工程热力学思考题及答案

《工程热力学》思考题参考答案目录第一章思考题参考答案 (2)第二章思考题参考答案 (4)第三章思考题参考答案 (9)第四章思考题参考答案 (16)第五章思考题参考答案 (21)第六章思考题参考答案 (25)第七章思考题参考答案 (27)第八章思考题参考答案 (31)第九章思考题参考答案 (34)第十章思考题参考答案 (39)第十二章思考题参考答案 (45)第一章 思考题参考答案1．进行任何热力分析是否都要选取热力系统？答:是。

热力分析首先应明确研究对象，根据所研究的问题人为地划定一个或多个任意几何面所围成的空间，目的是确定空间内物质的总和。

2．引入热力平衡态解决了热力分析中的什么问题?答：若系统处于热力平衡状态,对于整个系统就可以用一组统一的并具有确定数值的状态参数来描述其状态，使得热力分析大为简化。

3．平衡态与稳定态的联系与差别。

不受外界影响的系统稳定态是否是平衡态？ 答：平衡态和稳定态具有相同的外在表现,即系统状态参数不随时间变化；两者的差别在于平衡态的本质是不平衡势差为零，而稳定态允许不平衡势差的存在，如稳定导热.可见，平衡必稳定；反之,稳定未必平衡.根据平衡态的定义，不受外界影响的系统，其稳定态就是平衡态.在不受外界影响（重力场除外）的条件下,如果系统的状态参数不随时间变化,则该系统所处的状态称为平衡状态。

4．表压力或真空度为什么不能当作工质的压力？工质的压力不变化，测量它的压力表或真空表的读数是否会变化？答：由于表压力和真空度都是相对压力,而只有绝对压力才是工质的压力。

表压力g p 与真空度v p 与绝对压力的关系为:b g p p p =+b v p p p =-其中b p 为测量当地的大气压力。

工质的压力不变化，相当于绝对压力不变化,但随着各地的纬度、高度和气候条件的不同，测量当地的大气压值也会不同.根据上面两个关系式可以看出，虽然读数也会不同。

5．准静态过程如何处理“平衡状态”又有“状态变化”的矛盾?答：准静态过程是指系统状态改变的不平衡势差无限小，以致于该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态。

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.。

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b e p p p =+()e p p >， b e p p p =-()e p 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：选作温度计的感应元件的物体应具备某种物理性质随物体的冷热程度不同有显著的变化。

有两个系统分别和第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。

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？举例说明答：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。