熱工基礎(chǔ)答案

千里之行，始于足下讓知識(shí)帶有溫度。第第2頁(yè)/共2頁(yè)精品文檔推薦熱工基礎(chǔ)答案第一章

1.平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)分？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)光而變化的狀態(tài)。而穩(wěn)定狀態(tài)則是不論有無(wú)外界影響，系統(tǒng)的狀態(tài)參數(shù)不隨時(shí)光而變化的狀態(tài)?？梢?jiàn)平衡必穩(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(duì)系統(tǒng)的宏觀性質(zhì)用狀態(tài)參數(shù)來(lái)舉行描述。

2.表壓力或真空度能否作為狀態(tài)參數(shù)舉行熱力計(jì)算？若工質(zhì)的壓力不變，問(wèn)測(cè)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，由于表壓力或真空度只是一個(gè)相對(duì)壓力。若工質(zhì)的壓力不變，測(cè)量其壓力的壓力表或真空計(jì)的讀數(shù)可能變化，由于測(cè)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(cè)對(duì)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(cè)對(duì)象的實(shí)際壓力愈小。4.準(zhǔn)平衡過(guò)程與可逆過(guò)程有何區(qū)分？

答：無(wú)耗散的準(zhǔn)平衡過(guò)程才是可逆過(guò)程，所以可逆過(guò)程一定是準(zhǔn)平衡過(guò)程，而準(zhǔn)平衡過(guò)程不一定是可逆過(guò)程。準(zhǔn)平衡過(guò)程只注意的是系統(tǒng)內(nèi)部而可逆過(guò)程是內(nèi)外兼顧！5.不行逆過(guò)程是無(wú)法回復(fù)到初態(tài)的過(guò)程，這種說(shuō)法是否正確？

答：不正確。不行逆過(guò)程是指不論用任何蜿蜒復(fù)雜的辦法都不能在外界不遺留任何變化的狀況下使系統(tǒng)回復(fù)到初態(tài)，并不是不能回復(fù)到初態(tài)。引起其他變化時(shí)是可以回到初態(tài)的！6.沒(méi)有盛滿(mǎn)水的熱水瓶，其瓶塞有時(shí)被自動(dòng)頂開(kāi)，有時(shí)被自動(dòng)吸緊，這是什幺緣由？答：水溫較高時(shí)，水對(duì)熱水瓶中的空氣舉行加熱，空氣壓力上升，大于環(huán)境壓力，瓶塞被自動(dòng)頂開(kāi)。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(dòng)吸緊。

大氣壓力轉(zhuǎn)變，熱水能量散失，導(dǎo)致內(nèi)部壓力轉(zhuǎn)變，壓力平衡打破

7.用U形管壓力表測(cè)定工質(zhì)的壓力時(shí)，壓力表液柱直徑的大小對(duì)讀數(shù)有無(wú)影響？答：嚴(yán)格說(shuō)來(lái)，是有影響的，由于U型管越粗，就有越多的被測(cè)工質(zhì)進(jìn)入U(xiǎn)型管中，這部分工質(zhì)越多，它對(duì)讀數(shù)的精確?????性影響越大。

習(xí)題

1-1解：

kPabarpb100.61.00610133.37555==??=-

1.kPapppgb6.137********.100=+=+=

2.kPabarpppbg4.149494.1006.15.2==-=-=

3.kPammHgpppvb3315.755700755==-=-=

4.kPabarpppbv6.50506.0

5.000

6.1==-==-

1.3解：

barpppab07.210.197.01=+=+=barpppb32.005.107.212=-=-=

barpppbC65.032.097.02=-=-=1.6解：改過(guò)程系統(tǒng)對(duì)外作的功為

?

?=--===--0.5

0.3

3.013

.023.1111.3

3.115.03

.02585.)(0.3

VW1kJVVVpdVVppdV

其次章

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，空氣將彌漫囫圇容器。問(wèn)：⑴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(guò)程？為什么？

答：（1）空氣向真空的絕熱自由膨脹過(guò)程的熱力學(xué)能不變。（2）空氣對(duì)外不做功。

（3）不能在坐標(biāo)圖上表示此過(guò)程，由于不是準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程。

2.下列說(shuō)法是否正確？

⑴氣體膨脹時(shí)一定對(duì)外作功。

錯(cuò)，比如氣體向真空中的絕熱自由膨脹，對(duì)外不作功。⑵氣體被壓縮時(shí)一定消耗外功。

對(duì)，由于按照熱力學(xué)其次定律，氣體是不行能自壓縮的，要想壓縮體積，必需借助于外功。

⑶氣體膨脹時(shí)必需對(duì)其加熱。

錯(cuò)，比如氣體向真空中的絕熱自由膨脹，不用對(duì)其加熱。⑷氣體邊膨脹邊放熱是可能的。

對(duì)，比如多變過(guò)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行能的。

錯(cuò)，比如多變過(guò)程，當(dāng)n大于k時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)邊壓縮邊吸熱。⑹對(duì)工質(zhì)加熱，其溫度反而降低，這種狀況不行能。

錯(cuò)，比如多變過(guò)程，當(dāng)n大于1，小于k時(shí)，可實(shí)現(xiàn)對(duì)工質(zhì)加熱，其溫度反而降低。

4.“任何沒(méi)有體積變化的過(guò)程就一定不對(duì)外作功”的說(shuō)法是否正確？

答：不正確，由于外功的含義很廣，比如電磁功、表面張力功等等，假如只考慮體積功的話，那么沒(méi)有體積變化的過(guò)程就一定不對(duì)外作功。

5.試比較圖2-6所示的過(guò)程1-2與過(guò)程1-a-2中下列各

量的大小：⑴W12與W1a2；(2)?U12與?U1a2；(3)Q12與Q1a2答：（1）W1a2大。

(2)一樣大。（3）Q1a2大。

6.說(shuō)明下列各式的應(yīng)用條件：

⑴wuq+?=

閉口系的一切過(guò)程⑵?+

?=pdvuq

閉口系統(tǒng)的準(zhǔn)靜態(tài)過(guò)程⑶)(1122vpvpuq-+?=

開(kāi)口系統(tǒng)的穩(wěn)定流淌過(guò)程，并且軸功為零⑷)(12vvpuq-+?=

開(kāi)口系統(tǒng)的穩(wěn)定定壓流淌過(guò)程，并且軸功為零；或者閉口系統(tǒng)的定壓過(guò)程。

7.膨脹功、軸功、技術(shù)功、流淌功之間有何區(qū)分與聯(lián)系？流淌功的大小與過(guò)程特性有無(wú)關(guān)

系？

答：膨脹功是系統(tǒng)因?yàn)轶w積變化對(duì)外所作的功；軸功是指工質(zhì)流經(jīng)熱力設(shè)備（開(kāi)口系統(tǒng)）時(shí)，熱力設(shè)備與外界交換的機(jī)械功，因?yàn)檫@個(gè)機(jī)械工通常是通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)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)在流淌過(guò)程中機(jī)械能（宏觀動(dòng)能和勢(shì)能）的變化；流淌功又稱(chēng)為推動(dòng)功，1kg工質(zhì)的流淌功等于其壓力和比容的乘積，它是工質(zhì)在流淌中向前方傳遞的功，惟獨(dú)在工質(zhì)的流淌過(guò)程中才浮現(xiàn)。對(duì)于有工質(zhì)組成的容易可壓縮系統(tǒng)，工質(zhì)在穩(wěn)定流淌過(guò)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(kāi)口系統(tǒng)時(shí)的流淌功的代數(shù)和，一部分用于增強(qiáng)工質(zhì)的宏觀動(dòng)能和勢(shì)能，最后一部分是作為熱力設(shè)備的軸功。對(duì)于穩(wěn)定流淌，工質(zhì)的技術(shù)功等于膨脹功與流淌功差值的代數(shù)和。假如工質(zhì)進(jìn)、出熱力設(shè)備的宏觀動(dòng)能和勢(shì)能變化很小，可忽視不計(jì)，則技術(shù)功等于軸功。

習(xí)題2-1

解：kJUQW308050Δ-=-=-=，所以是壓縮過(guò)程

2.4解：狀態(tài)b和狀態(tài)a之間的內(nèi)能之差為：

kJWQUUUabab6040100Δ=-=-=-=

所以，a-d-b過(guò)程中工質(zhì)與外界交換的熱量為：

kJWUQabbda802060Δ=+=+=--

工質(zhì)沿曲線從b返回初態(tài)a時(shí)，工質(zhì)與外界交換的熱量為：

kJWUWUUQabbaab903060Δ-=--=+-=+-=-

按照題中給定的a點(diǎn)內(nèi)能值，可知b點(diǎn)的內(nèi)能值為60kJ，所以有:

kJUUUdbad204060=-=-=?

因?yàn)閐-b過(guò)程為定容過(guò)程，系統(tǒng)不對(duì)外作功，所以d-b過(guò)程與外界交換的熱量為：

kJUUUQdbbdbd20=?=-=-

所以a-d-b過(guò)程系統(tǒng)對(duì)外作的功也就是a-d過(guò)程系統(tǒng)對(duì)外作的功，故a-d過(guò)程系統(tǒng)與外界交換的熱量為：

kJWUWUUQbdaaddaadda60)20(40=--=-?=--=

2.8解：壓縮過(guò)程中每千克空氣所作的壓縮功為：

kgkJuqw/196.5146.550Δ-=--=-=

忽視氣體進(jìn)出口宏觀動(dòng)能和勢(shì)能的變化，則有軸功等于技術(shù)功，所以生產(chǎn)每kg壓縮空氣所需的軸功為：

kgkJhqw/252100.845)0.10.175(0.8146.550Δ3s-=??-?=-=

定義式h=u+pv

所以帶動(dòng)此壓氣機(jī)所需的功率至少為：

kWwPs4260

10

=?-

=第三章

1.抱負(fù)氣體的pc和vc之差及pc和vc之比是否在任何溫度下都等于一個(gè)常數(shù)？答：抱負(fù)氣體的pc和vc之差在任何溫度下都等于一個(gè)常數(shù)，而pc和vc之比不是。

2.假如比熱容是溫度t的單調(diào)增函數(shù)，當(dāng)12tt>時(shí)，平均比熱容10|tc、20|tc、21|t

tc中哪一

個(gè)最大？哪一個(gè)最小？答：由10|t

c、20|t

c、21|t

tc的定義可知

)(d10

01

1

?tcttcctt==?，其中10t10|t

c，又由于

20

21

121

20

21

120

21

0)()(1021

21

02t

ttttttttt

tt

tcctcctcctttctcc>?>-=-?--=

故可知21|t

tc最大，又由于：

)

()()()(dd)(dd2

101122

111202212

110

212

10

20

1001

21

2

1

1

2

1

1

1

2

1

2>--=

-+-=

+-=

-=-????ttcctttttctttctttttt

cttcttttt

cttctccttttt

tttttttt

所以10|t

c最小。

2.假如某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式遵循TRpvg=，這種物質(zhì)的比熱容一定是常數(shù)嗎？這種物

質(zhì)的比熱容僅是溫度的函數(shù)嗎？

答：不一定，比如抱負(fù)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)。由比熱容的定義，并考慮到工質(zhì)的物態(tài)方程可得到：

gRT

u

TvpTuTwTuTwuTqc+?=+?=+?=+?==

ddddddddddd)d(dd由此可以看出，假如工質(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。

2.在vu-圖上畫(huà)出定比熱容抱負(fù)氣體的可逆定容加熱過(guò)程、可逆定壓加熱過(guò)程、可逆定

溫加熱過(guò)程和可逆絕熱膨脹過(guò)程。

答：圖中曲線1為可逆定容加熱過(guò)程；2為可逆定壓加熱過(guò)程；3為可逆定溫加熱過(guò)程；4為可逆絕熱膨脹過(guò)程。由于可逆定容加熱過(guò)程容積v不變，過(guò)程中系統(tǒng)內(nèi)能增強(qiáng)，所以為曲線1，從下向上。可逆定壓加熱過(guò)程有：

v

cucuvcccvcudvcdvRcPdvPvTcduPP12212

110001====+=?=??

?

??-=?????-=，所以時(shí)，為常數(shù)，且考慮到和所以此過(guò)程為過(guò)原點(diǎn)的射線2，且向上。抱負(fù)氣體的可逆定溫加熱過(guò)程有：

加，

氣體對(duì)外做功，體積增0

0>=?=-=?wqwqu

所以為曲線3，從左到右。可逆絕熱膨脹過(guò)程有：

為常數(shù)

、2121

1111cccvkcudvv

cpdvdukk+-=?-=-=-所以為圖中的雙曲線4，且方向朝右（膨脹過(guò)程）。

3.將滿(mǎn)足空氣下列要求的多變過(guò)程表示在vp-圖sT-圖上

⑴空氣升壓，升溫，又放熱；

⑵空氣膨脹，升溫，又放熱；(此過(guò)程不行能)⑶6.1=n的膨脹過(guò)程，并推斷q、w、u?的正負(fù)；

⑷3.1=n的壓縮過(guò)程，推斷q、w、u?的正負(fù)。答：

（1）空氣升溫、升壓、又放熱有：

()k

nnR

cTTTTnRcqVV

dQ）時(shí)，系統(tǒng)的熵必定增強(qiáng)。10.圖3－17所示的管段，在什么狀況下適合作噴管？在什么狀況下適合作擴(kuò)壓管？

答：當(dāng)1Ma時(shí)，要想使氣流的速度增強(qiáng)，要求噴管的截面積沿氣流方向逐漸增強(qiáng)，即漸擴(kuò)噴；而對(duì)于先縮后擴(kuò)的縮放噴管（也稱(chēng)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?duì)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(duì)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。

習(xí)題

3.1解：設(shè)定熵壓縮過(guò)程的終態(tài)參數(shù)為222STp和、

，而定溫壓縮過(guò)程的終態(tài)參數(shù)為

222

STp'''和、,按照給定的條件可知：1222

TTpp='='；又由于兩個(gè)終態(tài)的熵差為S?，固有：

2

1222222

lnlnlnTT

McppmRTTmcSSSpgp='-'=-'=?所以有：

)exp(12p

mCS

TT?-

=對(duì)于定熵壓縮過(guò)程有：

kkkkTpTp212111

--=

所以：

)exp()exp(])1(exp[()(11112112g

pkk

mRS

pmRSMpmckSkpTTpp?-=?-=-?==-

3.2解：設(shè)氣體的初態(tài)參數(shù)為1111mTVp和、、，閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)氣體的參數(shù)為2222mTVp和、、，閥門(mén)重新關(guān)閉時(shí)氣體的參數(shù)為3333mTVp和、、，考慮到剛性容器有：321VVV==，且

21mm=。

⑴當(dāng)閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，貯氣筒內(nèi)壓力達(dá)到5

10

75.8?Pa，所以此時(shí)筒內(nèi)溫度和藹體質(zhì)量分離為：

K25366.7

8.75

293121

2=?==ppTTkgTRVpmm0.225293

2870.027

10751g1121=???===

⑵閥門(mén)重新關(guān)閉時(shí)，筒內(nèi)氣體壓力降為5

104.8?Pa，且筒內(nèi)空氣溫度在排氣過(guò)程中保持不變，所以此時(shí)筒內(nèi)氣體質(zhì)量為：

kgTRVpTRVpmgg216.025

.366287027

.0104.852333333=???==

所以，因加熱失掉的空氣質(zhì)量為：

kgm0.0090.2160.225mmΔ32=-=-=

3.4解：因?yàn)锳r可看作抱負(fù)氣體，抱負(fù)氣體的內(nèi)能時(shí)溫度的單值函數(shù)，過(guò)程中內(nèi)能不變，故終溫KT6002=，由狀態(tài)方程可求出終壓為：

PaVVpp55211

2102.03

1

106.0?=??==熵的變化為：

KkJppmRTTcSp

/31.143

1

ln2085lndΔ12g2

1

=??-=-=?

3.7解：⑴定溫：KTT30321==，由抱負(fù)氣體的狀態(tài)方程可得到初終態(tài)的體積：

36

11g173922.110

0.3303

2876mpTmRV=???==3

6

2

2

g221766.510

10.3032876mpTmRV=???=

=

所以氣體對(duì)外所作的功和汲取的熱量分離為：

kJVVTmRVpWgVV22573.73922

.121766.5ln3032876ln

d1212

1

=???===?kJWQ22573.-=-=

⑵定熵：相當(dāng)于可逆絕熱過(guò)程，氣體對(duì)外所作的功和熱量分離為：

kJ

ppVpkk

VpWk

kVV135])3

1

(1[30310287.0611.44.1]

)

(1[1d4

.114.131

1

2112

1

=-?????-=

--==--?技術(shù)功

0=Q

終溫為：

Kpp

TTk

k41221.)

0.3

0.1

(303)

(1.4

11.411212=?==--

⑶n=1.2：為多方過(guò)程，按照過(guò)程方程可得到氣體的終溫為：

Kpp

TTn

n3.252)0.3

0.1(

303)

(2

1./20.11

212=?==-氣體對(duì)外所作的功和熱量分離為：

kJppnTmRWnng5.436])3

1

(1[121.3032876])(1[12.11

2.11

121

=--??=--=--

kJnknTTmcQV11.2181

2.14

.12.1)3033.252(717.061)(12=--?-??==

第四章

1.循環(huán)的熱效率公式

121qqt-

=η和12

1TT

t-=η

有何區(qū)分？各適用什么場(chǎng)合？

答：前式適用于各種可逆和不行逆的循環(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；不行逆循環(huán)的熱效率一

定小于可逆循環(huán)的熱效率，這些說(shuō)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。不是全部的可逆循環(huán)的熱效率都相等，必需保證相同的條件下。在相同的初態(tài)和終態(tài)下，不行逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率。

3.熱力學(xué)其次定律可否表述為“機(jī)械能可以所有變?yōu)闊崮?，而熱能不行能所有變?yōu)闄C(jī)械

能”？

答：不對(duì)，必需保證過(guò)程結(jié)束后對(duì)系統(tǒng)和外界沒(méi)有造成任何影響這一條件。否則熱能可以所有變?yōu)闄C(jī)械能，比如抱負(fù)氣體的定溫膨脹過(guò)程，系統(tǒng)把從外界汲取的熱量所有轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，外界雖然沒(méi)有任何任何變化，但是系統(tǒng)的體積發(fā)生轉(zhuǎn)變了。

4.下列說(shuō)法是否正確？為什么？

⑴熵增大的過(guò)程為不行逆過(guò)程；⑵不行逆過(guò)程的熵變S?無(wú)法計(jì)算；

⑶若工質(zhì)從某一初態(tài)經(jīng)可逆與不行逆途徑到達(dá)同一終態(tài)，則不行逆途徑的S?必大于

可逆途徑的S?；

⑷工質(zhì)經(jīng)受不行逆循環(huán)后0>?S；

⑸自然界的過(guò)程都是朝著熵增的方向舉行的，因此熵減小的過(guò)程不行能實(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，惟獨(dú)孤立系統(tǒng)才可以這樣說(shuō)；

（2）不正確，S為狀態(tài)參數(shù)，和過(guò)程無(wú)關(guān)，知道初態(tài)和終態(tài)就可以計(jì)算；（3）不對(duì)，S為狀態(tài)參數(shù)，和過(guò)程無(wú)關(guān)，S?相等；

（4）不對(duì)，工質(zhì)經(jīng)受可逆和不行逆循環(huán)后都回到初態(tài)，所以熵變?yōu)榱?。?）不對(duì)，比如系統(tǒng)的抱負(fù)氣體的可逆定溫壓縮過(guò)程，系統(tǒng)對(duì)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。假如是可逆過(guò)程，熵

才一定減小。

5.若工質(zhì)從同一初態(tài)動(dòng)身，分離經(jīng)受可逆絕熱過(guò)程與不行逆絕熱過(guò)程膨脹到相同的終壓

力，兩過(guò)程終態(tài)的熵哪個(gè)大？對(duì)外作的功哪個(gè)大？試用坐標(biāo)圖舉行分析.答：不行逆過(guò)程熵大，可逆過(guò)程作功大

6.假如工質(zhì)從同一初態(tài)動(dòng)身，分離經(jīng)受可逆定壓過(guò)程與不行逆定壓過(guò)程，從同一熱源汲取

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，由于二者對(duì)外所作的功不同，而它們從同一熱源汲取了相同的熱量，所以終于二者內(nèi)能的變化不同，故此二者的終態(tài)不同，因?yàn)殪厥菭顟B(tài)參數(shù)，它們從同一初態(tài)動(dòng)身，故終態(tài)的熵不同。

7.工質(zhì)由初態(tài)經(jīng)過(guò)一不行逆絕熱過(guò)程膨脹到終態(tài)，問(wèn)能否通過(guò)一個(gè)絕熱過(guò)程使工質(zhì)回到初

態(tài)？

答：不能，工質(zhì)由初態(tài)經(jīng)過(guò)一不行逆絕熱過(guò)程膨脹到終態(tài)，其熵增強(qiáng)，要想使其回到初態(tài)，過(guò)程的熵必需削減，而絕熱過(guò)程是不能使其熵削減的，故不能通過(guò)一個(gè)絕熱過(guò)程使其回到初態(tài)。

8.系統(tǒng)在某過(guò)程中從熱源吸熱20kJ，對(duì)外作功25kJ，請(qǐng)問(wèn)能否通過(guò)可逆絕過(guò)程使系統(tǒng)回

到初態(tài)？為什么？能否通過(guò)不行逆絕熱過(guò)程使系統(tǒng)回到初態(tài)？答：按照克勞休斯不等式，我們知道系統(tǒng)在過(guò)程中的熵變滿(mǎn)足：

0)

()

(20≥=?≥

?KTkJTQS即：系統(tǒng)的熵增強(qiáng)，要想使系統(tǒng)回到初態(tài)，新的過(guò)程必需使系統(tǒng)熵削減，而可逆絕熱過(guò)程熵不變，不行逆絕熱過(guò)程熵增強(qiáng)，因而不行能通過(guò)一個(gè)可逆過(guò)程或者一個(gè)不行逆過(guò)程使系統(tǒng)回到初態(tài)。

9.閉口系統(tǒng)經(jīng)受了一不行逆過(guò)程對(duì)外作功10kJ，同時(shí)放出熱量5kJ，問(wèn)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(guò)程量，所以不能確定系統(tǒng)的熵變。

習(xí)題

4.1解:由熱量守恒

JWQQ550450100012=-=-=由克勞休斯不等式：

00185.0300

550

54010002211>=-=+KJTQTQ它的設(shè)計(jì)是不合理的4.3解：

（1）熱效率為%1.33423

10

150121=-=-=

TTTη

（2）吸熱

kJW

Q16.8%

1.337

.21==

=

η

放熱

kJWQQ46.57.216.812=-=-=（3）性能系數(shù)02.310

150273

150'211=-+=-=

TTTε

()()02.35.4''1211?-=-=?=QQQWQεε得到

skJQ73.61=所以

skJQQW23.25.473.621=-=-=

第五章

1.熱水泵必需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。

2.鍋爐產(chǎn)生的水蒸氣在定溫過(guò)程中是否滿(mǎn)足wq=的關(guān)系？為什么？

答：不對(duì)，由于水蒸氣不能看作是抱負(fù)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(guò)程內(nèi)能是轉(zhuǎn)變的，U?不等于0。

3.有無(wú)0℃或低于0℃的蒸汽存在？有無(wú)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(méi)有低于0℃的水存在，由于水的三相點(diǎn)溫度為0.01℃，低于三相點(diǎn)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)受汽化過(guò)程？為什么？

答：不行以，由于水的臨界點(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(guò)氣液兩相區(qū)，而是由液相延續(xù)的到達(dá)氣相。

5.dTcdhp=適用于任何工質(zhì)的定壓過(guò)程。水蒸氣定壓汽化過(guò)程中dT=0，由此得

出結(jié)論，水定壓汽化時(shí)0==dTcdhp，此結(jié)論是否正確？為什么？

答：不正確，由于定壓汽化過(guò)程中發(fā)生了相變，上式只適用于不發(fā)生相變的過(guò)程。

KkJSSSSsVetot/757.9=?+?+?=?

第六章

思量題

1.試畫(huà)出容易蒸汽動(dòng)力裝置的系統(tǒng)圖、容易蒸汽動(dòng)力循環(huán)的p-v圖與T-s圖。

2.既然利用抽氣回?zé)峥梢蕴岣哒羝麆?dòng)力裝置循環(huán)的熱效率，能否將所有蒸汽抽出來(lái)用于回

熱？為什么回?zé)崮芴岣邿嵝剩?/p>

答：采納回?zé)岽胧?，雖然對(duì)每kg蒸汽來(lái)說(shuō)做功量削減，但抽汽在凝聚時(shí)所放出的潛熱卻所有得到的利用，進(jìn)入鍋爐給水溫度提高了，使每kg工質(zhì)在鍋爐中汲取的熱量大為削減，因此，提高了循環(huán)效率。但抽汽量不是越多越好，是按照質(zhì)量守恒和能量守恒的原則確定的。

3.蒸汽動(dòng)力裝置循環(huán)熱效率不高的緣由是冷凝器放熱損失太大，如取消冷凝器而用壓縮機(jī)

將乏氣直接升壓送回鍋爐是否可以？

答：乏氣假如是水汽混合的，則不能舉行壓縮。假如所有是氣體舉行壓縮，則體積流量太大，需要采納大尺寸的機(jī)器設(shè)備，是不利的。

4.卡諾循環(huán)優(yōu)于相同溫度范圍的其它循環(huán)，為什么蒸汽動(dòng)力循環(huán)不采納卡諾循環(huán)？

答：與郎肯循環(huán)相同溫限的卡諾循環(huán)，吸熱過(guò)程將在氣態(tài)下舉行，事實(shí)證實(shí)氣態(tài)物質(zhì)實(shí)現(xiàn)定溫過(guò)程是非常困難的，所以過(guò)熱蒸汽卡諾循環(huán)至今沒(méi)有被采納。那么，能否利用飽和區(qū)定溫定壓的特性形成飽和區(qū)的卡諾循環(huán)，從原理上看是可能的，但是實(shí)施起來(lái)，有兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，一是，汽輪機(jī)出口位于飽和區(qū)干度不高處，濕度太大使得高速運(yùn)轉(zhuǎn)的汽輪機(jī)不能平安運(yùn)行，同時(shí)不行逆損失增大，其二，這樣的卡諾循環(huán)，壓縮過(guò)程將在濕蒸汽區(qū)舉行，氣液混和工質(zhì)的壓縮會(huì)給泵的設(shè)計(jì)和創(chuàng)造帶來(lái)難以克服的困難，因此迄今蒸汽動(dòng)力循環(huán)未采納卡諾循環(huán)。

5.假如柴油機(jī)在使用過(guò)程中，噴油嘴保養(yǎng)不好，致使燃油霧化不良，燃燒延遲，問(wèn)此時(shí)柴

油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性如何？

答：燃燒延遲，沒(méi)有充分膨脹便開(kāi)頭排氣，這將使熱效率顯著降低，且排氣冒黑煙，這是很不好的。

6.今有兩個(gè)內(nèi)燃機(jī)的混合加熱循環(huán)，它們的壓縮比、初態(tài)、總的加熱量相同，但兩者的定

容升壓比λ不同，（1）請(qǐng)?jiān)趐-v圖與T-s圖上表示出這兩個(gè)循環(huán)的相對(duì)位置；（2）利用T-s圖定性地比較這兩個(gè)循環(huán)的熱效率。

7.燃?xì)廨啓C(jī)裝置循環(huán)與內(nèi)燃機(jī)循環(huán)相比有何優(yōu)點(diǎn)？為什么前者的熱效率低于后者？

答：燃?xì)廨啓C(jī)與內(nèi)燃機(jī)相比，沒(méi)有往復(fù)運(yùn)動(dòng)機(jī)構(gòu)，可以采納很高的轉(zhuǎn)速，并且可以延續(xù)進(jìn)氣，因而可以制成大功率的動(dòng)力裝置。但要保持燃?xì)廨啓C(jī)長(zhǎng)久平安運(yùn)行，必需限制燃?xì)膺M(jìn)燃?xì)廨啓C(jī)時(shí)的最高溫度，目前為700—800C，所以效率比較低。

8.試述動(dòng)力循環(huán)的共同特點(diǎn)。

答：有工質(zhì)在高溫?zé)嵩次鼰?，在低溫?zé)嵩捶艧幔?duì)外輸出功。

習(xí)題

6-1某朗肯循環(huán)新蒸汽的參數(shù)為P1=4MPa、t1=400°C，乏氣的壓力P2=4kPa，忽視泵功，試計(jì)算此循環(huán)的循環(huán)凈功、加熱量、熱效率及乏氣的干度x。假如t1=550°C呢？解：①1點(diǎn)：P1=4MPa,t1=400?C

查表得：h1=3215.71kJ/kg,s1=6.773kJ/(kg.K)2點(diǎn)：s2=s1=6.773kJ/(kg.K),P2=4KPa查表得：h2=2040.13kJ/kg,x=0.789

3(4)點(diǎn)：由P3=P2=4KPa查表得：h3=121.29kJ/kg

吸熱量：q1=h1-h3=3215.71－121.29=3094.42kJ/kg凈功量：wnet=h1-h2=3215.71－2040.13=1175.58kJ/kg

熱效率：η=

1qwnet=42

.309458

.1175=37.99%干度：x=0.789

②1點(diǎn)：由P1=4MPa,t1=550?C

查表得：h1=3558.58kJ/kg,s1=7.233kJ/(kg.K)

2點(diǎn)：由s2=s1=7.233kJ/(kg.K),P2=4kPa查表得：h2=2179.11kJ/kg,x=0.8463(4)點(diǎn)：由P3=4kPa,

查表得:h3=121.29kJ/kg

吸熱量：q1=h1－h(huán)3=3558.58－121.29=3437.29kJ/kg凈功量：wnet=h1－h(huán)2=3558.58-2179.11=1379.47kJ/kg熱效率：η=

1qwnet=29

.343747

.1379=40.13%干度：x=0.846

6-2某蒸汽動(dòng)力裝置，氣輪機(jī)入口蒸汽的參數(shù)為P1=13MPa,t1=535°C,在氣輪機(jī)內(nèi)膨脹做功至干飽和蒸汽后被送入再熱器，在定壓下重新加熱到535°C，再進(jìn)入氣輪機(jī)后半部繼續(xù)膨脹至乏氣壓力7kPa,如蒸汽流量為200t/h，忽視泵功，計(jì)算氣輪機(jī)的軸功、循環(huán)效率及乏氣

干度x。設(shè)煤的發(fā)熱量為2?104kJ/kg,求理論煤耗量。解：1點(diǎn)：由P1=13MPa,t1=535?C得：

h1=3430.18kJ/kg,s1=6.559kJ/(kg.K)

5點(diǎn)：由s5=s1=6.559kJ/(kg.K),得：

P5=1.082MPa，h5=2779.07kJ/kg

1'點(diǎn)：由CttPP53551

51=='='，得：)./(822.7/50.355311

KkgkJskgkJh='='，2點(diǎn)：由1

2ss'=，P2=7KPa得：h2=2430.67kJ/kg，x2=0.941

3(4)點(diǎn)：由P3=P2得：

h3=163.38kJ/kg

吸熱量：

()()()()

kg

kJhhhhq/23.404107.277950.355338.16318.343051311=-+-=-'+-=

凈功量：

()()()()

kg

kJhhhhwnet/94.177367.24305.355307.277918.34302151=-+-=-'+-=

熱效率：

%90.4323

.404194

.17731===

qwnetηhtq/41.4010

2200

4

1=??煤耗率＝

32.7%4

111

14

.114.11=-

=-=--k

kβ

η

第八章習(xí)題

8-1.一大平板，高3m，寬2m，厚0.02m，導(dǎo)熱系數(shù)為45W/(m2K)，兩側(cè)表面溫度分離為1001=t℃、502=t℃，試求該板的熱阻、熱流量、熱流密度。

解：解：由傅立葉導(dǎo)熱定律：熱阻WKAR/407.745

2302.0=??=

＝λδm熱流量WttAQww67500002

.050

10045232

1=?

??-=－＝δ

λ

熱流密度2/1125002

3675000mWSQq＝?==

8-2.空氣在一根內(nèi)徑50mm，長(zhǎng)2.5m的管子內(nèi)流淌并被加熱，已知空氣平均溫度為80℃，管內(nèi)對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為70=hW/(m22K)

，熱流密度為

5000=qW/m2，試求管壁溫度及熱流量。

解：由牛頓冷卻公式：()

fwtthq-=得到Cthqtfw042.1518070

5000=+=+=

WsqQ53.2405.04

5.250002=??

??=π

＝

8-3.一單層玻璃窗，高1.2m，寬1m，玻璃厚0.3mm，玻璃的導(dǎo)熱系數(shù)為051.=λW/(m2K)，室內(nèi)外的空氣溫度分離為20℃和5℃，室內(nèi)外空氣與玻璃窗之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分離為51=hW/(m22K)和202=hW/(m22K)，試求玻璃窗的散熱損失及玻璃的導(dǎo)熱熱阻、兩側(cè)的對(duì)流換熱熱阻。

解：對(duì)流換熱計(jì)算公式：WhhttsQff9.7120

105.10003.0515

2022.11

12

121=+?

?++-?

=＋－＝λδ

導(dǎo)熱熱阻為：WKR/000286.005

.10003

.01===

λδ內(nèi)側(cè)對(duì)流換熱熱阻為：WKhR/2.05

1

112===

外側(cè)對(duì)流換熱熱阻為：WKhR/05.020

1123===

8-4.假如采納雙層玻璃窗，玻璃窗的大小、玻璃的厚度及室內(nèi)外的對(duì)流換熱條件與1-3題相同，雙層玻璃間的空氣夾層厚度為5mm，夾層中的空氣徹低靜止，空氣的導(dǎo)熱系數(shù)為025.0=λW/(m2K)。試求玻璃窗的散熱損失及空氣夾層的導(dǎo)熱熱阻。

解：對(duì)流換熱計(jì)算公式：

WhhttsQff95.3920

1025.0005.005.10003.02515

2022.11212

221112

1=+??

?+?+-?

=＋＋－＝＋λδλδ

空氣夾層的導(dǎo)熱熱阻為：WKR/2.0025

.0005.0===λδ

8-5.有一厚度為=δ400mm的房屋外墻，熱導(dǎo)率為5.0=λW/(m2K)。冬季室內(nèi)空氣溫度為201=t℃，和墻內(nèi)壁面之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為41=hW/(m22K)。室外空氣溫度為=2t-10℃，和外墻之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為62=hW/(m22K)。假如不考慮熱輻射，試求通過(guò)墻壁的傳熱系數(shù)、單位面積的傳熱量和內(nèi)、外壁面溫度。

解：傳熱系數(shù)WKhhh/822.06

15.04.0411

1

112

1=++=

++=

λδ

熱流通量為：()

()2

/66.241020822.021mWtthqff＝＋

?=-=由()

wftthq-=1得到：Chqttfw084.13466

.242022=-=-=Chqttfw089.56

66.241022-=+-=+=

8-6.假如冬季室外為大風(fēng)天氣，室外空氣和外墻之間對(duì)流換熱的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為

102=hW/(m22K)，其它條件和題1-5相同，并假設(shè)室內(nèi)空氣只通過(guò)外墻與室外有

熱量交換，試問(wèn)：要保持室內(nèi)空氣溫度不變，需要多大功率的電暖氣?

解：傳熱系數(shù)WKhhh/8696.010

15.04.0411

1112

1=++=

++=

λδ

熱流通量為：()

()2

/087.2610208696.021mWtthqff＝＋

?=-=為了維持室內(nèi)溫度不變。必需保證電暖氣的散熱量等于通過(guò)墻壁的換熱量，所以電暖氣的功率為sWqsW087.26==

第九章

9-1一冷庫(kù)的墻由內(nèi)向外由鋼板、礦渣綿和石棉板三層材料構(gòu)成，各層的厚度分離為0.8mm、150mm和10mm，熱導(dǎo)率分離為45W/(m?K)、0.07W/(m?K)和0.1W/(m?K)。冷庫(kù)內(nèi)、外氣溫分離為-2?C和30?C，冷庫(kù)內(nèi)、外壁面的表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)分離為2W/(m2?K)和3W/(m2?K)。為了維持冷庫(kù)內(nèi)溫度恒定，試確定制冷設(shè)備每小時(shí)需要從冷庫(kù)內(nèi)取走的熱量。

解:按照多層復(fù)壁及對(duì)流換熱計(jì)算公式:

22

3322111/2.103

11.001.007.015.0450008.021)

2(30112

1mWhhttqff=++--+++-=

＋＋＝

＋λδλδλδ

所以為了維持冷庫(kù)內(nèi)溫度恒定，需要從冷庫(kù)內(nèi)每小時(shí)取走的熱量為：sJsqstQ7.3744836002.10=??==

9-2爐墻由一層耐火磚和一層紅磚構(gòu)成，厚度都為250mm，熱導(dǎo)率分離為0.6W/(m?K)和0.4W/(m?K)，爐墻內(nèi)外壁面溫度分離維持700?C和80?C不變。（1）試求通過(guò)爐墻的熱流密度；（2）假如用熱導(dǎo)率為0.076W/(m?K)的珍珠巖混凝土保溫層代替紅磚層并保持通過(guò)爐墻的熱流密度及其它條件不變，試確定該保溫層的厚度。

解：按照多層復(fù)壁導(dǎo)熱計(jì)算公式:22

2

11/2.5954.06.080

7002

1mWttqww=--=

＋＝

＋λδλδ

由2.595076

.06.0250.080

7002

2

2

112

1=--=

δλδλδ＋＝

＋wwttq得到：

mm5.472=δ

9-3有一爐墻，厚度為20cm，墻體材料的熱導(dǎo)率為1.3W/(m?K)，為使散熱損失不超過(guò)1500W/m2,緊貼墻外壁面加一層熱導(dǎo)率為0.1W/(m?K)的保溫層。已知復(fù)合墻壁內(nèi)外兩側(cè)壁面溫度分離為800?C和50?C，試確定保溫層的厚度。

解：按照多層復(fù)壁導(dǎo)熱計(jì)算公式:22

2

2

11/15001

.03.120.050

8002

1mWttqww=--=

δλδλδ＋＝

＋

得到：

mm6.342=δ

9-6熱電廠有一外徑為100mm的過(guò)熱蒸汽管道（鋼管），用熱導(dǎo)率為04.0=λW/(m?K)的玻璃綿保溫。已知鋼管外壁面溫度為400?C，要求保溫層外壁面溫度不超過(guò)50?C，并且每米長(zhǎng)管道的散熱損失要小于160W，試確定保溫層的厚度。

解：按照?qǐng)A筒壁穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱計(jì)算公式：

1601

.0ln04.02150400ln212

1221=?--=dddttqwwππλ＝

解得mmd3.1732=所以保溫層厚度為mmddl65.362

)

(12=-=

9-8有向來(lái)徑為d、長(zhǎng)度為l的瘦長(zhǎng)金屬圓桿，其材料熱導(dǎo)率λ為常數(shù)，圓桿兩端分離與溫度為

21tt和的表面緊密接觸，如圖2-44所示。桿的側(cè)面

與周?chē)黧w舉行對(duì)流換熱，表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為h，流體的溫度為ft，且ft<21tt及。試寫(xiě)出圓桿內(nèi)溫度場(chǎng)的數(shù)學(xué)描述。

解：邊界條件：1,0ttx==2,ttlx==換熱方程：d

tthxdttxhdff)

(44

1)

(2

-=

?-?=

Φ?

ππ

λλ

dtthdxtdf)

(422

-=Φ=?

第十章

10-1水和空氣都以速度1=∞um/s分離平行流過(guò)平板，邊界層的平均溫度都為50?C，試求距平板前沿100mm處流淌邊界層及熱邊界層的厚度。

解：對(duì)水：由Ctm050=查附錄3水的物性表得到：

KmW??=-2108.64λ，s

m2

610556.0-?=ν，54.3Pr=

56

108.110

556.01

.01Re?=??=

=

-∞ν

x

u(

)

mmmx179.1001179.01.010

8.15Re0.52

152

1==???=?=--δ

()

mmmt77.000077.054.300179.0Pr

3

13

1==?==-

-δδ

對(duì)空氣：由Ctm050=查附錄2空氣的物性表得到：

KmW??=-21083.2λ，s

m2

61095.17-?=ν，698.0Pr=

5

6

1005571.01