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第一章思考题1.2.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。3.4.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。3.4.当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。4.准平衡过程与可逆过程有何区别？答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。5.不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。6.没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。7.用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。习 题1-1 解：1.2.p=ph+pg=l 0Q 6+13600=137006Z出3.4.Pg=p-pb=2.5-1.006=1.49魅 ar=149AkPa5.6.P Ph Pv 755700=55mmHg-7.331&Pa7.8.pv=ph_p=1.006-0.5=0.506bar=50.6kPa1-21-3 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。由于有引风机的抽吸，锅炉设备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角a =30。，管内水解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差1-41-5 解：1-4 解：1-61-7 解：1-81-9 解：由于压缩过程是定压的，所以有1-1 01-11解：改过程系统对外作的功为1-1 21-1 3 解：由于空气压力正比于气球的直径，所以可设=,式中c为常数，D为气球的直径，由题中给定的初始条件，可以得到：该过程空气对外所作的功为1-1 41-1 5 解：（1）气体所作的功为：（2）摩擦力所消耗的功为：所以减去摩擦力消耗的功后活塞所作的功为：1-1 61-1 7 解：由于假设气球的初始体积为零，则气球在充气过程中，内外压力始终保持相等，恒等于大气压力0.0 9 M Pa,所以气体对外所作的功为：1-1 1解：确定为了将气球充到2 m 3的体积，贮气罐内原有压力至少应为（此时贮气罐的压力等于气球中的压力，同时等于外界大气压力）前两种情况能使气球充到2 m 3情况三：所以气球只能被充到人球=3.3 3 3-2=1.3 3 3 的大小，故气体对外作的功为：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：空气的热力学能如何变化？空气是否作出了功？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？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。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。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。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。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。(6)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。4.5.“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。6.7.试比较图2-6所示的过程1-2与过程l-a-2中下列各量的大小：W/2与 电“2；(2)?。”与？S“2；(2)一样大。(3)Q/“2大。8.9.说明下列各式的应用条件:(1)4=八 +卬闭口系的一切过程(2)q =+J pdv闭口系统的准静态过程(3)g =+(p 2 y 2 开口系统的稳定流动过程，并且轴功为零（4）q=，+p（v2 v（）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。10.1 1.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，1 kg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2-12-2 解：W=0-A t/=5 0-8 0=-30ZJ,所以是压缩过程2-32-4 解：“彭=。吸 +Ws 一。放=200计 650-1200=145072-52-6 解：U=Q=2 x lO3x 3600=7.2x124 解：状态b 和状态a 之间的内能之差为：所以，a-d-b过程中工质与外界交换的热量为：工质沿曲线从b 返回初态a 时，工质与外界交换的热量为：根据题中给定的a 点内能值，可知b 点的内能值为6 0 k J,所以有：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：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：2-5过程QkJIV kJR k J1-21390013902-30395-3953-4-10000-10004-10-552-52-6 解：由于汽化过程是定温、定压过程，系统焰的变化就等于系统从外界吸收的热量,即汽化潜热，所以有：内能的变化为：2-72-8 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:当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为: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：根据理想气体的状态方程可得到系统的终态体积，为：所以活塞上升的距离为：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：2-8解：压缩过程中每千克空气所作的压缩功为：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：所以带动此压气机所需的功率至少为：2-92-1 0 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：小于通过墙壁和门窗传给外界的热量为3?l()5 k J,所以必须外加取暖设备，供热量为：2-1 12-1 2 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：匕=匕(旦)2 =i x(-L)%2 =i.7&/“2 0.5过程中系统对外所作的功为：所以过程中系统和外界交换的热量为：为吸热。2-1 32-14 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：由稳定流动过程进出口工质的质量守恒可得到：所以整个系统的能量平衡式为：故发电机的功率为：2-152-16 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：其中，气体在进口处的比焙为：气体在出口处的比熔为：气体流过系统时对外作的轴功为：所以气体流过系统时对外输出的功率为：第三章思考题1.2.理想气体的金和1之差及Cp和1之比是否在任何温度下都等于一个常数？答：理想气体的金和g之差在任何温度下都等于一个常数，而品和g之比不是。2.3.如果比热容是温度/的单调增函数，当时，平均比热容c|#、中哪一个最大？哪一个最小？答：由c|3、c、C I；：的定义可知P cdt-4），其中0 G%d；c d fk=取），其中0。，22c d/工=C&），G 又其中 T 0）时，系统的嫡必然增加。13 .14 .图 3 17 所示的管段，在什么情况下适合作喷管？在什么情况下适合作扩压管?答：当M a 1时，要想使气流的速度增加，要求喷管的截面积沿气流方向逐渐增加，即渐扩喷；而对于先缩后扩的缩放喷管（也称拉戈尔喷管），在最小截面处气流的流速恰好等于当地声速。所以对于亚声速气流，渐缩管适用于做喷管，渐扩管适用于做扩压管，缩放管适用于做喷管；对于超声速气流，渐缩管适用于做扩压管，渐扩管适用于做喷管。习 题3-13-2 解：设定燃压缩过程的终态参数为0、心和52,而定温压缩过程的终态参数为P；、普和S；,根据给定的条件可知：又因为两个终态的嫡差为AS,固有：所以有：对于定端压缩过程有：所以：3-33-4 解：设 气 体 的 初 态 参 数 为8、乂、7；和g ,阀 门 开 启 时 气 体 的 参 数 为P2、匕、（和，%，阀门重新关闭时气体的参数为3、K、十和m3,考虑到刚性容器有：M=匕=匕，且 町=利。当阀门开启时，贮气筒内压力达到8.75x 105 P a,所以此时筒内温度和气体质量分别为:阀门重新关闭时，筒内气体压力降为8.4x l t f pa,且筒内空气温度在排气过程中保持不变，所以此时筒内气体质量为：所以，因加热失掉的空气质量为：3-53-6 解：气体可以看作是理想气体，理想气体的内能是温度的单值函数，选取绝热气缸内的两部分气体共同作为热力学系统，在过程中，由于气缸绝热，系统和外界没有热量交换，同时气缸是刚性的，系统对外作功为零，故过程中系统的内能不变，而系统的初温为3 0 ,所以平衡时系统的温度仍为30。设气缸一侧气体的初始参数为I、V,、7；和 加 终态参数为 、V,；T；,另一侧气体的初始参数为02、匕、(和 叫，终态参数为玄、匕、T ,重新平衡时整个系统的总体积不变，所以先要求出气缸的总体积。终态时，两侧的压力相同，即=对两侧分别写出状态方程，联立求解可得到终态时的压力为：3-73-8 解：由于A r可看作理想气体，理想气体的内能时温度的单值函数，过程中内能不变,故终温/=6()()K,由状态方程可求出终压为：嫡的变化为：3-53-6 解：由于活塞和氢气侧气缸均是绝热的，所以氢气在过程中没有从外界吸入热量，可看可逆绝热过程，所以氢气的终温为：根据状态方程可得到终态时氢气的体积：所以，空气终态的体积为：故空气的终温为：把空气和氧气作为热力学系统，根据热力学第一定律可得到外界加入的热量为：3-73-8 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：当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为：过程可看作可逆绝热膨胀过程，所以：所以，活塞的上升距离为：3-93-10 解：定温：1=3 0 3 K,由理想气体的状态方程可得到初终态的体积：所以气体对外所作的功和吸收的热量分别为：定 端：相当于可逆绝热过程，气体对外所作的功和热量分别为：终温为：”=1 2 为多方过程，根据过程方程可得到气体的终温为：气体对外所作的功和热量分别为：37 解：(1)如果放气过程很快，瓶内气体来不及和外界交换热量，同时假设容器内的气体在放气过程中，时时处于准平衡态，过程可看作可逆绝热过程，所以气体终温为：瓶内原来的气体质量为：放气后瓶内气体的质量为：所以放出的氧气质量为：(2)阀门关闭后，瓶内气体将升温，直到和环境温度相同，即7；=29 3K,压力将升高，根据理想气体状态方程可得到，最终平衡时的压力为：(3)如果放气极为缓慢，以至瓶内气体与外界随时处于热平衡，即放气过程为定温过程,所以放气后瓶内的气体质量为：故所放的氧气比的一种情况多。3-113-12 解：理想气体可逆多变过程对外作的功和吸收的热量分别为：R两式相除，并 考 虑 到 仇=产，可得到：由多方过程的过程方程可得到:所以有:把值带入多方过程功的表达式中，可求出：所以有：3-1 0 解：根据理想气体状态方程，每小时产生烟气的体积为：所以可得到烟囱出口处的内直径为：311解：因为假定燃气具有理想气体的性质，查空气平均比定压热容表得：所以过程中燃气的嫡变为：由于燧减少，对于可逆过程，燧减少意味着过程是放热过程3-1 2 解：根据刚性容器A 和弹性球B 中气体的初态参数，可求出A 和 B 中包含的气体质量分别为：打开阀门，重新平衡后，气体温度T 依然保持不变，球内压力p（也即总压力）和球的直径成正比，故设：带入弹性球B 的初始体积和压力值可得到：根据理想气体状态方程有：所以，球 B 终态的压力和体积分别为：3-1 3 解：假设气体的定压和定容比热容都是常数，首先计算此理想气体的气体常数和定压、定容比热容：所以其始变和嫡变分别为:3-14解：设气体的初态参数为化、刀、匕，终态参数为.、5、匕。可逆绝热膨胀：根据过程方程可得到终温：气体对外所作的功和燧变分别为：气体向真空自由膨胀：气体对外不作功，且和外界无热量交换，故内能不变，由于理想气体的内能和熔均是温度的单值函数，所以气体温度保持不变，焰也保持不变，即过程中气体燃变为：3-1 5 解：按定值比热容计算：空气可看作是双原子分子气体，故有：根据可逆绝热过程的过程方程，可得到终态压力为：内能和与外界交换的功量分别为：按空气热力性质表的数据计算：查表得所以有：3-1 6 解:首先把标准状态下空气的体积流量值转换为入口状态下和出口状态下的体积流量值：转化为质量流量为：根据开口系统的能量方程，忽略进出口宏观动能和势能的变化并考虑到气体流动时对外不作轴功，故有烟气每小时所提供的热量为：（1）用平均定压质量比热容数据计算查表并通过插值可得到:所以有：。=根 质（4-4）=1 3 9 6 6 7 6 x 1.0 1 7 9 x 2 5 0=3 5 5 4 1 9 1 2 5 H/(2)将空气视为双原子理想气体，用定比热容进行计算所以有：0 =嬴(色-A.)=1 3 9 6 6 7 6 x 1.0 0 4 x 2 5 0=3 5 0 5 6 5 6 W !h3-1 7解：混合后各成分的质量分数为：折合分子量为：3-1 8解：体积分数等于摩尔分数：体积流量为：3-1 9解：根据混合理想气体的状态方程有：又因为：联立求解得到：3-2 0解：该未知气体的气体常数4及摩尔质量根据混合理想气体状态方程可得：气体组元的质量分数分别为：所以未知气体的气体常数：M =一1 =2 8ZgM.该未知气体的分压力：未知气体为氮气，先求出它的摩尔分数:所以氮气的分压为:3-21 解：理想气体两过程之间的燧差为：由于假设理想气体的比热容为常数，所以有：考虑到理想气体多变过程（工1）的过程方程及定容比热容和Cy、4 的关系：把上面三式带入燃的表达式并整理可得：考虑到理想气体多变过程（#1）的过程方程及定容比热容和G/、%的 关 系：把上面两式带入端的表达式并整理可得：3-22 解：在 T s 图上任意两条定压线之间的水平距离为，在相同的温度T 下，压力分别为P/初P2时两态的燧差，故有：显然不管在任何温度下，它们都相等；在T-s图上任意两条定容线之间的水平距离为，在相同的温度T 下，体积分别为匕 和 V2时两态的嫡差，故有：显然不管在任何温度下，它们都相等。3-2 3 解：根据理想气体的状态方程，可求出初态和终态气体的比容分别为：由CP和 3的关系，可得到：所以每千克气体内能和烯的变化分别为：3-2 4 解：可逆定压过程系统从外界吸收的热量等于系统熔的变化，所以有：系统内能的变化为:所以系统对外所作的功为:3-25解：设理想气体的摩尔数为，由理想气体的状态方程可得:由于过程的焰变已知，所以可得到该理想气体的摩尔定压热容：所以气体的摩尔定容热容为：由此可求出该气体的摩尔质量：所以气体的内能变化为：气体的定压热容为：3-2 6 解：可逆膨胀；可逆定温膨胀过程系统对外所作的功及焙变为：（2）向真空膨胀；理想气体的绝热真空自由膨胀系统对外不作功W=0,熠变为：在外压恒为0.1例/%的环境中膨胀。此过程系统对外所作的功无法计算3-27解：要想判断喷管的形状，,如果过程终态为平衡态，则系统牖变依然为:必须计算临界压力Pcr,1.41I （2 1 1.4 I=0.7 x =0.3 6 8 M P 0 ；(7)(8)自然界的过程都是朝着牖增的方向进行的，因此烯减小的过程不可能实现；(9)(1 0)工质被加热燃一定增大，工质放热端一定减小。答：(1)不正确，只有孤立系统才可以这样说；(2)不正确，S为状态参数，和过程无关，知道初态和终态就可以计算；(3)不对，S为状态参数，和过程无关，AS相等；(4)不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以嫡变为零。(5)不对，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，燧减小。(6)工质被加热燧一定增大，但是系统放热，烟不一定减小。如果是可逆过程，燧才一定减小。6.7.若工质从同一初态出发，分别经历可逆绝热过程与不可逆绝热过程膨胀到相同的终压力，两过程终态的嫡哪个大？对外作的功哪个大？试用坐标图进行分析.答：不可逆过程燧大，可逆过程作功大8.9.如果工质从同一初态出发，分别经历可逆定压过程与不可逆定压过程，从同一热源吸收了相同的热量，工质终态的燧是否相同？为什么？答：不相同，因为二者对外所作的功不同，而它们从同一热源吸收了相同的热量，所以最终二者内能的变化不同，故此二者的终态不同，由于燧是状态参数，它们从同一初态出发，故终态的端不同。10.1 1.工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态，问能否通过一个绝热过程使工质回到初态？答：不能，工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态，其婚增加，要想使其回到初态，过程的嫡必须减少，而绝热过程是不能使其嫡减少的，故不能通过一个绝热过程使其回到初态。12.13.系统在某过程中从热源吸热20 k J,对外作功25 k J,请问能否通过可逆绝过程使系统回到初态？为什么？能否通过不可逆绝热过程使系统回到初态？答：根据克劳休斯不等式，我们知道系统在过程中的嫡变满足：即：系统的燧增加，要想使系统回到初态，新的过程必须使系统燧减少，而可逆绝热过程嫡不变，不可逆绝热过程嫡增加，因而不可能通过一个可逆过程或者一个不可逆过程使系统回到初态。14.15.闭口系统经历了一不可逆过程对外作功10 k J,同时放出热量5 k J,问系统的焙变是正、是负还是不能确定？答：烯是状态参数，功和热量都是过程量，所以不能确定系统的烯变。习 题4 1解：由热量守恒由克劳休斯不等式：它的设计是不合理的4-2 解：采用电炉取暖时，当采用电动机带动卡诺热泵时,4-3 解：(1)热效率为(2)吸热放热(3)性能系数得至！J所以44 解：对于制冷机对于热机4-5 解：理想气体的内能是温度的单值函数，气体向真空的膨胀过程系统对外不作功,且过程绝热，系统的内能不变，故气体温度不变:PV 07 x 3由 PV=P V 得到 P=-=0.525MPaV 4热力学能变化为 U =U-U=()P 0 5 2 5燧的变化为 A 5 =Ri n 才=-0.2 8 7 x I n 常 尸=0.08 2 6 U/kg-K4-6 解：(1)气体嫡变为热源婚变为总嫡变为(2)气体婚变为热源嫡变为总嫡变为(3)气体嫡变为热源燧变为总嫡变为4-7 解:（1）由孤立系统端增原理:所以有：（2）总功量为：（3）QA=QB所以总嫡变为：4-8解：选取两个容器中的气体为热力学系统，过程中系统绝热且无外功，所以设终态容积分别为匕,匕联立求解所以有：左侧气体炳变：右侧气体嫡变：总焙变为4 9解：把闭口系统和热源取为研究的热力学系统，为孤立系，根据孤立系统牖增原理:所以该过程是不可能的4 1 0 解：（1）根据稳定流动方程，烟气放热:(2)。2取最小时，此过程可逆，取烟气、工质和低温热源为系统，此系统为孤立系统,孤立系统的可逆过程嫡不变(3)%=2-2=4 1 1 6-2 3 8 9=1 7 2及14-1 1解：此过程为等容过程，所以取空气和螺旋桨为研究的系统，此系统为孤立系统，假设空气为理想气体，并假设螺旋桨为功源，过程中牖不变，此孤立系统的嫡变等于嫡产，所以有：A5 =AS,In In 1=1 x f 1 0 0 4 5 xln-287xln=0.0 124k J/K&1 7；P.)I 2 8 8 2 8 8 j所以做功能力的损失为：假设环境温度为2 0度，所以:4-1 2解：根据温度流动的过程方程有:所以空气在压缩过程中的婚变为：所以做功能力的损失为：4-1 3 解：混合后的温度为:熠变为：4-1 4解：依题意：故制冷机得到的功为:又所以4-1 5解：(1)根据稳定流动的过程方程可得:(2)进口处出口处(3)(4)所以压气机所需的最小有用功为:(5)(6)作功能力损失为：4-1 6解：依题意：所以：4-1 7 解：(1)冬季所以(2)夏季即所以=4 4 C4-18 解：因为 q =%-R =298.314=2 0.686/(z/K)左=1.4 0 2 所以该过程为放热过程cv4-19解：根据热力学第一定律有：环境的嫡变为：选取气缸中的气体和环境为研究的热力学系统，此系统为孤立系统，其燧变等于燧产所以:第五章思考题1.2.热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安装在热水容器上面，为什么？答：保证其压力。3.4.锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足q=w 的关系？为什么？答：不对，因为水蒸气不能看作是理想气体，其内能不仅是温度的函数，还是压力的函数，故此定温过程内能是改变的，AU不等于0。5.6.有无0 C或低于0 f 的蒸汽存在？有 无 低 于 的 水 存 在？为什么？答：有 0C1或低于0。的蒸汽存在，只要压力足够低就可能，但是没有低于o r 的水存在，因为水的三相点温度为0.01 V,低于三相点温度，只可能是固态或是气态。7.8.2 5 M a 的水，是否也象1例心的水那样经历汽化过程？为什么？答：不可以，因为水的临界点压力为22.12M出,故此，当压力高于临界压力时,它的汽化不经过气液两相区，而是由液相连续的到达气相。9.10.=适用于任何工质的定压过程。水蒸气定压汽化过程中d 7=0,由此得出结论，水定压汽化时d/z=CpdT=O,此结论是否正确？为什么？答：不正确，因为定压汽化过程中发生了相变，上式只适用于不发生相变的过程。11.1 2.试解释湿空气、湿蒸汽、饱和湿空气。答：湿空气：含水蒸汽的空气；湿蒸汽：含有液态水的水蒸气；饱和湿空气：相对湿度为100%的湿空气。13.1 4.对未饱和湿空气与饱和湿空气分别判断干球温度、湿球温度、露点温度三者的大小。答：未饱和湿空气：干球温度 湿球温度露点温度饱和湿空气：干球温度湿球温度=露点温度15.1 6.在相同的温度及压力下，湿空气与干空气相比，那个密度大？答：干空气的密度大。17.1 8.同一地区阴雨天的大气压力为什么比晴朗天气的大气压力低？答：阴雨天相对湿度高，水蒸气分压力大。19.2 0.若两种湿空气的总压力和相对湿度相同，问：温度高的湿空气含湿量大还是温度低的湿空气含湿量大？为什么？答：由4=0.662-,在相同相对湿度的情况下，温度高，Ps大，所以，温-1鹤度高含湿量大。21.22.早晨有雾，为什么往往是好天气？答：早晨有雾，说明湿空气中含有许多小水滴，湿空气为饱和湿空气，当温度逐渐上升后，小水滴逐渐汽化，所以往往是好天气。习 题5-2 解：用水蒸气表：v=0.(X)10925 v=().35 比体积v=().35 tn/k g,分别用水蒸气表及h-s图确定其状态并求其它参数。解：用水蒸气表：y=0.0010925 y =0.35 3 0 0 K,在定容过程中吸热5 4 0 口/位,空气的质量流率为1 0 0 依色已知上1.4,C v=0.7 1 L（依.X）,试求输出功率及热效率。解：循环热效率为：每依空气对外所作的功为：所以输出功率为：6-8 某内燃机混合加热循环，吸热量为2 6 0 0 独，其中定容过程与定压过程的吸热量各占一半，压缩比1 4,压缩过程的初始状态为修=1 0 0 k、“=2 7 C,试计算输出净功及循环热效率。解:1 到 2为可逆绝热过程，所以有：2到 3为定容过程，所以有：所以定容增压比为：3到 4为定压过程，所以有：所以预胀比为：所以循环热效率为：所以循环的净功为：6-9 某内燃机混合加热循环,如图6-3 1 所示。其中z）=9 0 C,t2=400 C/3=5 9 0 C t5=3 0 0 C,工质可视为空气，比热容为定值，求循环的热效率及相同温度范围卡诺循环的热效率。解：首先求出压缩比、定容增压比和预胀比:1到2为绝热压缩过程，所以有：2到3为定容加热过程，所以有：5到1为定容过程，所以有：3到4为定压过程，所以有：所以循环热效率为：相同温度范围卡诺循环的热效率为：6-1 0内燃机混合加热循环，已知Pi =0.1 M P a、“=2 7 C、1 6、勺1.5,循环加热量q i=1 2 9 8 AJ g,工质可视为空气，比热容为定值，求循环热效率及循环最高压力。若 保 持 与 力不变，而将定容增压比吩别提高到1.7 5与2.2 5,试再求这两种情况下循环的热效率。解:令1.5由1到2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有：由2到3的过程为定容加热过程，所以：由于循环的加热量已知，所以有：由3到4为定压过程，所以有：所以预胀比为:所以热效率为:-(/l-l)+u(x?-l)_ 1 6l 4-,(1.5-l)+1.4 x l.5 x(1.7 1-l)-6 3.9 0/？=1.7 5由 1 到 2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有：由2到 3的过程为定容加热过程，所以：由于循环的加热量已知，所以有：由 3到 4为定压过程，所以有：所以预胀比为：所以热效率为：_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ lxlSO T11_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ 一 /1 n o/-(/l-l)+U(p-l)-_ 1 6 4-1 (1.7 5-1)+1.4 x 1.7 5 x(1.5 0 7-1)-(3)?=2.2 5由 1 到 2的压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有：由2到 3的过程为定容加热过程，所以：由于循环的加热量已知，所以有:由3到4为定压过程，所以有:所以预胀比为：所以热效率为：=_3 k=1_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _2.2 5 1.2 3+4-1 _ _ _ _ _ _ _ _ _ _二-(/l-l)+U(p-l)-_ 1 6 4-1 (2.2 5-1)+1.4 X 2.2 5 X (1.2 3 5-1)-6-11某柴油机压缩前的空气温度为90 C,柴油的着火温度为400 C,试问，为了引燃柴油，最低压缩比为多少？已知空气的加热指数上1.40。解:压缩过程可看作可逆绝热压缩过程，所以有：6-12某燃气轮机的进气状态为P|=0.1MP“、八=22 C,循环增压比之8,工质为空气，比热容是常数，定压吸热后的温度为600 C。计算压气机所消耗的轴功、燃气轮机所作的轴功、燃气轮机装置输出的净功及循环热效率。解：根据理想绝热过程得过程方程，可得：所以压气机所耗轴功：燃气轮机所作轴功：输出净功：热效率：6-13某燃气轮机装置的进气状态为8=0.1M&、片27 C,循环增压比3 4,在燃烧室中的加热量为333k J/k g,经绝热膨胀到0.1 M a。设比热容为定值，试求循环的最高温度和循环的热效率。解：根据理想绝热过程得过程方程，可得：所以有：热效率为：第七章思考题1.2.什么情况下必须采用多级压缩？多级活塞式压缩机为什么必须采用级间冷却？答：为进一步提高终压和限制终温,必须采用多级压缩。和绝热压缩及多变压缩相比，定温压缩过程，压气机的耗功最小，压缩终了的气体温度最低，所以趋近定温压缩是改善压缩过程的主要方向，而采用分级压缩、中间冷却是其中一种有效的措施。采用此方法，同样的压缩比，耗功量比单级压缩少，且压缩终温低，温度过高会使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质。理论上，分级越多，就越趋向于定温压缩，但是无限分级会使系统太复杂，实际上通常采用24级。同时至于使气缸里面的润滑油升温过高而碳化变质,必须采用级间冷却。3.4.从示功图上看，单纯的定温压缩过程比多变或绝热压缩过程要多消耗功，为什么还说压气机采用定温压缩最省功？答：这里说的功是技术功，而不是体积功，因为压缩过程是可看作稳定流动过程，不是闭口系统，在p-v图上要看吸气、压缩和排气过程和p轴围成的面积，不是和v轴围成的面积。5.6.既然余隙不增加压气机的耗功量，为什么还要设法减小它呢？答：有余隙容积时，虽然理论压气功不变，但是进气量减少，气缸容积不能充分利用，当压缩同量的气体时，必须采用气缸较大的机器，而且这一有害的余隙影响还随着增压比的增大而增加，所以应该尽量减小余隙容积。7.8.空气压缩制冷循环能否用节流阀代替膨胀机，为什么？答：蒸汽制冷循环所以采用节流阀代替膨胀机，是因为液体的膨胀功很小，也就是说液体的节流损失是很小的，而采用节流阀代替膨胀机，成本节省很多，但是对于空气来说，膨胀功比液体大的多，同时用节流阀使空气的燃值增加很大，从 r s 图上可以看出，这样使吸热量减少，制冷系数减少。9.1 0.绝热节流过程有什么特点？答：缩口附近流动情况复杂且不稳定，但在缩口前后一定距离的截面处，流体的流态保持不变，两个截面的焰相等。对于理想气体，绝热节流前后温度不变。11.1 2.如 图 7-15(b)所示，若蒸汽压缩制冷循环按122351运行，循环耗功量没有变化，仍为2?加，而制冷量则由用?4增大为小?生,这显然是有利的，但为什么没有被采用？答：如果按122351运行，很难控制工质状态，因此采用节流阀，经济实用。13.1 4.热泵与制冷装置有何区别？答：热泵和制冷装置都是从低温热源吸热，向高温热源放热。但热泵为供热，而制冷装置是为制冷。15.1 6.使用制冷装置可以获得低温，有人试图以制冷装置得到的低温物质作为热机循环中的低温热源，达到扩大温差，提高热机循环热效率的目的，这种做法是否有利？答：没有利处。这是因为在这种情况之下，总的循环热效率是由热机循环效率和制冷装置效率相乘得到的，虽然热机效率增加，但总的循环效率是降低的。1 7 .1 8 .在图7-1 5(b)中，有人企图不用冷凝器，而使状态2的工质直接进行绝热膨胀降温，然后去冷库吸热制冷，这是否可行？为什么？答：不可行，直接进行绝热膨胀降温，如果是定嫡过程，那么回到了初态，当然不可能去冷库吸热制冷了。习题7-1 已知压气机入口处空气的状态为P i=0.1 M P”,“=2 7 t,压气机出口的压力B=0.5 M P a,若压缩过程为：(1)(2)绝热压缩；(3)(4)定温压缩；(5)(6)“=1.2 5 的多变过程，试求压缩1 侬 空气压气机所消耗的理想轴功。设比热容为定值。解：(1)绝热压缩：(2)定温压缩：(3)多变压缩:7-2若习题7-1所述的为活塞式压气机，其余隙容积百分比为0.0 5,试求以上三种不同压缩情况下压气机的容积效率。设膨胀过程和压缩过程的多变指数相同。解：(1)绝热压缩：(2)等温压缩：(3)多变压缩：7-3具有水套冷却的活塞式压气机，每分钟将2 k g空气从0.1 M&、1 5及 压缩到I M P”、155当压气机的输入功率为6 A W时，每秒钟由水套中的冷却水带走了多少热量？解：首先求多变指数每秒钟带走的热量=2*23335 _ 6 =1.7 7 8以6 07-4实验室需要压力为6 M P a的压缩空气，应采用几级压缩？若采用两级压缩，最佳中间压力等于多少？设大气压力为Q.I MP a,温 度 为2 0七，=1.2 5,若采用级间冷却器能将压缩空气冷却到初温，试计算压缩终了时空气的温度及压缩1依空气压气机所消耗的总功。解：如果采用一级压缩，则压气机的排气温度为：所以必须采用多级压缩，中间冷却的方法。如果采用二级压缩，最佳压缩比为：所以中间压力为:各级排气温度相同，等于:二级压缩所需的技术功为：7-5空气在压气机中被压缩，压缩前空气的状态参数乃=0.1&、U|=0.85?%g,压缩后空气的状态参数P2=O.SMPa,也=0.17,”?,若该压气机每分钟吸入空气8 0 标准立方米，试求压气机所需的功率及每分钟所放出的热量。解：求多变指数：所以功率为：7-6某氨蒸汽压缩机制冷循环，已知蒸发温度为-1 0 七，冷凝温度为3 0 R,压缩机吸入的是干饱和蒸气，制冷量为2?1。5 0 九 求该制冷循环制冷剂的质量流量及压缩机所需的理论功率。解：查表得到：hi=l67GkJ/kg Pi=0.29MPah2=T789kJ/kg P*l.5MPalu=h3=489kJ/kg吸热量：0.02，十+但 Q 675000 2热流密度 q=-=112500IV/m*S 3x28-2.空气在一根内径50m m,长 2.5m的管子内流动并被加热，己知空气平均温度 为 80,管内对流换热的表面传热系数为Z z =7()W/(m2 K),热流密度为=5000W/m2,试求管壁温度及热流量。解：由牛顿冷却公式：4=从4 /)得到8-3.一单层玻璃窗，高 1.2m,宽 1m,玻璃厚0.3mm,玻璃的导热系数为之=1.05W/(m K),室内外的空气温度分别为20和 5,室内外空气与玻璃窗之间对流换热的表面传热系数分别为九=5 W/(m2 和2=2 0 W/(m2 K),试求玻璃窗的散热损失及玻璃的导热热阻、两侧的对流换热热阻。解：对流换热计算公式：方 0导热热阻为：R.=-=0.000286K/WA 1.05内侧对流换热热阻为：R,=-=-=0.2K/W九 5外侧对流换热热阻为：R.=0.05K/W3为 208-4.如果采用双层玻璃窗，玻璃窗的大小、玻璃的厚度及室内外的对流换热条件 与 1-3题相同，双层玻璃间的空气夹层厚度为5 m m,夹层中的空气完全静止，空气的导热系数为几=0.025 W/(m K)o试求玻璃窗的散热损失及空气夹层的导热热阻。解：对流换热计算公式：空气夹层的导热热阻为：=2 =竺 曳=0.2长/卬A 0.0258-5.有一厚度为S=400mm的房屋外墙，热导率为4=0.5 W/(m,K)冬季室内 空 气 温 度 为 4=2 0 ,和 墙 内 壁 面 之 间 对 流 换 热 的 表 面 传 热 系 数 为 4=4W/(m2 K)。室 外 空 气 温 度 为=-10,和外墙之间对流换热的表面传热系数为%=6W/(m2 K)。如果不考虑热辐射，试求通过墙壁的传热系数、单位面积的传热量和内、外壁面温度。解：传热系数 h=-上 -=0.8 2 2/C/W1 8 1 1 0.4 1-1-1-1-1-%九儿 4 0.5 6热流通量为：q=也一%)=0.8 2 2 x(