热工基础思考题答案第章.docx

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1、思索题第一章1. 平衡状态与稳定状态有何区分？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更的状态。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更的状态。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。2. 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更？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更，因为测量所处的环境压力可能发生变更。3 当真空表指示

2、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分？答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程肯定是准平衡过程，而准平衡过程不肯定是可逆过程。5. 不行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。不行逆过程是指不论用任何曲折困难的方法都不能在外界不遗留任何变更的状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，这是什幺缘由？答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力上升，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水

3、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，它对读数的精确性影响越大。第二章绝热刚性容器，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，空气将充溢整个容器。问： 空气的热力学能如何变更？ 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？ 气体膨胀时肯

4、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。 气体被压缩时肯定消耗外功。对，因为依据热力学第二定律，气体是不行能自压缩的，要想压缩体积，必需借助于外功。 气体膨胀时必需对其加热。 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行能的。错，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边压缩边吸热。 对工质加热，其温度反而降低，这种状况不行能。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. “任何没有体积变更的过程就肯定不对外作功”的说法是否正确

5、？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，假如只考虑体积功的话，那么没有体积变更的过程就肯定不对外作功。图2-6 思索题4附图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： W12与W1a2； (2) DU12 与 DU1a2； (3) 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：闭口系的一切过程闭口系统的准静态过程 开口系统的稳定流淌过程，并且轴功为零开口系统的稳定定压流淌过程，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, 流淌功之间有何区分与联系？流淌功的大小与

6、过程特性有无关系？答：膨胀功是系统由于体积变更对外所作的功；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，由于这个机械工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，还包括工质在流淌过程中机械能（宏观动能与势能）的变更；流淌功又称为推动功，1kg工质的流淌功等于其压力与比容的乘积，它是工质在流淌中向前方传递的功，只有在工质的流淌过程中才出现。对于有工质组成的简洁可压缩系统，工质在稳定流淌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淌功的代数与，一部分用于增加工质的宏观动能与势能，最终一部分是作为热力设备的轴功。对于稳

7、定流淌，工质的技术功等于膨胀功与流淌功差值的代数与。假如工质进, 出热力设备的宏观动能与势能变更很小，可忽视不计，则技术功等于轴功。第三章1. 志向气体的与之差及与之比是否在任何温度下都等于一个常数？答：志向气体的与之差在任何温度下都等于一个常数，而与之比不是。2. 假如比热容是温度t的单调增函数，当时，平均比热容, , 中哪一个最大？哪一个最小？答：由, , 的定义可知，其中，其中，其中因为比热容是温度t的单调增函数，所以可知，又因为故可知最大，又因为：所以最小。2. 假如某种工质的状态方程式遵循，这种物质的比热容肯定是常数吗？这种物质的比热容仅是温度的函数吗？答：不肯定，比如志向气体遵循此

8、方程，但是比热容不是常数，是温度的单值函数。这种物质的比热容不肯定仅是温度的函数。由比热容的定义，并考虑到工质的物态方程可得到：由此可以看出，假如工质的内能不仅仅是温度的函数时，则此工质的比热容也就不仅仅是温度的函数了。2. 在图上画出定比热容志向气体的可逆定容加热过程, 可逆定压加热过程, 可逆定温加热过程与可逆绝热膨胀过程。答：图中曲线1为可逆定容加热过程；2为可逆定压加热过程；3为可逆定温加热过程；4为可逆绝热膨胀过程。因为可逆定容加热过程容积v不变，过程中系统内能增加，所以为曲线1，从下向上。可逆定压加热过程有：所以此过程为过原点的射线2，且向上。志向气体的可逆定温加热过程有： 所以为

9、曲线3，从左到右。可逆绝热膨胀过程有：所以为图中的双曲线4，且方向朝右（膨胀过程）。3. 将满意空气下列要求的多变过程表示在图图上 空气升压，升温，又放热； 空气膨胀，升温，又放热；(此过程不行能) 的膨胀过程，并推断, , 的正负； 的压缩过程，推断, , 的正负。答：（1）空气升温, 升压, 又放热有：此多变过程如图所示，在pv图上，此过程为沿着几条曲线的交点A向上，即沿压力与温度增加的方向；在T-s图上此过程为沿着几条曲线的交点A向上。（2）空气膨胀，升温，又放热有：此多变过程如图所示，然而要想是过程同时满意膨胀过程是不行能的。 （3）的膨胀过程，在pv图上，膨胀过程体积增大，过程从几条

10、曲线的交点A向下；在Ts图上，过程从几条曲线的交点A向下。此过程为放热，对外做功，内能削减。（4）的压缩过程，在pv图上，压缩过程体积减小，过程从几条曲线的交点A向上；在Ts图上，过程从几条曲线的交点A向上。此过程为放热，外界对空气做功，内能增加。6. 在图上，如何将志向气体随意两状态间的热力学能与焓的变更表示出来。答：志向气体的内能与焓都是温度的单值函数，因此在图上，定内能与定焓线为一条平行于T轴的直线，只要知道初态与终态的温度，分别在图上找到对应温度下的定内能与定焓直线，就可以确定内能与焓的变更值。7. 凡质量分数较大的组元气体，其摩尔分数是否也肯定较大？试举例说明之。答：依据质量分数与摩

11、尔分数的关系，有：从上式可以看出，对成分肯定的混合气体，分母为常数，因此摩尔分数取决于其质量分数与摩尔质量的比值，对于质量分数较大的组元，假如摩尔质量也很大，那么它的摩尔分数可能并不大。8. 志向混合气体的比热力学能是否是温度的单值函数？其是否仍遵循迈耶公式？答：不是。因为志向混合气体的比热力学能为：其中xi是摩尔组分，而ui是温度的单值函数，所以志向混合气体的比热力学能不仅是温度的函数，还是成分的函数，或者说对于成分固定的混合志向气体，其内能仅是温度的单值函数。其仍遵循迈耶公式，因为：9. 有人认为由志向气体组成的封闭系统吸热后，其温度必定增加，这是否完全正确？你认为哪一种状态参数必定增加？

12、答：不正确，因为对于成分固定的混合志向气体，其内能是仅是温度的单值函数，假如在过程中吸热的同时对外作正功，当作的正功大于吸热量，其内能必定削减，温度必定降低。只有熵值必定增加，因为依据克劳休斯不等式有:其中等号适用于可逆过程，不等号适用于不行逆过程，对于不行逆过程，T为热源的温度，由于温度T恒大于零，所以当过程为吸热过程（）时，系统的熵必定增加。10. 图317所示的管段，在什么状况下适合作喷管？在什么状况下适合作扩图3-17 思索题11附图压管？答：当时，要想使气流的速度增加，要求喷管的截面积沿气流方向渐渐减小，即渐缩喷管；而当时，要想使气流的速度增加，要求喷管的截面积沿气流方向渐渐增加，即

13、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。第四章1. 循环的热效率公式 与 有何区分？各适用什么场合？ 答：前式适用于各种可逆与不行逆的循环，后式只适用于可逆的卡诺循环。2. 循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；不行逆循环的热效率肯定小于可逆循环的热效率，这些说法是否正确？为什么？答： 不正确，热效率为输出净功与吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。不

14、是全部的可逆循环的热效率都相等，必需保证相同的条件下。在相同的初态与终态下，不行逆循环的热效率肯定小于可逆循环的热效率。3. 热力学第二定律可否表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不行能全部变为机械能”？答： 不对， 必需保证过程结束后对系统与外界没有造成任何影响这一条件。否则热能可以全部变为机械能，比如志向气体的定温膨胀过程，系统把从外界汲取的热量全部转化为机械能，外界虽然没有任何任何变更，但是系统的体积发生变更了。4. 下列说法是否正确？为什么？ 熵增大的过程为不行逆过程； 不行逆过程的熵变无法计算； 若工质从某一初态经可逆与不行逆途径到达同一终态，则不行逆途径的必大于可逆途径的； 工质

15、经验不行逆循环后； 自然界的过程都是朝着熵增的方向进行的，因此熵减小的过程不行能实现； 工质被加热熵肯定增大，工质放热熵肯定减小。 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，与过程无关，知道初态与终态就可以计算；（3）不对，S为状态参数，与过程无关，相等；（4）不对，工质经验可逆与不行逆循环后都回到初态，所以熵变为零。（5）不对，比如系统的志向气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。（6）工质被加热熵肯定增大，但是系统放热，熵不肯定减小。假如是可逆过程，熵才肯定减小。5. 若工质从同一初态动身，分别经验可逆绝热过程与不行逆绝热过程膨胀到相同的终压力，两过程

16、终态的熵哪个大？对外作的功哪个大？试用坐标图进行分析.答：不行逆过程熵大，可逆过程作功大6. 假如工质从同一初态动身，分别经验可逆定压过程与不行逆定压过程，从同一热源汲取了相同的热量，工质终态的熵是否相同？为什么？答： 不相同，因为二者对外所作的功不同，而它们从同一热源汲取了相同的热量，所以最终二者内能的变更不同，故此二者的终态不同，由于熵是状态参数，它们从同一初态动身，故终态的熵不同。7. 工质由初态经过一不行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行逆绝热过程膨胀到终态，其熵增加，要想使其回到初态，过程的熵必需削减，而绝热过程是不能使其熵削减

17、的，故不能通过一个绝热过程使其回到初态。8. 系统在某过程中从热源吸热20 kJ，对外作功25 kJ，请问能否通过可逆绝过程使系统回到初态？为什么？能否通过不行逆绝热过程使系统回到初态？答：依据克劳休斯不等式，我们知道系统在过程中的熵变满意：即：系统的熵增加，要想使系统回到初态，新的过程必需使系统熵削减，而可逆绝热过程熵不变，不行逆绝热过程熵增加，因而不行能通过一个可逆过程或者一个不行逆过程使系统回到初态。9. 闭口系统经验了一不行逆过程对外作功10 kJ，同时放出热量5 kJ，问系统的熵变是正, 是负还是不能确定？ 答：熵是状态参数，功与热量都是过程量，所以不能确定系统的熵变。第五章1. 热

18、水泵必需安装在热水容器下面距容器有肯定高度的地方，而不能安装在热水容器上面，为什么？答：保证其压力。2. 锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满意的关系？为什么？答：不对，因为水蒸气不能看作是志向气体，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变更的，不等于0。3. 有无0或低于0的蒸汽存在？有无低于0的水存在？为什么？答：有0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0的水存在，因为水的三相点温度为0.01，低于三相点温度，只可能是固态或是气态。4. 25MPa的水，是否也象1MPa的水那样经验汽化过程？为什么？答：不行以，因为水的临界点压力为22.12MPa，故此，

19、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。5. 适用于任何工质的定压过程。水蒸气定压汽化过程中dT = 0，由此得出结论，水定压汽化时，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。6. 试说明湿空气, 湿蒸汽, 饱与湿空气。答：湿空气：含水蒸汽的空气；湿蒸汽：含有液态水的水蒸气；饱与湿空气：相对湿度为100的湿空气。7. 对未饱与湿空气与饱与湿空气分别推断干球温度, 湿球温度, 露点温度三者的大小。答：未饱与湿空气：干球温度湿球温度露点温度饱与湿空气： 干球温度湿球温度露点温度8. 在相同的温度及压力下，湿空气

20、与干空气相比，那个密度大？答：干空气的密度大。9. 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。10. 若两种湿空气的总压力与相对湿度相同，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，在相同相对湿度的状况下，温度高，Ps大，所以，温度高含湿量大。11. 早晨有雾，为什么往往是好天气？答：早晨有雾，说明湿空气中含有很多小水滴，湿空气为饱与湿空气，当温度渐渐上升 后，小水滴渐渐汽化，所以往往是好天气。第六章1. 试画出简洁蒸汽动力装置的系统图, 简洁蒸汽动力循环的p-v图与T-s图。2. 既然利用抽气回热可以提高蒸汽动力装置

21、循环的热效率，能否将全部蒸汽抽出来用于回热？为什么回热能提高热效率？答：采纳回热措施，虽然对每kg蒸汽来说做功量削减，但抽汽在凝聚时所放出的潜热却全部得到的利用，进入锅炉给水温度提高了，使每kg工质在锅炉中汲取的热量大为削减，因此，提高了循环效率。但抽汽量不是越多越好，是依据质量守恒与能量守恒的原则确定的。3. 蒸汽动力装置循环热效率不高的缘由是冷凝器放热损失太大，如取消冷凝器而用压缩机将乏气干脆升压送回锅炉是否可以？答：乏气假如是水汽混合的，则不能进行压缩。假如全部是气体进行压缩，则体积流量太大，须要采纳大尺寸的机器设备，是不利的。4. 卡诺循环优于相同温度范围的其它循环，为什么蒸汽动力循环

22、不采纳卡诺循环？答：与郎肯循环相同温限的卡诺循环，吸热过程将在气态下进行，事实证明气态物质实现定温过程是非常困难的，所以过热蒸汽卡诺循环至今没有被采纳。那么，能否利用饱与区（气液两相区）定温定压的特性形成饱与区的卡诺循环，从原理上看是可能的，但是实施起来，有两个关键问题，一是，汽轮机出口位于饱与区干度不高处，湿度太大使得高速运转的汽轮机不能平安运行，同时不行逆损失增大，其二，这样的卡诺循环，压缩过程将在湿蒸汽区进行，气液混与工质的压缩会给泵的设计与制造带来难以克服的困难，因此迄今蒸汽动力循环未采纳卡诺循环。 5. 假如柴油机在运用过程中，喷油嘴保养不好，致使燃油雾化不良，燃烧延迟，问此时柴油机

23、的经济性如何？答：燃烧延迟，没有充分膨胀便起先排气，这将使热效率显著降低，且排气冒黑烟，这是很不好的。6. 今有两个内燃机的混合加热循环，它们的压缩比, 初态, 总的加热量相同，但两者的定容升压比不同，（1）请在p-v图与T-s图上表示出这两个循环的相对位置；（2）利用T-s图定性地比较这两个循环的热效率。7. 燃气轮机装置循环与内燃机循环相比有何优点？为什么前者的热效率低于后者？答：燃气轮机与内燃机相比，没有往复运动机构，可以采纳很高的转速，并且可以连续进气，因而可以制成大功率的动力装置。但要保持燃气轮机长期平安运行，必需限制燃气进燃气轮机时的最高温度，目前为700800C，所以效率比较低。8. 试述动力循环的共同特点。答：有工质在高温热源吸热，在低温热源放热，并对外输出功。第 13 页