工程熱力學課后題答案沈維道童鈞耕版

1、P30 1 P56 4 P93 9 P133 13 P193 18 P235 25 P263 30 P281 34 P396 35 P30 1閉與外界無物質(zhì)交換，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量保持恒定，那么系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)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(nèi)質(zhì)量也保持恒定。 2有人認為開口系統(tǒng)內(nèi)系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，而物質(zhì)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(zhì) 進出的熱能（準確地說是熱力學能）不在其中。 3平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系？ 平衡狀態(tài)一定是穩(wěn)定狀態(tài)，穩(wěn)定狀態(tài)則不一定是平衡狀態(tài)。 4倘

2、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(shù)會改變 嗎？絕對壓力計算公式 P=Pb+pg ( p pb),p= pb - p ( p0 P1P1P1 所以，q1-2-3 q 1-4-3，證畢 9.如圖4-18 所示，今有兩個任意過程 a- b及a - c, b點及c點在同一條絕熱線 上, 試問 Uab與Uac哪個大？ b點及c點在同一條定溫線上，結(jié)果又如 何？ 圖4-18題解 依題意，TbT=，所以Uab Uac。若b點及C點在同一條定溫線上，貝UUab= Uac。 10. 理想氣體定溫過程的膨脹功等于技術功能否推廣到任意氣體? 從熱力學第一定律的第一表達式和第二表達式來看，膨

3、脹功和技術功分別等 于w=q- u和w=q - h，非理想氣體的 u和h不一定等于零，也不可能相等, 所以理想氣體定溫過程的膨脹功等于技術功不能推廣到任意氣體。 11下列三式的使用條件是什么？ k 1k 1 kkk-k-kk P2V2=P1V1，T1V1=T2V2，T1p1 k=T2p2k 使用條件是：理想氣體，可逆絕熱過程。 12. T-s圖上如何表示絕熱過程的技術功w和膨脹功w? 4-13在pv和T s圖上如何判斷過程 q、w u、 h的正負。 通過過程的起點劃等容線（定容線），過程指向定容線右側(cè)，系統(tǒng)對外作功， w0;過程指向定容線左側(cè)，系統(tǒng)接收外功，w0;過程指向定壓線上側(cè)，系統(tǒng)接收外

4、來技術功，w0。 通過過程的起點劃等溫線（定溫線），過程指向定溫線下側(cè)，u0、 h0、 h0。 通過過程的起點劃等熵線（定熵線） q0;過程指向定熵線左側(cè)，系統(tǒng)釋放熱量, 過程指向定熵線右側(cè)，系統(tǒng)吸收熱量, 4-14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(jié)束狀態(tài)，然后在計算過程的作功量等數(shù) 據(jù)。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。 4-15 實際過程都是不可逆的，那么本章討論的理想可逆過程有什么意義

5、？ 理想可逆過程是對實際過程的近似和抽象，實際過程過于復雜不易于分析， 通過理想可逆過程的分析以及根據(jù)實際過程進行適當修正，可以了解實際過程能 量轉(zhuǎn)換變化情況，以及如何向理想可逆過程靠近以提高相應的技術指標。 P193 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?，而熱能不可能全?變?yōu)闄C械能?！边@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(zhuǎn)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(zhuǎn)變?yōu)楣?對外輸出，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

6、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(nèi)容是： 不可能制造出從單一熱源吸熱，使之全部轉(zhuǎn)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。“非自發(fā)過程必為可逆過程?！钡恼f法完全錯誤，非自發(fā)過程需付岀 代價（更強的自發(fā)過程）才能實現(xiàn)，可逆過程則

7、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?shù)亩x。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(chǎn)生動力。因此，溫差傳熱使得本可以作岀的 功沒有作岀，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(jié)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(zhuǎn)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，

8、可以證明它們之間的等效性。 圖4-1圖4-2 如圖4 - 1所示，某循環(huán)發(fā)動機 E自高溫熱源Ti吸熱Q，將其中一部分轉(zhuǎn)化 為機械能 W,其余部分Q=Q- W排向低溫熱源T2，如果可以違反克勞修斯說法， 即熱量Q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(jié)果為高溫熱源失去熱能（Qi - Q），循環(huán)發(fā)動機產(chǎn)生了相應的機械能 W，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WW愈大則循環(huán)熱

9、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， t 1 E。 T1 （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：t 9 生和t一衛(wèi)是否完全相同？各適用于哪 qiTi 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

10、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(chǎn)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(chǎn)生的熱量時），它也可以表現(xiàn)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(chǎn)生的熱量時），它也可以表現(xiàn)為熵沒有發(fā)生變化。 （4）錯?？赡嫖鼰徇^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

11、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 S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S不可逆 S可逆，S， 不可逆 Sf，可逆, Sg，不可逆 Sg，可逆; （3）不可逆絕熱膨脹終態(tài)熵大于初態(tài)熵S2S,不 可逆絕熱壓縮終態(tài)熵小于初態(tài)熵SS; （4）工質(zhì)經(jīng)過不可逆循環(huán)c dS 0， Tr 答： （1 ）錯。熵是狀態(tài)參數(shù)，只要能夠確定起迄點，就可以確定熵變So （2 ）錯。應為 S不可逆= S可逆、 S，不可逆 Sg， 可逆。因為熵是狀態(tài)參 數(shù)，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(shù)值，與路徑無關。 （3 ）錯。

12、不可逆絕熱壓縮過程的終態(tài)熵也大于初態(tài)熵，SS。 （4）錯。：，ds 0，因為熵是狀態(tài)參數(shù)。 5-10從點a開始有兩個可逆過程：定容過程 a- b和定壓過 程a - c， b、c兩點在同一條絕熱線上（見圖 5 - 34），問qa -b和qa-c哪個大？并在T- s圖上表示過程a- b和a- c及qa -b 和 Qa- c o 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(gòu)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(jù)熱力學第一定律，必然有 qc-a，才能對外輸出凈功。也就是，qa-bqa-c。 圖中，qa-

13、b為 abSbSaa圍成的面積，qa-c為 acSbSaa 圍成的面積。 5-11某種理想氣體由同一初態(tài)經(jīng)可逆絕熱壓縮和 不可逆絕熱壓縮兩種過程，將氣體壓縮到相同的終 壓，在p - v圖上和T - s圖上畫出兩過程, 并在 10題圖 -s圖上示出兩過程的技術功及不可逆過程的 火用損 失。 11題圖 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。 5-13例5 - 12中氮氣由0.45MPa、310K可逆

14、定溫膨脹變化到 0.11MPa、310K，w -2, max=w=129.71 kJ/kg，但根據(jù)最大有用功的概念，膨脹功減去排斥大氣功(無用 功)才等于有用功，這里是否有矛盾？ 答：沒有矛盾。 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(zhuǎn)變?yōu)榄h(huán)境介質(zhì)的熱力學能，勢能全部是火用,全部轉(zhuǎn)變?yōu)榛鸺?(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O (3) 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 用直。 (4) 系統(tǒng)的火只能減少不能增加。

15、 (5) 任一使系統(tǒng)火用曾加的過程必然同時發(fā)生一個或多個使火減少的過程。 5-15閉口系統(tǒng)絕熱過程中，系統(tǒng)由初態(tài)1變化到終態(tài)2，則w=u - U2?？紤]排斥 大氣作功，有用功為wu= U 1 - U2 - po(v 1 - V2)，但據(jù)火用勺概念系統(tǒng)由初態(tài) 1變化到 終態(tài)2可以得到的最大有用功即為熱力學能火差：w,max=ex,u1 - exu2= U1 -比-To(s 1 -S2)- Po(V1 - V2) O為什么系統(tǒng)由初態(tài)1可逆變化到終態(tài)2得到的最大有用功反而 小于系統(tǒng)由初態(tài)1不可逆變化到終態(tài)2得到的有用功小？兩者為什么不一致？ P170 5-1 t=273.15_2 =11.726 T

16、1 T2293.15 268.15 111 7261 Q=Q12.5 104=22867.99kJ/h t11.726 N=W/95%=Q 1/(0.95 t)=2.5107(0.9511.726)=2244.23kJ/h=0.623kW N 電爐=Q1=2.5 104kJ/h= 6.944kW 5-2不米用回熱 p2=p=0.1MPa, T 4=Ti=300K, T 3=T2=1000K, q 23=400kJ/kg, qi2=Cp (T 2-T i)=1.004(1000-300)=702.8kJ/kg q34=Cp (T4-T 3)=1.004(300-1000)=-702.8kJ/kg

17、 q23=RTIn(p 2/p 3), q 41=RTIn(p /p 1)=Rln(p 3/p 2)= -RT 1 ln(p 2/p 3) q 41=-T1 q 23/T2= -300 400/1000=-120kJ/kg t=1- q41 +q34 / (q 嚴23)=1- -702.8-120 / (702.8+400) = 0.2539 采用極限回熱，過程 34放熱回熱給過程12, q34 q12 r=1- q41 /q 23) =1-120 /400=0.70 5-3如圖所示，如果兩條絕熱線可以相交，則令絕熱線S1、 S2交于a點，過b、c兩點作等壓線分別與絕熱線S1、 S2交于 b、

18、c點。于是，過程 be、ca、ab 組成一閉合 循環(huán)回路，沿此回路可進行一可逆循環(huán)，其中過程ca、 ab均為可逆絕熱過程，只有定壓過程bc為吸熱過程， 而循環(huán)回路圍成的面積就是對外凈輸岀功。顯然，這 構(gòu)成了從單一熱源吸熱并將之全部轉(zhuǎn)變?yōu)闄C械能的熱 力發(fā)動機循環(huán)，是違反熱力學第二定律的。 3 5-4 (1) p 0.1 1500 1.4 1.4 1 =27.95MPa 300 (2)見圖 q31=cp(T 1-T 3)= R(T1-T2), q23= T RTJn(p 2/p 3)= RT 2ln(p 2/p 1) 5-4題圖 1 q23 q31 =0.5976 5-5 (1) Q H= Wne

19、t= c=1-T0 Q H,c = CWt,c = RT2 In P2 P1 300心 rt1 t2 1 1.41500 1.4 1 tQ=3.5 0.40 100=140kJ 1 2900.71, 1000 Th c ThT。 c cQ=5.14 0.71100=365.14kJ (3)此復合系統(tǒng)雖未消耗機械功，但由高溫熱源放岀熱量 部分熱量從低溫熱源 300 360=5.14 360 290 Q作為代價，使得 To傳到較高溫熱源Th,因此并不違背熱力學第二定律。 T2300 5-6 c=1-21=0.85 T12000 (1) W=cQ=0.85 1=0.85kJ，可能作出的最大功為0.8

20、5kJ，所以這種情形是 不可能實現(xiàn)的。 (2) W=cQ=0.85 2=1.70kJ , Q=Q-W=2-1.70=0.30kJ，所以這種情形有實現(xiàn) 的可能(如果自然界存在可逆過程的話)，而且是可逆循環(huán)。 (3) Q, c=W4/ c=1.5/0.85= 1.765kJ , Q=VUt+Q=1.5+0.5=2.0kJQ 飪 ,此循環(huán) 可以實現(xiàn)，且耗熱比可逆循環(huán)要多，所以是不可逆循環(huán)。 P235 1.實際氣體性質(zhì)與理想氣體性質(zhì)差異產(chǎn)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(chǎn)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P宀0 時，實際氣體成為理想氣體。實際情

21、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. 壓縮因子 Z 的物理意義怎么理解？能否將 Z 當作常數(shù)處理？ 答：由于分子體積和分子間作用力的影響， 實際氣體的體積與同樣狀態(tài)下的理 想氣體相比，發(fā)生了變化。變化的比例就是壓縮因子。 Z 不能當作常數(shù)處理。 3. 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(jīng)驗 的狀態(tài)方程都是沿范德瓦爾方程前進的。 4.

22、 范德瓦爾方程中的物性常數(shù) a和b可以由實驗數(shù)據(jù)擬合得到，也可以由物質(zhì) 的 Tcr、pcr、vcr 計算得到，需要較高的精度時應采用哪種方法，為什么？ 答：實驗數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)擬合得到的接近于實際。 5. 如何看待維里方程？一定條件下維里系數(shù)可以通過理論計算，為什么維里方 程沒有得到廣泛應用？ 答：維里方程具有堅實的理論基礎， 各個維里系數(shù)具有明確的物理意義， 并且 原則上都可以通過理論計算。但是第四維里系數(shù)以上的高級維里系數(shù)很難計算， 三項以內(nèi)的維里方程已在 BW方程、MH方程中得到了應用，故在計算工質(zhì)熱物理 性質(zhì)時沒有必要再

23、使用維里方程，而是在研究實際氣體狀態(tài)方程時有所應用。 6. 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(shù)？ 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(zhì)來估算其它流體的性質(zhì)。某氣體狀態(tài)參數(shù)與其臨界參數(shù)的比 值稱為熱力對比參數(shù)。 (對比參數(shù)是一種無量綱參數(shù)) 7. 物質(zhì)除了臨界狀態(tài)、p- v圖上通過臨界點的等溫線在臨界點的一階導數(shù)等于 零、兩階導數(shù)等于零等性質(zhì)以外，還有哪些共性？如何在確定實際氣體的狀 態(tài)方程時應用這些共性？ 答： 8. 自由能和自由焓的物理意義是什

24、么？兩者的變化量在什么條件下會相等？ 答： H=G + TS，U=F + TS 。 dg =dh - d(Ts) =dh - Tds- sdT，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=0 dg=O。若此時系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生不可逆變化(外部條 件不變)，則ds0, dg0o例如系統(tǒng)內(nèi)部發(fā)生化學反應，化學能轉(zhuǎn)化為內(nèi)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(nèi)部發(fā)生變化的必要條件是： df0 o 引申：系統(tǒng)的g、f沒有時，dg=O, df=O。內(nèi)部變化不再進行。進而可以認為 g、 f 是系統(tǒng)內(nèi)部變化的能力

25、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(zhì)的狀態(tài)參數(shù)。一一搞理論熱力學的人(物理學家們)根本不拿火當回事。 兩者的變化量在什么條件下會相等？有什么意義呢？ dg- df=d(h - Ts) - d(u -Ts)=dh - du=O,對于理想氣體可逆等溫過程，兩者的變化量相等?；蛘撸篸h - du= d(pv)=0 9. 什么是特性函數(shù)？試說明 u=u(s, p)是否是特性函數(shù)。 答：某些狀態(tài)參數(shù)表示成特定的兩個獨立參數(shù)的函數(shù)時， 只需一個狀態(tài)參數(shù)就 可以確定系統(tǒng)的其它參數(shù)，這樣的函數(shù)就稱為特性函數(shù)

26、。熱力學能函數(shù)僅在表示 成熵及比體積的函數(shù)時才是特性函數(shù)，換成其它獨立參數(shù)，如 由它全部確定其它平衡性質(zhì)，也就不是特性函數(shù)了。 10.常用的熱系數(shù)有哪些？是否有共性？ u=u(s, p)，則不能 答：熱系數(shù)由基本狀態(tài)參數(shù) p、v、T構(gòu)成，可以直接通過實驗確定其數(shù)值。 11.如何利用狀態(tài)方程和熱力學一般關系式求取實際氣體的 u、 h、 s ? 答：根據(jù)熱力學一般關系式和狀態(tài)方程式以及補充數(shù)據(jù)，可以利用已知性質(zhì) 推岀未知性質(zhì)，并求岀能量轉(zhuǎn)換關系。例如，當計算單位質(zhì)量氣體由參考狀態(tài) po、 To變到某一其它狀態(tài) p、T后焓的變化時，可利用 dH方程式，即式(5-45 )。由于 焓是一種狀態(tài)參數(shù)，所以

27、dH為 全微分，因而dH的線積分只是 端態(tài)的函數(shù)，與路徑無關。這樣 b(p, To)p= con st.A(p, T) 就可以在兩個端態(tài)之間選擇任 T o= con st. T= con st. 意一個過程或幾個過程的組合。 兩種簡單的組合示于圖(5-)中。 po= con st. O(po, To) a(po, T) V 其結(jié)果為: 對于圖(5-)中由線OaA所描 述的過程組合，將式(5-45)先在 等壓po下由To積分到T，隨后在 等溫T下由po積分到p， ha ho T CpdT To Po ha Po dp 將上兩式相加，就可得到: h ho Po po dp pT (5-47) 對于

28、ObA的過程組合，將式(5-45)先在等溫To下由po積分到p,隨后在等壓p 下由To積分到T,由這種組合可以得到： pvT hh0v TdpcpdT(5-48) p0T pTop To 式(5-47) 需要在po壓力下特定溫度范圍內(nèi)的Cp數(shù)據(jù)，而式(5-48)則需要較高壓力 p時的Cp數(shù)據(jù)。由于比熱的測量相對地在低壓下更易進行，所以選式(5-47)更為 合適。 12. 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。 13. 本章導岀的關于熱力學能、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(shù)，其變化與過程無關，所以其結(jié)果

29、 也可以用于不可逆過程。 14. 試根據(jù)Cp- Cv的一般關系式分析水的比定壓熱容和比定容熱容的關系。 答： O.5Mpa， 1OO C 水的 比體積 v=O.OO1O435m3/kg ; O.5MPa，11O C 時 v=O.OO1O517 m3/kg ; 1Mpa, 1OOC 時 v=O.OO1O432m3/kg。 2 V P T p v T 2 6 373.15 O.OO1O517O.OO1O4351 O.510 110 100p 0.00104320.0010435 T =418.18 J/(kg K) 15. 水的相圖和一般物質(zhì)的相圖區(qū)別在哪里？為什么？ 答：一般物質(zhì)的相圖中，液固平

30、衡曲線的斜率為正值，壓力越高，平衡溫度 (相變溫度)越高。水的相圖中，液固平衡曲線的斜率為負值，導致壓力越高, 平衡溫度（相變溫度）越低。 16. 平衡的一般判據(jù)是什么？討論自由能判據(jù)、自由焓判據(jù)和熵判據(jù)的關系。 答：孤立系統(tǒng)熵增原理給岀了熱力學平衡的一般判據(jù)，即熵判據(jù)。孤立系統(tǒng) 中過程進行的方向是使熵增大的方向，當熵達到最大值時，過程不能再進行下去, 孤立系統(tǒng)達到熱力學平衡狀態(tài)。 在等溫定壓條件下，熵判據(jù)退化為吉布斯自由能（自由焓）判據(jù)：系統(tǒng)的自 發(fā)過程朝著使吉布斯自由能減小的方向進行；等溫定容條件下，熵判據(jù)退化為亥 姆霍茲自由能（自由能）判據(jù)：系統(tǒng)的自發(fā)過程朝著使亥姆霍茲自由能減小的方 向

31、進行。 P263 i 對改變氣流速度起主要作用的是通道的形狀還是氣流本身的狀態(tài)變化？ 答：對改變氣流速度起主要作用的是氣流本身的狀態(tài)變化，即力學條件。通道的 形狀即幾何條件也對改變氣流速度起重要作用，兩者不可或缺。但在某些特殊的、 局部的場合，矛盾的主次雙方發(fā)生轉(zhuǎn)化，通道的形狀可能成為主要作用方面。 2如何用連續(xù)性方程解釋日常生活的經(jīng)驗：水的流通截面積增大，流速就降低？ ACf 答:qmcon sta nt v 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Ac=常數(shù)，即截面積變化與速度變化成反比。 3 在高空飛行可達到高超音速的飛機在海平面上是否能達到相同的高馬赫數(shù)

32、？ 答：不能。高空氣溫低，由理想氣體音速a= . kpv , kRT可知當?shù)芈曀俦容^ 低，一定的飛行速度可以取得較高的馬赫數(shù)，而海平面溫度比高空高幾十 K，相應 聲速較大，同樣的飛行速度所獲得的馬赫數(shù)要小一些。此外，高空空氣比海平面 稀薄得多，飛行阻力也小得多，所以飛行速度上也會有差異。 4當氣流速度分別為亞聲速和超聲速時，下列形狀的管道（圖7-16 ）宜于作噴 管還是宜于作擴壓管？ 答：亞聲速時 噴管 擴壓管 噴管 都不適合 超聲速時 擴壓管 噴管 擴壓管 5 當有摩擦損耗時, 噴管的流岀速度同樣可用 Cf2=.2h h2來計算，似乎與無摩擦損耗時相同, 那么，摩擦損耗表現(xiàn)在哪里呢? 答：如

33、右側(cè)溫熵圖，兩條斜線是等壓線，垂直線是可 逆絕熱膨脹過程。有摩擦時，過程為不可逆，如虛線 所表示。顯而易見，過程結(jié)束時溫度比可逆情況下要 高，這兩個溫度對應的焓之差就是摩擦損耗的表現(xiàn)。 6考慮摩擦損耗時，為什么修正岀口截面上速度后還要修正溫度? 答：如上。 7 .考慮噴管內(nèi)流動的摩擦損耗時，動能損失是不是就是流動不可逆損失？為什 么？ 答：不是。動能損失就是 5題圖中的焓差。但是由于出口溫度高于可逆情形下的 出口溫度，卡諾講，凡是有溫差的地方就有動力，所以這部分焓還具有一定的作 功能力，并不是100%乍功能力損失（火用損失）。 8如圖7 -17所示，（a）為漸縮噴管，（b）為縮放噴管。設兩噴管

34、工作背壓均為 O.IMPa,進口截面壓力均為 1MPa進口流速C可忽略不計。若（1）兩噴管最小 截面積相等，問兩噴管的流量、岀口截面流速和壓力是否相同？ （2）假如沿截面 2 - 2切去一段，將產(chǎn)生哪些后果？岀口截面上的壓力、流速和流量將起什么變 （a）（b） 圖7 - 17思考題7 - 8附圖 答：（1 ）兩噴管最小截面積相等，則兩噴管的流量相等，岀口截面流速和壓力不 相等。漸縮噴管岀口截面流速為當?shù)匾羲?，岀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 2 - 2切去一段后，臨界狀態(tài)前移到

35、2 - 2截面， 出口速度為當?shù)匾羲?，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2 - 2切去一段后，噴管形狀不足以保持完全膨脹，岀口 壓力高于背壓，岀口流速比切去一段以前小(仍為超聲速)，噴管流量不變。(噴 管內(nèi)剩余部分流動沒有變化)。 9圖7- 13(b)中定焓線是否是節(jié)流過程線？既然節(jié)流過程不可逆，為何在推導節(jié) 流微分效應j時可利用dh=O? 答：不是。節(jié)流過程的起迄點落在 等焓線上，但過程不沿著定焓線進 行。節(jié)流微分效應 j表達的是節(jié)流 過程中溫度-壓力的關系，溫度、 壓力均為狀態(tài)參數(shù)，其變化與路徑 無關，所以可以利用等焓線分析推

36、 導。 圖7 - 13轉(zhuǎn)回曲線(b) 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岀的功沒有作岀, 導致節(jié)流后焓仍然等于節(jié)流前。該作岀的功沒有作岀，就產(chǎn)生了作功能力損失。 11多股氣流匯合成一股混合氣流稱作合流，請導岀各股支流都是理想氣體的混 合氣流溫度表達式?；旌蠚怏w的熵值是否等于各股支流熵值之和，為什么？應該 怎么計算？ P281 1利用人工打氣筒為車胎打氣時用濕布包裹氣筒的下部，會發(fā)現(xiàn)打氣時輕松了一 點，工程上壓氣機氣缸常以水冷卻或氣缸上有肋片，為什么？ 答：濕布使打氣筒散熱增強，氣缸水冷或加裝肋片也是為了增強散熱，從而 使壓縮過程離開絕熱靠近定溫，壓縮耗功減少。 p.s. ，打氣筒包裹濕布后耗功減少，人能感覺出來？值得懷疑。 2既然余隙容積具有不利影響，是否可能完