工程热力学第四版第二章

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（高教社第四版）第2章课件第二章热力学第一定律2-1 热力学第一定律的实质实质：能量守恒及转换定律在热现象中的应用能量守恒和转换定律—能量是可以相互转换的，且转换前后的总量保持不变。

热力学第一定律—热能与机械能是可以相互转换的，且转换前后的总量保持不变。

焦耳实验1、重物下降，输入功，绝热容器内气体T ↑2、绝热去掉，气体T ↓，放出热给水，T 恢复原温。

焦耳实验水温升高可测得热量，重物下降可测得功热功当量1 cal = 4.1868 J热力学第一定律热可以变为功，功也可以变为热，一定量的热消失时，必产生与之数量相当的功；消耗一定量的功时必出现与之对应的一定量的热。

闭口系循环的热一律表达式系统经历一个热力循环后，它所接受的净热量转换为对外所作的净功。

即：δQ = ∫ δW ∫要想得到功，必须花费热能或其它能量热一律又可表述为“第一类永动机是不可能制成的”关于永动机问题的思考各种永动机问题长期困扰着科技界与社会第一类永动机—不消耗能量而能对外连续作功的机器。

第二类永动机—从单一热源取热，并将其全部转变机械功的机器（或：热效率等于100%的机器）[有关问题在第五章中将详细讨论]。

长期以来一直有人在追求、研究各种形式的永动机，无一有所收获。

希望同学们树立正确的思想方法，不要误入歧途。

大气机压气机从大气中取气压力容器pw取回部分功量驱动压气机某人的永动机构思机水分解装置 H2 w 氢气发动机水取回部分功量驱动水分解装置2-2 热力学能（内能）和总能一、热力学能(internal energy) UUch Unu Uth 平移动能旋转动能振动动能UkEf1(T)U=U(T,v)UpE f2(T，v) —二、总(储存)能(total stored energy of system) 热力学能，内部储存能E=U+EK+Ep总能宏观动能宏观位能外部储存能e=u+ek+ep热力学能的性质热力学能说明： ? 热力学能是状态量 ? U : 广延参数 [ kJ ] ? u : 比参数 [kJ/kg]√ 分子动能（移动、转动、振动）分子位能（相互作用）√ 核能化学能系统总能外部储存能宏观动能宏观位能 Ek= mc2/2 Ep= mgz 机械能系统总能 E = U + Ek + Ep e = u + ek + ep2-3 能量的传递和转化能量传递的两种方式：作功，传热借作功传递的能量总是伴随着物体的宏观动能借传热来传递能量不需要有物体的宏观移动热能转变为机械能由两类过程组成：能量转换的热力学过程单纯机械能过程热一律的文字表达式热一律: 能量守恒与转换定律进入系统的能量 - 离开系统的能量 = 系统内部储存能量的变化热力学能U 的物理意义定义dU = δ Q - δ W δQ 热力学能U 状态函数δQ = dU + δW Q=?U+W δW闭口系热一律表达式dU 代表某微元过程中系统通过边界交换的微热量与微功量两者之差值，也即系统内部能量的变化。

工程热力学第四版（华自强/张忠进）习题提示与答案1-1 试确定表压力为0.1 kPa 时U 形管压力计中的液柱高度差。

(1)液体为水，其密度为1 000 kg/m 3；(2)液体为酒精，其密度为789 kg/m 3。

提示：表压力数值等于U 形管压力计显示的液柱高度的底截面处液体单位面积上的力，g h p ρ∆=e 。

答案：(1) mm 10.19=∆水h (2) mm 12.92=∆酒精h 。

1-2 测量锅炉烟道中真空度时常用斜管压力计。

如图1-17所示，若α=30°，液柱长度l ＝200 mm ，且压力计中所用液体为煤油，其密度为800 kg/m 3 ，试求烟道中烟气的真空度为多少mmH 2O(4 ℃)。

提示：参照习题1-1的提示。

真空度正比于液柱的“高度”。

答案：()C 4O mmH 802v ο=p 。

1-3 在某高山实验室中，温度为20 ℃，重力加速度为976 cm/s 2，设某U 形管压力计中汞柱高度差为30 cm ，试求实际压差为多少mmHg(0 ℃)。

提示：描述压差的“汞柱高度”是规定状态温度t =0℃及重力加速度g =980.665cm/s 2下的汞柱高度。

答案：Δp =297.5 mmHg(0℃)。

1-4 某水塔高30 m ，该高度处大气压力为0.098 6 MPa ，若水的密度为1 000 kg/m 3 ，求地面上水管中水的压力为多少MPa 。

提示：地面处水管中水的压力为水塔上部大气压力和水塔中水的压力之和。

答案：Mpa 8 0.392=p 。

1-5 设地面附近空气的温度均相同，且空气为理想气体，试求空气压力随离地高度变化的关系。

又若地面大气压力为0.1 MPa ，温度为20 ℃，求30 m 高处大气压力为多少MPa 。

提示： h g p p ρ-=0 →TR hg p p g d d -=，0p 为地面压力。

答案：MPa 65099.0=p 。

1-6 某烟囱高30 m ，其中烟气的平均密度为0.735 kg/m 3。

《工程热力学》（第四版）习题提示及答案02章习题提示与答案习题提示与答案第二章热力学第一定律2-1 一辆汽车在1.1 h 内消耗汽油37.5 L ，已知通过车轮输出的功率为64 kW ，汽油的发热量为44 000 kJ/kg ，汽油的密度为0.75 g/cm 3，试求汽车通过排气、水箱散热及机件的散热所放出的热量。

提示：汽车中汽油燃烧放出的热量除了转换成通过车轮输出的功率外，其余通过排气、水箱及机件放给外界。

答案：kJ 1084.952?-=Q。

2-2 一台工业用蒸汽动力装置，每小时能生产11 600 kg 蒸汽，而蒸汽在汽轮机中膨胀作功输出的功率为3 800 kW 。

如果该装置每小时耗煤1 450 kg ，煤的发热量为30 000 kJ/kg ，而在锅炉中水蒸气吸收的热量为2 550 kJ/kg 。

试求：(1)锅炉排出废烟气带走的能量；(2)汽轮机排出乏汽带走的能量。

提示：(1)废气带走的热量和锅炉中水蒸气吸热量之和等于煤燃烧放出的热量。

(2) 水蒸气在锅炉中的吸热量等于汽轮机输出功量与汽轮机乏汽带走的能量之和。

答案： kJ/h 10392.17g ?-=Q，kJ/h 1059.17w ?-=Q 。

2-3 夏日室内使用电扇纳凉，电扇的功率为0.5 kW ，太阳照射传入的热量为0.5 kW 。

当房间密闭时，若不计人体散出的热量，试求室内空气每小时热力学能的变化。

提示：取密闭房间内的物质为热力学系统。

答案：ΔU =3 600 kJ/h 。

2-4 某车间中各种机床的总功率为100 kW ，照明用100 W 电灯50盏。

若车间向外散热可忽略不计，试求车间内物体及空气每小时热力学能的变化。

提示：取密闭车间内的物质为热力学系统。

答案：ΔU =3.78×105 kJ/h 。

2-5 人体在静止情况下每小时向环境散发的热量为418.68 kJ 。

某会场可容纳500人，会场的空间为4 000 m 3。

已知空气的密度1.2 kg/m 3，空气的比热容为1.0 kJ/(kg ·K)。

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 热力学第一定理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（第四版）严家禄编著第一章基本概念思考题：2、4 习题布置：1-4、1-6 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。

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。

习题答案：1-4用斜管式压力计测量锅炉管道中烟气的真空度。

管子的倾角30α=，压力计中使用密度为800Kg/m 3的煤油。

倾管中液柱长度为l=200mm 。

当时大气压力B=745mmHg ，问烟气的真空度为多少毫米汞柱？绝对压力为多少毫米汞柱？ [解]： (1) 根据式(1-6)式有(2) 根据(1-5)式有3745784.575006210739.12v P B P mHg-=-=-⨯⨯=*此题目的练习真空度，绝对压力，表压之间的关系及压力单位之间的换算关系。

1-6有一容器，内装隔板，将容器分成A 、B 两部分 (图1-14)。

容器两部分中装有不同压力的气体，并在A 的不同部位安装了两V 2P glsin308009.806650.20.5=784.5Pa=80mmH Oρ==⨯⨯⨯图 1-13图1-14个刻度为不同压力单位的压力表。