工程热力学-课后思考题答案
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⼯程热⼒学课后思考题及答案第⼀章思考题1、如果容器中⽓体压⼒保持不变,那么压⼒表的读数⼀定也保持不变,对吗?答:不对。
因为压⼒表的读书取决于容器中⽓体的压⼒和压⼒表所处环境的⼤⽓压⼒两个因素。
因此即使容器中的⽓体压⼒保持不变,当⼤⽓压⼒变化时,压⼒表的读数也会随之变化,⽽不能保持不变。
2、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系答:平衡(状态)值的是热⼒系在没有外界作⽤(意即热⼒、系与外界没有能、质交换,但不排除有恒定的外场如重⼒场作⽤)的情况下,宏观性质不随时间变化,即热⼒系在没有外界作⽤时的时间特征-与时间⽆关。
所以两者是不同的。
如对⽓-液两相平衡的状态,尽管⽓-液两相的温度,压⼒都相同,但两者的密度差别很⼤,是⾮均匀系。
反之,均匀系也不⼀定处于平衡态。
但是在某些特殊情况下,“平衡”与“均匀”⼜可能是统⼀的。
如对于处于平衡状态下的单相流体(⽓体或者液体)如果忽略重⼒的影响,⼜没有其他外场(电、磁场等)作⽤,那么内部各处的各种性质都是均匀⼀致的。
3、“平衡”和“过程”是⽭盾的还是统⼀的?答:“平衡”意味着宏观静⽌,⽆变化,⽽“过程”意味着变化运动,意味着平衡被破坏,所以⼆者是有⽭盾的。
对⼀个热⼒系来说,或是平衡,静⽌不动,或是运动,变化,⼆者必居其⼀。
但是⼆者也有结合点,内部平衡过程恰恰将这两个⽭盾的东西有条件地统⼀在⼀起了。
这个条件就是:在内部平衡过程中,当外界对热⼒系的作⽤缓慢得⾜以使热⼒系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。
4、“过程量”和“状态量”有什么不同?答:状态量是热⼒状态的单值函数,其数学特性是点函数,状态量的微分可以改成全微分,这个全微分的循环积分恒为零;⽽过程量不是热⼒状态的单值函数,即使在初、终态完全相同的情况下,过程量的⼤⼩与其中间经历的具体路径有关,过程量的微分不能写成全微分。
因此它的循环积分不是零⽽是⼀个确定的数值。
习题1-1 ⼀⽴⽅形刚性容器,每边长 1 m ,将其中⽓体的压⼒抽⾄ 1000 Pa ,问其真空度为多少毫⽶汞柱?容器每⾯受⼒多少⽜顿?已知⼤⽓压⼒为 0.1MPa 。
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 v1a b29题图a b冷水 冷水热水传热 传热 热水 电流下一块,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。
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。
第九章气体动力循环1、从热力学理论看为什么混合加热理想循环的热效率随压缩比ε和定容增压比λ的增大而提高,随定压预胀比ρ的增大而降低答:因为随着压缩比ε和定容增压比λ的增大循环平均吸热温度提高,而循环平均放热温度不变,故混合加热循环的热效率随压缩比ε和定容增压比λ的增大而提高.混合加热循环的热效率随定压预胀比ρ的增大而减低,这时因为定容线比定压线陡,故加大定压加热份额造成循环平均吸热温度增大不如循环平均放热温度增大快,故热效率反而降低.2、从内燃机循环的分析、比较发现各种理想循环在加热前都有绝热压缩过程,这是否是必然的答:不是必然的,例如斯特林循环就没有绝热压缩过程.对于一般的内燃机来说,工质在气缸内压缩,由于内燃机的转速非常高,压缩过程在极短时间内完成,缸内又没有很好的冷却设备,所以一般都认为缸内进行的是绝热压缩.3、卡诺定理指出两个热源之间工作的热机以卡诺机的热效率最高,为什么斯特林循环的热效率可以和卡诺循环的热效率一样答:卡诺定理的内容是:在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环,其热效率都相同,与可逆循环的种类无关,与采用哪一种工质无关.定理二:在温度同为T1的热源和同为T2的冷源间工作的一切不可逆循环,其热效率必小于可逆循环.由这两条定理知,在两个恒温热源间,卡诺循环比一切不可逆循环的效率都高,但是斯特林循环也可以做到可逆循环,因此斯特林循环的热效率可以和卡诺循环一样高.4、根据卡诺定理和卡诺循环,热源温度越高,循环热效率越大,燃气轮机装置工作为什么要用二次冷却空气与高温燃气混合,使混合气体降低温度,再进入燃气轮机答:这是因为高温燃气的温度过高,燃气轮机的叶片无法承受这么高的温度,所以为了保护燃气轮机要将燃气降低温度后再引入装置工作.同时加入大量二次空气,大大增加了燃气的流量,这可以增加燃气轮机的做功量.5、卡诺定理指出热源温度越高循环热效率越高.定压加热理想循环的循环增温比τ高,循环的最高温度就越高,但为什么定压加热理想循环的热效率与循环增温比τ无关而取决于增压比π答:提高循环增温比,可以有效的提高循环的平均吸热温度,但同时也提高了循环的平均放热温度,吸热和放热均为定压过程,这两方面的作用相互抵消,因此热效率与循环增温比无关.但是提高增压比,p不变,即平均放1提高,即循环平均吸热温度提高,因此循环的热效率提高.热温度不变,p26、以活塞式内燃机和定压加热燃气轮机装置为例,总结分析动力循环的一般方法.答:分析动力循环的一般方法:首先,应用“空气标准假设”把实际问题抽象概括成内可逆理论循环,分析该理论循环,找出影响循环热效率的主要因素以及提高该循环效率的可能措施,以指导实际循环的改善;然后,分析实际循环与理论循环的偏离程度,找出实际损失的部位、大小、原因及提出改进办法.7、内燃机定容加热理想循环和燃气轮机装置定压加热理想循环的热效率分别为111--=κεηt 和κκπη111--=t .若两者初态相同,压缩比相同,他们的热效率是否相同为什么若卡诺循环的压缩比与他们相同,则热效率如何为什么答:若两者初态相同,压缩比相同,它们的热效率相等.因为21v v =ε,12p p =π. 对于定压加热理想循环来说κ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2112v v p p ,将其带入定压加热理想循环热效率的公式可知,二者的效率相等.对于卡诺循环来说,112121--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=κκεv v T T ,又因为卡诺循环的热效率为1211211111--=-=-=κεηT T T T ,所以卡诺循环和它们的效率相等.8、活塞式内燃机循环理论上能否利用回热来提高热效率实际中是否采用为什么答:理论上可以利用回热来提高活塞式内燃机的热效率,原因是减少了吸热量,而循环净功没变.在实际中也得到适当的应用.如果采用极限回热,可以提高热效率但所需的回热器换热面积趋于无穷大,无法实现9、燃气轮机装置循环中,压缩过程若采用定温压缩可减少压缩所消耗的功,因而增加了循环净功如图8-1,但在没有回热的情况下循环热效率为什么反而降低,试分析之.答:采用定温压缩后,显然循环的平均吸热温度T 1降低,而循环的平均放热温度T 2却没有变化,121T T -=η,因此整个循环的热效率反而降低. 10、燃气轮机装置循环中,膨胀过程在理想极限情况下采用定温膨胀,可增大膨胀过程作出的功,因而增加了循环净功如图8-2,但在没有回热的情况下循环热效率反而降低,为什么图 8-2答:在膨胀过程中采用定温膨胀,虽然增加了循环净功,但是却提高了循环的平均放热温度T 2,而整个循环的平均吸热温度T 1没有变化,热效率121T T -=η因此循环的热效率反而降低. 11、燃气轮机装置循环中,压气机耗功占燃气轮机输出功的很大部分约60%,为什么广泛应用于飞机、舰船等场合答:因为燃气轮机是一种旋转式热力发动机,没有往复运动部件以及由此引起的不平衡惯性力,故可以设计成很高的转速,并且工作是连续的,因此,它可以在重量和尺寸都很小的情况下发出很大的功率.而这正是飞机、舰船对发动机的要求.12、加力燃烧涡轮喷气式发动机是在喷气式发动机尾喷管入口前装有加力燃烧用的喷油嘴的喷气发动机,需要突然提高飞行速度是此喷油嘴喷出燃油,进行加力燃烧,增大推力.其理论循环1-2-3-6-7-8-1如图8-3的热效率比定压燃烧喷气式发动机循环1-2-3-4-1的热效率提高还是降低为什么答:理论循环1-2-3-6-7-8-1的热效率小于定压燃烧喷气式发动机循环1-2-3-4-1的热效率.因为由图中可以看出循环6-7-8-4-6的压缩比小于循环1-2-3-4-1,因此循环6-7-8-4-6的热效率小于循环1-2-3-4-1,因此理论循环1-2-3-6-7-8-1虽然增大了循环的做功量,但是效率却降低了.13、有一燃气轮机装置,其流程示意图如图8-4 所示,它由一台压气机产生压缩空气,而后分两路进入两个燃烧室燃烧.燃气分别进入两台燃气轮机,其中燃气轮机Ⅰ发出的动力全部供给压气机,另一台燃气轮机Ⅱ发出的动力则为输出的净功率.设气体工质进入让汽轮机Ⅰ和Ⅱ时状态相同,两台燃气轮机的效率也相同,试问这样的方案和图9-16、图9-17所示的方案相比较压气机的s C ,η和燃气轮机的T η都相同在热力学效果上有何差别装置的热效率有何区别答:原方案:循环吸热量:t cm Q ∆=1循环功量:()()][1243h h h h m w w w c T net ---=-=题中方案:循环吸热量:t cm t cm t cm Q B A ∆=∆+∆='1 1 循环净功:()43'h h m w B net -= 2对于此方案,m A h 3-h 4=mh 2-h 1 3由123可以得到()()[]1243'h h h h m w net ---=所以这两种方案的循环吸热量和循环净功均相等,因此它们的热力学效果和热效率均相等.。
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.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。
5.温度计测温的基本原理是什么?热力学第零定律The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperature. In order to measure temperature of body A, we compare body C — a thermometer - with body A and temperature scales (温度的标尺,简称温标) separately 。
When they are in thermal equilibrium, they have the same temperature 。
Then we can know the temperature of body A with temperature scale marked on thermometer 。
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。
第一章基本概念与定义1.答:不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定2.答:这种说法是不对的。
工质在越过边界时,其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量,只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。
3.答:只有在没有外界影响的条件下,工质的状态不随时间变化,这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化,就称之为稳定状态,不考虑是否在外界的影响下,这是他们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态,均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4.答:压力表的读数可能会改变,根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5.答:温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6.答:任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质,当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时,除选定为基准点的温度,其他温度的测定值可能有微小的差异。
7.答:系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。
8.答:(1)第一种情况如图1-1(a),不作功(2)第二种情况如图1-1(b),作功(3)第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来,第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。
9.答:经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。
系统和外界整个系统不能恢复原来状态。
10.答:系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后,系统恢复到原来状态,外界没有变化;若存在不可逆因素,系统恢复到原状态,外界产生变化。
11.答:不一定。
主要看输出功的主要作用是什么,排斥大气功是否有用。
第二章 热力学第一定律1.答:将隔板抽去,根据热力学第一定律w u q +Δ=其中0,0==w q 所以容器中空气的热力学能不变。
工程热力学思考题及标准答案工程热力学思考题及答案第一章基本概念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?答:不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。
2.有人认为,开口系统中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?答:这种说法是不对的。
工质在越过边界时,其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量,只要系统和外界没有热量的交换就是绝热系。
3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系,平衡状态与均匀状态有何区别和联系?答:只有在没有外界影响的条件下,工质的状态不随时间变化,这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化,就称之为稳定状态,不考虑是否在外界的影响下,这是它们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态,均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4.假如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+pe(p>pb),p v=pb?p (p b<p)中,当地大气压是否必定是环境大气压?答:压力表的读数可能会改变,根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5.温度计测温的基本原理是什么?答:温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6.经验温标的缺点是什么?为什么?答:任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质,当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时,除选定为基准点的温度,其他温度的测定值可能有微小的差异。
7.促使系统状态变化的原因是什么?答:系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化。
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 v1a b29题图a b冷水 冷水热水传热 传热 热水 电流下一块,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。
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4题图读数就会改变。
当地大气压p b不一定是环境大气压。
5.温度计测温的基本原理是什么热力学第零定律The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperature. In order to measure temperature of body A, we compare body C — a thermometer — with body A and temperature scales (温度的标尺,简称温标) separately. When they are in thermal equilibrium, they have the same temperature. Then we can know the temperature of body A with temperature scale marked on thermometer.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。
工程热力学思考题及答案第一章基本概念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?答:不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。
2.有人认为,开口系统中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?答:这种说法是不对的。
工质在越过边界时,其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量,只要系统和外界没有热量的交换就是绝热系。
答:只有在没有外界影响的条件下,工质的状态不随时间变化,这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化,就称之为稳定状态,不考虑是否在外界的影响下,这是它们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态,均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4.假如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=pb+pe(p>pb),pv=pbp(pb 答:压力表的读数可能会改变,根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5.温度计测温的基本原理是什么?答:温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6.经验温标的缺点是什么?为什么?答:任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质,当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时,除选定为基准点的温度,其他温度的测定值可能有微小的差异。
7.促使系统状态变化的原因是什么?答:系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化。
8.(1)将容器分成两部分,一部分装气体,一部分抽成真空,中间是隔板。
若突然抽去隔板,气体(系统)是否做功?(2)设真空部分装有许多隔板,每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再抽去一块,问气体(系统)是否做功?(3)上述两种情况从初态变化到终态,其过程是否都可在pv图上表示?答:(1)第一种情况不作功;(2)第二种情况作功;(3)第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来,第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。
工程热力学课后思考题答案--第四版-沈维道-童钧耕主编-高等教育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。
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=pb+pg(p>pb),p=pbpb-pv(p<pb)pg2p2=pg2+p1pg1中,当地大气压是否必当地大气压pb改境大气压。
定是环境大气压?变,压力表读数就会改变。
当地大气压pb不一定是环p1=pg1+pb5.温度计测温的基本4题图原理是什么?热力学第零定律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。
8.分别以图1-20所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水和正在运行的电视机为研究对象,说明这些是什么系统。
参加公路自行车赛的运动员是开口系统、运动手枪中的压缩空气是闭口绝热系统、杯子里的热水是开口系统(闭口系统——忽略蒸发时)、正在运行的电视机是闭口系统。
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电流热水冷水传热热水传热冷水ab9题图控制体(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。
工程热力学思考题及答案工程热力学思考题及答案第一章基本概念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?答:不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。
2.有人认为,开口系统中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?答:这种说法是不对的。
工质在越过边界时,其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量,只要系统和外界没有热量的交换就是绝热系。
3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系,平衡状态与均匀状态有何区别和联系?答:只有在没有外界影响的条件下,工质的状态不随时间变化,这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化,就称之为稳定状态,不考虑是否在外界的影响下,这是它们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态,均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4.假如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 e(p >p b),p v=p b−p (p b<p)中,当地大气压是否必定是环境大气压?答:压力表的读数可能会改变,根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5.温度计测温的基本原理是什么?答:温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6.经验温标的缺点是什么?为什么?答:任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质,当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时,除选定为基准点的温度,其他温度的测定值可能有微小的差异。
7.促使系统状态变化的原因是什么?答:系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化。
第一章基本概念与定义1.答:不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定2.答:这种说法是不对的。
工质在越过边界时,其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量,只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。
3.答:只有在没有外界影响的条件下,工质的状态不随时间变化,这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化,就称之为稳定状态,不考虑是否在外界的影响下,这是他们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态,均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4.答:压力表的读数可能会改变,根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5.答:温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6.答:任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质,当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时,除选定为基准点的温度,其他温度的测定值可能有微小的差异。
7.答:系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。
8.答:(1)第一种情况如图1-1(a),不作功(2)第二种情况如图1-1(b),作功(3)第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来,第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。
9.答:经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。
系统和外界整个系统不能恢复原来状态。
10.答:系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后,系统恢复到原来状态,外界没有变化;若存在不可逆因素,系统恢复到原状态,外界产生变化。
11.答:不一定。
主要看输出功的主要作用是什么,排斥大气功是否有用。
第二章 热力学第一定律1.答:将隔板抽去,根据热力学第一定律w u q +∆=其中0,0==w q 所以容器中空气的热力学能不变。
工程热力学课后思考题答案第四版沈维道童钧耕主编高等教育出版社工程热力学课后思考题答案第四版沈维道童钧耕主编高等教育出版社1.封闭系统与外界没有物质交换,系统中的质量保持不变,所以系统中质量恒定的热力系统一定是封闭系统?不一定,稳定流动系统内质量也保持恒定。
2.有人认为开放系统中的系统与外界之间存在物质交换,物质和能量是不可分割的,因此开放系统不可能是绝热系统。
正当为什么?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?平衡状态必须是稳定状态,而稳定状态不一定是平衡状态。
4.如果容器中的气体压力没有变化,安装在容器上的压力表读数是否会变化?绝对压力计算公式p=pb+pg(p>pb),p=pb-pv(p<pb)当地大气压力一定是环境大气压力吗?当地大气压pb改变,压力表读数就会改变。
当地大气压pb不一定是环境大气压。
5.温度计的基本原理是什么?热力学第零定律4.标题图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.是什么导致系统状态发生变化?举个例子。
有势差(温度差、压力差、浓度差、电位差等等)存在。
8.分别以图1-20所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水和正在运行的电视机为研究对象,说明这些是什么系统。
参加公路自行车赛的运动员是开放式系统,运动手枪中的压缩空气是封闭式绝缘系统,杯子中的热水是开放式系统(封闭式系统——忽略蒸发),运行的电视是封闭式系统。
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?什么情况下能当前热水冷水传热热水冷水ab9主题图构成孤立系统?除电加热器外,它是一个开放式(非绝缘)系统(图a)。
工程热力学思考题及答案第一章基本概念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?答:不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。
2. 有人认为,开口系统中系统与外界有物质交换,而物质乂与能量不可分割,所以开口系统不可能是绝热系。
对不对,为什么?答:这种说法是不对的。
工质在越过边界时,其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量,只要系统和外界没有热量的交换就是绝热系。
3. 平衡状态与稳定状态有何区别和联系,平衡状态与均匀状态有何区别和联系?答:只有在没有外界影响的条件下,工质的状态不随时间变化,这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化,就称之为稳定状态,不考虑是否在外界的影响下,这是它们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态,均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4. 假如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 e (p >p b), p v=p b-p (p b <p)中,当地大气压是否必定是环境大气压?答:压力表的读数可能会改变,根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5. 温度计测温的基本原理是什么?答:温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6. 经验温标的缺点是什么?为什么?答:任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质,当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时,除选定为基准点的温度,其他温度的测定值可能有微小的差异。
7. 促使系统状态变化的原因是什么?答:系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化。
第一章基本概念与定义1.答:不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定2.答:这种说法是不对的。
工质在越过边界时,其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量,只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。
3.答:只有在没有外界影响的条件下,工质的状态不随时间变化,这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化,就称之为稳定状态,不考虑是否在外界的影响下,这是他们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态,均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4.答:压力表的读数可能会改变,根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5.答:温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6.答:任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质,当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时,除选定为基准点的温度,其他温度的测定值可能有微小的差异。
7.答:系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。
8.答:(1)第一种情况如图1-1(a),不作功(2)第二种情况如图1-1(b),作功(3)第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来,第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。
9.答:经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。
系统和外界整个系统不能恢复原来状态。
10.答:系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后,系统恢复到原来状态,外界没有变化;若存在不可逆因素,系统恢复到原状态,外界产生变化。
11.答:不一定。
主要看输出功的主要作用是什么,排斥大气功是否有用。
第二章 热力学第一定律1.答:将隔板抽去,根据热力学第一定律w u q +∆=其中0,0==w q 所以容器中空气的热力学能不变。
若有一小孔,以B 为热力系进行分析i f f cv W m gz c h m gz c h dE Q δδδδ+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛++-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+++=112112222222只有流体的流入没有流出,0,0==i W Q δδ,忽略动能、势能111111m h U m h dU m h dE CV =∆==δδB 部分气体的热力学能增量为U ∆,A 部分气体的热力学能减少量为U ∆2.答:热力学第一定律能量方程式不可以写成题中所述的形式。
对于pv u q +∆=只有在特殊情况下,功w 可以写成pv 。
热力学第一定律是一个针对任何情况的定律,不具有w =pv 这样一个必需条件。
对于公式()()121212w w u u q q -+-=-,功和热量不是状态参数所以不能写成该式的形式。
3.答:w u q +∆= 适用于任何过程,任何工质⎰+∆=21pdVu q 可逆过程,任何工质4.答:推动功是由流进(出)系统的工质传递而由工质后面的物质系统作出的。
对于闭口系统,不存在工质的流进(出)所以不存在这样进行传递的功。
5.答:可以。
稳定流动能量方程式可应用于任何稳定流动过程,对于连续工作的周期性动作的能量转换装置,只要在平均单位时间所作的轴功、吸热量以及工质的平均流量为常量,虽然它内部工质的状态及流动情况是变化的,但这种周期性的变化规律不随时间而变,所以仍然可以利用稳定流动能量方程式分析其能量转换关系。
第三章理想气体的热力学能与焓熵计算1.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j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;k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.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0.022414m3/mol3.答:摩尔气体常数不因气体的种类及状态的不同而变化。
4.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。
6.答:麦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.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。
内动能由温度决定,内位能由v决定。
这样热力学能由两个状态参数决定。
所以热力学能是状态参数。
由公式pvuh+=可以看到,焓也是由状态参数决定,所以也是状态参数。
对于理想气体热力学能和焓只是温度的函数。
8.答:不矛盾。
实际气体有两个独立的参数。
理想气体忽略了分子间的作用力,所以只取决于温度。
9.答:在工程热力学里需要的是过程中热力学能、焓、熵的变化量。
热力学能、焓、熵都只是温度的单值函数,变化量的计算与基准的选取无关。
热力学能或焓的参照状态通常取0K 或0℃时焓值为0,热力学能值为0。
熵的基准状态取0p =101325Pa 、0T =0K 熵值为0 10.答:气体热力性质表中的h u 、及0s 基准是态是()00,p T ,K T 00=,0p =101325Pa11.答:图3-2中阴影部分面积为多变过程1-2的热量。
对于多变过程其热力学能变化量及焓变化量可由下面两式计算得到:21,1'212)()(-=-=-=∆v v v q T T c T T c u21,1''212)()(-=-=-=∆p p p q T T c T T c h过初始状态点,做定容线2-2’,图3-3中阴影部分面积为多变过程1-2的热力学能变化量过初始状态点,做定压线2-2’,图3-4中阴影部分面积为多变过程1-2的焓变化量 若为不可逆过程,热力学能、焓不变如上图。
热量无法在图中表示出来。
12.答:可以。
因为熵是状态参数,只与初终状态有关,与过程无关。
15.答:不适用16.答:因为A A eq A w M M x =,B B eq B w M M x =,混合气体的折合摩尔质量相同,但是组分A 和B 摩尔的摩尔质量大小关系不能确定。
所以不能断定B A w w >第四章 理想气体的热力过程1.答:主要解决的问题及方法:1.根据过程特点(及状态方程)−−→−确定过程方程 2.根据过程方程−−→−确定始、终状态参数之间的关系 3.由热力学第一定律等−−→−计算s h u q t ∆∆∆,,,,,ωω 4.分析能量转换关系(用P —V 图及T —S 图)(根据需要可以定性也可以定量)例:1) 程方程式:常数=T (特征) 常数=PV (方程)2) 始、终状态参数之间的关系:22111221V P V P V V P P ==或3) 计算各量:1212ln lnP P R V V R s h u -==∆=∆=∆ 12121212lnln ln ln V V RT q V V RT V V RT V V PV V dV PV PdV t t =========⎰⎰ωωωωω 4) 图图,S T V P --上工质状态参数的变化规律及能量转换情况闭口系:1—2过程 00>>=∆q u ω ω=⇒q开口系:1—2过程 00>>=∆t q h ω t q ω=⇒2.答:不是都适用。
第一组公式适用于任何一种过程。
第二组公式)(12t t c u q v -=∆=适用于定容过程,)(12t t c h q p -=∆=适用于定压过程。
3.答:定温过程对气体应加入热量。
12121212ln ln ln ln V V RT q V V RT V V RT V V PV V dV PVPdV t t =========⎰⎰ωωωωω4.答:对于一个定温过程,过程途径就已经确定了。
所以说q 是与途径有关的。
5.答:成立6.答:不只限于理想气体和可逆的绝热过程。
因为w u q +∆=和t w h q +∆=是通用公式,适用于任何工质任何过程,只要是绝热过程0=q 无论是可逆还是不可逆。
所以21u u w -=和21h h w t -=不只限于可逆绝热过程。
7. (1)(×)(2)(×)(3)(×)8.答:q 1-2-3=Δu 1-2-3+w 1-2-3 ,q 1-4-3=Δu 1-4-3+w 1-4-3∵Δu 1-2-3=Δu 1-4-3, w 1-2-3 >w 1-4-3∴q 1-2-3> q 1-4-3b 、c 在同一条绝热线上ac ab u u ∆<∆,若b 、c 在同一条定温线上,二者相等。
9.答:绝热过程,不管是否是可逆过程都有u w h w t ∆-=∆-=,所以在T-S 图上的表示方法与第三章第十一题相同。
10.答:1)ω的判别:以(V )为界:图上—V P()()0201<>ωω往左往右图上—S T 0.20.1<>ωω左上方右下方2)u ∆,h ∆的判别:以(T )为界:图上—V P 0.20.1<∆>∆u u 左下方右上方图上—S T 0.20.1<∆>∆u u 下方为上方为3)q 的判别:以(T )为界:图上—V P 0.20.1<>q q 左下方右上方图上—S T 0.20.1<>q q 向左向右第五章 热力学第二定律1.答:不能这样表述。
表述不正确,对于可逆的定温过程,所吸收的热量可以全部转化为机械能,但是自身状态发生了变化。
所以这种表述不正确。
2. 答:不正确。
自发过程是不可逆过程是正确的。
非自发过程却不一定为可逆过程。
3. 答:一切非准静态过程都是不可逆过程。
不可逆因素有:摩擦、不等温传热和不等压做功。
4. 答:热力学第二定律的两种说法反映的是同一客观规律——自然过程的方向性−→−是一致的,只要一种表述可能,则另一种也可能。
假设热量Q2能够从温度T2的低温热源自动传给温度为T1的高温热源。
现有一循环热机在两热源间工作,并且它放给低温热源的热量恰好等于Q2。
整个系统在完成一个循环时,所产生的唯一效果是热机从单一热源(T1)取得热量Q1-Q2,并全部转变为对外输出的功W 。
低温热源的自动传热Q2给高温热源,又从热机处接受Q2,故并未受任何影响。
这就成了第二类永动机。
⇒违反了克劳修斯说法,⇒必须违反了开尔文说法。
反之,承认了开尔文说法,克劳修斯说法也就必然成立。
5. (1)(×)(2)(×)(3)(×)6. 答:这两个公式不相同。
121q q q t -=η适用于任何工质,任何循环。