热工基础第二版课后复习资料全张学学

1 / 99 第二章 思考题 绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满整个容器。问：⑴空气的热力学能如何变化？⑵空气是否作出了功？⑶能否在坐标图上表示此过程？为什么？

答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。 （2）空气对外不做功。 （3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。

2. 下列说法是否正确？ ⑴气体膨胀时一定对外作功。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。 ⑵气体被压缩时一定消耗外功。 对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。 ⑶气体膨胀时必须对其加热。 错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。 ⑷气体边膨胀边放热是可能的。 对，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边膨胀边放热。 ⑸气体边被压缩边吸入热量是不可能的。 错，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边压缩边吸热。 ⑹对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。 错，比如多变过程，当n大于1，小于k时，可实现对工质加热，其温度反而降低。

4. “任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？

答：不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面张力功等等，如果只考虑体积功的话，那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。

5. 试比较图2-6所示的过程1-2与过程1-a-2中下列各

量的大小：⑴W12与W1a2； (2) U12与U1a2； (3)

图2-6 思考题4附图 2 / 99

Q12与Q1a2 答：（1）W1a2大。 (2)一样大。 （3）Q1a2大。

6. 说明下列各式的应用条件：

⑴wuq

闭口系的一切过程 ⑵pdvuq

闭口系统的准静态过程 ⑶)(1122vpvpuq

开口系统的稳定流动过程，并且轴功为零 ⑷)(12vvpuq

开口系统的稳定定压流动过程，并且轴功为零；或者闭口系统的定压过程。

7. 膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系？流动功的大小与过程特性有无关

系？ 答：膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备（开口系统）时，热力设备与外界交换的机械功，由于这个机械功通常是通过转动的轴输入、输出，所以工程上习惯成为轴功；而技术功不仅包括轴功，还包括工质在流动过程中机械能（宏观动能和势能）的变化；流动功又称为推进功，1kg工质的流动功等于其压力和比容的乘积，它是工质在流动中向前方传递的功，只有在工质的流动过程中才出现。对于有工质组成的简单可压缩系统，工质在稳定流动过程中所作的膨胀功包括三部分，一部分消耗于维持工质进出开口系统时的流动功的代数和，一部分用于增加工质的宏观动能和势能，最后一部分是作为热力设备的轴功。对于稳定流动，工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。如果工质进、出热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽略不计，则技术功等于轴功。

习题 2-1 解：kJUQW308050Δ，所以是压缩过程 3 / 99

2-2 解：kJQWQW145012006502000放压吸膨 2-3 解：hJQU/107.23600102Δ63 2－4解：状态b和状态a之间的内能之差为： kJWQUUUabab6040100Δ

所以，a-d-b过程中工质与外界交换的热量为： kJWUQabbda802060Δ

工质沿曲线从b返回初态a时，工质与外界交换的热量为： kJWUWUUQabbaab903060Δ

根据题中给定的a点内能值，可知b点的内能值为60kJ，所以有: kJUUUdbad204060

由于d-b过程为定容过程，系统不对外作功，所以d-b过程与外界交换的热量为： kJUUUQdbbdbd20

所以a-d-b过程系统对外作的功也就是a-d过程系统对外作的功，故a-d过程系统与外界交换的热量为： kJWUWUUQbdaaddaadda60)20(40

2－5 过程 Q kJ W kJ U kJ

1-2 1390 0 1390 2-3 0 395 -395 3-4 -1000 0 -1000 4-1 0 -5 5

2-5 解：由于汽化过程是定温、定压过程，系统焓的变化就等于系统从外界吸收的热量，即汽化潜热，所以有： kgkJqh/2257Δ

内能的变化为：

kgkJvvphpvhu/20881.674)(0.001101.012257)()(Δ212 4 / 99

2-6 解：选取气缸中的空气作为研究的热力学系统，系统的初压为： PaAGppb54511102.939101009.8195101.028

当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为：

PaAGppb54522101.959101009.895101.028

由于气体通过气缸壁可与外界充分换热，所以系统的初温和终温相等，都等于环境温度即：

021TTT

根据理想气体的状态方程可得到系统的终态体积，为： 335245211210261.5101.959101010100102.939mpVpV

所以活塞上升的距离为： cmmAVVL26.5260.0510100101010010261.5Δ46312



由于理想气体的内能是温度的函数，而系统初温和终温相同，故此过程中系统的内能变化为零，同时此过程可看作定压膨胀过程，所以气体与外界交换的热量为： JLApWQ04.103260.0510100101.959Δ452

2-8 解：压缩过程中每千克空气所作的压缩功为： kgkJuqw/196.5146.550Δ

忽略气体进出口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功，所以生产每kg压缩空气所需的轴功为： kgkJhqw/252100.845)0.10.175(0.8146.550Δ3s

所以带动此压气机所需的功率至少为： kWwPs426010

2-9 解：是否要用外加取暖设备，要看室内热源产生的热量是否大于通过墙壁和门窗传给外界的热量，室内热源每小时产生的热量为： kJq51098.13600)1005050000(＝＋＝热源

小于通过墙壁和门窗传给外界的热量为3105 kJ，所以必须外加取暖设备，供热量为： 5 / 99

hkJQ/101.021098.1103555 2-10 解：取容器内的气体作为研究的热力学系统，根据系统的状态方程可得到系统终态体积为：32.112.1121121.78)5.01(1)(mppVV

过程中系统对外所作的功为： 1.7811.7812.012.021.2111.21.2116.4540.2)(kJVVVpdVVVppdVW

所以过程中系统和外界交换的热量为： kJWUQ6.2246.4548*40Δ

为吸热。 2-11 解：此过程为开口系统的稳定流动过程，忽略进出口工质的宏观动能和势能变化，则有：

smmmWqhqhqhQ117766 由稳定流动过程进出口工质的质量守恒可得到： 176mmmqqq

所以整个系统的能量平衡式为： s767161)()(WhhqhhqQmm

故发电机的功率为：

kWqhhqhhQWPmm33116776s10152.442)(418360070012)(41836001050418003600700)()(

2-12 解：由于过程是稳定流动过程，气体流过系统时重力位能的变化忽略不计，所以系统的能量平衡式为:

SfWcmHQ22

1

其中，气体在进口处的比焓为： kgJvpuh/232940037.01062.0102100631111

气体在出口处的比焓为： 6 / 99

kgJvpuh/16560002.11013.0101500632222 气体流过系统时对外作的轴功为：

kWWchqmcmHQWffs6.27082708600)]300150(21)23294001656000(1030[4)21(2122322

所以气体流过系统时对外输出的功率为： kWWPs6.7082

第三章 思考题

1. 理想气体的pc和vc之差及pc和vc之比是否在任何温度下都等于一个常数？ 答：理想气体的pc和vc之差在任何温度下都等于一个常数，而pc和vc之比不是。

2. 如果比热容是温度t的单调增函数，当12tt时，平均比热容10|tc、20|tc、21|ttc中哪一个最大？哪一个最小？ 答：由10|tc、20|tc、21|ttc的定义可知

)(d10011tcttcctt，其中10t

)(d20022tcttcctt，其中20t

)(d122121tctttcctttt，其中21tt

因为比热容是温度t的单调增函数，所以可知21|ttc>10|tc，又因为 20211212021120210)()(10212102tttttttttttttcctcctcctttctcc

故可知21|ttc最大， 又因为：