cuò)，不準(zhǔn)確。不可逆放熱過(guò)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(méi)有可逆放熱過(guò)程熵減少那么多。（3）錯(cuò)

12、。不可逆放熱過(guò)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(méi)有發(fā)生變化。（4）錯(cuò)?？赡嫖鼰徇^(guò)程熵增大。（5）錯(cuò)。理由如上?？梢哉f(shuō)：“使孤立系統(tǒng)熵增大的過(guò)程必為不可逆過(guò)程?！保?）對(duì)。5-9下述說(shuō)法是否有錯(cuò)誤：（1）不可逆過(guò)程的熵變S無(wú)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不不可逆可逆f，不可逆f，可逆g，不可逆S可逆;（3）不可逆絕熱膨脹終態(tài)熵大于初態(tài)熵S2S.，不可逆絕熱壓縮終態(tài)熵小于初可逆g，可逆21態(tài)熵S2vS1;（4）工質(zhì)經(jīng)過(guò)不可逆循環(huán),q0Tr定壓過(guò)程a-c，b、cc哪個(gè)大？并在T-一c過(guò)程c-a以及可逆絕的面積代表了對(duì)外積。作功量，過(guò)程a-b吸熱，對(duì)外輸出凈功。也就是，圖中，qa-b為absbsa4九，才能acsbsaa圍成的面（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Sf可逆、Sg不可逆Sg可逆。因?yàn)殪厥菭顟B(tài)參數(shù)，同不可逆可逆f，不可逆f，可逆g，不可逆g，可逆一初始狀態(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(wú)關(guān)。（3）錯(cuò)。不可逆絕熱壓縮過(guò)程的終態(tài)熵也大于初態(tài)熵，S2S1。（4）錯(cuò)。,ds0，因?yàn)殪厥菭顟B(tài)參數(shù)。5-10從點(diǎn)a開(kāi)始有兩個(gè)可逆過(guò)程：