工程热力学思考题答案,第十一章

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(>)，−(<)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.()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？()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？()上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在−图上表示？答：（）第一种情况不作功；（）第二种情况作功；（）第一种情况为不可逆过程不可以在图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在图上表示出来。

⼯程热⼒学课后问题详解《⼯程热⼒学》沈维道主编第四版课后思想题答案（1~5章）第1章基本概念⒈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。

⒉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b e p p p =+ ()b p p >; b v p p p =- ()b p p <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Pb 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。

工程热力学-第四版思考题答案(完整版)(沈维道)(高等教育出版社)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。

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 。

第十一章制冷循环1.家用冰箱的使用说明书上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么？答：为了维持冰箱的低温，需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高，从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处，并距墙壁适当距离。

在一定环境温度下，冷库温度愈低，制冷系数愈小，因此为取得良好的经济效益，没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。

2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环？答：由于空气定温加热和定温放热不易实现，故不能按逆向卡诺循环运行。

在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。

3.压缩蒸气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。

而压缩蒸气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。

4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何？ 答：压缩空气制冷循环的制冷系数为：()()142314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε=== 空气视为理想气体，且比热容为定值，则：()()142314T T T T T T ε-=---循环压缩比为：21p p π=过程1-2和3-4都是定熵过程，因而有：1322114k kT T P T P T -⎛⎫==⎪⎝⎭代入制冷系数表达式可得：111k kεπ-=-由此式可知，制冷系数与增压比有关。

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 = pb+pe(p >pb)，pv=pb−p (pb<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。

第十一章制冷循环1.家用冰箱的使用说明书上指出,冰箱应放置在通风处,并距墙壁适当距离,以及不要把冰箱温度设置过低,为什么答：为了维持冰箱的低温,需要将热量不断地传输到高温热源环境大气,如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去,会使高温热源温度升高,从而使制冷系数降低,所以为了维持较低的稳定的高温热源温度,应将冰箱放置在通风处,并距墙壁适当距离.在一定环境温度下,冷库温度愈低,制冷系数愈小,因此为取得良好的经济效益,没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低.2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环答：由于空气定温加热和定温放热不易实现,故不能按逆向卡诺循环运行.在压缩空气制冷循环中,用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程.3.压缩蒸气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.而压缩蒸气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.4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何 答：压缩空气制冷循环的制冷系数为：()()142314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε=== 空气视为理想气体,且比热容为定值,则：()()142314T T T T T T ε-=---循环压缩比为：21p p π=过程1-2和3-4都是定熵过程,因而有：1322114k kT T P T P T -⎛⎫==⎪⎝⎭ 代入制冷系数表达式可得：111k kεπ-=-由此式可知,制冷系数与增压比有关.循环压缩比愈小,制冷系数愈大,但是循环压缩比减小会导致膨胀温差变小从而使循环制冷量减小,如图b 中循环1-7-8-9-1的循环压缩比较循环1-2-3-4-1的小,其制冷量面积199′1′1小于循环1-2-3-4-1的制冷量面积144′1′1.T sO 4′ 9′1′Ov ab压缩空气制冷循环状态参数5.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.6.按热力学第二定律,不可逆节流必然带来做功能力损失,为什么几乎所有的压缩蒸气制冷装置都采用节流阀答：压缩蒸气制冷循环中,湿饱和蒸气在绝热膨胀过程中,因工质中液体的含量很大,故膨胀机的工作条件很差.为了简化设备,提高装置运行的可靠性,所以采用节流阀.7.参看图 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.这种考虑可行么为什么答：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.8.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氟利昂类工质,如R11、R12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.9.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.从热力学第二定律的角度来看,无论是消耗机械能还是热能都是使熵增大,以弥补热量从低温物体传到高温物体造成的熵的减小,从而使孤立系统保持熵增大.10.为什么同一装置即可作制冷剂又可作热泵答：因为热泵循环与制冷循环的本质都是消耗高质能以实现热量从低温热源向高温热元的传输.热泵循环和制冷循环的热力学原理相同.。

第11章蒸汽动力装置循环11-1朗肯循环中，汽轮机入口参数为：p1=12MPa、t1=540℃。

试计算乏汽压力分别0.005MPa、0.01MPa和0.1MPa时的循环热效率，通过比较计算结果，说明什么问题？解：查水和水蒸汽焓－熵图，汽轮机入口焓为：h1=3455kJ/kg乏汽压力p c为0.005MPa时：乏汽焓h2=2015kJ/kg，温度t s =34℃给水泵入口焓h2´=4.1868t s =4.1868×34=142.351kJ/kg11-3 某再热循环，其新汽参数为p1=12MPa、t1=540℃，再热压力为5MPa，再热后的温度为540℃，乏汽压力为p2=6kPa，设汽机功率为125MW，循环水在凝汽器中的温升为10℃。

不计水泵耗功。

求循环热效率、蒸汽流量和流经凝汽器的循环冷却水流量。

解：据 36001000mnet q w P =，蒸汽流量h t w P q net m /61.27710001621101253600100036003=×××==根据凝汽器中的热平衡：冷却水吸收的热量＝乏汽放出的热量 )(32h h q t c q m w p w −=∆循环水流量 ()()h t t c h h q q w p m w /81.13440101868.4912.154218261.27732=×−×=∆−=11-4 水蒸气绝热稳定流经一汽轮机，入口p 1=10MPa 、t 1=510℃，出口p 2=10kPa ，x 2=0.9，如果质量流量为100kg/s ，求：汽轮机的相对内效率及输出功率。

解：查h-s 图：热效率 %36.44583.3663583.20381112=−=−=q q t η 机组功率()()MW 69.2253600583.2038583.36631000500q q P 21m m =−××=−==q q w net11-6 汽轮机理想动力装置，功率为125MW ，其新汽参数为p 1=10MPa 、t 1=500℃，采用一次抽汽回热，抽汽压力为2MPa ，乏汽压力为p 2=10kPa ，不计水泵耗功。