過程基礎(chǔ)課后習(xí)題參考答案

1、第一章 習(xí) 題思考題1. 工程熱力學(xué)中能量交換的基本形式有那些?答：質(zhì)量交換，功量交換，熱量交換2熱力學(xué)系統(tǒng)是如何分類的?答：（1）按其與外界進行質(zhì)量交換的情況分為：閉口系，開口系，簡單熱力系，絕熱系，孤立系（2）按物質(zhì)均勻性不同分為：均勻系，非均勻系。（3）按相態(tài)分為：單相系，復(fù)相系（4）按物質(zhì)的成分分為：單元系，多元系4. 狀態(tài)參數(shù)的基本性質(zhì)有那些?答：（1）f是狀態(tài)參數(shù)（2）過程積分與從a到b所經(jīng)歷的過程無關(guān)（3）封閉積分=0(4) 5. 準(zhǔn)平衡過程與可逆過程有無共同點?差別在哪里?答：共同點：兩者均為平衡狀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)部均可描述，都可回到原狀態(tài)。準(zhǔn)平衡系統(tǒng)允許不可逆因素的存在。不同點：準(zhǔn)

2、平衡狀態(tài)回到原狀態(tài)對外界可能留下影響，可逆狀態(tài)不會留下影響。6. 如何理解引入可逆過程的意義?答： （1）提供了一個系統(tǒng)可接近的理想的過程 （2）使許多熱力學(xué)的計算得以解決 （3）提供了一個分析問題的途徑7如果閉口熱力系與外界沒有發(fā)生能量交換，系統(tǒng)內(nèi)是否可能發(fā)生狀態(tài)變化？答：可能變化。當(dāng)系統(tǒng)平衡突然被打破，外界對系統(tǒng)又無影響時，短時間內(nèi)，系統(tǒng)內(nèi)部可能變化。8為什么說Q=dU+W是熱力學(xué)第一定律的基本表達式？它適用于閉系所進行的切準(zhǔn)平衡過程和非平衡過程嗎？答： Q=dU+W,由實驗過程中直接總結(jié)出來的，是最早發(fā)現(xiàn)的，形式最簡單,而且等效于所有其它表達式。適用于一切的準(zhǔn)平衡過程和非平衡過程。9.

3、試述第一定律、第二定律的意義,并指出作為經(jīng)驗性的定律分別引出什么狀態(tài)參數(shù)?答：第一定律的本質(zhì)就是能量守恒定律，引出狀態(tài)參數(shù)U。 根據(jù)熱力學(xué)第一定律對各系統(tǒng)的分析，就可以得到計算各種能量數(shù)值和能量間平衡的方程。 第二定律的基本任務(wù)就在于為判斷任何熱過程的進行提供一般性的依據(jù)，闡明熱過程進行的條件和限制。引出狀態(tài)參數(shù)S。12有人說：自發(fā)過程是不可逆過程而非自發(fā)過程是可逆過程。這種說法對嗎？為什么？答：錯誤。違反可逆過程定義。因為非自發(fā)過程同樣不能保證回到原狀態(tài)而不留下影響。16-圖的重要性何在？不可逆過程能否在-圖上表示？答：重要性：（1）T-S圖本身是兩個重要的物理量。（2）T-S圖上的面積可表

4、示可逆過程的熱量。準(zhǔn)平衡狀態(tài)的不可逆過程，T-S圖上可以表示，但面積不一定為整個過程的熱量。不可逆過程中交換的熱量不能在T-S圖上表示。17用克勞修斯克拉貝龍方程，解釋一般物質(zhì)的汽化線、升華線和熔解線的斜率為正，而冰水熔解線的斜率卻為負(fù)。解：克勞修斯克拉貝龍方程：，表示了飽和曲線斜率與飽和狀態(tài)各參數(shù)間的關(guān)系，是相變潛熱，表示兩相的比體積。一般物質(zhì)汽化、升華和溶解時，是吸熱的，相變潛熱大于零，體積也是增大，所以斜率為正。冰溶解為水時也吸熱，相變潛熱大于零，但體積變小，所以，斜率為負(fù)。練習(xí)題1氧氣瓶的容積為，瓶中氧氣的絕對壓力，溫度。問瓶中盛有多少千克氧氣？如果在氣焊時用去了(按質(zhì)量計)，而溫度不

5、變，問瓶中氧氣壓力為多少？ 解：(1)RM=8.314J/mol*K T=t+273.15=303.15K =32g/mol mRT=p*V RM=R 得：m=pVRT=pVRMT=15*106*0.02*32*10-38.314*303.15=3.81(Kg)(2)m'=23m m'm=p'p p'=2p3=10MPa2流速為500m/s的高速空氣流突然受阻，停止流動。若此滯止過程進行迅速，氣體在受阻過程中與外界的熱交換可以忽略不計。空氣的定壓比熱為1 kJ/ (kg·K)。求在滯止過程中空氣的焓變化？溫度變化？解：沒有熱交換 q=0 所以：q =h

6、+c2/2+gz+wnet q=0 gz=0 wnet=0所以h=-c2/2=125KJ/Kgh=cpT T =h/cp=125K3氣體初態(tài)為，在壓力為定值的條件下可逆膨脹到，求氣體膨脹所作的功。解：由公式得W=V1V2p1dV=p1(v2-v1)=2*105J5. 1kg氣體在一個可逆過程中吸熱為80kJ，同時內(nèi)能的增加為45kJ。此過程為壓縮過程還是膨脹過程？氣體與外界交換的功是多少千焦？解：Q=U+W W=Q-U=35KJ>0可逆過程 W=pdV>0 所以dV>0，體積增大 對外膨脹做功 交換功為35KJ6某干管內(nèi)氣體的參數(shù)為，。該氣體為理想氣體。體積為1的真空容器與干

7、管間通過閥門相聯(lián)?，F(xiàn)打開閥門對容器充氣，直至其壓力為時為止。若該氣體的內(nèi)能與溫度的關(guān)系為，求充入的氣體為多少千克？解：干管對容器充氣，容器的內(nèi)能增加即為輸入的氣體的比焓 即hin = uin，所以u=hin =305（KJ/Kg）又因為 u = 0.72 T,所以 得7某氣體服從狀態(tài)方程式中，為氣體常數(shù)，為另一常數(shù)，且對于任何 存在。（a）試導(dǎo)出每千克氣體從初始容積膨脹到終態(tài)容積所作準(zhǔn)靜功的表達式；(b)如果氣體是理想氣體進行同樣的過程所作的功是多些還是少些 ？解：(1) (2)氣體為理想氣體，所以 因為所以： 所以理想氣體進行同樣的過程所作的功是少些8如圖所示某封閉系統(tǒng)沿途徑由狀態(tài)變化到狀態(tài)

8、時，吸人熱量，對外作功。 （1）若沿途徑一一變化時對外作功，求此時進入系統(tǒng)的熱量。 （2）當(dāng)系統(tǒng)沿曲線途徑從返回到初始狀態(tài)時，外界對系統(tǒng)作功。求此時系統(tǒng)與外界交換熱量的大小和方向。 （3），時，過程和中交換的熱量又是多少？ 解：由題意知時，(1) 吸熱（2）時， 放熱（3）過程中，體積不變，所以，所以12的理想氣體從初態(tài)、絕熱膨脹到原來容積的2倍。設(shè)氣體，試確定在下述情況下氣體的終溫，對外所作的功及熵變化量。 (1)可逆絕熱過程； (2)氣體向真空進行自由膨脹。解：（1）由絕熱膨脹得，其中又由 得：系統(tǒng)所做的膨脹功（2）向真空自由膨脹14空氣在多變過程中吸取的熱量時，容積增大倍壓力降低倍。求：

9、 (1)過程中空氣的內(nèi)能變化量； (2)空氣對外所作的膨脹功及技術(shù)功。設(shè)空氣的，。解：設(shè)空氣為理想氣體 多變過程：=定值，得n=0.903，16試證明定比熱理想氣體在圖上任意兩條定壓線(或定容線)之間的水平距離相等，即線段。 證：設(shè)兩條為定壓線。對過程對過程所以：即21某熱機從的熱源吸熱，向的冷源放熱。此循環(huán)滿足克勞修斯不等式嗎，是可逆循環(huán)還是不可逆循環(huán)？若將此熱機作制冷機用，從冷源吸熱時，是否可能向熱源放熱？解：（1）滿足克勞修斯不等式，是不可逆循環(huán)（2）不滿足克勞修斯不等式，不可能。23熱力系從溫度為的高溫?zé)嵩次鼰?，問系統(tǒng)得到多少可用能？若吸熱過程為在有限溫差下進行的不可逆過程，吸熱時熱力

10、系溫度為（）吸入同樣的熱量這時系統(tǒng)得到的可用能又是多少？二者之差與過程的不可逆性有何關(guān)系？環(huán)境溫度為。解：可逆時： 不可逆時：令不可逆時向環(huán)境放熱為Q2與過程不可逆性成正比。24如圖所示絕熱系由熱源、冷源和熱機組成。在第一種情況下，熱機從高溫?zé)嵩慈〉脽崃?，并在熱源及冷源間完成可逆循環(huán)。在第二種情況下，高溫?zé)嵩磳崃吭谟邢逌夭钕聜飨蛑虚g熱源 ()，熱機從中間熱源取得熱量，并在熱源及冷源間完成可逆循環(huán)。 (1)求系統(tǒng)在完成上述可逆及不可逆過程中的熵變化； (2)求不可逆過程比可逆過程少作的功量及其與系統(tǒng)熵變化量間的關(guān)系。 解：（1）可逆過程熵增： ,不可逆過程熵增：(2) 可逆過程作功： 不可逆過

11、程：所以不可逆過程的功耗為 ：由此可見：不可逆過程的功耗與系統(tǒng)的總熵增成正比。當(dāng)系統(tǒng)可逆時，系統(tǒng)無不可逆功耗。 25. 在一個絕熱容器內(nèi)，溫度為80的水3kg和溫度為20的水5kg相混合。求此混合過程的熵變化，并說明為什么混合過程是一個不可逆過程。 解：熱水放出得熱量全部由冷水吸收 混合過程的熵產(chǎn)大于0，說明混合過程是不可逆過程。第二章 習(xí) 題思考題1氣壓計讀數(shù)為汞柱時，水面以下深處的絕對壓強為多大？解：h=0.755m,rHg=1.33×103N/m3大氣壓強設(shè)為p0,由h=p0得：p0=h=0.755×133000=100.4×103(N/m2)2試述表壓與絕

12、對壓力在性質(zhì)上的差別。 解：表壓即相對壓力，h=p-p0,是體現(xiàn)在液柱高度上的;絕對壓力為p=p0+h是重力作用下的液體中一點的真實壓力。3如何用U型管檢測廚房中煤氣管道是否有泄漏？答：（1）關(guān)閉總閥門以及廚房里所有的煤氣閥門 （2）以熱水器為例，將U形管接在熱水器的接口處，U形管內(nèi)裝水 （3）打開熱水器閥門，打開總閥門 （4）U形管內(nèi)接熱水器的一端液位降低，另一端液位升高 （5）關(guān)閉總閥門，觀察U形管內(nèi)有無變化 （6）若液位發(fā)生變化，說明管道有泄漏；無變化則管道不泄漏。4建立流體動力學(xué)方程的基本方法有哪兩種？其差別何在？答：拉格朗日法和歐拉法 拉格朗日法：選定一個流體質(zhì)點，并在整個過程中追隨

13、這一質(zhì)點，觀察它的運動特性的變化。 歐拉法：把流體所占據(jù)的空間中的任一點挑選出來，觀察通過這一點的流體運動特性的變化。5. 流線的定義是什么？什么情況下流線就是軌跡？解：流線是在流體中某一瞬間想象的一條曲線，在這條曲線上任一點所引的切線就是這點的流體質(zhì)點在此瞬間的流動方向。當(dāng)流體為穩(wěn)定流動時，軌跡與流線重合。6. 質(zhì)量守恒定律應(yīng)用于管道內(nèi)流體，其表達式如何推導(dǎo)？答：質(zhì)量守恒定率對于管道內(nèi)的流體，表面A由前后兩個截面和管道環(huán)面A組成所以 ,當(dāng)不變時，7. 歐拉運動微分方程與奈維-斯托克公式建立的依據(jù)是什么？差別何在？答：都是依據(jù)牛頓第二定律； 歐拉運動微分方程是理想流體的流動微分方程；奈維-斯托

14、克公式對實際流體微元所受的表面力除了法向力之外還需考慮由于與相鄰流體層間的摩擦而受的切向力。9. 流動邊界層的性質(zhì)如何？答：（1）流體有粘性，由壁面附近的流體層向流體內(nèi)部，粘性造成的減速作用越來越小 （2）在垂直于流動方向，仍有梯度，邊界層內(nèi)的阻力不可忽視 （3）主流區(qū)（外流區(qū)）流體粘性阻力可以忽略10引入流動邊界層的意義是什么？ 答：（1）反映客觀存在（2）利用其性質(zhì)，有利于求解N-S方程11. 流動邊界層的結(jié)構(gòu)形式是什么樣的？答：在邊界層中，在垂直于流動方向上存在著顯著的速度梯度，邊界層的阻力具有不可忽視的影響。邊界層以外的流動，粘性阻力可以忽略不計，流體可以看作為理想流體對待。13. 層

15、流層和紊流層各自的主要阻力是什么？答： 層流層：低速層流體對高速層流體產(chǎn)生阻滯作用而使之減速，高速層流體對低速層流體產(chǎn)生攜帶作用。而使之加速，造成的流體摩擦阻力是主要阻力。 紊流層：紊流中速度分布比較均勻的區(qū)域內(nèi)，由于流體微團的無規(guī)則遷徙、脈動，使得流體微團間進行動量交換非常劇烈，造成的流動阻力是主要阻力15是否所有準(zhǔn)則都有一定的物理意義？雷諾準(zhǔn)則的物理意義是什么？答：所有的準(zhǔn)則都有一定的物理意義。 雷諾數(shù)是作為判別流體流動狀態(tài)的準(zhǔn)則，當(dāng)雷諾數(shù)較小時，流體做層流運動，當(dāng)雷諾數(shù)較大時，流體做紊流運動。18沿程阻力計算的復(fù)雜性在工程計算中是如何處理的？答：靠理論分析與實驗相結(jié)合，并且主要依賴于實驗

16、的結(jié)果。練習(xí)題1 矩形風(fēng)道的斷面為，風(fēng)量為，求斷面平均流速。若出風(fēng)口斷面縮小為，該處的平均流速多大？解：A1=300mm×400mm=0.12m2,Q=2700m3h,A2=100mm×200mm=0.02m2.Q=Au,Q=A1u1=A2u2,得u1=QA1=27000.12=2.25×104(mh)=6.25(m/s)u2=QA2=27000.02=1.35×105(mh)=37.5(m/s)2封閉容器中盛有比重的油，下面為水，測壓管中汞液面讀數(shù)，求封閉容器中的油面壓強值。 解：3. 盛水容器的形狀如圖所示，已知各水面高程為，求1、2、3、4各點的相

17、對壓強。 解：點2與空氣直接接觸，所以，4判斷下列不可壓縮流體的流動是否連續(xù)：解： 所以滿A足連續(xù)性方程，所以流動連續(xù)。8三段管路串聯(lián)如附圖所示，直徑，已知斷面平均流速，求，和質(zhì)量流量 (流體為水)。 解： 所以 10水箱下部開口面積為，箱中恒定水位高度為，水箱斷面甚大，其中流速可以忽略，如圖，求孔口流出的水流斷面與其位置的關(guān)系。 解：以水箱的上水平面為在軸的原點，垂直向下為z軸的負(fù)方向。由水面分別對處分別用伯努利方程: 得得由流量相等：得11一抽吸設(shè)備水平放置，求開始能夠抽吸時的流量，抽吸和被抽吸介質(zhì)相同，設(shè)備尺寸如下：， ， 。 解：在小管的最低點處：得：又因為：流量相等。,所以由伯努利方

18、程得 整理得12用汞比壓計測定水管中的點流速，當(dāng)讀數(shù)時，流速為多少？若管中通過的是的油，值相同時，油的流速又為多大？ 解：設(shè)水管中的壓力為，在測定管口處壓力為，流速減為0，即：忽略重力由伯努利方程得得 所以：設(shè)流線與右側(cè)水銀面的高度差為，則得整理得當(dāng)流體為水時，當(dāng)流體為油時14某房間通過天花板用大量小孔口分布送風(fēng)，孔口直徑，風(fēng)道的靜壓 空氣溫度，要求總風(fēng)量，問應(yīng)布置多少個孔口？解由伯努利方程得： 即得：所以：第三章 習(xí) 題思考題1 試述各種介質(zhì)導(dǎo)熱的機理。答：氣體：導(dǎo)熱是氣體分子不規(guī)則運動時的相互碰撞的結(jié)果。溫度越高，分子的運動動能越大。導(dǎo)電固體：自由電子的運動起主要作用。非導(dǎo)電固體：通過晶格

19、結(jié)構(gòu)的振動，即原子、分子在其平衡位置附近的振動實現(xiàn)。液體：一種為：類似于氣體，分子間的相互碰撞；另一種為：類似于非導(dǎo)電固體， 主要靠彈性波的作用；2 三種傳熱基本方式中熱阻的形式、特點。3 導(dǎo)熱系數(shù)、表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)及傳熱系數(shù)的單位各是什么？哪些是物性參數(shù)，哪些與過程有關(guān)？答：導(dǎo)熱系數(shù)： 是物性參數(shù)， 表面換熱系數(shù)： 與過程有關(guān) 傳熱系數(shù)： ，與過程有關(guān)4 為什么求解導(dǎo)熱問題的首要工作一般應(yīng)是分析導(dǎo)熱體的溫度分布。答：傳熱的動力是由于溫度差的存在，導(dǎo)熱熱量與溫度梯度有關(guān)。描述溫度梯度的前提需要溫度分布；解決導(dǎo)熱問題的各種方法首先需要明確幾維的問題，需要首先分析溫度分布。5 用鋁制的水壺?zé)_水時，盡管爐火很旺，但水壺仍安然無恙。而一旦壺內(nèi)的水被燒干后，水壺很快就被燒壞，試從傳熱學(xué)的觀點分析這一現(xiàn)象。答：當(dāng)水壺中有水的時候，盡管爐火很旺，但壺底與水有對流傳熱存在，水的蒸發(fā)將熱量帶走，壺底本身的溫度不會增加；但水被燒干后，壺底沒有與水的