工程熱力學課后思考題答案__第四版_沈維道_童鈞耕主編_高等教育出版社.doc

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_30頁思考題1閉口系與外界無物質交換，系統(tǒng)內質量保持恒定，那么系統(tǒng)內質量保持恒定的熱力系一定是閉口系統(tǒng)嗎？不一定，穩(wěn)定流動系統(tǒng)內質量也保持恒定。2有人認為開口系統(tǒng)內系統(tǒng)與外界有物質交換，而物質又與能量不可分割，所以開口系統(tǒng)不可能是絕熱系。對不對，為什么？不對，絕熱系的絕熱是指熱能單獨通過系統(tǒng)邊界進行傳遞（傳熱量），隨物質進出的熱能（準確地說是熱力學能）不在其中。4倘使容器中氣體的壓力沒有改變，試問安裝在該容器上的壓力表的讀數會改變嗎？絕對壓力計算公式p2=pg2+p1pbpg2pg1p1=pg1+pb4題圖p=pb+pg (p pb), p= pb -pv (pTc，所以DuabDuac。若b點及c點在同一條定溫線上，則Duab=Duac。11下列三式的使用條件是什么？p2v2k=p1v1k，T1v1k-1=T2v2k-1，T1=T2使用條件是：理想氣體，可逆絕熱過程。12Ts圖上如何表示絕熱過程的技術功wt和膨脹功w？p=0v=04-14 試以可逆絕熱過程為例，說明水蒸氣的熱力過程與理想氣體的熱力過程的分析計算有什么異同？相同點：都是首先確定起始狀態(tài)和結束狀態(tài)，然后在計算過程的作功量等數據。計算過程中，始終要符合熱力學第一定律。不同點：理想氣體的計算是依靠理想氣體狀態(tài)方程以及功和熱量的積分計算式進行計算，而水蒸氣是依靠查圖查表進行計算。193頁思考題5-1熱力學第二定律能否表達為：“機械能可以全部變?yōu)闊崮埽鵁崮懿豢赡苋孔優(yōu)闄C械能。”這種說法有什么不妥當？答：熱能不是不可能全部變成機械能，如定溫過程就可以。但想要連續(xù)地將熱能轉變?yōu)闄C械能則是不可能的。5-2理想氣體進行定溫膨脹時，可從單一恒溫熱源吸入的熱量，將之全部轉變?yōu)楣ν廨敵?，是否與熱力學第二定律的開爾文敘述有矛盾？提示：考慮氣體本身是否有變化。答：理想氣體進行定溫膨脹時，壓力不斷降低，體積越來越大。當壓力低到外界壓力時，就不能再繼續(xù)降低了，過程也就停止了。熱力學第二定律的開爾文敘述的內容是：不可能制造出從單一熱源吸熱，使之全部轉化為功而不留下其他任何變化的熱力發(fā)動機（第二類永動機是不可能制造成功的。） 一方面壓力降低，體積增大就是變化；另一方面，熱力發(fā)動機要求連續(xù)工作，而定溫過程做不到。所以，這個過程與熱力學第二定律無矛盾。5-3自發(fā)過程是不可逆過程，非自發(fā)過程必為可逆過程，這一說法是否正確？答：錯?！胺亲园l(fā)過程必為可逆過程?！钡恼f法完全錯誤，非自發(fā)過程需付出代價（更強的自發(fā)過程）才能實現，可逆過程則是一種實際上不存在的理想過程，兩者之間沒有什么關系。5-4請給“不可逆過程”一個恰當的定義。請歸納熱力過程中有哪幾種不可逆因素？答：各種不可逆因素總可以表示為將機械能耗散為熱能，例如溫差傳熱，卡諾說：凡是有溫度差的地方都可以產生動力。因此，溫差傳熱使得本可以作出的功沒有作出，這就相當于將機械能耗散為熱能。凡是最終效果都可以歸結為使機械能耗散為熱能的過程都是不可逆過程。熱力過程中的不可逆因素有功熱轉換、有限溫差傳熱、自由膨脹、混合過程、電阻等等。5-5 試證明熱力學第二定律的各種說法的等效性：若克勞修斯說法不成立，則開爾文說法也不成立。答：熱力學第二定律的各種說法都是等效的，可以證明它們之間的等效性。Q1T1T2T2T1Q2Q2Q1QQ2WW0REE圖4-1 圖4-2如圖41所示，某循環(huán)發(fā)動機E自高溫熱源T1吸熱Q1，將其中一部分轉化為機械能W0，其余部分Q2=Q1W0排向低溫熱源T2，如果可以違反克勞修斯說法，即熱量Q2可以不花代價地自低溫熱源傳到高溫熱源，如圖中虛線所示那樣，則總的結果為高溫熱源失去熱能(Q1Q2)，循環(huán)發(fā)動機產生了相應的機械能W0，而低溫熱源并無變化，相當于一臺從單一熱源吸熱而作功的循環(huán)發(fā)動機。所以，違反克勞修斯說法必然違反開爾文說法，類似地，違反開爾文說法也必然違反克勞修斯說法，兩種說法完全等價（圖4-2）。5-6下列說法是否有錯誤：（1）循環(huán)凈功Wnet愈大則循環(huán)熱效率愈高；（2）不可逆循環(huán)熱效率一定小于可逆循環(huán)熱效率；（3）可逆循環(huán)熱效率都相等，。（1） 錯。（2） 錯。應當是在同樣的高溫熱源和低溫熱源之間。否則沒有比較基礎。（3） 錯。應當是在同樣的高溫熱源和低溫熱源之間。否則沒有比較基礎。5-7循環(huán)熱效率公式：和是否完全相同？各適用于哪些場合？答：不同。前者適用于一般的循環(huán)（可逆和不可逆循環(huán)），后者僅適用于在兩個恒溫熱源之間工作的可逆循環(huán)。（第三版5-8題）不違反。它是依賴于壓力差作功的。5-8下述說法是否正確：（1）熵增大的過程必定為吸熱過程；（2）熵減小的過程必為放熱過程；（3）定熵過程必為可逆絕熱過程；（4）熵增大的過程必為不可逆過程；（5）使系統(tǒng)熵增大的過程必為不可逆過程；（6）熵產Sg0的過程必為不可逆過程。答：（1） 錯。不可逆絕熱過程熵也會增大。（2） 錯，不準確。不可逆放熱過程，當放熱引起的熵減大于不可逆引起的熵增時（亦即當放熱量大于不可逆耗散所產生的熱量時），它也可以表現為熵略微減少，但沒有可逆放熱過程熵減少那么多。（3） 錯。不可逆放熱過程，當放熱引起的熵減等于不可逆引起的熵增時（亦即當放熱量等于不可逆耗散所產生的熱量時），它也可以表現為熵沒有發(fā)生變化。（4）錯。可逆吸熱過程熵增大。（5）錯。理由如上?？梢哉f：“使孤立系統(tǒng)熵增大的過程必為不可逆過程。”（6）對。5-9下述說法是否有錯誤：（1）不可逆過程的熵變DS無法計算；（2）如果從同一初始態(tài)到同一終態(tài)有兩條途徑，一為可逆，另一為不可逆，則DS不可逆DS可逆，DSf，不可逆DSf，可逆，DSg，不可逆DSg，可逆；（3）不可逆絕熱膨脹終態(tài)熵大于初態(tài)熵S2S1，不可逆絕熱壓縮終態(tài)熵小于初態(tài)熵S2S1;（4）工質經過不可逆循環(huán)，。答：（1）錯。熵是狀態(tài)參數，只要能夠確定起迄點，就可以確定熵變DS。（2）錯。應為DS不可逆=DS可逆、Sf，不可逆Sg，可逆。因為熵是狀態(tài)參數，同一初始狀態(tài)和同一終了狀態(tài)之間的熵差保持同一數值，與路徑無關。（3）錯。不可逆絕熱壓縮過程的終態(tài)熵也大于初態(tài)熵，S2S1。（4）錯。，因為熵是狀態(tài)參數。p b a c 0 v圖5345-10從點a開始有兩個可逆過程：定容過程ab和定壓過程ac，b、c兩點在同一條絕熱線上（見圖534），問qab和qac哪個大？并在Ts圖上表示過程ab和ac及qab和qac。答：可逆定容過程a-b和可逆定壓過程a-c的逆過程c-a以及可逆絕熱線即定熵線上過程b-c構成一可逆循環(huán)，它們圍成的面積代表了對外作功量，過程a-b吸熱，過程c-a放熱，根據熱力學第一定律，必然有qa-bqc-a，才能對外輸出凈功。也就是，qa-bqa-c。sbsacTsba10題圖圖中，qa-b為absbsaa圍成的面積，qa-c為acsbsaa圍成的面積。5-12孤立系統(tǒng)中進行了（1）可逆過程；（2）不可逆過程，問孤立系統(tǒng)的總能、總熵、總火用各如何變化？答：（1）孤立系統(tǒng)中進行了可逆過程后，總能、總熵、總火用都不變。（2）孤立系統(tǒng)中進行了不可逆過程后，總能不變，總熵、總火用都發(fā)生變化。5-14 下列命題是否正確？若正確，說明理由；若錯誤，請改正。（1）成熟的蘋果從樹枝上掉下，通過與大氣、地面的摩擦、碰撞，蘋果的勢能轉變?yōu)榄h(huán)境介質的熱力學能， 勢能全部是火用，全部轉變?yōu)榛馃o。（2）在水壺中燒水，必有熱量散發(fā)到環(huán)境大氣中，這就是火無，而使水升溫的那部分稱之為火用。（3）一杯熱水含有一定的熱量火用，冷卻到環(huán)境溫度，這時的熱量就已沒有火用值。（4）系統(tǒng)的火用只能減少不能增加。（5）任一使系統(tǒng)火用增加的過程必然同時發(fā)生一個或多個使火用減少的過程。 235頁思考題1. 實際氣體性質與理想氣體性質差異產生的原因是什么？在什么條件下才可以把實際氣體作理想氣體處理？答：差異產生的原因就是理想氣體忽略了分子體積與分子間作用力。當p0時，實際氣體成為理想氣體。實際情況是當實際氣體距離其液態(tài)較遠時，分子體積與分子間作用力的影響很小，可以把實際氣體當作理想氣體處理。2. 范德瓦爾方程的精度不高，但是在實際氣體狀態(tài)方程的研究中范德瓦爾方程的地位卻很高，為什么？答：范德瓦爾方程是第一個實際氣體狀態(tài)方程，在各種實際氣體狀態(tài)方程中它的形式最簡單；它較好地定性地描述了實際氣體的基本特征；其它半理論半經驗的狀態(tài)方程都是沿范德瓦爾方程前進的。答：實驗數據來自于實際，而范德瓦爾臨界壓縮因子與實際的壓縮因子誤差較大，所以由試驗數據擬合得到的接近于實際。3. 什么叫對應態(tài)定律？為什么要引入對應態(tài)定律？什么是對比參數？答：在相同的對比態(tài)壓力和對比態(tài)溫度下，不同氣體的對比態(tài)比體積必定相同。引入對應態(tài)原理，可以使我們在缺乏詳細資料的情況下，能借助某一資料充分的參考流體的熱力性質來估算其它流體的性質。某氣體狀態(tài)參數與其臨界參數的比值稱為熱力對比參數。（對比參數是一種無量綱參數）4. 自由能和自由焓的物理意義是什么？兩者的變化量在什么條件下會相等？答：H=G + TS，U=F + TS。dg =dhd(Ts) =dhTdssdT，簡單可壓縮系統(tǒng)在可逆等溫等壓條件下，處于平衡狀態(tài)：dg =Tds，ds=0dg=0。若此時系統(tǒng)內部發(fā)生不可逆變化（外部條件不變），則ds0，dg0。例如系統(tǒng)內部發(fā)生化學反應，化學能轉化為內熱能（都是熱力學能），必要條件是dg0，否則過程不能發(fā)生。類似地，簡單可壓縮系統(tǒng)在等溫等容條件下，內部發(fā)生變化的必要條件是：df0。引申：系統(tǒng)的g、f沒有時，dg=0，df=0。內部變化不再進行。進而可以認為g、f是系統(tǒng)內部變化的能力和標志，所以分別稱為自由焓、自由能，相應地，TS可稱為束縛能。與火用相比，吉布斯自由能和亥姆霍茲自由能不需要與環(huán)境狀態(tài)聯(lián)系，且是工質的狀態(tài)參數。搞理論熱力學的人（物理學家們）根本不拿火用當回事。兩者的變化量在什么條件下會相等？有什么意義呢？dgdf=d(hTs)d(uTs)=dhdu=0，對于理想氣體可逆等溫過程，兩者的變化量相等。或者：dhdu= d(pv)=05. 什么是特性函數？試說明u=u(s, p)是否是特性函數。答：某些狀態(tài)參數表示成特定的兩個獨立參數的函數時，只需一個狀態(tài)參數就可以確定系統(tǒng)的其它參數，這樣的函數就稱為特性函數。熱力學能函數僅在表示成熵及比體積的函數時才是特性函數，換成其它獨立參數，如u=u(s, p)，則不能由它全部確定其它平衡性質，也就不是特性函數了。6. 試導出以T、p及p、v為獨立變量的du方程及以T、v及p、v為獨立變量的dh方程。7. 本章導出的關于熱力學能、焓、熵的一般關系式是否可用于不可逆過程？答：由于熱力學能、焓、熵都是狀態(tài)參數，其變化與過程無關，所以其結果也可以用于不可逆過程。263頁思考題2如何用連續(xù)性方程解釋日常生活的經驗：水的流通截面積增大，流速就降低？答： 在日常生活中，水可視為不可壓縮流體，其比體積不會發(fā)生變化，因而由上式有 Acf=常數，即截面積變化與速度變化成反比。6考慮摩擦損耗時，為什么修正出口截面上速度后還要修正溫度？答：如上。8如圖717所示，（a）為漸縮噴管，（b）為縮放噴管。設兩噴管工作背壓均為0.1MPa，進口截面壓力均為1MPa，進口流速cf1可忽略不計。若（1）兩噴管最小截面積相等，問兩噴管的流量、出口截面流速和壓力是否相同？（2）假如沿截面22切去一段，將產生哪些后果？出口截面上的壓力、流速和流量將起什么變化？ 1 2 2 1 2 2p1=1MPa pb=0.1MPap1=1MPa pb=0.1MPa 1 2 2 1 2 2 (a) (b)圖717 思考題78附圖答：（1）兩噴管最小截面積相等，則兩噴管的流量相等，出口截面流速和壓力不相等。漸縮噴管出口截面流速為當地音速，出口截面壓力等于臨界壓力（0.528Mpa），縮放噴管出口截面壓力等于背壓（充分膨脹情況下），出口截面流速為超聲速（）。（2）漸縮噴管，沿截面22切去一段后，臨界狀態(tài)前移到22截面，出口速度為當地音速，出口截面壓力等于臨界壓力（0.528Mpa），由于出口面積變大，噴管流量增大。縮放噴管，沿截面22切去一段后，噴管形狀不足以保持完全膨脹，出口壓力高于背壓，出口流速比切去一段以前?。ㄈ詾槌曀伲瑖姽芰髁坎蛔?。（噴管內剩余部分流動沒有變化）。10既然絕熱節(jié)流前后焓值不變，為什么作功能力有損失？答：絕熱節(jié)流后氣體的壓力降低，可逆絕熱膨脹過程焓降所能作出的功沒有作出，導致節(jié)流后焓仍然等于節(jié)流前。該作出的功沒有作出，就產生了作功能力損失。281頁思考題3如果由于應用氣缸冷卻水套以及其他冷卻方法，氣體在壓氣機氣缸中已經能夠按定溫過程進行壓縮，這時是否還需要采用分級壓縮？為什么？答：還需要分級壓縮。是為了減小余隙容積的影響。但不需要中間冷卻。4壓氣機按定溫壓縮時，氣體對外放出熱量，而按絕熱壓縮時，不向外放熱，為什么定溫壓縮反較絕熱壓縮更為經濟？答：壓氣機耗功中有意義的部分是技術功，不考慮宏觀動能和勢能的變化，就是軸上輸入的功（由設備直接加諸氣體的機械功），而同樣進出口壓力定溫過程消耗的技術功比絕熱過程少，絕熱過程消耗的技術功有一部分用于提高氣體溫度。7葉輪式壓氣機不可逆絕熱壓縮比可逆絕熱壓縮多消耗功可用圖811上面積m2s2nm表示，這是否即是此不可逆過程作功能力損失？為什么？T p2 2 p1 1 O s圖813思考題88附圖8如圖813所示的壓縮過程12若是可逆的，則這一過程是什么過程？它與不可逆絕熱壓縮過程12的區(qū)別何在？兩者之中哪一過程消耗的功大？大多少？THANKS !致力為企業(yè)和個人提供合同協(xié)議，策劃案計劃書，學習課件等等打造全網一站式需求歡迎您的下載，資料僅供參考-可編輯修改-