第一章
思考题
1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？
答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。
2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的
压力表或真空计的读数是否可能变化？
答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。
3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？
答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。
4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？
答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。
5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？
答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。
6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？
答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。
7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？
答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。
习题
1-1 解：
kPa bar p b 100.61.00610133.37555==??=-
1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+=
2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-=
3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-=
4. kPa bar p p p b v 6.50506.0
5.000
6.1==-==- 1-2
图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。由于有引风机的抽吸，锅炉设
备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角?=30α， 管内水 解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差
mmHg Pa gh p 35.79805.0102008.91000sin 3==????=-αρ＝水柱
mmHg p p p b 65.74835.7756=-=-=水柱
1-3
解：
bar p p p a b 07.210.197.01=+=+= bar p p p b 32.005.107.212=-=-= bar p p p b C 65.032.097.02=-=-=
1－4 解：
kPa H p p p b 2g mm 15745760＝＝－＝＝汞柱真空室-
kPa p p p a 36236021=+=+=真空室
kPa p p p b 19217036212=-=-= kPa p p p b c 1902192=-=-=真空室
kN A p p F b 8.150.45π4
1
133.3745)(2=???
?=-=真空室 1-4
解：
bar mmHg p p p p b 11.215828003.133/81.9300760=?+=＝＋＋＝＋汞柱水柱
1-5
解：由于压缩过程是定压的，所以有
KJ V V p pdV W V V 200)4.08.0(105.0)(6212
1
=-??=-==?
1-6
解：改过程系统对外作的功为
?
?=--===--0.5
0.3
3.013
.023.1111.3
3.115.03
.02585.)(0.3
V W 1kJ V V V p dV V p pdV
1-7
解：由于空气压力正比于气球的直径，所以可设cD p =，式中c 为常数，D 为气球的直径，由题中给定的初始条件，可以得到：
5000003
.015000011====
D p D p c 该过程空气对外所作的功为
kJ D D c dD D c D cDd pdV W D D D D V V 36.34)3.04.0(50000008
1
)
(8
121)61(44414
23321
2121=-??=-====???ππππ
1-8 解：（1）气体所作的功为：
??=?+=0.3
0.1
46101.76d 100.04)(0.24J V V W
（2）摩擦力所消耗的功为：
J L f W 10000.1)(0.32
.01000
Δ=-?=
＝摩擦力 所以减去摩擦力消耗的功后活塞所作的功为：
J W W W 41066.1?-＝＝摩擦力活塞
1-9
解：由于假设气球的初始体积为零，则气球在充气过程中，内外压力始终保持相等，恒等于大气压力0.09MPa ，所以气体对外所作的功为：
J V p W 56108.121009.0?=??==?
1-11 解：确定为了将气球充到2m 3的体积，贮气罐内原有压力至少应为（此时贮气罐的压力等于气球中的压力，同时等于外界大气压b p ）
Pa V V p V V p p 551121121101.82
2)
(2100.92)(2)(?=+??=+=+=
前两种情况能使气球充到2m 3
J V p W b 55101.82100.9Δ?=??==
情况三:
3333.309
.02
15.0m p V p V b =?=贮气罐贮气罐气球＋贮气罐＝
所以气球只能被充到3
333.12333.3m V ＝－＝气球的大小，故气体对外作的功为：
J W 55101.231.33100.9?=??=
第二章
思考题
绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满整个容器。问：⑴ 空气的热力学能如何变化？ ⑵ 空气是否作出了功？ ⑶ 能否在坐标
图上表示此过程？为什么？
答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。
（2）空气对外不做功。
（3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。
2. 下列说法是否正确？
⑴ 气体膨胀时一定对外作功。
错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。 ⑵ 气体被压缩时一定消耗外功。
对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。
⑶ 气体膨胀时必须对其加热。
错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。 ⑷ 气体边膨胀边放热是可能的。
对，比如多变过程，当n 大于k 时，可以实现边膨胀边放热。 ⑸ 气体边被压缩边吸入热量是不可能的。
错，比如多变过程，当n 大于k 时，可以实现边压缩边吸热。 ⑹ 对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。
错，比如多变过程，当n 大于1，小于k 时，可实现对工质加热，其温度反而降低。
4. “任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？
答：不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面张力功等等，如果只考虑体积功的话，那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。
5. 试比较图2-6所示的过程1-2与过程1-a-2中下列各
量的大小：⑴ W 12与W 1a2； (2) ?U 12 与 ?U 1a2； (3) Q 12与Q 1a2 答：（1）W 1a2大。
(2)一样大。 （3）Q 1a2大。
6. 说明下列各式的应用条件：
⑴ w u q +?=
闭口系的一切过程 ⑵ ?+
?=pdv u q
闭口系统的准静态过程 ⑶ )(1122v p v p u q -+?=
开口系统的稳定流动过程，并且轴功为零 ⑷ )(12v v p u q -+?=
开口系统的稳定定压流动过程，并且轴功为零；或者闭口系统的定压过程。
7. 膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系？流动功的大小与过程特性有无关
系？
答：膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备（开口系统）时，热力设备与外界交换的机械功，由于这个机械功通常是通过转动的轴输入、输出，所以工程上习惯成为轴功；而技术功不仅包括轴功，还包括工质在流动过程中机械能（宏观动能和势能）的变化；流动功又称为推进功，1kg 工质的流动功等于其压力和比容的乘积，它是工质在流动中向前方传递的功，只有在工质的流动过程中才出现。对于有工质组成的简单可压缩系统，工质在稳定流动过程中所作的膨胀功包括三部分，一部分消耗于维持工质进出开口系统时的流动功的代数和，一部分用于增加工质的宏观动能和势能，最后一部分是作为热力设备的轴功。对于稳定流动，工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。如果工质进、出热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽略不计，则技术功等于轴功。
习 题
2-1 解：kJ U Q W 308050Δ-=-=-= ，所以是压缩过程 2-2 解：kJ Q W Q W 145012006502000放压吸膨=-+=-+= 2-3
解：h J Q U /107.23600102Δ6
3
?=??==
2－4解：状态b 和状态a 之间的内能之差为：
kJ W Q U U U a b ab 6040100Δ=-=-=-=
所以，a-d-b 过程中工质与外界交换的热量为：
kJ W U Q ab b d a 802060Δ=+=+=--
工质沿曲线从b 返回初态a 时，工质与外界交换的热量为：
kJ W U W U U Q ab b a a b 903060Δ-=--=+-=+-=-
根据题中给定的a 点内能值，可知b 点的内能值为60kJ ，所以有:
kJ U U U d b ad 204060=-=-=?
由于d-b 过程为定容过程，系统不对外作功，所以d-b 过程与外界交换的热量为：
kJ U U U Q db b d b d 20=?=-=-
所以a-d-b 过程系统对外作的功也就是a-d 过程系统对外作的功，故a-d 过程系统与外界交换的热量为：
kJ W U W U U Q b d a ad d a a d d a 60)20(40=--=-?=--=----
2－5
2-5
解：由于汽化过程是定温、定压过程，系统焓的变化就等于系统从外界吸收的热量，即汽化潜热，所以有：
kg kJ q h /2257Δ==
内能的变化为：
kg
kJ v v p h pv h u /20881.674)(0.001101.012257)
()(Δ2
12=-??+=--?=?-?=
2-6
解：选取气缸中的空气作为研究的热力学系统，系统的初压为：
Pa A G p p b 54511102.93910
1009.8195101.028?=??+?=+
=- 当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为：
Pa A G p p b 54522101.95910
1009.8
95101.028?=??+?=+
=- 由于气体通过气缸壁可与外界充分换热，所以系统的初温和终温相等，都等于环境温度即：
021T T T ==
根据理想气体的状态方程可得到系统的终态体积，为：
3
35
245211210261.510
1.95910101010010
2.939m p V p V ---?=??????== 所以活塞上升的距离为：
cm m A V V L 26.5260.0510100101010010261.5Δ4
6
312==???-?=-=---
由于理想气体的内能是温度的函数，而系统初温和终温相同，故此过程中系统的内能变化为零，同时此过程可看作定压膨胀过程，所以气体与外界交换的热量为：
J L A p W Q 04.103260.0510100101.959Δ452=????===-
2-8 解：压缩过程中每千克空气所作的压缩功为：
kg kJ u q w /196.5146.550Δ-=--=-=
忽略气体进出口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功，所以生产每kg 压缩空气所需的轴功为：
kg kJ h q w /252100.845)0.10.175(0.8146.550Δ3s -=??-?---=-=
所以带动此压气机所需的功率至少为：
kW w P s 4260
10
=?-
= 2-9 解：是否要用外加取暖设备，要看室内热源产生的热量是否大于通过墙壁和门窗传给
外界的热量，室内热源每小时产生的热量为：
kJ q 51098.13600)1005050000(???＝＋＝热源
小于通过墙壁和门窗传给外界的热量为3?105 kJ ，所以必须外加取暖设备，供热量为：
h kJ Q /101.021098.1103555?=?-?=
2-10 解：取容器内的气体作为研究的热力学系统，根据系统的状态方程可得到系统终态体
积为：32.11
2.112112 1.78)5
.01(1)(
m p p V V =?== 过程中系统对外所作的功为：
?
?
=--===--1.78
1
1.78
1
2.012
.02
1.2111.2
1.2116.4540.2
)(kJ V V V p dV V V p pdV W 所以过程中系统和外界交换的热量为：
kJ W U Q 6.2246.4548*40Δ=+-=+=
为吸热。
2-11 解：此过程为开口系统的稳定流动过程，忽略进出口工质的宏观动能和势能变化，则
有：
s m m m W q h q h q h Q +--=117766
由稳定流动过程进出口工质的质量守恒可得到：
176m m m q q q +=
所以整个系统的能量平衡式为：
s 767161)()(W h h q h h q Q m m +-+-=
故发电机的功率为：
kW q h h q h h Q W P m m 3
31
16776s 10152.442)(4183600
70012)(41836001050418003600700)()(?=-?--??-?=----==
2-12 解：由于过程是稳定流动过程，气体流过系统时重力位能的变化忽略不计，所以系
统的能量平衡式为:
S f W c m H Q +?+
?=22
1
其中，气体在进口处的比焓为：
kg J v p u h /232940037.01062.0102100631111=??+?=+=
气体在出口处的比焓为：
kg J v p u h /16560002.11013.0101500632222=??+?=+=
气体流过系统时对外作的轴功为：
kW
W c h q m c m H Q W f f s 6.27082708600)]300150(2
1
)23294001656000(1030[4)2
1(2122322==-?---?-?=?-?-=?-
?-=
所以气体流过系统时对外输出的功率为：
kW W P s 6.7082==
第三章 思考题
1. 理想气体的p c 和v c 之差及p c 和v c 之比是否在任何温度下都等于一个常数？ 答：理想气体的p c 和v c 之差在任何温度下都等于一个常数，而p c 和v c 之比不是。
2. 如果比热容是温度t 的单调增函数，当12t t >时，平均比热容10|t c 、20|t
c 、21|t t c 中哪一
个最大？哪一个最小？ 答：由10|t
c 、20|t
c 、21|t
t c 的定义可知
)(d 10
01
1
?t c t t c c t t ==?，其中10t <
02
2
ξt c t t c c t t ==?，其中20t <<ξ )(d 1
22
1
2
1
τt c t t t
c c t t t t
=-=
?，其中21t t <<τ
因为比热容是温度t 的单调增函数，所以可知21|t
t c >10|t
c ，又因为
20
21
121
20
21
120
21
0)()(1021
21
02t
t t t t t t t t t
t t
t c c t c c t c c t t t c t c c >?>-=-?--=
故可知21|t
t c 最大， 又因为：
)
()()()(d d )(d d 2
101122
111201212
110
212
10
20
1001
21
2
1
1
2
1
11
21
2>--=
-+-=
+-=
-=-????t t c c t t t t t c t t t c t t t t t t
c t t c t t t t t
c t t c t c c t t t t t
t t t t t t t t
所以10|t
c 最小。
3. 如果某种工质的状态方程式遵循T R pv g =，这种物质的比热容一定是常数吗？这种物
质的比热容仅是温度的函数吗？
答：不一定，比如理想气体遵循此方程，但是比热容不是常数，是温度的单值函数。这种物质的比热容不一定仅是温度的函数。由比热容的定义，并考虑到工质的物态方程可得到：
g R T
u
T v p T u T w T u T w u T q c +?=+?=+?=+?==
d d d d d d d d d d d )d(d d 由此可以看出，如果工质的内能不仅仅是温度的函数时，则此工质的比热容也就不仅仅是温度的函数了。
4. 在v u -图上画出定比热容理想气体的可逆定容加热过程、可逆定压加热过程、可逆定
温加热过程和可逆绝热膨胀过程。
答：图中曲线1为可逆定容加热过程；2为可逆定压加热过程；3为可逆定温加热过程；4为可逆绝热膨胀过程。因为可逆定容加热过程容积v 不变，过程中系统内能增加，所以为曲线1，从下向上。可逆定压加热过程有：
v
c u c u v c c c v c u dv c dv R c P dv P v Tc du P P 12212
110001====+=?=???
??-=??? ??-=，所以时，为常数，且考虑到和 所以此过程为过原点的射线2，且向上。理想气体的可逆定温加热过程有：
加，
气体对外做功，体积增0
0>=?=-=?w q w q u
所以为曲线3，从左到右。可逆绝热膨胀过程有：
为常数
、212
11111c c c v k c u dv v c pdv du k k
+-=?-=-=- 所以为图中的双曲线4，且方向朝右（膨胀过程）。
5. 将满足空气下列要求的多变过程表示在v p -图s T -图上
⑴ 空气升压，升温，又放热；
⑵ 空气膨胀，升温，又放热；( 此过程不可能) ⑶ 6.1=n 的膨胀过程，并判断q 、w 、u ?的正负；
⑷ 3.1=n 的压缩过程，判断q 、w 、u ?的正负。 答：
（1）空气升温、升压、又放热有：
()k
n n R
c T T T T n R c q V V <<-??? ??
--=11
,011
212所以：且
此多变过程如图所示，在p －v 图上，此过程为沿着几条曲线的交点A 向上，即沿压力和温度增加的方向；在T-s 图上此过程为沿着几条曲线的交点A 向上。
（2）空气膨胀，升温，又放热有：
()k
n n R
c T T T T n R c q V V <
><-?
?? ??
--=1
1
,011
212所以：且
此多变过程如图所示，然而要想是过程同时满足膨胀过程是不可能的。
（3）6.1=n 的膨胀过程，在p －v 图上，膨胀过程体积增大，过程从几条曲线的交点A 向下；在T －s 图上，过程从几条曲线的交点A 向下。此过程为放热，对外做功，内能减少。
（4）3.1=n 的压缩过程，在p －v 图上，压缩过程体积减小，过程从几条曲线的交点A 向上；在T －s 图上，过程从几条曲线的交点A 向上。此过程为放热，外界对空气做功，内能增加。
6. 在s T -图上，如何将理想气体任意两状态间的热力学能和焓的变化表示出来。 答：理想气体的内能和焓都是温度的单值函数，因此在s T -图上，定内能和定焓线为一条平行于T 轴的直线，只要知道初态和终态的温度，分别在s T -图上找到对应温度下的定内能和定焓直线，就可以确定内能和焓的变化值。
7. 凡质量分数较大的组元气体，其摩尔分数是否也一定较大？试举例说明之。 答：根据质量分数和摩尔分数的关系，有：
∑=
i
i
i
i
i M w M w x 从上式可以看出，对成分一定的混合气体，分母为常数，因此摩尔分数取决于其质量分数和摩尔质量的比值，对于质量分数较大的组元，如果摩尔质量也很大，那么它的摩尔分数可能并不大。
8. 理想混合气体的比热力学能是否是温度的单值函数？其v p c c -是否仍遵循迈耶公式？ 答：不是。因为理想混合气体的比热力学能为：
∑=i
mi i m u x u
其中x i 是摩尔组分，而u i 是温度的单值函数，所以理想混合气体的比热力学能不仅是温度的函数，还是成分的函数，或者说对于成分固定的混合理想气体，其内能仅是温度的单值函数。其v p c c -仍遵循迈耶公式，因为：
m m i
i i
mi v i mi p i m v m p R R x C x C x C C ==-=-∑∑)(,,,,
9. 有人认为由理想气体组成的封闭系统吸热后，其温度必定增加，这是否完全正确？你认
为哪一种状态参数必定增加？
答：不正确，因为对于成分固定的混合理想气体，其内能是仅是温度的单值函数，如果在过程中吸热的同时对外作正功，当作的正功大于吸热量，其内能必然减少，温度必然降低。只有熵值必定增加，因为根据克劳休斯不等式有:
T
dQ ds ≥
其中等号适用于可逆过程，不等号适用于不可逆过程，对于不可逆过程，T 为热源的温度，由于温度T 恒大于零，所以当过程为吸热过程（0>dQ ）时，系统的熵必然增加。
10. 图3－17所示的管段，在什么情况下适合作喷管？在什么情况下适合作扩压管？
答：当1
习 题
3-1
解：设定熵压缩过程的终态参数为222S T p 和、，而定温压缩过程的终态参数为
222
S T p '''和、,根据给定的条件可知： 1222
T T p p ='='； 又因为两个终态的熵差为S ?，固有：
2
1222222
ln ln ln T T
Mc p p mR T T mc S S S p g p ='-'=-'=? 所以有：
)ex p(12p
mC S
T T ?-
= 对于定熵压缩过程有：
k k k k T p T p 212111
--=
所以：
)exp()exp(])1(exp[()(11112112g
p k k
mR S
p mR S M p mc k S k p T T p p ?-=?-=-?==-
3-2
解：设气体的初态参数为1111m T V p 和、、，阀门开启时气体的参数为
2222m T V p 和、、，阀门重新关闭时气体的参数为3333m T V p 和、、，考虑到刚性容
器有：321V V V ==，且21m m =。 ⑴当阀门开启时，贮气筒内压力达到5
10
75.8?Pa ，所以此时筒内温度和气体质量分别为：
K 25366.7
8.75
293121
2=?==p p T T kg T R V p m m 0.225293
2870.027
10751g 1121=???===
⑵阀门重新关闭时，筒内气体压力降为 5
104.8?Pa ，且筒内空气温度在排气过程中保持不变，所以此时筒内气体质量为：
kg T R V p T R V p m g g 216.025
.366287027
.0104.852333333=???==
所以，因加热失掉的空气质量为：
kg m 0.0090.2160.225m m Δ32=-=-=
3-3
解：⑴气体可以看作是理想气体，理想气体的内能是温度的单值函数，选取绝热气缸内的两部分气体共同作为热力学系统，在过程中，由于气缸绝热，系统和外界没有热量交换，同时气缸是刚性的，系统对外作功为零，故过程中系统的内能不变，而系统的初温为30℃，所以平衡时系统的温度仍为30℃。
⑵设气缸一侧气体的初始参数为1111m T V p 和、、，终态参数为111T V p '''、、，另一侧气体的初始参数为2222m T V p 和、、，终态参数为222
T V p '''、、，重新平衡时整个系统的总体积不变，所以先要求出气缸的总体积。
'
+'==+=???=
=
=???==2
132136
22
223
6
11
11471.03623.010
12.0303
2875.01087.0104.03032875.0V V m V V V m p T R m V m
p T R m V g g ＝总 终态时，两侧的压力相同，即p p p ='='21
，对两侧分别写出状态方程， 2
1
2222221
1111
111(,T V V p T V p T V p T V p T V p T V p ）－总'='''='='''= 联立求解可得到终态时的压力为：
Pa p 51087.1?=
3-4
解：由于Ar 可看作理想气体，理想气体的内能时温度的单值函数，过程中内能不变，
故终温K T 6002=，由状态方程可求出终压为：
Pa V V p p 55211
2102.03
1
106.0?=??== 熵的变化为：
K kJ p p mR T T c S p
/31.143
1
ln 2085ln d Δ12g 2
1
=??-=-=?
3-5 解：由于活塞和氢气侧气缸均是绝热的，所以氢气在过程中没有从外界吸入热量，可看可逆绝热过程，所以氢气的终温为：
K p p T T k k 31.352)9614
.19807
.0(288)(41.141.1112112
=?==--氢氢氢氢
根据状态方程可得到终态时氢气的体积：
3
5
51
2212061.0288
109614.131.3521.0109807.01m T p T V p V ＝＝＝
氢氢氢氢氢氢????? 所以，空气终态的体积为：
32139.0061.02.0m V ＝－＝空
故空气的终温为：
K 64.0800.1
100.9807288390.1101.9614V 551112空22
空=?????==空空空空V p T p T
把空气和氧气作为热力学系统，根据热力学第一定律可得到外界加入的热量为：
J
T T R T R V p T T c T R V p T T R k m T T c m U U U Q g g v g g v 83.44)
28831.352141.1128841571.0109807.028864.800(71594.02882871.0109807.0)()()(1
1
)(55121111211
11212=?-????-?????-+--+?+?=?=－（＋）
＝－＝－＝氢氢氢氢氢氢氢空空空空空空空氢氢氢氢
空空空空氢空
3-6
解：选取气缸中的空气作为研究的热力学系统，系统的初压为：
Pa A G p p b 54511102.93910
1009.8195101.028?=??+?=+
=- 当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为：
Pa A G p p b 54522101.95910
1009.895101.028?=??+?=+
=- 过程可看作可逆绝热膨胀过程，所以：
331.4/124/k 12112101.34)959
.1939.2(101010100)(
m p p V V ---?=????== K p p T T k
k 17267.)2.9391.959(
300)
( 1.4
/0.411
212=?==-
所以，活塞的上升距离为：
cm A V V L 3.41010010101.34Δ4
3
312=?-?=-=---
3-7
解：⑴ 定温：K T T 30321==，由理想气体的状态方程可得到初终态的体积：
3
6
1
1g 173922.110
0.33032876m p T mR V =???== 36
2
2g 221766.510
10.303
2876m p T mR V =???=
=
所以气体对外所作的功和吸收的热量分别为：
kJ V V T mR V p W g V V 22573.73922
.121766.5ln 3032876ln
d 1212
1
=???===? kJ W Q 22573.-=-=
⑵ 定熵：相当于可逆绝热过程，气体对外所作的功和热量分别为：
kJ
p p V p k k
V p W k
k V V 135])3
1
(1[30310287.0611.44.1]
)
(1[1d 4
.114.131
1
2112
1
=-?????-=
--==--?
0=Q
终温为：
K p p T T k
k 41221.)
0.3
0.1
(303)
( 1.4
11.411212=?==--
⑶ n =1.2：为多方过程，根据过程方程可得到气体的终温为：
K p p
T T n
n 3.252)0.3
0.1(
303)
(2
1./20.11
212=?==- 气体对外所作的功和热量分别为：
kJ p p n T mR W n n g 5.436])3
1
(1[121.3032876])(1[12.11
2.11
121
=--??=--=--
kJ n k n T T mc Q V 11.2181
2.14
.12.1)3033.252(717.061)(12=--?-??=---=
3－7解：（1）如果放气过程很快，瓶内气体来不及和外界交换热量，同时假设容器内的气体在放气过程中，时时处于准平衡态，过程可看作可逆绝热过程，所以气体终温为：
K p p
T T k
k 36.240)
55
.731
.147(293)
(4
.14.1112
112=?==--
瓶内原来的气体质量为：
kg T R V p m g 737.293
8314320.0410147.151111=????==
放气后瓶内气体的质量为：
kg
714.36
240.8314320.041073.555222=????==T R V p m g
所以放出的氧气质量为：
kg m m m 02.371.473.721=-=-=?
（2）阀门关闭后，瓶内气体将升温，直到和环境温度相同，即K T 2933=,压力将升高，根据理想气体状态方程可得到，最终平衡时的压力为：
Pa T T p p 55232
31066.8936
.2402931055.73?=??== （3）如果放气极为缓慢，以至瓶内气体与外界随时处于热平衡，即放气过程为定温过程，所以放气后瓶内的气体质量为：
kg T R V p m g 86.3293
83143204.01055.7352222=????==
故所放的氧气比的一种情况多。
3-8
解：理想气体可逆多变过程对外作的功和吸收的热量分别为：
kJ
T T c n k n q kJ
T T n R w V g
2736.83)(1268
.418)(11221=---==
--=
两式相除，并考虑到1
-=
k R c g V ，可得到：
51
=--n
k k 由多方过程的过程方程可得到：
.49413)/ln(1573)
/ln(3331)/ln()/ln(12112122111=+=+
=?=--V V T T n V T V T n n
所以有：
6175.1=k
把n 值带入多方过程功的表达式中，可求出：
K kg J T T n w R g ./8915.430240
2)1494.1(1068.418)1(321=?-??=--=
所以有：
K kg J k R c g
V ./8.6971
6175.18915
.4301=-=
-=
kg
K J c R c V g P ./6915.11288.6978915.430=+=+=
3－10 解：根据理想气体状态方程，每小时产生烟气的体积为：
h m p T T V p V /877310
1.047315.273105001013253
6221112=????=?=
所以可得到烟囱出口处的内直径为：
m D V c D 017.136004
122
=?=?π
3－11解：因为假定燃气具有理想气体的性质，查空气平均比定压热容表得：
)
./(157.1900
1300
117.1400028.1)./(028.1400)./(117.11300121
020********
21K kg kJ t t t c t c c K kg kJ c C t K kg kJ c C t t
P t P t
t P t
P t
P =-?-?=
--=
====时，时，
所以过程中燃气的熵变为：
kg J p p R T T c p p R T T
c s g P g P
/5.1228
4
.0ln 287.01573673ln
157.1ln ln ln d 1
2122
112-=?-?=-=-=?? 由于熵减少，对于可逆过程，熵减少意味着过程是放热过程
3－12 解：根据刚性容器A 和弹性球B 中气体的初态参数，可求出A 和B 中包含的气体质量分别为：
kg
m m m kg T R V p m kg
T R V p m B A B g B B B A g A A A 267.1360.03002873.0101034.0907.0300287283
.010276.066＝＋＝总=???===???==
打开阀门，重新平衡后，气体温度T 依然保持不变，球内压力p （也即总压力）和球的直径成正比，故设：
36
1
D V cD p π==，
带入弹性球B 的初始体积和压力值可得到：
356
/104467.33
.0101034.0m N D p c ?=?==
根据理想气体状态方程有：
3
436926.061
)61(m D c
T R m D V D T R m V D cD T R m pV g A g A g ==+?=+?=得到：带入数值，通过叠代可总
总总ππ 所以，球B 终态的压力和体积分别为：
3
355174.06
1
10387.26926.0104467.3m D V Pa cD p ==?=??==π
3－13 解：假设气体的定压和定容比热容都是常数，首先计算此理想气体的气体常数和定压、定容比热容：
)./(72.1415)./(03.1129620
10700)./(69.28629
8314
3
kg K J c R c kg K J T u c kg K J M R R V g P V g =+==?=??====
所以其焓变和熵变分别为：
kg
kJ v v R T T c s kg
kJ T c h g V P
/ 00 . 808 593
1213
ln 03 . 1129 ln ln / 75 . 877 620 72 . 1415 1
2 1 2 = ? = + = ? = ? = ? = ?
3-14 解：设气体的初态参数为111V T p 、、，终态参数为222V T p 、、。 ⑴ 可逆绝热膨胀：根据过程方程可得到终温：
K v v T T k 67.257)2
1
(340)(
14.112112=?==-- 气体对外所作的功和熵变分别为：
13.2068)67.257340(12.251000)(21,=?=-??=-=s kJ T T nC W m V
⑵ 气体向真空自由膨胀：气体对外不作功，且和外界无热量交换，故内能不变，由于理想气体的内能和焓均是温度的单值函数，所以气体温度保持不变，焓也保持不变，即
34012=?==h K T T
过程中气体熵变为：
1.系统：在工程热力学中，通常选取一定的工质或空间作为研究的对象，称之为热力系统，简称系统。 2.系统内部各处的宏观性质均匀一致、不随时间而变化的状态称为平衡状态。 3.状态参数：用于描述系统平衡状态的物理量称为状态参数，如温度、压力、比体积等。工程热力学中常用的状态参数有压力、温度、比体积、比热力学能、比焓、比熵等，其中可以直接测量的状态参数有压力、温度、比体积，称为基本状态参数。 4.可逆过程：如果系统完成了某一过程之后可以沿原路逆行回复到原来的状态，并且不给外界留下任何变化，这样的过程为可逆过程。 准平衡过程：所经历的每一个状态都无限地接近平衡状态的过程。 可逆过程的条件：准平衡过程＋无耗散效应。 5.绝对压力p 、大气压力p b 、表压力p e 、真空度p v 只有绝对压力p 才是状态参数 1.热力学能：不涉及化学变化和核反应时的物质分子热运动动能和分子之间的位能之和（热能）。热力学能符号：U ，单位：J 或kJ 。 热力系统储存能=宏观动能、宏观位能+热力学能 储存能：E ，单位为J 或 kJ 2.热力学第一定律实质就是热力过程中的能量守恒和转换定律，可表述为：a.在热能与其它形式能的互相转换过程中，能的总量始终不变。 b.不花费能量就可以产生功的第一类永动机是不可能制造成功的。 c.进入系统的能量－离开系统的能量 = 系统储存能量的变化 3.闭口系统：与外界无物质交换的系统。系统的质量始终保持恒定，也称为控制质量系统 闭口系统的热力学第一定律表达式 对于微元过程 对于可逆过程 对于单位质量工质 对于单位质量工质的可逆过程 4.开口系统稳定流动实现条件 1）系统和外界交换的能量（功量和热量）与质量不随时间而变； 2）进、出口截面的状态参数不随时间而变。 理想气体状态方程 R g 为气体常数，单位为J/(kg·K) 2.比热容：物体温度升高1K （或1℃）所需要的热量称为该物体的热容量，简称热容 比热容（质量热容）：单位质量物质的热容，c ，J/(kg·K) 道尔顿定律：混合气体的总压力等于各组元分压力之和（仅适用于理想气体） d q u w δ=+ δ2f s 1 2 Q H m c mg z W =?+?+?+g pv R T =pV nRT =d d q q c T t δδ==
第一章 思考题 1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？ 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的 压力表或真空计的读数是否可能变化？ 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？ 答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？ 答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？ 答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 习题 1-1 解：
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第一章 思考题 1.平衡状态与稳定状态有何区别热力学中为什幺要引入平衡态的概念 2. 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 3.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算若工质的压力不变，问测量 其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化 4. 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？ 答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？
答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7. 用U 形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 习 题 1-1 解： kPa bar p b 100.61.00610133.37555==??=- 1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+= 2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-= 3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-= 4. kPa bar p p p b v 6.50506.0 5.000 6.1==-==- 1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。由于有引风机的抽吸，锅 炉设 备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角?=30α， 管内水 解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差 mmHg Pa gh p 35.79805.0102008.91000sin 3==????=-αρ＝水柱 mmHg p p p b 65.74835.7756=-=-=水柱 1-3 解： bar p p p a b 07.210.197.01=+=+=
热工基础第十章思考题答案 1何谓表面传热系数？写出其定义式并说明其物理意义。 答： q=h（t w-t f），牛顿冷却公式中的 h 为表面传热系数。表面传热系数的大小反映对流换热的强弱。 2用实例简要说明对流换热的主要影响因素。 答：（ 1）流动起因室内暖气片周围空气的流动是自然对流。而风机中的流体由于受到 外力的作用属于强迫对流。强迫对流和自然对流的换热效果是不同的。 （2 ）流动的状态流动状态有层流和湍流，层流和湍流的对流换热强度不同，输水 管路，水流速度不同，会导致水的流动状态由层流到湍流，那么这两种流动状态对流换热效果是不同的。 （3）流体有无相变水在对流换热过程中被加热变成水蒸气，蒸气在对流换热过程 中被冷却变成水，这个过程会吸收和放出汽化潜热，两个换热过程的换热量不同。 （4）流体的物理性质流体的物理性质对对流换热影响很大，对流换热是导热和对 流两种基本导热共同作用的结果。因此，比如水和油，金属和非金属对流换热效果不同。 （5）换热表面的几何因素换热器管路叉排和顺排换热效果不同，换热管线直径大小对换热效果也有影响。 3对流换热微分方程组有几个方程组组成，各自到处的理论依据是什么？ 答：（1 ） 连续性微分方程 （2） 热量平衡方程 （ 1） （ 2）ρ?u + u ?u + v ?u?p? 2 u? 2 u ) 动量平衡方程 ( ?x?y ) = F x - ?x + η( + ?y 2 ?τ?x 2连续性微分程的依据是根据质量守恒导出的
热量平衡方程是根据能量守恒导出的 动量平衡方程是根据动量守恒导出的 4何谓流动边界层和热边界层？它们的厚度是如何规定的。 答：流动边界层是由于流体粘度造成速度变化的区域，即速度发生明显变化的流体薄层。速度达到∞处的 y 值作为边界层的厚度，用δ表示。 当温度均匀的流体与它所流过的固体壁面温度不同时，在壁面附近会形成一层温度变化较大的流体层，称为热边界层。过于温度 t- t w =（ t∞ - t w）处到壁面的距离为热边界层的厚度。 5简述边界层理论的基本内容。 答：（1）边界层的厚度与壁面特征长度L 相比是很小的量。 （2）流场划分为边界层区和主流区。流动边界层内存在较大的速度梯度，是发生动量扩散的主要区域。在流动边界层之外的主流区，流体可近似为理想流体。热边界层内存在较大的温度梯度，是发生热量扩散的主要区域，热边界层之外的温度梯度可以忽略。 （3）根据流动状态，边界层分为层流边界层和湍流边界层。湍流边界层分为层流底层、缓冲层与湍流核心三层。层流底层内的速度梯度和温度梯度远大于湍流核心。 （4）在层流边界层与层流底层内，垂直于壁面方向上的热量传递主要靠导热。湍流边界层的主要热阻在层流底层。 6边界层理论对求解对流换热问题有何意义？ 忽略高阶小量，可以使对答：应用边界层理论分析对流换热微分方程中各项的数量级， 流换热微分方程组得到合理的简化，更容易分析求解。 7层流边界层和湍流边界层在传热机理上有何区别？ 答：在层流边界层内，热边界层内的温度梯度的变化比较平缓，垂直于壁面方向上的 热量传递主要依靠导热。而湍流边界层内，层流底层有很大的温度梯度，热量传递主要靠导热；而湍流核心内由于强烈的扰动混合使温度趋于均匀，温度梯度较小，热量传递主要靠对流。 8何谓两个物理现象相似？ 答：如果同类物理现象之间所有同名物理量场都相似，即同名的物理量在所有对应瞬间、对应地点的数值成比例，称物理现象相似。
第二章 思考题 绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满整个容器。问：⑴空气的热力学能如何变化？⑵空气是否作出了功？⑶能否在坐 标图上表示此过程？为什么？ 答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。 （2）空气对外不做功。 （3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。 2. 下列说法是否正确？ ⑴气体膨胀时一定对外作功。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。 ⑵气体被压缩时一定消耗外功。 对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。 ⑶气体膨胀时必须对其加热。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。 ⑷气体边膨胀边放热是可能的。 对，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边膨胀边放热。 ⑸气体边被压缩边吸入热量是不可能的。 错，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边压缩边吸热。 ⑹对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。 错，比如多变过程，当n大于1，小于k时，可实现对工质加热，其温度反而降低。 4. “任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？ 答：不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面力功等等，如果只考虑体积功的话，那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。 5. 试比较图2-6所示的过程1-2与过程1-a-2中下列 各量的大小：⑴W12与W1a2； (2) U12与U1a2；
(3) Q 12与Q 1a2 答：（1）W 1a2大。 (2)一样大。 （3）Q 1a2大。 6. 说明下列各式的应用条件： ⑴ w u q +?= 闭口系的一切过程 ⑵ ?+ ?=pdv u q 闭口系统的准静态过程 ⑶ )(1122v p v p u q -+?= 开口系统的稳定流动过程，并且轴功为零 ⑷ )(12v v p u q -+?= 开口系统的稳定定压流动过程，并且轴功为零；或者闭口系统的定压过程。 7. 膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系？流动功的大小与过程特性有无关 系？ 答：膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备（开口系统）时，热力设备与外界交换的机械功，由于这个机械功通常是通过转动的轴输入、输出，所以工程上习惯成为轴功；而技术功不仅包括轴功，还包括工质在流动过程中机械能（宏观动能和势能）的变化；流动功又称为推进功，1kg 工质的流动功等于其压力和比容的乘积，它是工质在流动中向前方传递的功，只有在工质的流动过程中才出现。对于有工质组成的简单可压缩系统，工质在稳定流动过程中所作的膨胀功包括三部分，一部分消耗于维持工质进出开口系统时的流动功的代数和，一部分用于增加工质的宏观动能和势能，最后一部分是作为热力设备的轴功。对于稳定流动，工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。如果工质进、出热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽略不计，则技术功等于轴功。 习 题 2-1 解：kJ U Q W 308050Δ-=-=-= ，所以是压缩过程
第一章 思考题 1. 平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？ 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 2. 表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？ 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3． 当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？ 答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？ 答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？ 答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7. 用U 形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 习 题 1-1 解： 1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。由于有引风机的抽吸，锅炉设 备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角?=30α， 管内水 解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差 1-3 解： 1－4 解： 1-4 解： 1-5 解：由于压缩过程是定压的，所以有
第二童 思考题 绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满 整个容器。问：⑴空气的热力学能如何变化？（2）空气是否作出了功？（3）能否在坐标图上表示此过程？为什么？ 答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。 （2）空气对外不做功。 （3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。 2.下列说法是否正确？ （1）气体膨胀时一泄对外作功。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。 （2）气体被压缩时一泄消耗外功。 对，因为根据热力学第二泄律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。 （3）气体膨胀时必须对其加热。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。 （4）气体边膨胀边放热是可能的。 对，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边膨胀边放热。 （5）气体边被压缩边吸入热量是不可能的。 错，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边压缩边吸热。 （6）对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。 错，比如多变过程，当n大于1,小于k时，可实现对工质加热，英温度反而降低。 4.“任何没有体积变化的过程就一左不对外作功”的说法是否正确？ 答：不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面力功等等，如果只考虑体枳功的话, 那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。 5.试比较图2-6所示的过程1-2与过程l-a-2中下列各 量的大小:⑴ % 与％; （2） AL//2与他2；⑶ 图2-6思考题4附图Qjj Qla2
答：(1)W⑷大。 (2)—样大。 (3)Q/c2 大。 6.说明下列各式的应用条件: 闭口系的一切过程 闭口系统的准静态过程 (3)q = Aw + (/?2v2 - ) 开口系统的稳泄流动过程，并且轴功为零 (4)q =/?(v2 - ) 开口系统的稳左左压流动过程，并且轴功为零：或者闭口系统的定压过程。 7.膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系？流动功的大小与过程特性有无关 答：膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备(开口系统)时, 热力设备与外界交换的机械功，由于这个机械功通常是通过转动的轴输入、输出，所以工程上习惯成为轴功；而技术功不仅包括轴功，还包括工质在流动过程中机械能(宏观动能和势能)的变化：流动功又称为推进功，1kg工质的流动功等于其压力和比容的乘积，它是工质在流动中向前方传递的功，只有在工质的流动过程中才出现。对于有工质组成的简单可压缩系统，工质在稳泄流动过程中所作的膨胀功包括三部分，一部分消耗于维持工质进出开口系统时的流动功的代数和，一部分用于增加工质的宏观动能和势能，最后一部分是作为热力设备的轴功。对于稳立流动，工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。如果工质进、岀热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽略不计，则技术功等于轴功。 2-1 解：W = 2-At； = 50-80 =-30A:J ,所以是压缩过程 2-2 解：vv w;=(2?5~Q^ =2000 + 650-1200 = \450kJ 2-3 解：△U = 0 = 2xlO'x36OO =7.2xlO&J/力 2—4解：状态b和状态a之间的能之差为：
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第一章 思考题 1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测 量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？ 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？ 答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？ 答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。
6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？ 答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7. 用U 形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 习 题 1-1 解： kPa bar p b 100.61.00610133.37555==??=- 1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+= 2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-= 3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-= 4. kPa bar p p p b v 6.50506.0 5.000 6.1==-==- 1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。由于有引风机的抽吸，锅炉 设 备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角?=30α， 管内水
第六章 思考题 1.试画出简单蒸汽动力装置的系统图、简单蒸汽动力循环的p-v图与T-s图。 2.既然利用抽气回热可以提高蒸汽动力装置循环的热效率，能否将全部蒸汽抽出来用于回 热？为什么回热能提高热效率？ 答：采用回热措施，虽然对每kg蒸汽来说做功量减少，但抽汽在凝结时所放出的潜热却全部得到的利用，进入锅炉给水温度提高了，使每kg工质在锅炉中吸收的热量大为减少，因此，提高了循环效率。但抽汽量不是越多越好，是根据质量守恒和能量守恒的原则确定的。 3.蒸汽动力装置循环热效率不高的原因是冷凝器放热损失太大，如取消冷凝器而用压缩机 将乏气直接升压送回锅炉是否可以？ 答：乏气如果是水汽混合的，则不能进行压缩。如果全部是气体进行压缩，则体积流量太大，需要采用大尺寸的机器设备，是不利的。 4.卡诺循环优于相同温度范围的其它循环，为什么蒸汽动力循环不采用卡诺循环？ 答：与郎肯循环相同温限的卡诺循环，吸热过程将在气态下进行，事实证明气态物质实现定温过程是十分困难的，所以过热蒸汽卡诺循环至今没有被采用。那么，能否利用饱和区（气液两相区）定温定压的特性形成饱和区的卡诺循环，从原理上看是可能的，但是实施起来，有两个关键问题，一是，汽轮机出口位于饱和区干度不高处，湿度太大使得高速运转的汽轮机不能安全运行，同时不可逆损失增大，其二，这样的卡诺循环，压缩过程将在湿蒸汽区进行，气液混和工质的压缩会给泵的设计和制造带来难以克服的困难，因此迄今蒸汽动力循环未采用卡诺循环。 5.如果柴油机在使用过程中，喷油嘴保养不好，致使燃油雾化不良，燃烧延迟，问此时柴 油机的经济性如何？ 答：燃烧延迟，没有充分膨胀便开始排气，这将使热效率显著降低，且排气冒黑烟，这是很不好的。 6.今有两个内燃机的混合加热循环，它们的压缩比、初态、总的加热量相同，但两者的定 容升压比λ不同，（1）请在p-v图与T-s图上表示出这两个循环的相对位置；（2）利用T-s图定性地比较这两个循环的热效率。 7.燃气轮机装置循环与内燃机循环相比有何优点？为什么前者的热效率低于后者？ 答：燃气轮机与内燃机相比，没有往复运动机构，可以采用很高的转速，并且可以连续进气，因而可以制成大功率的动力装置。但要保持燃气轮机长期安全运行，必须限制燃气进燃气轮
思考题 第一章 1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？ 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 2.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的 压力表或真空计的读数是否可能变化？ 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？ 答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？ 答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？ 答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 第二章
热工基础第十章张学学 思考题答案 HEN system office room 【HEN16H-HENS2AHENS8Q8-HENH1688】
热工基础第十章思考题答案1 何谓表面传热系数？写出其定义式并说明其物理意义。 答：q=h（t w -t f ），牛顿冷却公式中的h为表面传热系数。表面传热系数的大小反 映对流换热的强弱。 2 用实例简要说明对流换热的主要影响因素。 答：（1）流动起因室内暖气片周围空气的流动是自然对流。而风机中的流体由于受到外力的作用属于强迫对流。强迫对流和自然对流的换热效果是不同的。 （2）流动的状态流动状态有层流和湍流，层流和湍流的对流换热强度不同，输水管路，水流速度不同，会导致水的流动状态由层流到湍流，那么这两种流动状态对流换热效果是不同的。 （3）流体有无相变水在对流换热过程中被加热变成水蒸气，蒸气在对流换热过程中被冷却变成水，这个过程会吸收和放出汽化潜热，两个换热过程的换热量不同。 （4）流体的物理性质流体的物理性质对对流换热影响很大，对流换热是导热和对流两种基本导热共同作用的结果。因此，比如水和油，金属和非金属对流换热效果不同。 （5）换热表面的几何因素换热器管路叉排和顺排换热效果不同，换热管线直径大小对换热效果也有影响。 3 对流换热微分方程组有几个方程组组成，各自到处的理论依据是什么？ 答：（1） 连续性微分方程 （2） 热量平衡方程 （1）ρ(?u ?τ+u?u ?x +v?u ?y )=F x??p ?x +η(?2u ?x2 +?2u ?y2 )动量平衡方程 连续性微分程的依据是根据质量守恒导出的 热量平衡方程是根据能量守恒导出的 动量平衡方程是根据动量守恒导出的 4 何谓流动边界层和热边界层？它们的厚度是如何规定的。 答：流动边界层是由于流体粘度造成速度变化的区域，即速度发生明显变化的流体薄层。速度达到 ∞ 处的y值作为边界层的厚度，用δ表示。 当温度均匀的流体与它所流过的固体壁面温度不同时，在壁面附近会形成一层 温度变化较大的流体层，称为热边界层。过于温度t-t w=（t ∞ -t w）处到壁面的距离为热边界层的厚度。 5 简述边界层理论的基本内容。 答：（1）边界层的厚度与壁面特征长度L相比是很小的量。 （2）流场划分为边界层区和主流区。流动边界层内存在较大的速度梯度，是发生动量扩散的主要区域。在流动边界层之外的主流区，流体可近似为理想流体。热边界层内存在较大的温度梯度，是发生热量扩散的主要区域，热边界层之外的温度梯度可以忽略。
第一章 1. 平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？ 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 2. 表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？ 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3． 当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？ 答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？ 答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。准平衡过程只注重的是系统内部 而可逆过程是内外兼顾！ 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。引起其他变化时是可以回到初态的！ 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？ 答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 大气压力改变，热水能量散失，导致内部压力改变，压力平衡打破 7. 用U 形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 习 题 1-1 解： kPa bar p b 100.61.00610133.37555==??=- 1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+= 2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-= 3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-= 4. kPa bar p p p b v 6.50506.0 5.000 6.1==-==-
第一章 思考题 1. 平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？ 答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。 2. 表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？ 答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。 3．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？ 答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。 4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？ 答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。 5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？ 答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。 6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？ 答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。 7. 用U 形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？ 答：严格说来，是有影响的，因为U 型管越粗，就有越多的被测工质进入U 型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。 习 题 1-1 解： 1. kPa p p p g b 6.137********.100=+=+= 2. kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-= 3. kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-= 4. kPa bar p p p b v 6.50506.0 5.000 6.1==-==- 1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。由于有引风机的抽吸，锅炉设 备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角?=30α， 管内水