1、工程热力学 高等教育出版社 沈维道主编 思考题答案 m 整理 - 1 -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
2、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
3、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。工程热力学 高等教育出版社 沈维道主编 思考题答案 m 整理 - 2 -第二章 热力学第一定律1答：将隔板抽去，根据热力学第一定律 wuq其中 0,q所以容器中空气的热力学能不变。若有一小孔，以 B 为热力系进行分析 iffc
4、v WmgzchmgzchdEQ 121122只有流体的流入没有流出， 0,iWQ，忽略动能、势能 11mhUdECVB 部分气体的热力学能增量为 ，A 部分气体的热力学能减少量为 U2答:热力学第一定律能量方程式不可以写成题中所述的形式。对于 pvuq只有在特殊情况下，功 w可以写成 pv。热力学第一定律是一个针对任何情况的定律，不具有 w= 这样一个必需条件。对于公式 121212 wuq，功和热量不是状态参数所以不能写成该式的形式。3答： uq 适用于任何过程，任何工质 21pdV可逆过程，任何工质4答：推动功是由流进（出）系统的工质传递而由工质后面的物质系统作出的。对于闭口系统，不存在
5、工质的流进（出）所以不存在这样进行传递的功。5答：可以。稳定流动能量方程式可应用于任何稳定流动过程，对于连续工作的周期性动作的能量转换装置，只要在平均单位时间所作的轴功、吸热量以及工质的平均流量为常量，虽然它工程热力学 高等教育出版社 沈维道主编 思考题答案 m 整理 - 3 -内部工质的状态及流动情况是变化的，但这种周期性的变化规律不随时间而变，所以仍然可以利用稳定流动能量方程式分析其能量转换关系。第三章 理想气体的热力学能与焓熵计算1答：理想气体：分子为不占体积的弹性质点，除碰撞外分子间无作用力。理想气体是实际气体在低压高温时的抽象，是一种实际并不存在的假想气体。判断所使用气体是否为理想气
6、体 j 依据气体所处的状态（如：气体的密度是否足够小）估计作为理想气体处理时可能引起的误差；k 应考虑计算所要求的精度。若为理想气体则可使用理想气体的公式。2答：气体的摩尔体积在同温同压下的情况下不会因气体的种类而异；但因所处状态不同而变化。只有在标准状态下摩尔体积为 0.022414m3/mol3答：摩尔气体常数不因气体的种类及状态的不同而变化。4答：一种气体满足理想气体状态方程则为理想气体，那么其比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数。5答：对于确定的理想气体在同一温度下 vpc为定值， vpc为定值。在不同温度下vpc为定值， vpc不是定值6答：麦耶公式的推导用到理想气体方程，因此适用
7、于理想气体混合物不适合实际气体7答：在工程热力学里，在无化学反应及原子核反应的过程中，化学能、原子核能都不变化，可以不考虑，因此热力学能包括内动能和内位能。内动能由温度决定，内位能由 v决定。这样热力学能由两个状态参数决定。所以热力学能是状态参数。由公式 puh可以看到，焓也是由状态参数决定，所以也是状态参数。对于理想气体热力学能和焓只是温度的函数。8答：不矛盾。实际气体有两个独立的参数。理想气体忽略了分子间的作用力，所以只取决于温度。工程热力学 高等教育出版社 沈维道主编 思考题答案 m 整理 - 4 -9答：在工程热力学里需要的是过程中热力学能、焓、熵的变化量。热力学能、焓、熵都只是温度的
8、单值函数，变化量的计算与基准的选取无关。热力学能或焓的参照状态通常取0K 或 0时焓值为 0，热力学能值为 0。熵的基准状态取 0p=101325Pa、 0T=0K 熵值为 010.答：气体热力性质表中的 hu、 及 s基准是态是 0,T， K， 0p=101325Pa11答：图 3-2 中阴影部分面积为多变过程 1-2 的热量。对于多变过程其热力学能变化量及焓变化量可由下面两式计算得到： 21,212)()( vvv qTcTcu21,212 ppph过初始状态点，做定容线 2-2，图 3-3 中阴影部分面积为多变过程 1-2 的热力学能变化量过初始状态点，做定压线 2-2，图 3-4 中阴
9、影部分面积为多变过程 1-2 的焓变化量 若为不可逆过程，热力学能、焓不变如上图。热量无法在图中表示出来。工程热力学 高等教育出版社 沈维道主编 思考题答案 m 整理 - 5 -12答：可以。因为熵是状态参数，只与初终状态有关，与过程无关。13答： Tqdsrev中， rev为一微元可逆变化过程中与热源交换的热量，而cq中 为工质温度升高 dT所吸收的热量，他们是不能等同的所以这一结论是错误的。14（1）（）（2）（）（3）（）（4）（）（5）（）15答：不适用16答：因为AeqAwMx,BeqBx，混合气体的折合摩尔质量相同，但是组分 A和 B 摩尔的摩尔质量大小关系不能确定。所以不能断定
10、BAw第四章 理想气体的热力过程1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由热力学第一定律等 计 算 shuqt,4分析能量转换关系（用 PV 图及 TS 图）（根据需要可以定性也可以定量）例：工程热力学 高等教育出版社 沈维道主编 思考题答案 m 整理 - 6 -1） 程方程式： 常 数T （特征） 常 数PV （方程）2) 始、终状态参数之间的关系：2112VP或3) 计算各量： 1212lnl0PRVshu1212lnlnlVRTq VTdPtt4) 图图 ， SVP上工质状态参数的变化规律及能量转换情况闭
11、口系：12 过程 0qu开口系：12 过程 0tqht2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 )(12tcuqv适用于定容过程， )(12tchqp适用于定压过程。qq工程热力学 高等教育出版社 沈维道主编 思考题答案 m 整理 - 7 -3答：定温过程对气体应加入热量。 121212lnlnlVRTq VRTPdVPtt4答：对于一个定温过程，过程途径就已经确定了。所以说 q是与途径有关的。5答：成立6答：不只限于理想气体和可逆的绝热过程。因为 wuq和 thq是通用公式，适用于任何工质任何过程，只要是绝热过程 0无论是可逆还是不可逆。所以 21uw和 21ht不只限于可
12、逆绝热过程。7 （1）（）（2）（）（3）（）8答：q1-2-3=u 1-2-3+w1-2-3 ,q1-4-3=u 1-4-3+w1-4-3u 1-2-3=u 1-4-3, w1-2-3 w1-4-3q 1-2-3 q1-4-3b、c 在同一条绝热线上 acbu，若 b、c 在同一条定温线上，二者相等。工程热力学 高等教育出版社 沈维道主编 思考题答案 m 整理 - 8 -9答：绝热过程，不管是否是可逆过程都有 uwht ,所以在T-S 图上的表示方法与第三章第十一题相同。10答：1） 的判别：以（V）为界： 图 上VP 021往 左往 右图 上ST0.21左 上 方右 下 方2） u， h的
13、判别：以（T）为界： 图 上VP 0.21u左 下 方右 上 方图 上S0.21u下 方 为上 方 为3） q的判别：以（T）为界： 图 上VP 0.21q左 下 方右 上 方图 上S 0.21q向 左向 右第五章 热力学第二定律1.答：不能这样表述。表述不正确，对于可逆的定温过程，所吸收的热量可以全部转化为机械能，但是自身状态发生了变化。所以这种表述不正确。2. 答：不正确。自发过程是不可逆过程是正确的。非自发过程却不一定为可逆过程。3. 答：一切非准静态过程都是不可逆过程。不可逆因素有：摩擦、不等温传热和不等压做功。工程热力学 高等教育出版社 沈维道主编 思考题答案 m 整理 - 9 -4
14、. 答：热力学第二定律的两种说法反映的是同一客观规律自然过程的方向性 是一致的，只要一种表述可能，则另一种也可能。假设热量 Q2 能够从温度 T2 的低温热源自动传给温度为 T1 的高温热源。现有一循环热机在两热源间工作，并且它放给低温热源的热量恰好等于 Q2。整个系统在完成一个循环时，所产生的唯一效果是热机从单一热源（T1）取得热量 Q1-Q2，并全部转变为对外输出的功 W。低温热源的自动传热 Q2 给高温热源，又从热机处接受 Q2，故并未受任何影响。这就成了第二类永动机。 违反了克劳修斯说法， 必须违反了开尔文说法。反之，承认了开尔文说法，克劳修斯说法也就必然成立。5. （1）（）（2）（
15、）（3）（）6. 答：这两个公式不相同。 12qt适用于任何工质，任何循环。 12Tt适用于任何工质，卡诺循环7. 答：不违反热力学第二定律，对于理想气体的定温过程，从单一热源吸热并膨胀做功，工质的状态发生了变化，所以不违反热力学第二定律8. （1）（）（2）（）（3）（）9（1）熵增大的过程必为不可逆过程（）（2）使系统熵增大的过程必为不可逆过程（）（3）熵产 0gs的过程必为不可逆过程（）工程热力学 高等教育出版社 沈维道主编 思考题答案 m 整理 - 10 -（4）不可逆过程的熵变 s无法计算（）（5）如果从同一初始态到同一终态有两条途径，一为可逆，另一为不可逆，则 可 逆不 可 逆 S
16、， 可 逆不 可 逆 ,ffS， 可 逆不 可 逆 ,ggS是否正确？答： 可 逆不 可 逆 、 可 逆不 可 逆 ,ff、 可 逆不 可 逆 ,（6）不可逆绝热膨胀的终态熵大于初态熵，S 2S1，不可逆绝热压缩的终态熵小于初态熵S2S1不可逆绝热压缩的终态熵也大于初态熵S2S1。（7）工质经过不可逆循环有0,rTqds？答：工质经过不可逆循环有,rs10. 答：由图 5-2 可知 cabqbaq为 1-a-b-2-1 的面积； ca为 1-a-c -2-1 的面积11. 答：由同一初态经可逆绝热压缩和不可逆绝热压缩两种过程到相同终压如 5-3 图所示。 21,212)()(,0ppptt qTcTchhwq所 以绝 热 过 程
