2022年工程热力学-课后思考题答案.docx

精选学习资料 - - - - - - - - - 第一章基本概念与定义1答：不肯定；稳固流淌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,这种状态称之为平稳状态；稳固状态只要其工质的状态不随时间变化,就称之为稳固状态,不考虑是否在外界的影响下, 这是他们的本质区分；平稳状态并非稳固状态之必要条件；物系内部各处的性质匀称一样的状态为匀称状态；平稳状态不肯定为匀称状态,匀称并非系统处于平稳状态之必要条件；4答：压力表的读数可能会转变,依据压力外表所处的环境压力的转变而转变；当地大气压不肯定是环境大气压；环境大气压是指压力外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：任何一种体会温标不能作为度量温度的标准；由于体会温标依靠于测温物质的性质,当选用不同测温物质的温度计、采纳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缘由；8答：（ 1）第一种情形如图 1-1 （a）, 不作功（ 2）其次种情形如图 1-1 （b）, 作功（ 3）第一种情形为不行逆过程不行以在 p-v 图上表示出来,其次种情形为可逆过程可以在 p-v图上表示出来；9答：经受一个不行逆过程后系统可以复原为原先状态；系统和外界整个系统不能复原原来状态；10答：系统经受一可逆正向循环及其逆向可逆循环后,系统复原到原先状态,外界没有变化；如存在不行逆因素,系统复原到原状态,外界产生变化；11答：不肯定；主要看输出功的主要作用是什么,排斥大气功是否有用；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 其次章 热力学第肯定律1答：将隔板抽去,依据热力学第肯定律quw其中q0 w0所以容器中空气的热力学能不变；如有一小孔,以 B 为热力系进行分析c 2f 2 c 2f 1Q dE cv h 2 gz 2 m 2 h 1 gz 1 m 1 W i2 2只有流体的流入没有流出,Q 0 , W i 0,忽视动能、势能dECV h 1 m 1dU h 1 m 1U h 1 m 1B部分气体的热力学能增量为 U ,A 部分气体的热力学能削减量为 U2答: 热力学第肯定律能量方程式不行以写成题中所述的形式；对于 q u pv 只有在特殊情形下, 功w可以写成pv；热力学第肯定律是一个针对任何情形的定律,不具有w=pv这样一个必需条件；对于公式 q 2 q 1 u 2 u 1 w 2 w 1,功和热量不是状态参数所以不能写成该式的形式；3答：quw适用于任何过程,任何工质2qu1pdV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,不存在工质的流进（出）所以不存在这样进行传递的功；名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 5答：可以；稳固流淌能量方程式可应用于任何稳固流淌过程,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,虽然它内部工质的状态及流淌情形是变化的,但这种周期性的变化规律不随时间而变,所以仍旧可以利用稳固流淌能量方程式分析其能量转换关系；第三章 抱负气体的热力学能与焓熵运算1答：抱负气体：分子为不占体积的弹性质点,除碰撞外分子间无作用力；抱负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；判定所使用气体是否为抱负气体j 依据气体所处的状态（如：气体的密度是否足够小）估量作为抱负气体处理时可能引起的误差；k 应考虑运算所要求的精度；如为抱负气体就可使用抱负气体的公式；2答：气体的摩尔体积在同温同压下的情形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/mol 3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：一种气体满意抱负气体状态方程就为抱负气体,那么其比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数；5答：对于确定的抱负气体在同一温度下cpcv为定值,cpc v为定值；在不同温度下cpcv为定值,cpcv不是定值6答：麦耶公式的推导用到抱负气体方程,因此适用于抱负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；内动能由温度打算,内位能由v打算；这样热力学能由两个状态参数打算；所以热力学能是状态参数；由公式 h u pv 可以看到,焓也是由状态参数打算,所以也是状态参数；对于抱负气体热力学能和焓只是温度的函数；8答：不冲突；实际气体有两个独立的参数；抱负气体忽视了分子间的作用力,所以只取决于温度；名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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、熵都只是温度的单值函数,变化量的运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 p =101325Pa、T =0K熵值为 0 10. 答：气体热力性质表中的 u、h 及 s 基准是态是 0 T 0, p 0,T 0 0 K,p =101325Pa 11 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运算得到：u c v T 2 T 1 c v T '2 T 1 q v 1, 2h c p T 2 T 1 c p T ''2 T 1 q p , 1 2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 中阴影部分面积为多变过程1-2 的焓变化量如为不行逆过程,热力学能、焓不变如上图；热量无法在图中表示出来；名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 12 答：可以；由于熵是状态参数,只与初终状态有关,与过程无关；13答：dsqrev中,qrev为一微元可逆变化过程中与热源交换的热量,而qcdT中Tq 为工质温度上升dT 所吸取的热量,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：由于xAMeqwA,xBMeqw B,混合气体的折合摩尔质量相同,但是组分AMAMB和 B 摩尔的摩尔质量大小关系不能确定；所以不能肯定wAwB第四章抱负气体的热力过程1答：主要解决的问题及方法： 1 依据过程特点（及状态方程）确定过程方程s 2 依据过程方程确定始、终状态参数之间的关系 3 由热力学第肯定律等运算q,t,u,h,4分析能量转换关系（用 例：PV 图及 TS 图）（依据需要可以定性也可以定量）名师归纳总结 1）程方程式：T常数（特点）PV常数（方程）第 5 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 2 始、终状态参数之间的关系：P 1V2或P 1V 1P 2 V2P 2V 13 运算各量：Tu0V 2h0sRlnV2RlnP 2V 1P 1PdVPVdVPVlnV2RTln4 PV 图,VV 1V 1tRTlnV 2V 1qtRTlnV2V 1S 图上工质状态参数的变化规律及能量转换情形u00闭口系： 12 过程q0qqh 0开口系： 1 2 过程qt0qt0q2答：不是都适用；第一组公式适用于任何一种过程；其次组公式qucvt2t1适名师归纳总结 用于定容过程,qhcpt2t1适用于定压过程；第 6 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 3答：定温过程对气体应加入热量；qttPdVPVdV VPVlnV 2RTlnV 2V 1V 1RTlnV 2V 1RTlnV 2V 14答：对于一个定温过程,过程途径就已经确定了；所以说5答：成立q 是与途径有关的；6答：不只限于抱负气体和可逆的绝热过程；由于0quw和qhw t是通用公式,适用于任何工质任何过程,只要是绝热过程q无论是可逆仍是不行逆；所以wu 1u2和wth 1h 2不只限于可逆绝热过程；7 （1）（× ）（2）（× ）（3）（× ）8答：q1-2-3 = u1-2-3 +w1-2-3 ,q 1-4-3 = u1-4-3 +w1-4-3 u1-2-3 = u1-4-3, w1-2-3 >w1-4-3q1-2-3 > q1-4-3b、 c 在同一条绝热线上uabuac,如 b、 c 在同一条定温线上,二者相等；9答：绝热过程,不管是否是可逆过程都有wth,wu所以在 T-S 图上的表示方法与第三章第十一题相同；名师归纳总结 - - - - - - -第 7 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 10答： 1）的判别：2）以（ V）为界：P V图上u1往右002往左0T S 图上1 . 右下方0u2 .左上方0u ,h 的判别：1 . 右上方以（ T）为界：P V图上2. 左下方u01 . 上方为0T S 图上2. 下方为u03）q的判别：以（ T）为界：.1 右上方q0P V图上2 . 左下方q0.1 向右q0T S 图上.2 向左q0第五章热力学其次定律1. 答： 不能这样表述；表述不正确,对于可逆的定温过程,所吸取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；自发过程是不行逆过程是正确的；非自发过程却不肯定为可逆过程；3. 答：一切非准静态过程都是不行逆过程；不行逆因素有：摩擦、不等温传热和不等压做 功；4. 答：热力学其次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 一样的,只要一种表述可能,就另一种也可能；名师归纳总结 - - - - - - -第 8 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 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,所产生的唯独成效是热机从单一热源（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；这就成了其次类永动机；违反了克劳修斯说法,必需违反了开尔文说法；反之,承认了开尔文说法,克劳修斯说法也就必定成立；5. （1）（× ）（ 2）（× ）（ 3）（× ）6. 答：这两个公式不相同；tq 1q 1q2适用于任何工质,任何循环；tT 1T 1T2适用于任何工质,卡诺循环7. 答：不违反热力学其次定律,对于抱负气体的定温过程,从单一热源吸热并膨胀做功,工质的状态发生了变化,所以不违反热力学其次定律8. （1）（× ）（2）（× ）（3）（× ）9（1）熵增大的过程必为不行逆过程（× ）（2）使系统熵增大的过程必为不行逆过程（× ）名师归纳总结 （3）熵产sg0的过程必为不行逆过程（）第 9 页,共 16 页（4）不行逆过程的熵变s无法运算（× ）- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - （5）假如从同一初始态到同一终态有两条途径,一为可逆,另一为不行逆,就S 不行逆S 可逆,Sf,不行逆Sf,可逆,Sg, 不行逆,Sg,可逆是否正确？答：S 不行逆S 可逆、Sf, 不行逆Sf,可逆、Sg不行逆S g, 可逆（6）不行逆绝热膨胀的终态熵大于初态熵,熵 S2<S1. 答：不行逆绝热膨胀的终态熵大于初态熵 熵 S2>S1；S2>S1,不行逆绝热压缩的终态熵小于初态S2>S1不行逆绝热压缩的终态熵也大于初态（7）工质经过不行逆循环有ds0 ,q0？5-3 图所示；rT答：工质经过不行逆循环有ds0 ,q0rT10. 答：由图 5-2 可知qabqacqab为 1-a-b-2-1的面积；qac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行逆绝热压缩两种过程到相同终压如名师归纳总结 qhw t0,所以wt''hqp1,2第 10 页,共 16 页绝热过程qhcp T2T 1cpT 2T 1- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 由 5-4 图可知, 可逆绝热压缩过程的技术功为面积1-2 T-j-m-1 ,不行逆绝热压缩过程的技术功为面积1-2T-f-m-1,不行逆过程的用缺失为面积1-g-n-m-1 12. 答：如系统内进行的是不行逆过程就系统的总能不变,总熵增加,总火用减小第六章气体与蒸汽的流淌1. 答：转变气流速度主要是气流本身状态变化；2. 答：气流速度为亚声速时图6-1 中的 1 图宜于作喷管, 2 图宜于作扩压管, 3 图宜于作喷管；当声速达到超声速时时1 图宜于作扩压管,2 图宜于作喷管,3 图宜于作扩压管；4 图不转变声速也不转变压强；名师归纳总结 - - - - - - -第 11 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 3. 答：摩擦损耗包含在流体出口的焓值里；摩擦引起出口速度变小,出口动能的减小引起出口焓值的增大；4. 答：1）如两喷管的最小截面面积相等,两喷管的流量相等,渐缩喷管出口截面流速小于缩放喷管出口截面流速,渐缩喷管出口截面压力大于缩放喷管出口截面压力；2 如截取一段,渐缩喷管最小截面面积大于缩放喷管最小截面面积,就渐缩喷管的流量小于缩放喷管的流量,渐缩喷管出口截面流速小于缩放喷管出口截面流速,渐缩喷管出口截面压力大于缩放喷管出口截面压力；5. 答：定焓线并不是节流过程线；在节流口邻近流体发生剧烈的扰动及涡流,不能用平稳态热力学方法分析,不能确定各截面的焓值；但是在距孔口较远的地方流体仍处于平稳态,忽视速度影响后节流前和节流后焓值相等；尽管节流前和节流后焓值相等,但不能把节流过程看作定焓过程；距孔口较远的地方属于焓值不变的过程所以 dh =0 第七章 压气机的压气过程1. 答：分级压缩主要是减小余隙容积对产气量的影响,冷却作用只是减小消耗功；所以仍然需要采纳分级压缩；2. 答：绝热压缩时压气机不向外放热,热量完全转化为工质的内能,使工质的温度上升不利于进一步压缩简洁对压气机造成损耗,耗功大； 等温压缩压气机向外放热,工质的温度不变,有利于进一步压缩耗功小,所以等温压缩更为经济；名师归纳总结 3. 答：由第肯定律能量方程式qhwt,Ts,同时snnRglnp 1就有第 12 页,共 16 页wt定温过程h0,所以wcqp2wcRgT 1lnp 211RgT 2T 111p 1多变过程wcwthqqnkcvT 2T 1nkn1n1kk1R gT 1p2hcpT 2T 1kk1R gT 1T 21T 1kp 1- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - n 1w cnn1R gT 1p2n1p 1绝热压缩过程q0,所以w cw thcpT 2T 1kk1R gT 1T 21kk1R gT 1p2kk11T 1p 1等温过程所作的功为图 1-'2 s -f-n-1 7-1 中面积 1-2 T-m-n-1 ,绝热过程所作的功为图中面积多变过程所作的功为图中面积1- 2n-j-g-2n- . 答：多消耗的功量并不就是缺失的做功才能缺失；由于iT0sgT 0s2's 1T0s 2's 12Ts 2's 1为图 9-2 上面积 1-7-n-m 所示；5. 答：如压缩过程 1-2 是可逆的,就为升温升压吸热过程；它与不行逆绝热压缩过程的区名师归纳总结 别是： 该过程没有不行逆因素的影响,所消耗的功是最小的,且可以在T-s 图上把该过程的第 13 页,共 16 页- - - - - - -精选学习资料 - - - - - - - - - 吸热量表示出来；对于不行逆绝热压缩过程quw,wu,而可逆绝热压缩过程2quw,wqu所以不行逆过程消耗的功大,数值为1Tds第八章气体动力循环答：分析动力循环的一般方法：第一把实际过程的不行逆过程简化为可逆过程；找到影响热效率的主要因素和提高热效率的可能措施；然后分析实际循环与理论循环的偏离程度,找出实际缺失的部位、大小、缘由以及改进方法；v 1 p 22. 答：如两者初态相同,压缩比相同,它们的热效率相等；由于 v 2 而 p 1 对于定压加热抱负循环 p 2p 1 v 1v 2 k k带入效率公式可知二者相等；如卡诺循环的压缩比与他们相同,就有 T 2T 1 v 1 v 2 k 1 k 1,t 1 1 k 1他们的效率都相等；3. 答：理论上可以利用回热来提高热效率；在实际中也得到适当的应用；假如采纳极限回热,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；4. 答：采纳定温压缩增加了循环净功；而1T 2在此过程中T 不变,T 变小,所以其T 1热效率降低；答：定温膨胀增大膨胀过程作出的功,增加循环净功, 但1T 2在此过程中T 变大,T 1T 1不变,所以其热效率降低；6. 答：该理论循环热效率比定压燃烧喷气式发动机循环的热虽然多做了功增大了推力,效率降低； 由于wq当利用喷油嘴喷出燃油进行加力燃烧时,但是功的增加是在吸取了大量的热的基础上获得的；由图可知获得的功与需要的热的比值小于定压燃烧喷气式发动机循环的比值,导致整体的理论循环的热效率比定压燃烧喷气式发动机循环的热效率降低；7. 答：原方案：名师归纳总结 - - - - - - -第 14 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - 循环吸热量： Q1=cm t ,循环净功：w0=wT-wc=mh3-h4-h2-h1 1 第 2 方案：循环吸热量： Q1=cmA t+ cm B t= cm t 2 循环净功：w0=wTB=mBh3-h4 3 对于第 2 方案, wTA= wc,即： mAh3-h4=mh2-h1 或m-mBh3-h4=mh2-h1 4 由3 、4 解得： w0=mh3-h4-h2-h1 结论：两种方案循环吸热量与循环净功均相同,因而热力学成效相同,热效率w0/Q1 必相同；第十二章湿空气答：阴雨天空气的湿度大,吸取水蒸气的才能差,所以晒衣服不易干；晴天就恰恰相反,所以简洁感；2. 答：人呼出的气体是未饱和湿空气；当进入外界环境时,外界环境的温度很低使得呼出的气体得到冷却；在冷却过程中,湿空气保持含湿量不变,温度降低；当低于露点温度时就有水蒸气不断凝结析出,这就形成了白色雾状气体；冬季室内有供暖装置时,温度较高, 使空气含湿量减小；因此会觉得干燥；放一壶水的目的就是使水加热变成水蒸气散发到空气中增加空气的含湿量；3. 答：露点：湿空气中水蒸气的分压力所对应的饱和温度称为湿空气的露点温度,或简称露点；名师归纳总结 - - - - - - -第 15 页,共 16 页精选学习资料 - - - - - - - - - a 雾是近地面空气中的水蒸气发生的凝结现象；白天温度比较高,空气中可容纳较多的水汽；但是到了夜间, 地面温度较低, 空气把自身的热量传给地面,空气温度下降,这时湿空气随温度降低出现出过饱和状态,就会发生凝结,当当足够多的水分子与空气中微小的灰尘颗粒结水滴或冰晶,这就形成了雾； 雾的形成基本条件, 一是近地面空气中的水蒸气含量充足,二是地面气温低；三是在凝结时必需有一个凝结核,如尘埃等；b 露是水蒸气遇到冷的物体凝结成的水珠；露的形成有两个基本条件：一是水汽条件好,二是温度比较低的物体（低,指与露点温度比较）；,温度逐步降低且保持含湿量不变,；当温度低于露点温度时就有水珠析出,这就形成露；c 霜是近地面空气中的水蒸气在物体上的凝华现象；霜的形成有两个基本条件,一是空气中含有较多的水蒸气,二是有冷 O以下 的物体；,湿空气与温度较低物体接触达到水汽过饱和的时候余外的水汽就会析出；假如温度在0° C 以下,就余外的水汽就在物体表面上凝华为冰晶,形成霜；4. 答：对于未饱和空气,干球温度数值较大；对于饱和空气三者的大小相等；5. 答：含湿量 d：1 千克干空气所带有的的水蒸汽的质量；相对湿度是湿空气中实际包含的水蒸汽量与同温度下最多能包含的水蒸汽量的百分比；相对湿度是一个比值,不能简洁的地说相对湿度愈大含湿量愈高,他与同温度下最多能包含的水蒸汽量是相关的；名师归纳总结 6. 答：减小,d减小,p 减小第 16 页,共 16 页7. 答：减小,d不变,h变大- - 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