下载文档原格式
工程热力学第四版沈维道 思考题 完整版第1章 基本概念及定义1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗?答：否。
当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。
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，所以开口系不可能是绝热系。
这种观点对不对，为什么?答：不对。
“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。
热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。
物质并不“拥有”热量。
一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。
⒊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：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。
⒋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？在绝对压力计算公式中，当地大气压是否必定是环境大气压?答：可能会的。
因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。
环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。
“当地大气压”并非就是环境大气压。
准确地说，计算式中的P b 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。
⒌温度计测温的基本原理是什么?答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。
它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。
⒍经验温标的缺点是什么?为什么? 答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。
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。
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。
第四章 理想气体热力过程一、选择题1．在定容过程中，理想气体的内能变化Δu ＝D A ．⎰21dT c p B ．⎰21pdvC ．⎰21vdpD ．⎰21dT c v2.在定熵过程中，理想气体的内能变化Δu ＝BDA ．⎰21dT c p B ．－⎰21pdv C ．－⎰21vdp D ．⎰21dT c v3. 在定压过程中，理想气体的内能变化Δu ＝D A ．⎰21dT c p B ．⎰21pdvC ．⎰21vdpD ．⎰21dT c v4.在定熵过程中，理想气体的焓的变化Δh ＝AC A ．⎰21dT c p B ．⎰21pdvC ．⎰21vdpD ．⎰21dT c v5．理想气体定容过程中，焓的变化Δh ＝B A ．c v ΔT B ．c p ΔT C ．u+pv D ．w t6．理想气体定温过程的热量q 等于BCD A ．c n ΔT B ．w t C ．T Δs D ．w 7．理想气体等温过程中，q ，w ，w t 间的关系为DA ．q> w t >wB ．q=w< w tC ．q>w= w tD ．q=w= w t8．理想气体绝热过程初终态温度，压力的关系为A A ．12T T =κκ112-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛p pB ． 21T T = κκ112-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛p pC ．12p p = κκ112-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛T T D ．21p p = κκ112-⎪⎪⎭⎫⎝⎛T T9．理想气体多变过程内能变化Δu 等于B A ．c n ΔT B ．c v ΔT C ．c p ΔT D ．R ΔT 10．理想气体多变过程焓的变化Δh 等于C A ．c n ΔT B ．c v ΔT C ．c p ΔTD ．R ΔT二、填空题1．Rg=0.297kJ/(kgK)的1kg 双原子理想气体在定压下吸热3349kJ ，其内能变化Δu ＝ 。
2．Rg=0.26kJ/(kgK)、温度为T ＝500K 的1kg 理想气体在定容下吸热3349kJ ，其熵变Δs ＝ 。
工程热力学课后思考题答案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，随物质进出的热能不在其中。
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=pb+pg (p> pb), p= pb pb -pv (p pg2 p2=pg2+p1 pg1 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+pb 5．温度计测温的基本4题图原理是什么？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。
工程热力学思考题第一章基本概念与定义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.有人指出，开口系统中系统与外界存有物质互换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能将就是边界层系则。
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地交换就是绝热系。
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.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bep=p+p()bp>p，bvp=p?p()bp<p中，当地大气压是否必定是环境大气压？请问：压力表的读数可能会发生改变，根据压力仪表所处的环境压力的发生改变而发生改变。
当地大气压不一定就是环境大气压。
环境大气压就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就是什么？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。
8(1)将容器分为两部分，一部分上装气体，一部分抽成真空，中间就是隔板。
冷源吸热，则S sio ( 2.055 2.640 0)kJ/K 0所以此循环能实现。
效率为c1 T2 1 303K 68.9%cT 1 973K而欲设计循环的热效率为800kJ1 60% c 2000 kJ c 即欲设计循环的热效率比同温度限间卡诺循环的低，所以循环可行。
（２）若将此热机当制冷机用，使其逆行，显然不可能进行，因为根据上面的分析，此 热机循环是不可逆循环。
当然也可再用上述３种方法中的任一种，重新判断。
欲使制冷循环能从冷源吸热 800kJ ，假设至少耗功 W min ，4． 4 典型例题精解 ４.４ .１ 判断过程的方向性，求极值 例题 ４－１ 欲设计一热机， 使之能从温度为 973K 的高温热源吸热 2000kJ ，并向温 度为 303K 的冷源放热 800kJ 。
（１）问此循环能否实现？（２）若把此热机当制冷机用，从 冷源吸热 800K ，能否可能向热源放热 2000kJ ？欲使之从冷源吸热 800kJ,至少需耗多少功？ 解 （１）方法１：利用克劳修斯积分式来判断循环是否可行。
如图４－ 5a 所示。
Q |Q 1| |Q 2| 2000kJ -800kJ = -0.585kJ/K <0T r T 1 T 2 973K 303K 所以此循环能实现，且为不可逆循环。
方法２：利用孤立系统熵增原理来判断循环是否可行。
如图４－ 源、冷源及热机组成，因此 5a 所示，孤立系由热 S iso S H S L S E S E 0 a ） 式中： 和分别为热源及冷源的熵变； 原来状态，所以 为循环的熵变，即工质的熵变。
因为工质经循环恢复到而热源放热，所以 S Eb ）S H|Q 1 | T 12000kJ2. 055 k J/ K973Kc ）SL|Q 2 |T2800kJ2. 640kJ/K303Kd ）将式（ b ）、（ c ）、（d ） 代入式（ a ），得方法３：利用卡诺定理来判断循环是否可行。
第四章 气体和蒸汽的基本热力过程
4.1试以理想气体的定温过程为例，归纳气体的热力过程要解决的问题及使用方法解决。
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) 由热力学的一些基本定律——计算,,,,,t q w w u h s ∆∆∆
(4) 分析能量转换关系（P —V 图及T —S 图）（根据需要可以定性也可以定量） 例：1)过程方程式： T =常数 （特征） PV =常数 （方程）
2)始、终状态参数之间的关系：12p p =21
v v 3)计算各量：u ∆=0 、 h ∆=0 、s ∆=21p RIn
p -=21v RIn v 2211v v dv w pdv pv
pvIn RTIn v v v ====⎰⎰ 21t v w w RTIn v == 21
t v q w w R T I n v === 4) P −V 图，T − S 图上工质状态参数的变化规律及能量转换情况
4.2 对于理想气体的任何一种过程，下列两组公式是否都适用?
21212121(),();(),()v p v p u c t t h c t t q u c t t q h c t t ∆=-∆=-=∆=-=∆=-
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21()v q u c t t =∆=-适于定容过程, 21()p q h c t t =∆=-适用于定压过程。
4.3在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。
定温过程气体的温度不变，在定温过程中是否需对气体加入热量？如果加入的话应如何计算？
答：定温过程对气体应加入的热量
2211v v dv w pdv pv
pvIn RTIn v v v ====⎰⎰ 21
t v w w RTIn v == 21t v q w w RTIn
v === 4.4 过程热量 q 和过程功w 都是过程量，都和过程的途径有关。
由理想气体可逆定温过程热量公式2111
v q p v In v =可知，故只要状态参数1p 、1v 和2v 确定了， q 的数值也确定了，是否q 与途径无关？
答：对于一个定温过程，过程途径就已经确定了。
所以说理想气体可逆过程q 是与途径有关的。
4.5 在闭口热力系的定容过程中，外界对系统施以搅拌功w δ，问这v Q mc dT δ= 是否成立？ 答：成立。
这可以由热力学第一定律知，由于是定容过
2211v v dv w pdv pv
pvIn RTIn v v v ====⎰⎰为零。
故v Q mc dT δ=，它与外界是否对系统做功无关。
4.6 绝热过程的过程功w 和技术功t w 的计算式：
w =12u u -，t w =12h h -
是否只限于理想气体？是否只限于可逆绝热过程？为什么？
答：不只限于理想气体和可逆的绝热过程。
因为q u w =∆+和t q h w =∆+是通用
公式，适用于任何工质任何过程，只要是绝热过程0q =无论是可逆还是不可逆。
所以w =12u u -，t w =12h h -不只限于可逆绝热过程。
4.7 试判断下列各种说法是否正确：
（1）定容过程既无膨胀（或压缩）功的过程；
（2）绝热过程即定熵过程；
（3）多变过程即任意过程。
答：（1）（×）； （2）（×）； （3）（×）
4.8 参照图4-17：试证明：123143q q ----≠。
途中1-2、4-3 为定容过程，1-4、2-3 为定压过程。
证明：123q --=123123u W ----∆+，143q --=143143u W ----∆+ 因为: u ∆是状态量与过程无关，123u --∆与143u --∆起始状态一样，故123u --∆=143u --∆，由图知123143w w ----∆>∆，所以：123143q q ---->
4.9 如图4-18 所示。
今有两个任意过程a-b 及a-c ，b 点及c 点在同一条绝热线上，试问：（1）ab u ∆ 与ac u ∆ 哪个大？（2）若b 、c 在同一条定温线上，结果又如何？
答：b 、c 在同一条绝热线上ab ac u u ∆<∆，若b 、c 在同一条定温线上，二者相等。
因为，u ∆a-b 加上b-c 过程=u ∆a-c 过程，而b-c 是个绝热过程，q =0=b c b c u w --∆+，
b c w -<0,故b c u -∆>0,所以有ab ac u u ∆<∆。
若在定温线上b c u -∆=0，所以ab ac u u ∆=∆。
4.10 理想气体定温过程的膨胀功等于技术功能否推广到任意气体？
答：不能。
因为它们公式的推导过程中引入了理想气体状态方程式g pv R T =，对于一般气体一般状态下是不适用的。
4.11 下列三式的使用条件是什么？
2211k k p v p v =，1
11122k k T v T v --=，111122K K K K T p T p ----=
答：使用条件理想气体可逆绝热过程。
4.12 在T-s 图上如何表示绝热过程的技术功t w 和膨胀功w ？
答：绝热过程，不管是否是可逆过程都有,t w h w u =-∆=-∆，故有：
其中u ∆，h ∆（图中阴影部分）（1-2绝热线’）及可表示膨胀功和技术功的变化情况。
4.13 在p-v 图和T-s 图上如何判断过程中,,,,,t q w w u h s ∆∆∆的正负？
4.14试以可逆绝热过程为例，说明水蒸气的热力过程与理想气体热力过程的分析计算有什么异同?
答：对于可逆绝热过程水蒸气和理想气体都有:
2
121210,,t q Tds w u u u w h h h ===-∆=-=-∆=-⎰,差别在于水蒸气没有适当而简单的状态方程，同时,,,p v c c h u 也不都是温度的单值函数。
4.15实际过程都不可逆，那么本章讨论的理想可逆过程有什么意义？
答：意义在与实际过程是很复杂的不可逆过程，我们可以借助理想可逆过程分析、寻找出过程中状态参数变化及能量转化的规律，抓住过程的主要特征。
对于不可逆实际过程，再借助实验和一些经验系数进行修正，及可得到实际气体的规律。
