高等工程热力学 童钧耕 习题1解析
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工程热力学童钧耕第六版
(原创版)
目录
1.童钧耕的《工程热力学》第六版的概述
2.工程热力学的定义和作用
3.第六版《工程热力学》的主要内容
4.本书的特点和亮点
5.对读者的建议和期待
正文
《工程热力学》是工程领域中一门重要的学科,它主要研究热力学原理在工程中的应用。
童钧耕的《工程热力学》第六版是一本优秀的教材,它详细介绍了工程热力学的基本原理和应用。
工程热力学是一门研究热力学原理在工程中应用的学科。
它主要研究热力学系统的宏观性质和行为,包括热力学系统的状态、热力学过程、热力学循环等。
在工程领域中,工程热力学的应用非常广泛,它不仅可以用于研究热力学系统的设计、运行和优化,还可以用于研究能源转换和利用、环境工程等问题。
第六版《工程热力学》的主要内容包括热力学基本概念、热力学第一和第二定律、热力学循环、热力学过程、热力学系统的状态方程等。
本书详细介绍了这些内容,并且通过大量的例题和习题,帮助读者理解和掌握工程热力学的基本原理和应用。
本书的特点和亮点在于,它不仅内容全面,而且讲解详细,适合初学者学习。
此外,本书还采用了大量的例题和习题,帮助读者理解和掌握工程热力学的基本原理和应用。
对于读者的建议和期待,我希望读者能够认真学习本书的内容,理解
工程热力学的基本原理和应用。
同时,我也希望读者能够多做练习,通过练习来加深对工程热力学的理解。
沈维道、将智敏、童钧耕《工程热力学》课后思考题答案工程热力学思考题及答案第十二章制冷循环1.压缩蒸汽制冷循环采用节流阀来代替膨胀机,压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法?为什么?答压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。
工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程,不可逆绝热节流熵增大,所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。
而压缩蒸汽制冷循环在膨胀过程中,因为工质的干度很小,所以能得到的膨胀功也极小。
而增加一台膨胀机,既增加了系统的投资,又降低了系统工作的可靠性。
因此,为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。
2.压缩空气制冷循环采用回热措施后是否提高其理论制冷系数?能否提高其实际制冷系数?为什么?答:采用回热后没有提高其理论制冷系数但能够提高其实际制冷系数。
因为采用回热后工质的压缩比减小,使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小,因此提高实际制冷系数。
3.参看图12-5,若压缩蒸汽制冷循环按1-2-3-4-8-1运行,循环耗功量没有变化,仍为h2-h1,而制冷量却从h1-h5增大到h1-h8,显见是有利的.这种考虑错误何在?答:过程4-8熵减小,必须放热才能实现。
而4点工质温度为环境温度T,要想放热达到温度Tc (8点),必须有温度低于Tc的冷源,这是不存在的。
(如果有,就不必压缩制冷了)。
4.作制冷剂的物质应具备哪些性质?你如何理解限产直至禁用R11、R12这类工质?答:制冷剂应具备的性质:对应于装置的工作温度,要有适中的压力;在工作温度下气化潜热要大;临界温度应高于环境温度;制冷剂在T-s图上的上下界限线要陡峭;工质的三相点温度要低于制冷循环的下限温度;比体积要小;传热特性要好;溶油性好;无毒等。
限产直至禁用R11和R12时十分必要的,因为这类物质进入大气后在紫外线作用下破坏臭氧层使得紫外线直接照射到地面,破坏原有的生态平衡。
5.本章提到的各种制冷循环有否共同点?若有,是什么?答:各种制冷循环都有共同点。
工程热力学童钧耕第六版摘要:一、工程热力学概述二、热力学第一定律三、热力学第二定律四、热力学第三定律五、热力学势和熵六、热力学循环和热机七、传热和热传导八、热力学应用领域正文:工程热力学是一门研究热量传递、能量转换以及热力学系统性质的学科。
在本篇文章中,我们将介绍工程热力学的概述以及相关的基本概念和应用。
一、工程热力学概述工程热力学作为一门学科,主要研究热力学原理在工程中的应用。
它旨在解决热量传递、能量转换及热力学系统稳定性等问题。
工程热力学在我国得到了广泛的应用,尤其在能源、化工、冶金等行业。
二、热力学第一定律热力学第一定律,又称能量守恒定律。
它表明在封闭系统中,能量的总量是恒定的,仅能从一种形式转化为另一种形式。
在工程热力学中,这一定律为我们提供了分析和计算能量转换的依据。
三、热力学第二定律热力学第二定律阐述了热力学过程的方向性,即自然界的过程总是向着熵增加的方向进行。
这一定律在工程热力学中的应用主要体现在热力学循环的优化、节能减排等方面。
四、热力学第三定律热力学第三定律,又称熵定律。
它表明在恒定温度和压力下,封闭系统的熵趋于增加。
这一定律在工程热力学中的应用有助于我们理解和预测熵变,从而优化热力学过程。
五、热力学势和熵热力学势是描述热力学系统在恒定温度和压力下的状态的物理量。
熵则是描述热力学系统混乱程度的物理量。
在工程热力学中,了解热力学势和熵的变化规律有助于分析和优化热力学过程。
六、热力学循环和热机热力学循环是热力学系统中能量转换的过程。
常见的热力学循环有奥托循环、布雷顿循环等。
热机是将热能转换为机械能的设备。
了解热力学循环和热机的原理,有助于提高能源利用效率和优化热力学系统设计。
七、传热和热传导传热是指热量从高温物体传递到低温物体的过程。
热传导是传热的一种方式,主要发生在固体中。
在工程热力学中,研究传热和热传导的规律有助于我们设计和优化热交换设备、保温材料等。
八、热力学应用领域工程热力学在多个领域具有广泛的应用,如能源工程、化学工程、航空航天、环境保护等。
1.闭口系与外界无物质交换,系统内质量保持恒定,那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗?不一定,稳定流动系统内质量也保持恒定。
24p=p b+p g中,压p b67.促使系统状态变化的原因是什么?举例说明。
有势差(温度差、压力差、浓度差、电位差等等)存在。
9.家用电热水器是利用电加热水的家用设备,通常其表面散热可忽略。
取正在使用12(1(2)体先恢复平衡在抽下一块,则又如何?(3)上述两种情况从初态变化到终态,其过程是否都可在p-v图上表示?p14.一刚性容器,中间用绝热隔板分为两部分,A 中存有高压空气,B 中保持真空,如图2-12所示。
若将隔板抽去,分析容器中空气的热力学能将如何变化?若在隔板上有一小孔,气体泄漏入B 中,分析A 、B 两部分压力相同时A 、B 两部分气体热力学能如何变化? 能在。
89.气体流入真空容器,是否需要推动功?推动功的定义为,工质在流动时,推动它下游工质时所作的功。
下游无工质,故不需要推动功。
利用开口系统的一般能量方程式推导的最终结果也是如此。
11.为什么稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等都会改变,而整个系统的∆U CV =0、∆H CV =0、∆S CV=0?控制体的∆U CV=0、∆H CV=0、∆S CV=0是指过程进行时间前后的变化值,稳定流动系统在不同时间内各点的状态参数都不发生变化,所以∆U CV=0、∆H CV=0、∆S CV=0。
稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等的改变仅仅是依坐标的改变。
13.1-1、2-2h3q m3(h3+c f32/2+gz3)如果合流前后流速变化不太大,且势能变化一般可以忽略,则能量方程为:q m1⋅h1+ q m2⋅h2= q m3⋅h3出口截面上焓值h3的计算式h3=(q m1⋅h1+ q m2⋅h2)/ q m3本题中,如果流体反向流动就是分流问题,分流与合流问题的能量方程式是一样的,一般习惯前后反过来写。
1.闭口系与外界无物质交换,系统内质量保持恒定,那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗?不一定,稳定流动系统内质量也保持恒定。
2.有人认为开口系统内系统与外界有物质交换,而物质又与能量不可分割,所以开口系统不可能是绝热系。
对不对,为什么?不对,绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递(传热量),随物质进出的热能(准确地说是热力学能)不在其中。
4.倘使容器中气体的压力没有改变,试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗?绝对压力计算公式p =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b )中,当地大气压是否必定是环境大气压?当地大气压p b 改变,压力表读数就会改变。
当地大气压p b 不一定是环境大气压。
6.经验温标的缺点是什么?为什么?不同测温物质的测温结果有较大的误差,因为测温结果依赖于测温物质的性质。
7.促使系统状态变化的原因是什么?举例说明。
有势差(温度差、压力差、浓度差、电位差等等)存在。
4题图9.家用电热水器是利用电加热水的家用设备,通常其表面散热可忽略。
取正在使用的家用电热水器为控制体(但不包括电加热器),这是什么系统?把电加热器包括在研究对象内,这是什么系统?什么情况下能构成孤立系统?不包括电加热器为开口(不绝热)系统(a 图)。
包括电加热器则为开口绝热系统(b 图)。
将能量传递和质量传递(冷水源、热水汇、热源、电源等)全部包括在内,构成孤立系统。
或者说,孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。
12.图1-22中容器为刚性绝热容器,分成两部分,一部分装气体,一部分抽成真空,中间是隔板,(1)突然抽去隔板,气体(系统)是否作功?(2)设真空部分装有许多隔板,逐个抽去隔板,每抽一块板让气体先恢复平衡在抽p v1 a b29题图下一块,则又如何?(3)上述两种情况从初态变化到终态,其过程是否都可在p-v图上表示?4.一刚性容器,中间用绝热隔板分为两部分,A中存有高压空气,B 中保持真空,如图2-12所示。
沈维道、将智敏、童钧耕《工程热力学》课后思考题答案工程热力学思考题及答案第 六 章 实际气体1.实际气体性质与理想气体性质差异产生的原因是什么?在什么条件下才可以把实际气体作为理想气体处理?答:理想气体模型中忽略了气体分子间的作用力和气体分子所占据的体积。
实际气体只有在高温低压状态下,其性质和理想气体相近。
或者在常温常压下,那些不易液化的气体,如氧气、氦气、空气等的性质与理想气体相似,可以将它们看作理想气体,使研究的问题简化。
2. 压缩因子Z 的物理意义怎么理解?能否将Z 当作常数处理?答:压缩因子为温度、压力相同时的实际气体比体积与理想气体比体积之比。
压缩因子不仅随气体的种类而且随其状态而异,故每种气体应有不同的),(T p f Z =曲线。
因此不能取常数。
3. 范德瓦尔方程的精度不高,但在实际气体状态方程的研究中范德瓦尔方程的地位却很高,为什么?答:范德瓦尔方程其计算精度虽然不高,但范德瓦尔方程式的价值在于能近似地反映实际气体性质方面的特征,并为实际气体状态方程式的研究开拓了道路,因此具有较高的地位。
4. 范德瓦尔方程中的物性常数a 和b 可以由试验数据拟合得到,也可以由物质的 cr cr cr v p T 、、计算得到,需要较高的精度时应采用哪种方法,为什么?答:当需要较高的精度时应采用实验数据拟和得到a 、b 。
利用临界压力和临界温度计算得到的a 、b 值是近似的。
5. 什么叫对应态原理?为什么要引入对应态原理?什么是对比参数?答:在相同的压力与温度下,不同气体的比体积是不同的,但是只要他们的r p 和r T 分别相同,他们的r v 必定相同这就是对应态原理,0),,(=r r r v T p f 。
对应态原理并不是十分精确,但大致是正确的。
它可以使我们在缺乏详细资料的情况下,能借助某一资料充分的参考流体的热力性质来估算其他流体的性质。
相对于临界参数的对比值叫做对比参数。
对比温度c T T r T =,对比压力c p p r p =,对比比体积c v v r v =。
沈维道、将智敏、童钧耕《工程热力学》课后思考题答案工程热力学思考题及答案第三章 理想气体的性质1. 怎样正确看待“理想气体”这个概念?在进行实际计算是如何决定是否可采用理想气体的一些公式?答:理想气体:分子为不占体积的弹性质点,除碰撞外分子间无作用力。
理想气体是实际气体在低压高温时的抽象,是一种实际并不存在的假想气体。
判断所使用气体是否为理想气体(1)依据气体所处的状态(如:气体的密度是否足够小)估计作为理想气体处理时可能引起的误差;(2)应考虑计算所要求的精度。
若为理想气体则可使用理想气体的公式。
2.气体的摩尔体积是否因气体的种类而异?是否因所处状态不同而异?任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是0.022414m 3/mol?答:气体的摩尔体积在同温同压下的情况下不会因气体的种类而异;但因所处状态不同而变化。
只有在标准状态下摩尔体积为0.022414m 3/mol3.摩尔气体常数R 值是否随气体的种类不同或状态不同而异?答:摩尔气体常数不因气体的种类及状态的不同而变化。
4.如果某种工质的状态方程式为RgT pv =,那么这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗? 答:一种气体满足理想气体状态方程则为理想气体,那么其比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数。
5.对于一种确定的理想气体,)(v p c c −是否等于定值?v p c c 是否为定值?在不同温度下)(v p c c −、v p c c 是否总是同一定值?答:对于确定的理想气体在同一温度下v p c c −为定值,v p c c 为定值。
在不同温度下v p c c −为定值,v p c c 不是定值。
6.麦耶公式Rg c c v p =−是否适用于理想气体混合物?是否适用于实际气体? 答:迈耶公式的推导用到理想气体方程,因此适用于理想气体混合物不适合实际气体。
7.试论证热力学能和焓是状态参数,理想气体热力学能和焓有何特点?答:在工程热力学里,在无化学反应及原子核反应的过程中,化学能、原子核能都不变化,可以不考虑,因此热力学能包括内动能和内位能。
1.闭口系与外界无物质交换,系统内质量保持恒定,那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗?不一定,稳定流动系统内质量也保持恒定。
2.有人认为开口系统内系统与外界有物质交换,而物质又与能量不可分割,所以开口系统不可能是绝热系。
对不对,为什么?不对,绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递(传热量),随物质进出的热能(准确地说是热力学能)不在其中。
3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系?平衡状态一定是稳定状态,稳定状态则不一定是平衡状态。
4.倘使容器中气体的压力没有改变,试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗?绝对压力计算公式p=p b+p g(p> p b), p= p b -p v(p< p b)中,当地大气压是否必定是环境大气压?当地大气压p b改变,压力表读数就会改变。
当地大气压p b不一定是环境大气压。
p2=p g2+p1 p bp g2p g1p1=p g1+p b4题图1.热力学能就是热量吗?不是。
热力学能是工质的状态参数,是工质的性质,是工质内部储存能量,是与状态变化过程无关的物理量。
热量是工质状态发生变化时通过系统边界传递的热能,其大小与变化过程有关,热量不是状态参数。
8.焓是工质流入(或流出)开口系时传递入(或传递出)系统的总能量,那么闭口系工质有没有焓值?比较正规的答案是,作为工质的状态参数,闭口系工质也有焓值,但是由于工质不流动,所以其焓值没有什么意义。
焓=热力学能+占位能9.气体流入真空容器,是否需要推动功?推动功的定义为,工质在流动时,推动它下游工质时所作的功。
下游无工质,故不需要推动功。
利用开口系统的一般能量方程式推导的最终结果也是如此。
1.怎样正确看待―理想气体‖这个概念?在进行实际计算时如何决定是否可采用理想气体的一些公式?第一个问题很含混,关于―理想气体‖可以说很多。
可以说理想气体的定义:理想气体,是一种假想的实际上不存在的气体,其分子是一些弹性的、不占体积的质点,分子间无相互作用力。
沈维道、将智敏、童钧耕《工程热力学》课后思考题答案工程热力学思考题及答案第 八 章 气体和蒸汽的流动1.改变气流速度起主要作用的是通道的形状,还是气流本身的状态变化?答:改变气流速度主要是气流本身状态变化。
2.当气流速度分别为亚声速和超声速时,下列形状的管道宜于作喷管还是宜于作扩压管?答:气流速度为亚声速时图6-1中的1图宜于作喷管,2图宜于作扩压管,3图宜于作喷管。
当声速达到超声速时时1图宜于作扩压管,2图宜于作喷管,3图宜于作扩压管。
4图不改变声速也不改变压强。
3.当有摩擦损耗时,喷管的流出速度同样可用()2022h h c f −=计算,似乎与无摩擦损耗时相同,那么摩擦损耗表现在哪里呢?答:摩擦损耗包含在流体出口的焓值里。
摩擦引起出口速度变小,出口动能的减小引起出口焓值的增大4.在图6-2中图a 为渐缩喷管,图b 为缩放喷管。
设两喷管的工作背压均为0.1MPa,进口截面压力均为1 MPa,进口流速1f c 可忽略不计。
1)若两喷管的最小截面面积相等,问两喷管的流量、出口截面流速和压力是否相同?2) 假如沿截面2’-2’切去一段,将产生哪些后果?出口截面上的压力、流速和流量起什么变化?答:1)若两喷管的最小截面面积相等,两喷管的流量相等,渐缩喷管出口截面流速小于缩放喷管出口截面流速,渐缩喷管出口截面压力大于缩放喷管出口截面压力。
2) 若截取一段,渐缩喷管最小截面面积大于缩放喷管最小截面面积,则渐缩喷管的流量小于缩放喷管的流量,渐缩喷管出口截面流速小于缩放喷管出口截面流速,渐缩喷管出口截面压力大于缩放喷管出口截面压力。
μ时可利5.图6-3中定焓线是否是节流过程线?既然节流过程不可逆,为何在推导节流微分效应J用dh=0?答:定焓线并不是节流过程线。
在节流口附近流体发生强烈的扰动及涡流,不能用平衡态热力学方法分析,不能确定各截面的焓值。
但是在距孔口较远的地方流体仍处于平衡态,忽略速度影响后节流前和节流后焓值相等。
所示,若当地大气压)管子。
求烟气的封良好,蒸汽只能从盖子中间的缝隙逸出,在缝隙的上方有一个可移动的小柱塞,所以只有锅内蒸汽的压力超过了柱塞的压力后蒸汽才能逸出,所示,已知当场大气1表示)。
p / MPa 1.655 1.0690.7240.5000.3960.3170.2450.1930.1033V / cm114.71163.87245.81327.74409.68573.55655.48704.64491.612 和过程3-1。
试0.5 × 10 Pa 2 × (54.09J/kg ×1kg ×103 - 0.1×10 Pa × 0.1561m )工程热力学第 4 版习题解解:可逆过程对外界作功最大,故按可逆定温膨胀计算:V2V 1w = R g T ln= 0.26kJ/(kg · K) × (273.15 + 27)K × ln = 54.09kJ/kgA × 2lA × l m '2m '2c 2 2W = W 0 +Δc 2 = p 0 (V 2 - V 1 ) +(a )图 2-1m 1 R g T 1p 11kg × 260J/(kg · K) × 300.15K 6V 1 === 0.1561m 3V 2 = 2V 1 = 0.3122m 3代入式(a )6 310kgc 2 == 87.7m/s 2-4 气体某一过程中吸收了 50J 的热量,同时,热力学能增加 84J ,问此过程是膨胀过程还是压缩过程?对外作功是多少 J ?解:取气体为系统,据闭口系能量方程式W = Q - ΔU = 50J - 84J = -34J所以过程是压缩过程,外界对气体作功 34J 。
6的总功率是 375kW ,且最终全部变成热能,另外,室内经常点着 50 盏 100W 的电灯,若使该车间温度保持不变,问每小时需另外加入多少热量?解:要使车间保持温度不变,必须使车间内每小时产生的热量等散失的热量,即Q = Q m + Q E + Q B + Q l = 06Q E = 50 × 0.1kJ/s × 3600s = 18000kJ66 62-6 夏日,为避免阳光直射,密闭门窗,用电扇取凉,若假定房间内初温为 28℃,压力为 0.1MPa ,电扇的功率为 0.06kW ,太阳直射传入的热量为 0.1kW ,若室内有三人,每人每10,活塞、。