熱工基礎(chǔ)思考題答案第1

思考題第一早平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)別？熱力學(xué)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(shí)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(shí)間而變化的狀態(tài)?？梢娖胶獗胤€(wěn)定，而穩(wěn)定未必平衡。熱力學(xué)中引入平衡態(tài)的概念，是為了能對系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)用狀態(tài)參數(shù)來進(jìn)行描述。表壓力或真空度能否作為狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行熱力計(jì)算？若工質(zhì)的壓力不變，問測量其壓力的壓力表或真空計(jì)的讀數(shù)是否可能變化？答：不能，因?yàn)楸韷毫蛘婵斩戎皇且粋€相對壓力。若工質(zhì)的壓力不變，測量其壓力的壓力表或真空計(jì)的讀數(shù)可能變化，因?yàn)闇y量所處的環(huán)境壓力可能發(fā)生變化。3?當(dāng)真空表指示數(shù)值愈大時(shí)，表明被測對象的實(shí)際壓力愈大還是愈??？答：真空表指示數(shù)值愈大時(shí)，表明被測對象的實(shí)際壓力愈小。準(zhǔn)平衡過程與可逆過程有何區(qū)別？答：無耗散的準(zhǔn)平衡過程才是可逆過程，所以可逆過程一定是準(zhǔn)平衡過程，而準(zhǔn)平衡過程不一定是可逆過程。不可逆過程是無法回復(fù)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(fù)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(fù)到初態(tài)，并不是不能回復(fù)到初態(tài)。沒有盛滿水的熱水瓶，其瓶塞有時(shí)被自動頂開，有時(shí)被自動吸緊，這是什幺原因？答：水溫較高時(shí)，水對熱水瓶中的空氣進(jìn)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(shí)，熱水瓶中的空氣受冷，壓力降低，小于環(huán)境壓力，瓶塞被自動吸緊。用U形管壓力表測定工質(zhì)的壓力時(shí)，壓力表液柱直徑的大小對讀數(shù)有無影響？答：嚴(yán)格說來，是有影響的，因?yàn)閁型管越粗，就有越多的被測工質(zhì)進(jìn)入U(xiǎn)型管中，這部分工質(zhì)越多，它對讀數(shù)的準(zhǔn)確性影響越大。第一早

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：（1）空氣的熱力學(xué)能如何變化？⑵空氣是否作出了功？⑶能否在坐標(biāo)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(xué)能不變。（2） 空氣對外不做功。（3） 不能在坐標(biāo)圖上表示此過程，因?yàn)椴皇菧?zhǔn)靜態(tài)過程。下列說法是否正確？⑴氣體膨脹時(shí)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。⑵氣體被壓縮時(shí)一定消耗外功。對，因?yàn)楦鶕?jù)熱力學(xué)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。⑶氣體膨脹時(shí)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。⑷氣體邊膨脹邊放熱是可能的。對，比如多變過程，當(dāng)n大于k時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)邊膨脹邊放熱。⑸氣體邊被壓縮邊吸入熱量是不可能的。錯，比如多變過程，當(dāng)n大于k時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)邊壓縮邊吸熱。⑹對工質(zhì)加熱，其溫度反而降低，這種情況不可能。錯，比如多變過程，當(dāng)n大于1，小于k時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對工質(zhì)加熱，其溫度反而降低?！叭魏螞]有體積變化的過程就一定不對外作功”的說法是否正確？答：不正確，因?yàn)橥夤Φ暮x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。圖2-6思考題4附圖試比較圖2-6所示的過程1-2圖2-6思考題4附圖量的大?。海?）W與W；（2）U與U；（3）12 1a2 12 1a2Q12與Q1a2答：d）W大。1a2（2）一樣大。

(3)Q大。1a2說明下列各式的應(yīng)用條件：quw閉口系的一切過程qupdv閉口系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)過程⑶qu(pvpv)2211開口系統(tǒng)的穩(wěn)定流動過程，并且軸功為零qup(vv)21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。膨脹功、軸功、技術(shù)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(guān)系？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(zhì)流經(jīng)熱力設(shè)備(開口系統(tǒng))時(shí),熱力設(shè)備與外界交換的機(jī)械功，由于這個機(jī)械工通常是通過轉(zhuǎn)動的軸輸入、輸出，所以工程上習(xí)慣成為軸功；而技術(shù)功不僅包括軸功，還包括工質(zhì)在流動過程中機(jī)械能(宏觀動能和勢能)的變化；流動功又稱為推進(jìn)功，1kg工質(zhì)的流動功等于其壓力和比容的乘積，它是工質(zhì)在流動中向前方傳遞的功，只有在工質(zhì)的流動過程中才出現(xiàn)。對于有工質(zhì)組成的簡單可壓縮系統(tǒng)，工質(zhì)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(zhì)進(jìn)出開口系統(tǒng)時(shí)的流動功的代數(shù)和，一部分用于增加工質(zhì)的宏觀動能和勢能，最后一部分是作為熱力設(shè)備的軸功。對于穩(wěn)定流動，工質(zhì)的技術(shù)功等于膨脹功與流動功差值的代數(shù)和。如果工質(zhì)進(jìn)、出熱力設(shè)備的宏觀動能和勢能變化很小，可忽略不計(jì)，則技術(shù)功等于軸功。第三早理想氣體的C和c之差及c和c之比是否在任何溫度下都等于一個常數(shù)？p v p v答：理想氣體的C和C之差在任何溫度下都等于一個常數(shù)，而C和C之比不是。p v p v如果比熱容是溫度t的單調(diào)增函數(shù)，當(dāng)11時(shí)，平均比熱容1、02、個最大?答：由1、0哪一個最?。?、02、個最大?答：由1、0哪一個最??？tC2、0的定義可知cdt)，其中0tCt1c(tt1cdt），其中0匕t——2c(t00c(t)t2tc(t)t2t1其中111因?yàn)楸葻崛菔菧囟萾的單調(diào)增函數(shù)，所以可知cctctc 2tt1 tt0t)()0tt0t)()01110110tt21t最大，故可知2又因?yàn)?所以ct最小。0(t1t cdtt10tt12(tt)tc211t2)t1c0t1t22cdt0（「2）(仙(ccdt0tt12t1t2tcdt1t01)0如果某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式遵循pvRT，這種物質(zhì)的比熱容一定是常數(shù)嗎？這種物g質(zhì)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)，是溫度的單值函數(shù)。這種物質(zhì)的比熱容不一定僅是溫度的函數(shù)。dqd（uw）dT由比熱容的定義,質(zhì)的比熱容不一定僅是溫度的函數(shù)。dqd（uw）dT由比熱容的定義,duddTwdT并考慮到工質(zhì)的物態(tài)方程可得到:du dv dup RdT dT dT g由此可以看出,如果工質(zhì)的內(nèi)能不僅僅是溫度的函數(shù)時(shí),則此工質(zhì)的比熱容也就不僅僅是溫由此可以看出,如果工質(zhì)的內(nèi)能不僅僅是溫度的函數(shù)時(shí),則此工質(zhì)的比熱容也就不僅僅是溫度的函數(shù)了。在uv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。

2v2v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?yàn)榭赡娑ㄈ菁訜徇^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：du .du .PPdvP_￡ 1dvcdvucv c112vRc c為常數(shù)，且考慮到和21v0時(shí)，u0,所以c 02ucv1所以此過程為過原點(diǎn)的射線2,且向上。理想氣體的可逆定溫加熱過程有:uqw0qw0氣體對外做功，體積增加，所以為曲線3,從左到右?？赡娼^熱膨脹過程有：cc1 1cdupdv 1 1 2dvu

kkvk1vcc］、2為常數(shù)丄 乙所以為圖中的雙曲線4,且方向朝右（膨脹過程）。7?將滿足空氣下列要求的多變過程表示在pv圖Ts圖上⑴空氣升壓，升溫，又放熱；⑵空氣膨脹，升溫，又放熱；（此過程不可能）⑶n1?6的膨脹過程，并判斷qw、u的正負(fù)；、⑷n1?3的壓縮過程，判斷qw、u的正負(fù)。、vs(1)空氣升溫、升壓、又放熱有：Rq c TVn1 2T 0,T T1 且2 1所以：c *Vn1Ink此多變過程如圖所示，在p—v圖上，此過程為沿著幾條曲線的交點(diǎn)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(diǎn)A向上。pTn=0n=1ApTn=0n=1Al〈n〈kl〈n〈kn=±8n二kn二±^n二kvs(2)空氣膨脹，升溫，又放熱有：Rq c TVn1 2T10,T T且2 1所以：c RVn11nk專業(yè)資料整理此多變過程如圖所示，然而要想是過程同時(shí)滿足膨脹過程是不可能的。n=1.6n=1.6n=kn=土《n=1.6n=1.6n二kn二±8vs(3)nl.6n=1.6n=1.6n=kn=土《n=1.6n=1.6n二kn二±8vs(3)nl.6的膨脹過程，在p—v圖上，膨脹過程體積增大，過程從幾條曲線的交點(diǎn)A向n=1n=1.3n=1.3n=±8n=kn=±^n二kvsn1.3的壓縮過程，在p—v圖上，壓縮過程體積減小，過程從幾條曲線的交點(diǎn)A向上；在T—s圖上，過程從幾條曲線的交點(diǎn)A向上。此過程為放熱，外界對空氣做功，內(nèi)能增加。在Ts圖上，如何將理想氣體任意兩狀態(tài)間的熱力學(xué)能和焓的變化表示出來。圖上，定內(nèi)能和定焓線為一條答：理想氣體的內(nèi)能和焓都是溫度的單值函數(shù)，因此在Ts圖上，定內(nèi)能和定焓線為一條圖上找到對應(yīng)溫度下的定內(nèi)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Ts圖上找到對應(yīng)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。凡質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大的組元?dú)怏w，其摩爾分?jǐn)?shù)是否也一定較大？試舉例說明之答：根據(jù)質(zhì)量分?jǐn)?shù)和摩爾分?jǐn)?shù)的關(guān)系，有：w事iw事i從上式可以看出，對成分一定的混合氣體，分母為常數(shù)，因此摩爾分?jǐn)?shù)取決于其質(zhì)量分?jǐn)?shù)和摩爾質(zhì)量的比值，對于質(zhì)量分?jǐn)?shù)較大的組元，如果摩爾質(zhì)量也很大，那么它的摩爾分?jǐn)?shù)可能并不大。理想混合氣體的比熱力學(xué)能是否是溫度的單值函數(shù)？其cc是否仍遵循邁耶公式?pVuxumuxumimi0i其中X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(xué)能不僅是溫度i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CC仍遵循邁耶公式，因?yàn)椋簆VCC（xCxC）xRR?????p,mvmipmiivmiimm??ii有人認(rèn)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(rèn)為哪一種狀態(tài)參數(shù)必定增加？答：不正確，因?yàn)閷τ诔煞止潭ǖ幕旌侠硐霘怏w，其內(nèi)能是僅是溫度的單值函數(shù)，如果在過程中吸熱的同時(shí)對外作正功，當(dāng)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?yàn)楦鶕?jù)克勞休斯不等式有：1dQdsdT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(dāng)過程為吸熱過程（dQ0）時(shí)，系統(tǒng)的熵必然增加。12.圖3-1712.圖3-17所示的管段,「在什么情適合作噴管?么情況下適合作擴(kuò)壓管?圖3-17思考題11附圖答：當(dāng)Ma1時(shí)，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(dāng)Ma1時(shí)，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(kuò)噴；而對于先縮后擴(kuò)的縮放噴管（也稱拉戈?duì)枃姽埽?，在最小截面處氣流的流速恰好等于?dāng)?shù)芈曀?。所以對于亞聲速氣流，漸縮管適用于做噴管，漸擴(kuò)管適用于做擴(kuò)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(kuò)壓管，漸擴(kuò)管適用于做噴管。第四章循環(huán)的熱效率公式T2qi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)。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。熱力學(xué)第二定律可否表述為“機(jī)械能可以全部變?yōu)闊崮?，而熱能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能”？答：不對，必須保證過程結(jié)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(jī)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(zhuǎn)化為機(jī)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。下列說法是否正確？為什么？⑴熵增大的過程為不可逆過程；⑵不可逆過程的熵變S無法計(jì)算；⑶若工質(zhì)從某一初態(tài)經(jīng)可逆與不可逆途徑到達(dá)同一終態(tài)，則不可逆途徑的S必大于可逆途徑的S；⑷工質(zhì)經(jīng)歷不可逆循環(huán)后S0；⑸自然界的過程都是朝著熵增的方向進(jìn)行的，因此熵減小的過程不可能實(shí)現(xiàn)；⑹工質(zhì)被加熱熵一定增大，工質(zhì)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(guān)，知道初態(tài)和終態(tài)就可以計(jì)算；（3） 不對，S為狀態(tài)參數(shù)，和過程無關(guān)，S叫相等；（4） 不對，工質(zhì)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(zhì)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。若工質(zhì)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(biāo)圖進(jìn)行分析.答：不可逆過程熵大，可逆過程作功大如果工質(zhì)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(zhì)終態(tài)的熵是否相同？為什么？答：不相同，因?yàn)槎邔ν馑鞯墓Σ煌?，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。工質(zhì)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(zhì)回到初態(tài)？答：不能，工質(zhì)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)。系統(tǒng)在某過程中從熱源吸熱20kJ，對外作功25kJ，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：Q20(kJ)S— 0TT(K)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)。閉口系統(tǒng)經(jīng)歷了一不可逆過程對外作功10kJ，同時(shí)放出熱量5kJ，問系統(tǒng)的熵變是正、是負(fù)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。AA"ZT?第五早13.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，而不能安裝在熱水容器上面，為什么？答：保證其壓力。14.鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣在定溫過程中是否滿足qw的關(guān)系?為什么？的關(guān)系？為什么？答：不對，因?yàn)樗魵獠荒芸醋魇抢硐霘怏w，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，u綸0。不等于有無0°C或低于0°C的蒸汽存在？有無低于0°C的水存在？為什么？答：有0°C或低于0°C的蒸汽存在，只要壓力足夠低就可能，但是沒有低于0°C的水存在，因?yàn)樗娜帱c(diǎn)溫度為0.01°C，低于三相點(diǎn)溫度，只可能是固態(tài)或是氣^態(tài)。23.25MPa的水，是否也象IMPa的水那樣經(jīng)歷汽化過程？為什么？答：不可以，因?yàn)樗呐R界點(diǎn)壓力為22.12MPa，故此，當(dāng)壓力高于臨界壓力時(shí)，它的汽化不經(jīng)過氣液兩相區(qū)，而是由液相連續(xù)的到達(dá)氣相。dhcdTp適用于任何工質(zhì)的定壓過程。水蒸氣定壓汽化過程中dT=0，由此得出結(jié)論，水定壓汽化時(shí)dhcdTOp，此結(jié)論是否正確？為什么？答：不正確，因?yàn)槎▔浩^程中發(fā)生了相變，上式只適用于不發(fā)生相變的過程。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。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(diǎn)溫度三者的大小。答：未飽和濕空氣：干球溫度〉濕球溫度〉露點(diǎn)溫度飽和濕空氣：干球溫度〉濕球溫度二露點(diǎn)溫度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。28.同一地區(qū)陰雨天的大氣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。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d0.662，在相同相對濕度的情況下，溫度高，P大，所以，溫度Ps高含濕量大。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(dāng)溫度逐漸上升后，小水滴逐漸汽化，所以往往是好天氣。第八早15.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。16.既然利用抽氣回?zé)峥梢蕴岣哒羝麆恿ρb置循環(huán)的熱效率，能否將全部蒸汽抽出來用于回?zé)?？為什么回?zé)崮芴岣邿嵝?？答：采用回?zé)岽胧?，雖然對每kg蒸汽來說做功量減少，但抽汽在凝結(jié)時(shí)所放出的潛熱卻全部得到的利用，進(jìn)入鍋爐給水溫度提高了，使每kg工質(zhì)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(zhì)量守恒和能量守恒的原則確