工程熱力學(xué)思考題

工程熱力學(xué)思考題第一章基本概念與定義1.閉口系與外界無物質(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？答：不一定。穩(wěn)定流動(dòng)開口系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量也可以保持恒定。2.有人認(rèn)為，開口系統(tǒng)中系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，而物質(zhì)又與能量不可分割，所以開口系統(tǒng)不可能是絕熱系。對不對，為什么？答：這種說法是不對的。工質(zhì)在越過邊界時(shí)，其熱力學(xué)能也越過了邊界。但熱力學(xué)能不是熱量，只要系統(tǒng)和外界沒有熱量地交換就是絕熱系。3.平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系，平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系？答：只有在沒有外界影響的條件下，工質(zhì)的狀態(tài)不隨時(shí)間變化，這種狀態(tài)稱之為平衡狀態(tài)。穩(wěn)定狀態(tài)只要其工質(zhì)的狀態(tài)不隨時(shí)間變化，就稱之為穩(wěn)定狀態(tài)，不考慮是否在外界的影響下，這是他們的本質(zhì)區(qū)別。平衡狀態(tài)并非穩(wěn)定狀態(tài)之必要條件。物系內(nèi)部各處的性質(zhì)均勻一致的狀態(tài)為均勻狀態(tài)。平衡狀態(tài)不一定為均勻狀態(tài)，均勻并非系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)之必要條件。4.倘使容器中氣體的壓力沒有改變，試問安裝在該容器上的壓力表的讀數(shù)會(huì)改變嗎？絕對壓力計(jì)算公式bep=p+p()bp>p，bvp=p?p()bp<p中，當(dāng)?shù)卮髿鈮菏欠癖囟ㄊ黔h(huán)境大氣壓？答：壓力表的讀數(shù)可能會(huì)改變，根據(jù)壓力儀表所處的環(huán)境壓力的改變而改變。當(dāng)?shù)卮髿鈮翰灰欢ㄊ黔h(huán)境大氣壓。環(huán)境大氣壓是指壓力儀表所處的環(huán)境的壓力。5.溫度計(jì)測溫的基本原理是什么？答：溫度計(jì)隨物體的冷熱程度不同有顯著的變化。6.經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺點(diǎn)是什么？為什么？答：任何一種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)不能作為度量溫度的標(biāo)準(zhǔn)。由于經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)依賴于測溫物質(zhì)的性質(zhì)，當(dāng)選用不同測溫物質(zhì)的溫度計(jì)、采用不同的物理量作為溫度的標(biāo)志來測量溫度時(shí)，除選定為基準(zhǔn)點(diǎn)的溫度，其他溫度的測定值可能有微小的差異。7.促使系統(tǒng)狀態(tài)變化的原因是什么？答：系統(tǒng)內(nèi)部各部分之間的傳熱和位移或系統(tǒng)與外界之間的熱量的交換與功的交換都是促使系統(tǒng)狀態(tài)變。8(1)將容器分成兩部分，一部分裝氣體，一部分抽成真空，中間是隔板。若突然抽去隔板，氣體（系統(tǒng)）是否做功？(2)設(shè)真空部分裝有許多隔板，每抽去一塊隔板讓氣體先恢復(fù)平衡再抽去一塊，問氣體（系統(tǒng)）是否做功？(3)上述兩種情況從初態(tài)變化到終態(tài)，其過程是否都可在p?v圖上表示？答：（1）第一種情況如圖1-1（a）,不作功（2）第二種情況如圖1-1（b）,作功（3）第一種情況為不可逆過程不可以在p-v圖上表示出來，第二種情況為可逆過程可以在p-v圖上表示出來。9.經(jīng)歷一個(gè)不可逆過程后，系統(tǒng)能否恢復(fù)原來狀態(tài)？包括系統(tǒng)和外界的整個(gè)系統(tǒng)能否恢復(fù)原來狀態(tài)？答：經(jīng)歷一個(gè)不可逆過程后系統(tǒng)可以恢復(fù)為原來狀態(tài)。系統(tǒng)和外界整個(gè)系統(tǒng)不能恢復(fù)原來狀態(tài)。10．系統(tǒng)經(jīng)歷一可逆正向循環(huán)及其逆向可逆循環(huán)后，系統(tǒng)和外界有什么變化？若上述正向及逆向循環(huán)環(huán)中有不可逆因素，則系統(tǒng)及外界有什么變化？答：系統(tǒng)經(jīng)歷一可逆正向循環(huán)及其逆向可逆循環(huán)后，系統(tǒng)恢復(fù)到原來狀態(tài)，外界沒有變化；若存在不可逆因素，系統(tǒng)恢復(fù)到原狀態(tài)，外界產(chǎn)生變化。11.工質(zhì)及氣缸、活塞組成的系統(tǒng)經(jīng)循環(huán)后，系統(tǒng)輸出的功中是否要減去活塞排斥大氣功才是有用功？答：不一定。主要看輸出功的主要作用是什么，排斥大氣功是否有用。第二章熱力學(xué)第一定律1.剛性絕熱容器中間用隔板分為兩部分，A中存有高壓空氣，B中保持真空，如圖2-1所示。若將隔板抽去，分析容器中空氣的熱力學(xué)能如何變化？若隔板上有一小孔，氣體泄漏入B中，分析A、B兩部分壓力相同時(shí)A、B兩部分氣體的熱力學(xué)能如何變化？答：將隔板抽去，根據(jù)熱力學(xué)第一定律q=Δu+w其中q=0,w=0，所以容器中空氣的熱力學(xué)能不變2.熱力學(xué)第一定律能量方程式是否可以寫成下列兩種形式：答:熱力學(xué)第一定律能量方程式不可以寫成題中所述的形式。對于q=Δu+pv只有在特殊情況下，功w可以寫成pv。熱力學(xué)第一定律是一個(gè)針對任何情況的定律，不具有w=pv這樣一個(gè)必需條件。對于公式····功和熱量不是狀態(tài)參數(shù)所以不能寫成該式的形式。3.熱力學(xué)第一定律解析式有時(shí)寫成下列兩種形式：分別討論上述兩式的適用范圍.答：q=Δu+w適用于任何過程，任何工質(zhì)?？赡孢^程，任何工質(zhì)4.為什么推動(dòng)功出現(xiàn)在開口系能量方程式中，而不出現(xiàn)在閉口系能量方程式中？答：推動(dòng)功是由流進(jìn)（出）系統(tǒng)的工質(zhì)傳遞而由工質(zhì)后面的物質(zhì)系統(tǒng)作出的。對于閉口系統(tǒng)，不存在工質(zhì)的流進(jìn)（出）所以不存在這樣進(jìn)行傳遞的功。。5．穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式是否可應(yīng)用于活塞式壓氣機(jī)這種機(jī)械的穩(wěn)定工況運(yùn)行的能量分析？為什么？答：可以。穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式可應(yīng)用于任何穩(wěn)定流動(dòng)過程，對于連續(xù)工作的周期性動(dòng)作的能量轉(zhuǎn)換裝置，只要在平均單位時(shí)間所作的軸功、吸熱量以及工質(zhì)的平均流量為常量，雖然它內(nèi)部工質(zhì)的狀態(tài)及流動(dòng)情況是變化的，但這種周期性的變化規(guī)律不隨時(shí)間而變，所以仍然可以利用穩(wěn)定流動(dòng)能量方程式分析其能量轉(zhuǎn)換關(guān)系開口系實(shí)施穩(wěn)定流動(dòng)過程，是否同時(shí)滿足下列三式：上述三式中tiW、W和W的相互關(guān)系是什么？答：同時(shí)滿足。進(jìn)、出口工質(zhì)的流動(dòng)動(dòng)能及重力位能的變化可以忽略不計(jì)時(shí)，穩(wěn)定流動(dòng)的開口系統(tǒng)的軸功即等于技術(shù)功；膨脹功等于技術(shù)功與流動(dòng)功的代數(shù)和。7.幾股流體匯合成一股流體稱為合流，如圖2-2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題。通常合流過程都是絕熱的。取1-1、2-2和3-3截面之間的空間為控制體積，列出能量方程式并導(dǎo)出出口截面上焓值3h的計(jì)算式。答：忽略動(dòng)能影響的穩(wěn)定流動(dòng)、且混合過程為絕熱第三章理想氣體的性質(zhì)1.怎樣正確看待“理想氣體”這個(gè)概念？在進(jìn)行實(shí)際計(jì)算是如何決定是否可采用理想氣體的一些公式？答：理想氣體：分子為不占體積的彈性質(zhì)點(diǎn)，除碰撞外分子間無作用力。理想氣體是實(shí)際氣體在低壓高溫時(shí)的抽象，是一種實(shí)際并不存在的假想氣體。判斷所使用氣體是否為理想氣體（1）依據(jù)氣體所處的狀態(tài)（如：氣體的密度是否足夠小）估計(jì)作為理想氣體處理時(shí)可能引起的誤差；（2）應(yīng)考慮計(jì)算所要求的精度。若為理想氣體則可使用理想氣體的公式。2.氣體的摩爾體積是否因氣體的種類而異？是否因所處狀態(tài)不同而異？任何氣體在任意狀態(tài)下摩爾體積是否都是0.022414m3/mol?答：氣體的摩爾體積在同溫同壓下的情況下不會(huì)因氣體的種類而異；但因所處狀態(tài)不同而變化。只有在標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下摩爾體積為0.022414m3/mol3.摩爾氣體常數(shù)R值是否隨氣體的種類不同或狀態(tài)不同而異？答：摩爾氣體常數(shù)不因氣體的種類及狀態(tài)的不同而變化。4.如果某種工質(zhì)的狀態(tài)方程式為pv=RgT，那么這種工質(zhì)的比熱容、熱力學(xué)能、焓都僅僅是溫度的函數(shù)嗎？答：一種氣體滿足理想氣體狀態(tài)方程則為理想氣體，那么其比熱容、熱力學(xué)能、焓都僅僅是溫度的函數(shù)。5.對于一種確定的理想氣體····是否總是同一定值？答：對于確定的理想氣體在同一溫度下6.麥耶公式Cp-Cv=R是否適用于理想氣體混合物？是否適用于實(shí)際氣體？答：邁耶公式的推導(dǎo)用到理想氣體方程，因此適用于理想氣體混合物不適合實(shí)際氣體。7.試論證熱力學(xué)能和焓是狀態(tài)參數(shù)，理想氣體熱力學(xué)能和焓有何特點(diǎn)？答：在工程熱力學(xué)里，在無化學(xué)反應(yīng)及原子核反應(yīng)的過程中，化學(xué)能、原子核能都不變化，可以不考慮，因此熱力學(xué)能包括內(nèi)動(dòng)能和內(nèi)位能。內(nèi)動(dòng)能由溫度決定，內(nèi)位能由v決定。這樣熱力學(xué)能由兩個(gè)狀態(tài)參數(shù)決定。所以熱力學(xué)能是狀態(tài)參數(shù)。由公式h=u+pv可以看到，焓也是由狀態(tài)參數(shù)決定，所以也是狀態(tài)參數(shù)。對于理想氣體熱力學(xué)能和焓只是溫度的函數(shù)。8.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uf(p,v)u=。但又曾得出結(jié)論，理想氣體的熱力學(xué)能、焓、熵只取決于溫度，這兩點(diǎn)是否矛盾？為什么？答：不矛盾。實(shí)際氣體有兩個(gè)獨(dú)立的參數(shù)。理想氣體忽略了分子間的作用力，所以只取決于溫度。9.為什么工質(zhì)的熱力學(xué)能、焓、熵為零的基準(zhǔn)可以任選？理想氣體的熱力學(xué)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？對理想氣體的熵又如何？答：在工程熱力學(xué)里需要的是過程中熱力學(xué)能、焓、熵的變化量。熱力學(xué)能、焓、熵都只是溫度的單值函數(shù)，變化量的計(jì)算與基準(zhǔn)的選取無關(guān)。熱力學(xué)能或焓的參照狀態(tài)通常取0K或0℃時(shí)焓時(shí)為10.氣體熱力性質(zhì)表中的u、h及s0的基準(zhǔn)是什么狀態(tài)？答：氣體熱力性質(zhì)表中的u、h及s0基準(zhǔn)是態(tài)是()00T,p，T0K0=，0p=101325Pa11.在如圖3-1所示的T-s圖上任意可逆過程1-2的熱量如何表示？理想氣體在1和2狀態(tài)間的熱力學(xué)能變化量、焓變化量如何表示？若在1-2經(jīng)過的是不可逆過程又如何？答：圖3-2中陰影部分面積為多變過程1-2的熱量。對于多變過程其熱力學(xué)能變化量及焓變化量可由下面兩式計(jì)算得到：····過初始狀態(tài)點(diǎn)，做定容線2-2’，圖3-3中陰影部分面積為多變過程1-2的熱力學(xué)能變化量。過初始狀態(tài)點(diǎn)，做定壓線2-2’，圖3-4中陰影部分面積為多變過程1-2的焓變化量。若為不可逆過程，熱力學(xué)能、焓不變?nèi)缟蠄D。熱量無法在圖中表示出來。12.理想氣體熵變計(jì)算式（3-34a）、(3-35a)、(3-36a)、(3-37a)等是由可逆過程導(dǎo)出的，這些計(jì)算式是否可用于不可逆過程初、終態(tài)的熵變？為什么？答：可以。因?yàn)殪厥菭顟B(tài)參數(shù)，只與初終狀態(tài)有關(guān)，與過程無關(guān)。13.熵的數(shù)學(xué)定義式為ds=，比熱容的定義式為δq=cdT，故Tds=cdT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？答：ds=中，revδq為一微元可逆變化過程中與熱源交換的熱量，而δq=cdT中δq為工質(zhì)溫度升高dT所吸收的熱量，他們是不能等同的，所以這一結(jié)論是錯(cuò)誤的。14.（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)能一定升高（）。（4）氣體膨脹時(shí)一定對外做功（）（5）氣體壓縮時(shí)一定耗功（）答：（1）（×）（2）（×）（3）（×）（4）（×）（5）（√）15.道爾頓分壓定律和亞美格分體積定律是否適用于實(shí)際氣體混合物？答：不適用。16.混合氣體中如果已知兩種組分A和B摩爾分?jǐn)?shù)ABx>x，能否斷定質(zhì)量分?jǐn)?shù)也是ABw>w？答：混合氣體的折合摩爾質(zhì)量相同，但是組分A和B摩爾的摩爾質(zhì)量大小關(guān)系不能確定。所以不能斷定ABw>w。第四章理想氣體的熱力過程1.分析氣體的熱力過程要解決哪些問題？用什么方法解決？試以理想氣體的定溫過程為例說明之。答：主要解決的問題及方法：(1)根據(jù)過程特點(diǎn)（及狀態(tài)方程）???→確定過程方程(2)根據(jù)過程方程???→確定始、終狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系(3)由熱力學(xué)第一定律等???→計(jì)算quhst,ω,ω,Δ,Δ,Δ(4)分析能量轉(zhuǎn)換關(guān)系（用P—V圖及T—S圖）（根據(jù)需要可以定性也可以定量）例：1)過程方程式：T=常數(shù)（特征）PV=常數(shù)（方程）2)始、終狀態(tài)參數(shù)之間的關(guān)系：答：不是都適用。第一組公式適用于任何一種過程。第二組公式()21qucttv=Δ=?適于定容過程，()21qhcttp=Δ=?適用于定壓過程。3.在定容過程和定壓過程中，氣體的熱量可根據(jù)過程中氣體的比熱容乘以溫差來計(jì)算。定溫過程氣體的溫度不變，在定溫過程中是否需對氣體加入熱量？如果加入的話應(yīng)如何計(jì)算？答：定溫過程對氣體應(yīng)加入的熱量4.過程熱量q和過程功w都是過程量，都和過程的途徑有關(guān)。由定溫過程熱量公式故，只要狀態(tài)參數(shù)11p、v和2v確定了，q的數(shù)值也確定了，是否q與途徑無關(guān)？答：對于一個(gè)定溫過程，過程途徑就已經(jīng)確定了。所以說q是與途徑有關(guān)的。5.在閉口熱力系的定容過程中，外界對系統(tǒng)施以攪拌功δw，問這時(shí)QmcdTvδ=是否成立？答：成立6.絕熱過程的過程功w和技術(shù)功tw的計(jì)算式12w=u?u，12whht=?是否只限于理想氣體？是否只限于可逆絕熱過程？為什么？答：不只限于理想氣體和可逆的絕熱過程。因?yàn)閝=Δu+w和tq=Δh+w是通用公式，適用于任何工質(zhì)任何過程，只要是絕熱過程q=0無論是可逆還是不可逆。所以12w=u?u和12whht=?不只限于可逆絕熱過程。7.試判斷下列說法對嗎：（1）定容過程既無膨脹（或壓縮）功的過程；（2）絕熱過程即定熵過程；（3）多變過程即任意過程。答：（1）（×）；（2）（×）；（3）（×）8.如圖4-3：試證明：q1-2-3>≠q1-4-3。途中1-2、4-3為定容過程，1-4、2-3為定壓過程。答：q1-2-3=Δu1-2-3+w1-2-3,q1-4-3=Δu1-4-3+w1-4-3∵Δu1-2-3=Δu1-4-3,w1-2-3>w1-4-3∴q1-2-3>q1-4-39.如圖4-4所示。今有兩個(gè)任意過程a-b及a-c，b、c在同一條絕熱線上，試問abacΔu與Δu哪個(gè)大？若b、c在同一條定溫線上，結(jié)果又如何？答：b、c在同一條絕熱線上abacΔ__________u<Δu，若b、c在同一條定溫線上，二者相等。10.在T-s圖上如何表示絕熱過程的技術(shù)功和膨脹功？答：絕熱過程，不管是否是可逆過程都有whwut=?Δ,=?Δ所以在T-S圖上的表示方法與第三章第十一題相同。11.在p-v圖和T-s圖上如何判斷過程中q、w、Δu、Δh的正負(fù)？第五章熱力學(xué)第二定律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@種說法有什么不妥當(dāng)?答：不能這樣表述。表述不正確，對于可逆的定溫過程，所吸收的熱量可以全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，但是自身狀態(tài)發(fā)生了變化。所以這種表述不正確。2.自發(fā)過程是不可逆過程，非自發(fā)過程必為可逆過程，這一說法是否正確？答：不正確。自發(fā)過程是不可逆過程是正確的。非自發(fā)過程卻不一定為可逆過程。3.請給“不可逆過程”一個(gè)恰當(dāng)?shù)亩x。熱力過程中有哪幾種不可逆因素？答：一切非準(zhǔn)靜態(tài)過程都是不可逆過程。不可逆因素有：摩擦、不等溫傳熱和不等壓做功。4.試證明熱力學(xué)第二定律各種說法的等效性：若克勞修斯說法不成立，則開爾文說也不成立。答：熱力學(xué)第二定律的兩種說法反映的是同一客觀規(guī)律——自然過程的方向性??→是一的，只要一種表述可能，則另一種也可能。假設(shè)熱量Q2能夠從溫度T2的低溫?zé)嵩醋詣?dòng)傳給溫度為T1的高溫?zé)嵩础，F(xiàn)有一循環(huán)熱機(jī)在兩熱源間工作，并且它放給低溫?zé)嵩吹臒崃壳『玫扔赒2。整個(gè)系統(tǒng)在完成一個(gè)循環(huán)時(shí)，所產(chǎn)生的唯一效果是熱機(jī)從單一熱源（T1）取得熱量Q1-Q2，并全部轉(zhuǎn)變?yōu)閷ν廨敵龅墓。低溫?zé)嵩吹淖詣?dòng)傳熱Q2給高溫?zé)嵩?，又從熱機(jī)處接受Q2，故并未受任何影響。這就成了第二類永動(dòng)機(jī)。?違反了克勞修斯說法，?必須違反了開爾文說法。反之，承認(rèn)了開爾文說法，克勞修斯說法也就必然成立。5.（1）循環(huán)凈功Wnet愈大則循環(huán)效率愈高；（×）（2）不可逆循環(huán)的熱效率一定小于可逆循環(huán)的熱效率；（×）（3）可逆循環(huán)的熱效率都相等，6.循環(huán)熱效率公式1是否完全相同？各適用于哪些場合？答：這兩個(gè)公式不相同。。7.與大氣溫度相同的壓縮空氣可以膨脹做功，此事實(shí)是否違反了熱力學(xué)第二定律？答：不違反熱力學(xué)第二定律，對于理想氣體的定溫過程，從單一熱源吸熱并膨脹做功，工質(zhì)的狀態(tài)發(fā)生了變化，所以不違反熱力學(xué)第二定律。8.下列說法是否正確：（1）熵增大的過程必定為吸熱過程（×）；（2）熵減小的過程必為放熱過程（×）；（3）定熵過程必為逆絕熱過程（×）。9.下列說法是否有錯(cuò)誤：（1）熵增大的過程必為不可逆過程（×）（2）使系統(tǒng)熵增大的過程必為不可逆過程（×）（3）熵產(chǎn)>0gs的過程必為不可逆過程（√）（4）不可逆過程的熵變?chǔ)無法計(jì)算（×）（5）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，則不可逆可逆ΔS>ΔS，f,不可逆f,可逆S>S，g,不可逆g,可逆S>S是否正確？答：不可逆可逆ΔS=ΔS、f,不可逆f,可逆S<S、g,不可逆g,可逆S>S（6）不可逆絕熱膨脹的終態(tài)熵大于初態(tài)熵，S2>S1，不可逆絕熱壓縮的終態(tài)熵小于初態(tài)熵S2<S1?答：不可逆絕熱膨脹的終態(tài)熵大于初態(tài)熵S2>S1不可逆絕熱壓縮的終態(tài)熵也大于初態(tài)熵S2>S1。（7）工質(zhì)經(jīng)過不可逆循環(huán)有∫>0,∫<0rT、dsqδ答：工質(zhì)經(jīng)過不可逆循環(huán)有。10.從點(diǎn)a開始有兩個(gè)可逆過程：定容過程a-b和定壓過程a-c，b、c兩點(diǎn)在同一條絕熱線上，問abq?和acq?哪個(gè)大？并在T-s上表示過程a-b、a-c及abq?、acq?答：由圖5-2可知abacqq??>知abacqq??>abq?為1-a-b-2-1的面積；acq?為1-a-c-2-1的面積11.某種理想氣體由同一初態(tài)經(jīng)可逆絕熱壓縮和不可逆絕熱壓縮兩種過程將氣體壓縮到相同的終壓，在p-v圖和T-s圖上畫出兩過程，并在T-s圖上畫出兩過程的技術(shù)功及不可逆過程的用損失。答：由同一初態(tài)經(jīng)可逆絕熱壓縮和不可逆絕熱壓縮兩種過程到相同終壓如5-3圖示。絕熱過程所以由5-4圖可知，可逆絕熱壓縮過程的技術(shù)功為面積1-2T-j-m-1，不可逆絕熱壓縮過程的技術(shù)功為面積1-2’T-f-m-1,不可逆過程的用損失為面積1-g-n-m-112.對于一個(gè)孤立系統(tǒng)，其內(nèi)部若進(jìn)行了可逆過程則孤立系統(tǒng)的總能不變，總熵不變總火用也不變？答：若系統(tǒng)內(nèi)進(jìn)行的是不可逆過程則系統(tǒng)的總能不變，總熵增加，總火用減小。第六章實(shí)際氣體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)際氣體作為理想氣體處理？答：理想氣體模型中忽略了氣體分子間的作用力和氣體分子所占據(jù)的體積。實(shí)際氣體只有在高溫低壓狀態(tài)下，其性質(zhì)和理想氣體相近?；蛘咴诔爻合?，那些不易液化的氣體，如氧氣、氦氣、空氣等的性質(zhì)與理想氣體相似，可以將它們看作理想氣體，使研究的問題簡化。2.壓縮因子Z的物理意義怎么理解？能否將Z當(dāng)作常數(shù)處理？答：壓縮因子為溫度、壓力相同時(shí)的實(shí)際氣體比體積與理想氣體比體積之比。壓縮因子不僅隨氣體的種類而且隨其狀態(tài)而異，故每種氣體應(yīng)有不同的Z=f(p,T)曲線。因此不能取常數(shù)。3.范德瓦爾方程的精度不高，但在實(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：范德瓦爾方程其計(jì)算精度雖然不高，但范德瓦爾方程式的價(jià)值在于能近似地反映實(shí)際氣體性質(zhì)方面的特征，并為實(shí)際氣體狀態(tài)方程式的研究開拓了道路，因此具有較高的地位。4.范德瓦爾方程中的物性常數(shù)a和b可以由試驗(yàn)數(shù)據(jù)擬合得到，也可以由物質(zhì)的crcrcrT、p、v計(jì)算得到，需要較高的精度時(shí)應(yīng)采用哪種方法，為什么？答：當(dāng)需要較高的精度時(shí)應(yīng)采用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)擬和得到a、b。利用臨界壓力和臨界溫度計(jì)算得到的a、b值是近似的。5.什么叫對應(yīng)態(tài)原理？為什么要引入對應(yīng)態(tài)原理？什么是對比參數(shù)？答：在相同的壓力與溫度下，不同氣體的比體積是不同的，但是只要他們的rp和rT分別相同，他們的rv必定相同這就是對應(yīng)態(tài)原理，(,,)=0rrrfpTv。對應(yīng)態(tài)原理并不是十分精確，但大致是正確的。它可以使我們在缺乏詳細(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)來估算其他流體的性質(zhì)。相對于臨界參數(shù)的對比值叫做對比參數(shù)。對比溫度TcTrT=，對比壓力pcprp=，對比比體積vcvrv=。6.什么是特性函數(shù)？試說明u=u(s,p)是否是特性函數(shù)。答：對簡單可壓縮的系統(tǒng)，任意一個(gè)狀態(tài)參數(shù)都可以表示成另外兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)的函數(shù)。其中，某些狀態(tài)參數(shù)若表示成特定的兩個(gè)獨(dú)立參數(shù)的函數(shù)時(shí)，只需一個(gè)狀態(tài)函數(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)”由函數(shù)u=u(s,p)知但是對于比容無法用該函數(shù)表示出來，所以此函數(shù)不是特性函數(shù)。7.如何利用狀態(tài)方程和熱力學(xué)一般關(guān)系求取實(shí)際氣體的Δu、Δh、Δs？答：將狀態(tài)方程進(jìn)行求導(dǎo)，然后帶入熱力學(xué)能、焓或熵的一般關(guān)系式，在進(jìn)行積分。8.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v,p為獨(dú)立變量的dh方程。答：以T,p為獨(dú)立變量時(shí)u=u(T,p),將第二ds方程9.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程？答：熱力學(xué)能、焓、熵都是狀態(tài)參數(shù)，計(jì)算兩個(gè)平衡狀態(tài)之間的變量可任意選擇其過程。所以同樣適用于不可逆過程。10.試根據(jù)比熱容的一般關(guān)系式分析水的比定壓熱容和比定容熱容的關(guān)系。答：比熱容一般關(guān)系式：對于液態(tài)水，在壓力不變條件下，比容隨溫度的變化很小，因而cp-cv≈0。即：液態(tài)和固態(tài)物質(zhì)一般不區(qū)分定壓比熱與定容比熱，而氣體cp≠cv，要區(qū)分。11.水的相圖和一般物質(zhì)的相圖區(qū)別在哪里？為什么？答：與水的相圖比較，顯著的差別是固液二相平衡線的傾斜方向不同，由于液態(tài)水凝固時(shí)容積增大，依據(jù)克拉貝隆-克勞修斯方程固液相平衡曲線的斜率為負(fù)。而其他物質(zhì)則相反。第七、十一章水蒸氣及蒸汽動(dòng)力循環(huán)1.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？答：水的三相點(diǎn)狀態(tài)參數(shù)不是唯一的，其中溫度、壓力是定值而比體積不是定值；臨界點(diǎn)是唯一的，其比體積、溫度、壓力都是確定的；三相點(diǎn)是三相共存的點(diǎn)，臨界點(diǎn)是飽和水線與飽和蒸汽線的交點(diǎn)，在該點(diǎn)飽和水線與飽和蒸汽線不再有分別。2.剛性絕熱的密閉容器內(nèi)水的壓力為4MPa,測得容器內(nèi)溫度為200℃，試問容器內(nèi)的水是什么集態(tài)？因意外事故容器上產(chǎn)生了一不大的裂縫，試分析其后果？答：水的集態(tài)為高壓水，若有裂縫則會(huì)產(chǎn)生爆裂事故。3.水的定壓汽化過程中溫度維持不變，因此有人認(rèn)為過程中熱量等于膨脹功，即q=w，對不對？為什么？答：這種說法是不對的。因?yàn)闇囟炔蛔儾槐硎緹崃W(xué)能不變。這里分析的是水，定壓汽化有相變，不能作為理想氣體來處理，所以Δu≠0。不能得到q=w這樣的結(jié)果。4.由于hcTTppTΔ=Δ21普遍適用于一切工質(zhì)，所以有人說水定壓汽化時(shí)溫度不變，因此其焓變量0Δh=cΔT=TppT。這一推論錯(cuò)誤在哪里？答：hcTTppTΔ=Δ21適用于理想氣體，不能應(yīng)用于水定壓汽化過程，水不能作為理想氣體來處理。5.干飽和蒸汽朗肯循環(huán)（圖10-1中循環(huán)6-7-3-4-5-6）與同樣初壓力下的過熱蒸汽朗肯循環(huán)（圖10-1中循環(huán)1-2-3-4-5-6-1）相比較，前者更接近卡諾循環(huán)，但熱效率卻比后者低，如何解釋此結(jié)果？答：圖10-1中循環(huán)6-7-3-4-5-6局限于飽和區(qū)，上限溫度受制于臨界溫度，導(dǎo)致其平均吸熱溫度較低，故即使實(shí)現(xiàn)卡諾循環(huán)，其熱效率也不高。8.各種實(shí)際循環(huán)的熱效率無論是內(nèi)燃機(jī)循環(huán)，燃?xì)廨啓C(jī)循環(huán)，或是蒸汽循環(huán)都肯定地與工質(zhì)性質(zhì)有關(guān)，這些事實(shí)是否與卡諾定理相矛盾？答：這與卡諾定理并不矛盾。卡諾定理當(dāng)中的可逆循環(huán)忽略了循環(huán)當(dāng)中所有的不可逆因素，不存在任何不可逆損失，所以這時(shí)熱能向機(jī)械能轉(zhuǎn)化只由熱源的條件所決定。而實(shí)際循環(huán)中存在各種不可逆損失，由于工質(zhì)性質(zhì)不同，不可逆因素和不可逆程度是各不相同的，因此其熱效率與工質(zhì)性質(zhì)有關(guān)。10.用蒸汽作為循環(huán)工質(zhì)，其吸熱和放熱接近定溫過程，而我們又常說以定溫吸熱和定溫放熱最為有利，可是為什么在大多數(shù)情況下蒸汽循環(huán)反較柴油機(jī)循環(huán)的熱效率低?答：柴油機(jī)的汽缸壁因?yàn)橛欣鋮s水和進(jìn)入氣缸的空氣冷卻，燃燒室和葉片都可以冷卻，其材料可以承受較高燃?xì)鉁囟龋細(xì)鉁囟韧ǔ？筛哌_(dá)1800-2300K，而蒸汽循環(huán)蒸汽過熱器外面是高溫燃?xì)饫锩媸钦羝?，所以過熱器壁面溫度必定高于蒸汽溫度，這與柴油機(jī)是不同的，蒸汽循環(huán)的最高蒸汽溫度很少超過600K.。因此蒸汽循環(huán)的熱效率較低。11.應(yīng)用熱泵來供給中等溫度(例如100℃上下)的熱量是比直接利用高溫?zé)嵩吹臒崃縼淼脻?jì)，因此有人設(shè)想將乏汽在冷凝器中放出熱量的一部分用熱泵提高溫度，用以加熱低溫段(100℃以下)的鍋爐給水，這樣雖然需要增添熱泵設(shè)備。但卻可以取消低溫段的抽汽回?zé)?，使抽汽回?zé)嵩O(shè)備得以簡化，而對循環(huán)熱效率也能有所補(bǔ)益。這樣的想法在理論上是否正確?答：這種想法是不正確的?；?zé)嵫h(huán)是是通過減少了溫差傳熱不可逆因素，從而使熱效率提高，使該循環(huán)向卡諾循環(huán)靠近了一步。而該題中的想法恰恰是又增加了溫差傳熱不可逆因素。因此對效率提高是沒有好處的。12.熱量利用系數(shù)ξ說明了全部熱量的利用程度，為什么又說它不能完善地衡量循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性？答：熱量利用系數(shù)說明了全部熱量的利用程度，但是不能完善的衡量循環(huán)的經(jīng)濟(jì)性。能量分為可用能與不可用能，能量的品位是不同的。在實(shí)際工程應(yīng)用中用的是可用能?？捎媚茉诟鱾€(gè)部分各個(gè)過程的損失是不能用熱量利用系數(shù)來說明的。13.總結(jié)一下氣體動(dòng)力循環(huán)和蒸汽動(dòng)力循環(huán)提高循環(huán)熱效率的共同原則。答：提高循環(huán)熱效率的共同原則是：提高工質(zhì)的平均吸熱溫度。第八章氣體和蒸汽的流動(dòng)1.改變氣流速度起主要作用的是通道的形狀，還是氣流本身的狀態(tài)變化？答：改變氣流速度主要是氣流本身狀態(tài)變化。2.當(dāng)氣流速度分別為亞聲速和超聲速時(shí)，下列形狀的管道宜于作噴管還是宜于作擴(kuò)壓管？答：氣流速度為亞聲速時(shí)圖6-1中的1圖宜于作噴管，2圖宜于作擴(kuò)壓管，3圖宜于作噴管。當(dāng)聲速達(dá)到超聲速時(shí)時(shí)1圖宜于作擴(kuò)壓管，2圖宜于作噴管，3圖宜于作擴(kuò)壓管。4圖不改變聲速也不改變壓強(qiáng)。3.當(dāng)有摩擦損耗時(shí)，噴管的流出速度同樣可用2(02)c2hhf=?計(jì)算，似乎與無摩擦損耗時(shí)相同，那么摩擦損耗表現(xiàn)在哪里呢？答：摩擦損耗包含在流體出口的焓值里。摩擦引起出口速度變小，出口動(dòng)能的減小引起出口焓值的增大4.在圖6-2中圖a為漸縮噴管,圖b為縮放噴管。設(shè)兩噴管的工作背壓均0.1MPa，進(jìn)口截面壓力均為1MPa，進(jìn)口流速f1c可忽略不計(jì)。1）若兩噴管的最小截面面積相等，問兩噴管的流量、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、流速和流量起什么變化？答：1）若兩噴管的最小截面面積相等，兩噴管的流量相等，漸縮噴管出口截面流速小于縮放噴管出口截面流速，漸縮噴管出口截面壓力大于縮放噴管出口截面壓力。2)若截取一段，漸縮噴管最小截面面積大于縮放噴管最小截面面積，則漸縮噴管的流量小于縮放噴管的流量，漸縮噴管出口截面流速小于縮放噴管出口截面流速，漸縮噴管出口截面壓力大于縮放噴管出口截面壓力。6.多股氣流混合成一股混合氣流稱為合流，請導(dǎo)出各股支流都是理想氣體的混合氣流的溫度表達(dá)式。混合氣流的熵值是否等于各股支流熵值之和，為什么？應(yīng)該怎么計(jì)算？第九章壓氣機(jī)的熱力過程1.如果由于應(yīng)用汽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：分級(jí)壓縮主要是減小余隙容積對產(chǎn)氣量的影響，冷卻作用只是減小消耗功。所以仍然需要采用分級(jí)壓縮。2.壓氣機(jī)按定溫壓縮時(shí)氣體對外放出熱量，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：絕熱壓縮時(shí)壓氣機(jī)不向外放熱，熱量完全轉(zhuǎn)化為工質(zhì)的內(nèi)能，使工質(zhì)的溫度升高不利于進(jìn)一步壓縮容易對壓氣機(jī)造成損傷，耗功大。等溫壓縮壓氣機(jī)向外放熱，工質(zhì)的溫度不變，有利于進(jìn)一步壓縮耗功小，所以等溫壓縮更為經(jīng)濟(jì)。3.壓氣機(jī)所需要的功也可以由第一定律能量方程式導(dǎo)出，試導(dǎo)出定溫、多變、絕熱壓縮壓氣機(jī)所需要的功，并用T-s圖上面積表示其值。答：由第一定律能量方程式q=Δh+wt，定溫過程Δh=0等溫過程所作的功為圖7-1中面積1-2T-m-n-1，絕熱過程所作的功為圖中面積1-2's-f-n-1多變過程所作的功為圖中面積1-2’n-j-g-2n-14．葉輪是壓氣機(jī)不可逆絕熱壓縮比可逆絕熱壓縮多耗功可用圖7-2中的面積m2s2’nm表示，這是否即是此不可逆過程的做功能力損失？為什么？答：多消耗的功量并不就是損失的做功能力損失。5.如圖7-3所示的壓縮過程1-2，若是可逆的，則這一過程是什么過程？他與不可逆絕熱壓縮過程1-2的區(qū)別何在？兩者之中哪一過程消耗的功大？大多少？答：若壓縮過程1-2是可逆的，則為升溫升壓吸熱過程。它與不可逆絕熱壓縮過程的區(qū)別是：該過程沒有不可逆因素的影響，所消耗的功是最小的，且可以在T-s圖上把該過程的吸熱量表示出來。對于不可逆絕熱壓縮過程q=Δu+w，w=?Δu，而可逆絕熱壓縮過程q=Δu+w，w=q?Δu所以不可逆過程消耗的功大，數(shù)值為第十二章制冷循環(huán)1.壓縮蒸汽制冷循環(huán)采用節(jié)流閥來代替膨脹機(jī)，壓縮空氣制冷循環(huán)是否也可以采用這種方法？為什么？答壓縮空氣制冷循環(huán)不能采用節(jié)流閥來代替膨脹機(jī)。工質(zhì)在節(jié)流閥中的過程是不可逆絕熱過程，不可逆絕熱節(jié)流熵增大，所以不但減少了制冷量也損失了可逆絕熱膨脹可以帶來的功量。而壓縮蒸汽制冷循環(huán)在膨脹過程中，因?yàn)楣べ|(zhì)的干度很小，所以能得到的膨脹功也極小。而增加一臺(tái)膨脹機(jī)，既增加了系統(tǒng)的投資，又降低了系統(tǒng)工作的可靠性。因此，為了裝置的簡化及運(yùn)行的可靠性等實(shí)際原因采用節(jié)流閥作絕熱節(jié)流。2.壓縮空氣制冷循環(huán)采用回?zé)岽胧┖笫欠裉岣咂淅碚撝评湎禂?shù)？能否提高其實(shí)際制冷系數(shù)？為什么？答：采用回?zé)岷鬀]有提高其理論制冷系數(shù)但能夠提高其實(shí)際制冷系數(shù)。因?yàn)椴捎没責(zé)岷蠊べ|(zhì)的壓縮比減小，使壓縮過程和膨脹過程的不可逆損失的影響減小，因此提高實(shí)際制冷系數(shù)。3.參看圖12-5，若壓縮蒸汽制冷循環(huán)按1-2-3-4-8-1運(yùn)行，循環(huán)耗功量沒有變化，仍為h2-h1，而制冷量卻從h1-h5增大到h1-h8，顯見是有利的．這種考慮錯(cuò)誤何在？答：過程4-8熵減小，必須放熱才能實(shí)現(xiàn)。而4點(diǎn)工質(zhì)溫度為環(huán)境溫度T0，要想放熱達(dá)到溫度Tc（8點(diǎn)），必須有溫度低于Tc的冷源，這是不存在的。(如果有，就不必壓縮制冷了)。4.作制冷劑的物質(zhì)應(yīng)具備哪些性質(zhì)？你如何理解限產(chǎn)直至禁用R11、R12這類工質(zhì)？答：制冷劑應(yīng)具備的性質(zhì)：對應(yīng)于裝置的工作溫度，要有適中的壓力；在工作溫度下氣化潛熱要大；臨界溫度應(yīng)高于環(huán)境溫度；制冷劑在T-s圖上的上下界限線要陡峭；工質(zhì)的三相點(diǎn)溫度要低于制冷循環(huán)的下限溫度；比體積要??；傳熱特性要好；溶油性好；無毒等。限產(chǎn)直至禁用R11和R12時(shí)十分必要的，因?yàn)檫@類物