工程熱力學(xué)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.doc

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______________________________________________________________________________________________________________ 30頁(yè)思考題 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。 2．有人認(rèn)為開(kāi)口系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，而物質(zhì)又與能量不可分割，所以開(kāi)口系統(tǒng)不可能是絕熱系。對(duì)不對(duì)，為什么？ 不對(duì)，絕熱系的絕熱是指熱能單獨(dú)通過(guò)系統(tǒng)邊界進(jìn)行傳遞（傳熱量），隨物質(zhì)進(jìn)出的熱能（準(zhǔn)確地說(shuō)是熱力學(xué)能）不在其中。 4．倘使容器中氣體的壓力沒(méi)有改變，試問(wèn)安裝在該容器上的壓力表的讀數(shù)會(huì)改變嗎？絕對(duì)壓力計(jì)算公式 p2=pg2+p1 pb pg2 pg1 p1=pg1+pb 4題圖 p=pb+pg (p> pb), p= pb -pv (p< pb) 中，當(dāng)?shù)卮髿鈮菏欠癖囟ㄊ黔h(huán)境大氣壓？ 當(dāng)?shù)卮髿鈮簆b改變，壓力表讀數(shù)就會(huì)改變。當(dāng)?shù)卮髿鈮簆b不一定是環(huán)境大氣壓。 6．經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺點(diǎn)是什么？為什么？ 不同測(cè)溫物質(zhì)的測(cè)溫結(jié)果有較大的誤差，因?yàn)闇y(cè)溫結(jié)果依賴于測(cè)溫物質(zhì)的性質(zhì)。 7．促使系統(tǒng)狀態(tài)變化的原因是什么？舉例說(shuō)明。 有勢(shì)差（溫度差、壓力差、濃度差、電位差等等）存在。 9題圖 a b 冷水 冷水 熱水 傳熱 傳熱 熱水 電流 9．家用電熱水器是利用電加熱水的家用設(shè)備，通常其表面散熱可忽略。取正在使用的家用電熱水器為控制體（但不包括電加熱器），這是什么系統(tǒng)？把電加熱器包括在研究對(duì)象內(nèi)，這是什么系統(tǒng)？什么情況下能構(gòu)成孤立系統(tǒng)？ 不包括電加熱器為開(kāi)口（不絕熱）系統(tǒng)（a圖）。包括電加熱器則為開(kāi)口絕熱系統(tǒng)（b圖）。 將能量傳遞和質(zhì)量傳遞（冷水源、熱水匯、熱源、電源等）全部包括在內(nèi)，構(gòu)成孤立系統(tǒng)?；蛘哒f(shuō)，孤立系統(tǒng)把所有發(fā)生相互作用的部分均包括在內(nèi)。p v 1 a b 2 12．圖1-22中容器為剛性絕熱容器，分成兩部分，一部分裝氣體，一部分抽成真空，中間是隔板， （1）突然抽去隔板，氣體（系統(tǒng)）是否作功？ （2）設(shè)真空部分裝有許多隔板，逐個(gè)抽去隔板，每抽一塊板讓氣體先恢復(fù)平衡在抽下一塊，則又如何？ （3）上述兩種情況從初態(tài)變化到終態(tài)，其過(guò)程是否都可在p-v圖上表示？ 56頁(yè)思考題 隔板 A B 圖2-12 自由膨脹 4．一剛性容器，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=Du＋w q=0，Du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Du =0。 5． 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=Du+pv q2-q1=(u2-u1)+(w2-w1) 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-w1。 8．焓是工質(zhì)流入（或流出）開(kāi)口系時(shí)傳遞入（或傳遞出）系統(tǒng)的總能量，那么閉口系工質(zhì)有沒(méi)有焓值？ 比較正規(guī)的答案是，作為工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)，閉口系工質(zhì)也有焓值，但是由于工質(zhì)不流動(dòng)，所以其焓值沒(méi)有什么意義。 焓=熱力學(xué)能+占位能 9．氣體流入真空容器，是否需要推動(dòng)功？ 推動(dòng)功的定義為，工質(zhì)在流動(dòng)時(shí)，推動(dòng)它下游工質(zhì)時(shí)所作的功。下游無(wú)工質(zhì)，故不需要推動(dòng)功。利用開(kāi)口系統(tǒng)的一般能量方程式推導(dǎo)的最終結(jié)果也是如此。 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DUCV=0、DHCV=0、DSCV=0? 控制體的DUCV=0、DHCV=0、DSCV=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DUCV=0、DHCV=0、DSCV=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。 13. 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(tái)壓氣機(jī)同時(shí)向主氣道送氣以及混合式換熱器等都有合流的問(wèn)題。通常合流過(guò)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，qm1 1 p1, T1 3 1 qm3 p3, T3 2 3 qm2 p2, T2 2 圖2-13 合流 列出能量方程式并導(dǎo)出出口截面上焓值h3的計(jì)算式。 進(jìn)入系統(tǒng)的能量–離開(kāi)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(jìn)入系統(tǒng)的能量：qm1帶入的和qm2帶入的。沒(méi)有熱量輸入。 qm1（h1+cf12/2+gz1）+ qm2（h2+cf22/2+gz2） 離開(kāi)系統(tǒng)的能量：qm3帶出的，沒(méi)有機(jī)械能（軸功）輸出。 qm3（h3+cf32/2+gz3） qm3 3 p3, T3 1 3 qm1 p1, T1 2 1 qm2 p2, T2 2 圖2-14 分流 如果合流前后流速變化不太大，且勢(shì)能變化一般可以忽略，則能量方程為： qm1×h1+ qm2×h2= qm3×h3 出口截面上焓值h3的計(jì)算式 h3= （qm1×h1+ qm2×h2）/ qm3 本題中，如果流體反向流動(dòng)就是分流問(wèn)題，分流與合流問(wèn)題的能量方程式是一樣的，一般習(xí)慣前后反過(guò)來(lái)寫(xiě)。 qm1×h1 = qm2×h2+ qm3×h3 93頁(yè)思考題 。 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)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(wú)關(guān)。 4．如果某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式為pv=RgT，這種工質(zhì)的比熱容、熱力學(xué)能、焓都僅僅是溫度的函數(shù)嗎？ 是的。 7．氣體有兩個(gè)獨(dú)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)。但又曾得出結(jié)論，理想氣體的熱力學(xué)能（或焓）只取決于溫度，這兩點(diǎn)是否矛盾？為什么？ 不矛盾。pv=RgT。熱力學(xué)能（或焓）與溫度已經(jīng)相當(dāng)于一個(gè)狀態(tài)參數(shù)，他們都可以表示為獨(dú)立參數(shù)p和v的函數(shù)。 9．氣體熱力性質(zhì)表中的u、h及s0的基準(zhǔn)是什么狀態(tài)？ 標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài) 10．在圖3-15所示的T–s圖上任意可逆過(guò)程1–2的熱量如何表示？理想氣體1和2狀態(tài)間熱力學(xué)能變化量、焓變化量能否在圖上用面積表示？若1–2經(jīng)過(guò)的是不可逆過(guò)程又如何？ T 0 s 1 2 p=0 p v 1 2 U 曲線1-2下的曲邊梯形面積就是任意可逆過(guò)程1–2的熱量。dQ=TdS沿過(guò)程的積分。Q=DU+W，所以DU=Q–W。不可逆過(guò)程傳熱量不能用曲邊梯形面積表達(dá)，但是熱力學(xué)能和焓還可以用原方式表達(dá)，因?yàn)闊崃W(xué)能和焓都是狀態(tài)參數(shù)，其變化與過(guò)程路徑無(wú)關(guān)。 12．熵的數(shù)學(xué)定義式為ds=dq/T，又dq=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(jié)論是否正確？若不正確，錯(cuò)在何處？ 不正確。錯(cuò)在c不是狀態(tài)參數(shù)，與過(guò)程有關(guān)。是溫度單值函數(shù)的是定過(guò)程比熱。 13．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。 15．水的三相點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)是不是唯一確定的？三相點(diǎn)與臨界點(diǎn)有什么差異？ 水的三相點(diǎn)的狀態(tài)參數(shù)是唯一確定的，這一點(diǎn)由吉布斯相律確認(rèn)：對(duì)于多元（如k個(gè)組元）多相（如f個(gè)相）無(wú)化學(xué)反應(yīng)的熱力系，其獨(dú)立參數(shù)，即自由度n = k–f + 2。三相點(diǎn)：k =1，f = 3，故n = 0。 三相點(diǎn)是三相共存點(diǎn)，在該點(diǎn)發(fā)生的相變都具有相變潛熱。臨界點(diǎn)兩相歸一，差別消失，相變是連續(xù)相變，沒(méi)有相變潛熱。三相點(diǎn)各相保持各自的物性參數(shù)沒(méi)有巨大的變化，臨界點(diǎn)的物性參數(shù)會(huì)產(chǎn)生巨大的峰值變化。三相點(diǎn)和臨界點(diǎn)是蒸汽壓曲線的兩個(gè)端點(diǎn)。三相點(diǎn)容易實(shí)現(xiàn)，臨界點(diǎn)不容易實(shí)現(xiàn)。 17．水在定壓汽化過(guò)程中，溫度保持不變，因此，根據(jù)q=Du+w，有人認(rèn)為過(guò)程中的熱量等于膨脹功，即q=w，對(duì)不對(duì)？為什么？ 不對(duì)。Du=cvDT是對(duì)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(jié)論是錯(cuò)的。 133頁(yè)思考題 2．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？ Du=cv(t2–t1)，Dh=cp(t2–t1)；q=Du=cv(t2–t1)，q=Dh=cp(t2–t1) 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)程熱量公式q=可知，只要狀態(tài)參數(shù)p1、v1和v2確定了，q的數(shù)值也確定了，是否可逆定溫過(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)。 7．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； 7題圖 (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）功的過(guò)程； ——正確。 (2) 絕熱過(guò)程即定熵過(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)程不是定熵過(guò)程。 (3) 多變過(guò)程即任意過(guò)程。 ——錯(cuò)誤，右圖中的過(guò)程就不是多變過(guò)程。 p b Tb Tc a c O v 圖4-18題解 p b a c O v 圖4-18 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)Duab與Duac哪個(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？ 依題意，Tb>Tc，所以Duab>Duac。若b點(diǎn)及c點(diǎn)在同一條定溫線上，則Duab=Duac。 11．下列三式的使用條件是什么？ p2v2k=p1v1k，T1v1k-1=T2v2k-1，T1=T2 使用條件是：理想氣體，可逆絕熱過(guò)程。 12．T–s圖上如何表示絕熱過(guò)程的技術(shù)功wt和膨脹功w？ p=0 v=0 4-14 試以可逆絕熱過(guò)程為例，說(shuō)明水蒸氣的熱力過(guò)程與理想氣體的熱力過(guò)程的分析計(jì)算有什么異同？ 相同點(diǎn)：都是首先確定起始狀態(tài)和結(jié)束狀態(tài)，然后在計(jì)算過(guò)程的作功量等數(shù)據(jù)。計(jì)算過(guò)程中，始終要符合熱力學(xué)第一定律。 不同點(diǎn)：理想氣體的計(jì)算是依靠理想氣體狀態(tài)方程以及功和熱量的積分計(jì)算式進(jìn)行計(jì)算，而水蒸氣是依靠查圖查表進(jìn)行計(jì)算。 193頁(yè)思考題 5-1熱力學(xué)第二定律能否表達(dá)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?！边@種說(shuō)法有什么不妥當(dāng)？ 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。 5-2理想氣體進(jìn)行定溫膨脹時(shí)，可從單一恒溫?zé)嵩次氲臒崃?，將之全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣?duì)外輸出，是否與熱力學(xué)第二定律的開(kāi)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(jìn)行定溫膨脹時(shí)，壓力不斷降低，體積越來(lái)越大。當(dāng)壓力低到外界壓力時(shí)，就不能再繼續(xù)降低了，過(guò)程也就停止了。熱力學(xué)第二定律的開(kāi)爾文敘述的內(nèi)容是：不可能制造出從單一熱源吸熱，使之全部轉(zhuǎn)化為功而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動(dòng)機(jī)（第二類永動(dòng)機(jī)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(dòng)機(jī)要求連續(xù)工作，而定溫過(guò)程做不到。所以，這個(gè)過(guò)程與熱力學(xué)第二定律無(wú)矛盾。 5-3自發(fā)過(guò)程是不可逆過(guò)程，非自發(fā)過(guò)程必為可逆過(guò)程，這一說(shuō)法是否正確？ 答：錯(cuò)?！胺亲园l(fā)過(guò)程必為可逆過(guò)程?！钡恼f(shuō)法完全錯(cuò)誤，非自發(fā)過(guò)程需付出代價(jià)（更強(qiáng)的自發(fā)過(guò)程）才能實(shí)現(xiàn)，可逆過(guò)程則是一種實(shí)際上不存在的理想過(guò)程，兩者之間沒(méi)有什么關(guān)系。 5-4請(qǐng)給“不可逆過(guò)程”一個(gè)恰當(dāng)?shù)亩x。請(qǐng)歸納熱力過(guò)程中有哪幾種不可逆因素？ 答：各種不可逆因素總可以表示為將機(jī)械能耗散為熱能，例如溫差傳熱，卡諾說(shuō)：凡是有溫度差的地方都可以產(chǎn)生動(dòng)力。因此，溫差傳熱使得本可以作出的功沒(méi)有作出，這就相當(dāng)于將機(jī)械能耗散為熱能。凡是最終效果都可以歸結(jié)為使機(jī)械能耗散為熱能的過(guò)程都是不可逆過(guò)程。熱力過(guò)程中的不可逆因素有功熱轉(zhuǎn)換、有限溫差傳熱、自由膨脹、混合過(guò)程、電阻等等。 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。 Q1 T1 T2 T2 T1 Q2 Q2 Q1 Q Q2 W W0 R E E 圖4-1 圖4-2 如圖4–1所示，某循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)E自高溫?zé)嵩碩1吸熱Q1，將其中一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能W0，其余部分Q2=Q1–W0排向低溫?zé)嵩碩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?Q1–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，。 （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)。 5-7循環(huán)熱效率公式：和是否完全相同？各適用于哪些場(chǎng)合？ 答：不同。前者適用于一般的循環(huán)（可逆和不可逆循環(huán)），后者僅適用于在兩個(gè)恒溫?zé)嵩粗g工作的可逆循環(huán)。 （第三版5-8題）不違反。它是依賴于壓力差作功的。 5-8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)Sg>0的過(guò)程必為不可逆過(guò)程。 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)。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?！? （6）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DS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DS不可逆>DS可逆，DSf，不可逆>DSf，可逆，DSg，不可逆>DSg，可逆；（3）不可逆絕熱膨脹終態(tài)熵大于初態(tài)熵S2>S1，不可逆絕熱壓縮終態(tài)熵小于初態(tài)熵S2Sg，可逆。因?yàn)殪厥菭顟B(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，S2>S1。 （4）錯(cuò)。，因?yàn)殪厥菭顟B(tài)參數(shù)。 p b a c 0 v 圖5–34 5-10從點(diǎn)a開(kāi)始有兩個(gè)可逆過(guò)程：定容過(guò)程a–b和定壓過(guò)程a–c，b、c兩點(diǎn)在同一條絕熱線上（見(jiàn)圖5–34），問(wèn)qa–b和qa–c哪個(gè)大？并在T–s圖上表示過(guò)程a–b和a–c及qa–b和qa–c。 答：可逆定容過(guò)程a-b和可逆定壓過(guò)程a-c的逆過(guò)程c-a以及可逆絕熱線即定熵線上過(guò)程b-c構(gòu)成一可逆循環(huán)，它們圍成的面積代表了對(duì)外作功量，過(guò)程a-b吸熱，過(guò)程c-a放熱，根據(jù)熱力學(xué)第一定律，必然有?qa-b?>?qc-a?，才能對(duì)外輸出凈功。也就是，qa-b>qa-c。 sb sa c T s b a 10題圖 圖中，qa-b為absbsaa圍成的面積，qa-c為acsbsaa圍成的面積。 5-12孤立系統(tǒng)中進(jìn)行了（1）可逆過(guò)程；（2）不可逆過(guò)程，問(wèn)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(jìn)行了可逆過(guò)程后，總能、總熵、總火用都不變。 （2）孤立系統(tǒng)中進(jìn)行了不可逆過(guò)程后，總能不變，總熵、總火用都發(fā)生變化。 5-14 下列命題是否正確？若正確，說(shuō)明理由；若錯(cuò)誤，請(qǐng)改正。 （1）成熟的蘋(píng)果從樹(shù)枝上掉下，通過(guò)與大氣、地面的摩擦、碰撞，蘋(píng)果的勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)境介質(zhì)的熱力學(xué)能， 勢(shì)能全部是火用，全部轉(zhuǎn)變?yōu)榛馃o(wú)。 （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(wú)，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，這時(shí)的熱量就已沒(méi)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(guò)程必然同時(shí)發(fā)生一個(gè)或多個(gè)使火用減少的過(guò)程。 235頁(yè)思考題 1. 實(shí)際氣體性質(zhì)與理想氣體性質(zhì)差異產(chǎn)生的原因是什么？在什么條件下才可以把實(shí)際氣體作理想氣體處理？ 答：差異產(chǎn)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(dāng)p→0時(shí)，實(shí)際氣體成為理想氣體。實(shí)際情況是當(dāng)實(shí)際氣體距離其液態(tài)較遠(yuǎn)時(shí)，分子體積與分子間作用力的影響很小，可以把實(shí)際氣體當(dāng)作理想氣體處理。 2. 范德瓦爾方程的精度不高，但是在實(shí)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(gè)實(shí)際氣體狀態(tài)方程，在各種實(shí)際氣體狀態(tài)方程中它的形式最簡(jiǎn)單；它較好地定性地描述了實(shí)際氣體的基本特征；其它半理論半經(jīng)驗(yàn)的狀態(tài)方程都是沿范德瓦爾方程前進(jìn)的。 答：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)自于實(shí)際，而范德瓦爾臨界壓縮因子與實(shí)際的壓縮因子誤差較大，所以由試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到的接近于實(shí)際。 3. 什么叫對(duì)應(yīng)態(tài)定律？為什么要引入對(duì)應(yīng)態(tài)定律？什么是對(duì)比參數(shù)？ 答：在相同的對(duì)比態(tài)壓力和對(duì)比態(tài)溫度下，不同氣體的對(duì)比態(tài)比體積必定相同。引入對(duì)應(yīng)態(tài)原理，可以使我們?cè)谌狈υ敿?xì)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(zhì)來(lái)估算其它流體的性質(zhì)。某氣體狀態(tài)參數(shù)與其臨界參數(shù)的比值稱為熱力對(duì)比參數(shù)。（對(duì)比參數(shù)是一種無(wú)量綱參數(shù)） 4. 自由能和自由焓的物理意義是什么？?jī)烧叩淖兓吭谑裁礂l件下會(huì)相等？ 答：H=G + TS，U=F + TS。 dg =dh–d(Ts) =dh–Tds–sdT，簡(jiǎn)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=0Tdg=0。若此時(shí)系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生不可逆變化（外部條件不變），則ds>0，Tdg<0。例如系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)熱能（都是熱力學(xué)能），必要條件是dg<0，否則過(guò)程不能發(fā)生。 類似地，簡(jiǎn)單可壓縮系統(tǒng)在等溫等容條件下，內(nèi)部發(fā)生變化的必要條件是：df<0。 引申：系統(tǒng)的g、f沒(méi)有時(shí)，dg=0，df=0。內(nèi)部變化不再進(jìn)行。進(jìn)而可以認(rèn)為g、f是系統(tǒng)內(nèi)部變化的能力和標(biāo)志，所以分別稱為自由焓、自由能，相應(yīng)地，TS可稱為束縛能。 與火用相比，吉布斯自由能和亥姆霍茲自由能不需要與環(huán)境狀態(tài)聯(lián)系，且是工質(zhì)的狀態(tài)參數(shù)?！憷碚摕崃W(xué)的人（物理學(xué)家們）根本不拿火用當(dāng)回事。 兩者的變化量在什么條件下會(huì)相等？有什么意義呢？dg–df=d(h–Ts)–d(u–Ts)=dh–du=0，對(duì)于理想氣體可逆等溫過(guò)程，兩者的變化量相等?；蛘撸篸h–du= d(pv)=0 5. 什么是特性函數(shù)？試說(shuō)明u=u(s, p)是否是特性函數(shù)。 答：某些狀態(tài)參數(shù)表示成特定的兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)的函數(shù)時(shí)，只需一個(gè)狀態(tài)參數(shù)就可以確定系統(tǒng)的其它參數(shù)，這樣的函數(shù)就稱為特性函數(shù)。熱力學(xué)能函數(shù)僅在表示成熵及比體積的函數(shù)時(shí)才是特性函數(shù)，換成其它獨(dú)立參數(shù)，如u=u(s, p)，則不能由它全部確定其它平衡性質(zhì)，也就不是特性函數(shù)了。 。 6. 試導(dǎo)出以T、p及p、v為獨(dú)立變量的du方程及以T、v及p、v為獨(dú)立變量的dh方程。 7. 本章導(dǎo)出的關(guān)于熱力學(xué)能、焓、熵的一般關(guān)系式是否可用于不可逆過(guò)程？ 答：由于熱力學(xué)能、焓、熵都是狀態(tài)參數(shù)，其變化與過(guò)程無(wú)關(guān)，所以其結(jié)果也可以用于不可逆過(guò)程。 263頁(yè)思考題 2．如何用連續(xù)性方程解釋日常生活的經(jīng)驗(yàn)：水的流通截面積增大，流速就降低？ 答： 在日常生活中，水可視為不可壓縮流體，其比體積不會(huì)發(fā)生變化，因而由上式有 Acf=常數(shù)，即截面積變化與速度變化成反比。 6．考慮摩擦損耗時(shí)，為什么修正出口截面上速度后還要修正溫度？ 答：如上。 8．如圖7–17所示，（a）為漸縮噴管，（b）為縮放噴管。設(shè)兩噴管工作背壓均為0.1MPa，進(jìn)口截面壓力均為1MPa，進(jìn)口流速cf1可忽略不計(jì)。若（1）兩噴管最小截面積相等，問(wèn)兩噴管的流量、出口截面流速和壓力是否相同？（2）假如沿截面2'–2'切去一段，將產(chǎn)生哪些后果？出口截面上的壓力、流速和流量將起什么變化？ 1 2' 2 1 2' 2 p1=1MPa pb=0.1MPa p1=1MPa pb=0.1MPa 1 2' 2 1 2' 2 (a) (b) 圖7–17 思考題7–8附圖 答：（1）兩噴管最小截面積相等，則兩噴管的流量相等，出口截面流速和壓力不相等。漸縮噴管出口截面流速為當(dāng)?shù)匾羲?，出口截面壓力等于臨界壓力（0.528Mpa），縮放噴管出口截面壓力等于背壓（充分膨脹情況下），出口截面流速為超聲速（）。 （2）漸縮噴管，沿截面2'–2'切去一段后，臨界狀態(tài)前移到2'–2'截面，出口速度為當(dāng)?shù)匾羲?，出口截面壓力等于臨界壓力（0.528Mpa），由于出口面積變大，噴管流量增大。 縮放噴管，沿截面2'–2'切去一段后，噴管形狀不足以保持完全膨脹，出口壓力高于背壓，出口流速比切去一段以前小（仍為超聲速），噴管流量不變。（噴管內(nèi)剩余部分流動(dòng)沒(méi)有變化）。 10．既然絕熱節(jié)流前后焓值不變，為什么作功能力有損失？ 答：絕熱節(jié)流后氣體的壓力降低，可逆絕熱膨脹過(guò)程焓降所能作出的功沒(méi)有作出，導(dǎo)致節(jié)流后焓仍然等于節(jié)流前。該作出的功沒(méi)有作出，就產(chǎn)生了作功能力損失。 281頁(yè)思考題 3．如果由于應(yīng)用氣缸冷卻水套以及其他冷卻方法，氣體在壓氣機(jī)氣缸中已經(jīng)能夠按定溫過(guò)程進(jìn)行壓縮，這時(shí)是否還需要采用分級(jí)壓縮？為什么？ 答：還需要分級(jí)壓縮。是為了減小余隙容積的影響。但不需要中間冷卻。 4．壓氣機(jī)按定溫壓縮時(shí)，氣體對(duì)外放出熱量，而按絕熱壓縮時(shí)，不向外放熱，為什么定溫壓縮反較絕熱壓縮更為經(jīng)濟(jì)？ 答：壓氣機(jī)耗功中有意義的部分是技術(shù)功，不考慮宏觀動(dòng)能和勢(shì)能的變化，就是軸上輸入的功（由設(shè)備直接加諸氣體的機(jī)械功），而同樣進(jìn)出口壓力定溫過(guò)程消耗的技術(shù)功比絕熱過(guò)程少，絕熱過(guò)程消耗的技術(shù)功有一部分用于提高氣體溫度。 7．葉輪式壓氣機(jī)不可逆絕熱壓縮比可逆絕熱壓縮多消耗功可用圖8–11上面積m2s2'nm表示，這是否即是此不可逆過(guò)程作功能力損失？為什么？ T p2 2 p1 1 O s 圖8–13 思考題8–8附圖 8．如圖8–13所示的壓縮過(guò)程1–2若是可逆的，則這一過(guò)程是什么過(guò)程？它與不可逆絕熱壓縮過(guò)程1–2的區(qū)別何在？?jī)烧咧心囊贿^(guò)程消耗的功大？大多少？  THANKS !!! 致力為企業(yè)和個(gè)人提供合同協(xié)議，策劃案計(jì)劃書(shū)，學(xué)習(xí)課件等等 打造全網(wǎng)一站式需求 歡迎您的下載，資料僅供參考 -可編輯修改-