工程熱力學(xué)嚴(yán)家騄課后答案

1、.第一章 思 考 題1、 如果容器中氣體壓力保持不變，那么壓力表的讀數(shù)一定也保持不變，對(duì)嗎.答：不對(duì)。因?yàn)閴毫Ρ淼淖x書(shū)取決于容器中氣體的壓力和壓力表所處環(huán)境的大氣壓力兩個(gè)因素。因此即使容器中的氣體壓力保持不變，當(dāng)大氣壓力變化時(shí)，壓力表的讀數(shù)也會(huì)隨之變化，而不能保持不變。2、“平衡和“均勻有什么區(qū)別和聯(lián)系答：平衡狀態(tài)值的是熱力系在沒(méi)有外界作用意即熱力、系與外界沒(méi)有能、質(zhì)交換，但不排除有恒定的外場(chǎng)如重力場(chǎng)作用的情況下，宏觀性質(zhì)不隨時(shí)間變化，即熱力系在沒(méi)有外界作用時(shí)的時(shí)間特征-與時(shí)間無(wú)關(guān)。所以兩者是不同的。如對(duì)氣-液兩相平衡的狀態(tài)，盡管氣-液兩相的溫度，壓力都一樣，但兩者的密度差異很大，是非均勻系。

2、反之，均勻系也不一定處于平衡態(tài)。 但是在某些特殊情況下，“平衡與“均勻又可能是統(tǒng)一的。如對(duì)于處于平衡狀態(tài)下的單相流體氣體或者液體如果忽略重力的影響，又沒(méi)有其他外場(chǎng)電、磁場(chǎng)等作用，那么內(nèi)部各處的各種性質(zhì)都是均勻一致的。3、“平衡和“過(guò)程是矛盾的還是統(tǒng)一的.答：“平衡意味著宏觀靜止，無(wú)變化，而“過(guò)程意味著變化運(yùn)動(dòng)，意味著平衡被破壞，所以二者是有矛盾的。對(duì)一個(gè)熱力系來(lái)說(shuō)，或是平衡，靜止不動(dòng)，或是運(yùn)動(dòng)，變化，二者必居其一。但是二者也有結(jié)合點(diǎn)，內(nèi)部平衡過(guò)程恰恰將這兩個(gè)矛盾的東西有條件地統(tǒng)一在一起了。這個(gè)條件就是：在內(nèi)部平衡過(guò)程中，當(dāng)外界對(duì)熱力系的作用緩慢得足以使熱力系內(nèi)部能量及時(shí)恢復(fù)不斷被破壞的平衡。4

3、、“過(guò)程量和“狀態(tài)量有什么不同.答：狀態(tài)量是熱力狀態(tài)的單值函數(shù)，其數(shù)學(xué)特性是點(diǎn)函數(shù)，狀態(tài)量的微分可以改成全微分，這個(gè)全微分的循環(huán)積分恒為零；而過(guò)程量不是熱力狀態(tài)的單值函數(shù)，即使在初、終態(tài)完全一樣的情況下，過(guò)程量的大小與其中間經(jīng)歷的具體路徑有關(guān)，過(guò)程量的微分不能寫(xiě)成全微分。因此它的循環(huán)積分不是零而是一個(gè)確定的數(shù)值。習(xí) 題1-1 一立方形剛性容器，每邊長(zhǎng) 1 m，將其中氣體的壓力抽至 1000 Pa，問(wèn)其真空度為多少毫米汞柱"容器每面受力多少牛頓.大氣壓力為 0.1MPa。解：(1) (2)1-2 試確定表壓為0.01MPa時(shí)U型管壓力計(jì)中液柱的高度差。(1)U型管中裝水，其密度為100

4、0kg/m3；(2)U型管中裝酒精，其密度為789kg/m3。解： 由1-6式，Pg=rgDz，得到Dz=(1) (2)*此題目的目的是練習(xí)如果通過(guò)U型管壓力計(jì)的液柱高度差計(jì)算表壓力。1-3 用U型管測(cè)量容器中氣體的壓力。在水銀柱上加一段水圖(1-12)，測(cè)得水柱度850mm，汞柱度520mm。當(dāng)時(shí)大氣壓力為755mmHg，問(wèn)容器中氣體的絕對(duì)壓力為假設(shè)干. 解 ： 水柱高，汞柱高級(jí)大氣壓力之間之和即為容器中氣體的絕對(duì)壓力，但各種壓力單位要經(jīng)過(guò)換算。圖1-12圖 1-131-4 用斜管式壓力計(jì)測(cè)量鍋爐管道中煙氣的真空度。管子的傾角，壓力計(jì)中使用密度為800Kg/m3的煤油。傾管中液柱長(zhǎng)度為l=2

5、00mm。當(dāng)時(shí)大氣壓力B=745mmHg，問(wèn)煙氣的真空度為假設(shè)干毫米汞柱.絕對(duì)壓力為假設(shè)干毫米汞柱.解： (1) 根據(jù)式(1-6)式有(2) 根據(jù)(1-5)式有* 此題目的練習(xí)真空度，絕對(duì)壓力，表壓之間的關(guān)系及壓力單位之間的換算關(guān)系。1-5 氣象報(bào)告中說(shuō)，某高壓中心氣壓是1025毫巴。他相當(dāng)于多少毫米汞柱.它比標(biāo)準(zhǔn)大氣壓高出多少毫巴.解 ： 或* 此題目的練習(xí)壓力單位換算 圖1-141-6 有一容器，內(nèi)裝隔板，將容器分成A、B兩局部 (圖1-14)。容器兩局部中裝有不同壓力的氣體，并在A的不同部位安裝了兩個(gè)刻度為不同壓力單位的壓力表。已測(cè)得1、2兩個(gè)壓力表的表壓依次為 9.82 at 和 4.

6、24 atm。當(dāng)時(shí)大氣壓力為 745 mmHg。試求A、B二局部中氣體的絕對(duì)壓力 (單位用MPa)。解： 1-7 從工程單位制水蒸氣熱力性質(zhì)表中查得水蒸汽在500,100at時(shí)的比容和比焓為：V=0.03347m3/Kg, h=806.6Kcal/Kg。在國(guó)際單位制中，這時(shí)水蒸汽的壓力和比內(nèi)能各為假設(shè)干"解：在國(guó)際單位制中，這時(shí)水蒸汽的壓力為：由焓的表達(dá)式 得或* 此題目的練習(xí)工程制與國(guó)際制的單位換算。1-8 攝氏溫標(biāo)取水在標(biāo)準(zhǔn)大氣壓力下的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)分別為0和100，而華氏溫標(biāo)那么相應(yīng)地取為32和212。試導(dǎo)出華氏溫度和攝氏溫度之間的換算關(guān)系，并求出絕對(duì)零度(0K或-273.15)所

7、對(duì)應(yīng)的華氏溫度。解：設(shè)以表示攝氏溫度，表示華氏溫度。根據(jù)攝氏和華氏兩種溫標(biāo)的冰點(diǎn)和沸點(diǎn)的取法，可知兩者溫度之間存在著線性換算關(guān)系。假設(shè) 那么對(duì)冰點(diǎn)可得： 32=0+b對(duì)沸點(diǎn)可得： 212=a100+b所以： 或 當(dāng)即0 K時(shí)，第二章思考題1. 熱量和熱力學(xué)能有什么區(qū)別.有什么聯(lián)系.答：熱量和熱力學(xué)能是有明顯區(qū)別的兩個(gè)概念：熱量指的是熱力系通過(guò)界面與外界進(jìn)展的熱能交換量，是與熱力過(guò)程有關(guān)的過(guò)程量。熱力系經(jīng)歷不同的過(guò)程與外界交換的熱量是不同的；而熱力學(xué)能指的是熱力系內(nèi)部大量微觀粒子本身所具有的能量的總合，是與熱力過(guò)程無(wú)關(guān)而與熱力系所處的熱力狀態(tài)有關(guān)的狀態(tài)量。簡(jiǎn)言之，熱量是熱能的傳輸量，熱力學(xué)能是能

8、量.的儲(chǔ)存量。二者的聯(lián)系可由熱力學(xué)第一定律表達(dá)式 看出；熱量的傳輸除了可能引起做功或者消耗功外還會(huì)引起熱力學(xué)能的變化。2. 如果將能量方程寫(xiě)為或那么它們的適用X圍如何.答：二式均適用于任意工質(zhì)組成的閉口系所進(jìn)展的無(wú)摩擦的內(nèi)部平衡過(guò)程。因?yàn)?， 對(duì)閉口系將 代入第一式得 即 。3. 能量方程 變大 與焓的微分式 變大 很相像，為什么熱量 q不是狀態(tài)參數(shù)，而焓 h是狀態(tài)參數(shù).答：盡管能量方程 與焓的微分式 變大似乎相象，但兩者的數(shù)學(xué)本質(zhì)不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否狀態(tài)參數(shù)的數(shù)學(xué)檢驗(yàn)就是，看該參數(shù)的循環(huán)積分是否為零。對(duì)焓的微分式來(lái)說(shuō)，其循環(huán)積分：因?yàn)?，所以，因此焓是狀態(tài)參數(shù)

9、。而對(duì)于能量方程來(lái)說(shuō)，其循環(huán)積分：雖然： 但是： 所以： 因此熱量不是狀態(tài)參數(shù)。4. 用隔板將絕熱剛性容器分成A、B兩局部圖2-13，A局部裝有1 kg氣體，B局部為高度真空。將隔板抽去后，氣體熱力學(xué)能是否會(huì)發(fā)生變化.能不能用 來(lái)分析這一過(guò)程.BbBBA 圖 2-13答：這是一個(gè)有摩擦的自由膨脹過(guò)程，相應(yīng)的第一定律表達(dá)式為。又因?yàn)槿萜鳛榻^熱、剛性，所以，因而，即，所以氣體的熱力學(xué)能在在膨脹前后沒(méi)有變化。 如果用 來(lái)分析這一過(guò)程，因?yàn)椋赜?，又因?yàn)槭桥蛎涍^(guò)程，所以，即這與前面的分析得出的矛盾，得出這一錯(cuò)誤結(jié)論的原因是自由膨脹是自由膨脹是一個(gè)非平衡過(guò)程，不能采用這個(gè)式子來(lái)進(jìn)展分析，否那么將要得到錯(cuò)

10、誤的結(jié)論。5. 說(shuō)明以下論斷是否正確： (1) 氣體吸熱后一定膨脹，熱力學(xué)能一定增加； (2) 氣體膨脹時(shí)一定對(duì)外作功； (3) 氣體壓縮時(shí)一定消耗外功。答：(1)不正確：由可知，當(dāng)氣體吸熱全部變成對(duì)外作出的膨脹功時(shí)，熱力學(xué)能就不增加，即當(dāng)時(shí)，；又當(dāng)氣體吸熱全部用來(lái)增加其熱力學(xué)能時(shí)，即當(dāng)時(shí)，氣體也不膨脹，因?yàn)榇藭r(shí)，而，所以。(2)不正確：上題4就是氣體膨脹而不對(duì)外做功的實(shí)例。(3)正確：無(wú)摩擦?xí)r ，壓縮時(shí)，故消耗外功；有摩擦?xí)r，壓縮時(shí)，故消耗更多的外功。所以無(wú)論有無(wú)摩擦，也不管是否吸熱或放熱，氣體壓縮時(shí)一定消耗外功的。習(xí)題2-1 冬季，工廠某車間要使室內(nèi)維持一適宜溫度。在這一溫度下，透過(guò)墻壁和

11、玻璃窗等處，室內(nèi)向室外每小時(shí)傳出 0.7106 kcal的熱量。車間各工作機(jī)器消耗的動(dòng)力為 500PS ¬ PS為公制馬力的符號(hào)，1 PS = 75 kgfm/s。認(rèn)為機(jī)器工作時(shí)將全部動(dòng)力轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?。另外，室?nèi)經(jīng)常點(diǎn)著 50盞 100 W的電燈。要使這個(gè)車間的溫度維持不變，問(wèn)每小時(shí)需供給多少kJ的熱量單位換算關(guān)系可查閱附表10和附表11.解 ： 為了維持車間里溫度不變，必須滿足能量平衡即所以有 因而*此題目的練習(xí)能量平衡概念及有關(guān)能量單位的換算。2-2 某機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于潤(rùn)滑不良產(chǎn)生摩擦熱，使質(zhì)量為 150 kg的鋼制機(jī)體在 30 min內(nèi)溫度升高 50 。試計(jì)算摩擦引起的功率損失(

12、每千克鋼每升高 1 需熱量 0.461 kJ)。解 ： 摩擦引起的功率損失就等于摩擦熱，故有*此題目的練習(xí)能量平衡2-3 氣體在某一過(guò)程中吸入熱量 12 kJ，同時(shí)熱力學(xué)能增加 20 kJ。問(wèn)此過(guò)程是膨脹過(guò)程還是壓縮過(guò)程.對(duì)外所作的功是多少不考慮摩擦.解 ： 由閉口系能量方程： 又不考慮摩擦，故有 所以 因?yàn)?所以 因此，這一過(guò)程是壓縮過(guò)程，外界需消耗功8 kW。2-4 有一閉口系，從狀態(tài)1經(jīng)過(guò)a變化到狀態(tài)2圖2-14；又從狀態(tài)2經(jīng)過(guò)b回到狀態(tài)1；再?gòu)臓顟B(tài)1經(jīng)過(guò)c變化到狀態(tài)2。在這三個(gè)過(guò)程中，熱量和功的某些值如下表中所列數(shù)值，某些值未知表中空白。試確定這些未知值。過(guò)程熱量Q / kJ膨脹功W

13、/ kJ1-a-21072-b-1-7-41-c-2118解 ： 關(guān)鍵在于確定過(guò)程 12的熱力學(xué)能變化，再根據(jù)熱力學(xué)能變化的絕對(duì)值不隨過(guò)程而變，對(duì)三個(gè)過(guò)程而言是一樣的，所不同的只是符號(hào)有正、負(fù)之差，進(jìn)而那么逐過(guò)程所缺值可求。根據(jù)閉口系能量方程的積分形式：2b1：1a2： 1c2： 將所得各值填入上表空中即可 此題可以看出幾點(diǎn)： 圖 2141、 不同熱力過(guò)程，閉口系的熱量 Q 和功 W 是不同的，說(shuō)明熱量與功是與過(guò)程有關(guān)的物理量。 2、 熱力學(xué)能是不隨過(guò)程變化的，只與熱力狀態(tài)有關(guān)。2-5 絕熱封閉的氣缸中貯有不可壓縮的液體 0.002 m3，通過(guò)活塞使液體的壓力從 0.2 MPa提高到 4 MP

14、a圖2-15。試求： 圖2-15 (1) 外界對(duì)流體所作的功； (2) 液體熱力學(xué)能的變化； (3) 液體焓的變化。解 ： (1)由于液體是不可壓縮的，所以外界對(duì)流體所作的功為零：W = 0 (2)由閉口系能量方程：Q U + W因?yàn)榻^熱， Q 0又不作功 W = 0所以 U = 0 即液體的熱力學(xué)內(nèi)能沒(méi)有變化。(3)雖然液體熱力學(xué)能未變，但是由于其壓力提高了，而容積不變，所以焓增加了 2-6 同上題，如果認(rèn)為液體是從壓力為 0.2 MPa的低壓管道進(jìn)入氣缸，經(jīng)提高壓力后排向 4 MPa的高壓管道，這時(shí)外界消耗的功以及液體的熱力學(xué)能和焓的變化如何. 答案：Wt 7.6 kJ 外界消耗功 U =

15、 0 H = 7.6 kJ2-7 汽輪機(jī)中蒸汽的流量qm=40 t/h；汽輪機(jī)進(jìn)口蒸汽焓h1= 3 442 kJ/kg；出口蒸汽焓h2=2 448 kJ/kg，試計(jì)算汽輪機(jī)的功率不考慮汽輪機(jī)的散熱以及進(jìn)、出口氣流的動(dòng)能差和位能差。如果考慮到汽輪機(jī)每小時(shí)散失熱量 0.5106 kJ，進(jìn)口流速為 70 m/s，出口流速為 120 m/s，進(jìn)口比出口高 1.6 m，那么汽輪機(jī)的功率又是多少.解 ：1不考慮汽輪機(jī)散熱以及進(jìn)出口氣流的動(dòng)能差和位能差時(shí)，如右以下圖因?yàn)?, , 根據(jù)開(kāi)口系穩(wěn)定流動(dòng)的能量方程，(2-11)式，汽輪機(jī)對(duì)外作的功等于蒸汽經(jīng)過(guò)汽輪機(jī)后的焓降：汽輪機(jī)功率 2考慮汽輪機(jī)散熱以及進(jìn)出口氣

16、流的動(dòng)能和位能差時(shí)，每kg蒸汽的散熱量 根據(jù)(2-11)式有： 蒸汽作功 功率 各種損失及所占比例：汽輪機(jī)散熱損失： 占 蒸汽的進(jìn)出動(dòng)能差： 占 蒸汽的進(jìn)出位能差： 占 三項(xiàng)合計(jì) 占1.74%不超過(guò)百分之二，一般計(jì)算不考慮這三個(gè)因素也是足夠準(zhǔn)確的。 此題的目的練習(xí)使用開(kāi)口系穩(wěn)定流動(dòng)的能量方程及其在汽輪機(jī)功率計(jì)算中的應(yīng)用和汽輪機(jī)有關(guān)損失的大致的數(shù)量級(jí)。2-8 一汽車以 45 km/h 的速度行駛，每小時(shí)耗油 34.110-3 m3。汽油的密度為 0.75 g/cm3，汽油的發(fā)熱量為 44 000 kJ/kg，通過(guò)車輪輸出的功率為 87 PS。試求每小時(shí)通過(guò)排氣及水箱散出的總熱量。解： 根據(jù)能量平

17、衡，汽車所消耗的汽油所發(fā)出的熱量等于其車輪軸輸出的功率和通過(guò)排汽和水箱散出的熱量之和，即有：此題目練習(xí)能量平衡及能量單位的換算。2-9 有一熱機(jī)循環(huán)，在吸熱過(guò)程中工質(zhì)從外界獲得熱量 1 800 J，在放熱過(guò)程中向外界放出熱量 1 080 J，在壓縮過(guò)程中外界消耗功 700 J。試求膨脹過(guò)程中工質(zhì)對(duì)外界所作的功。解 ： 根據(jù)能量平衡 故有 Q吸+Wt，壓縮=Q放+Wt，膨脹所以 Wt，膨脹=Q吸+Wt，壓縮Q放 =1800+700-1080=1420J2-10 某蒸汽循環(huán)12341，各過(guò)程中的熱量、技術(shù)功及焓的變化有的如下表中所列數(shù)值，有的未知表中空白)。試確定這些未知值，并計(jì)算循環(huán)的凈功w0和

18、凈熱量q0。過(guò)程q /kJ/kgwt /kJ/kgDh /kJ/kg1-20182-303-40-11424-10-2094答案： 過(guò)程 12 Wt 18kJ/kg 過(guò)程 23 q = 3218 kJ/kg H = 3218 kJ/kg 過(guò)程 34 Wt 1142kJ/kg 過(guò)程 41 q = 2049 kJ/kg第3章 思考題1. 理想氣體的熱力學(xué)能和焓只和溫度有關(guān)，而和壓力及比體積無(wú)關(guān)。但是根據(jù)給定的壓力和比體積又可以確定熱力學(xué)能和焓。其間有無(wú)矛盾.如何解釋.答：其間沒(méi)有矛盾，因?yàn)閷?duì)理想氣體來(lái)說(shuō)，由其狀態(tài)方程可知，如果給定了壓力和比容也就給定了溫度，因此就可以確定熱力學(xué)能和焓了。2. 邁耶

19、公式對(duì)變比熱容理想氣體是否適用.對(duì)實(shí)際氣體是否適用.答：邁耶公式是在理想氣體根底上推導(dǎo)出來(lái)的，因此不管比熱是否變化，只要是理想氣體就適用，而對(duì)實(shí)際氣體那么是不適用的。3. 在壓容圖中，不同定溫線的相對(duì)位置如何.在溫熵圖中，不同定容線和不同定壓線的相對(duì)位置如何.bca答：對(duì)理想氣體來(lái)說(shuō)，其狀態(tài)方程為：，所以，T愈高，PV值愈大，定溫線離P-V圖的原點(diǎn)愈遠(yuǎn)。如圖a中所示，T2>T1。實(shí)際氣體定溫線的相對(duì)位置也大致是這樣由定比熱理想氣體溫度與熵的關(guān)系式可知，當(dāng)S一定時(shí)C2、R、Cp0都是常數(shù)壓力愈高，T也愈高，所以在T-S圖中高壓的定壓線位于低壓的定壓線上，如圖b所示，P2>P1實(shí)際氣體

20、的定壓線也類似的相對(duì)位置。由定比熱理想氣體溫度與熵的關(guān)系式可知，當(dāng)S一定時(shí)C1、R、Cv0都是常數(shù)比容愈大，溫度愈低，所以在T-S圖中大比容的定容線位于小比容的定容線下方，如圖c所示，v2<v1實(shí)際氣體的定容線也有類似的位置關(guān)系。4. 在溫熵圖中，如何將理想氣體在任意兩狀態(tài)間熱力學(xué)能的變化和焓的變化表示出來(lái).答：對(duì)理想氣體，任意兩狀態(tài)間內(nèi)能變化，所以在溫熵圖中可用同樣溫度變化X圍內(nèi)定容過(guò)程所吸收的熱量表示出來(lái)。ed如同d，定容線12下的面積13421即表示1、2在狀態(tài)間的熱力學(xué)能變化對(duì)理想氣體來(lái)說(shuō)，任意狀態(tài)間的焓的變化，所以可用同樣溫度變化X圍內(nèi)定壓過(guò)程所吸收的熱量來(lái)表示。如圖e，定壓線

21、12下的面積13421即表示1、2在狀態(tài)間的焓的變化5. 定壓過(guò)程和不作技術(shù)功的過(guò)程有何區(qū)別和聯(lián)系.答：定壓過(guò)程和不作技術(shù)功的過(guò)程兩者區(qū)別在于：1定壓過(guò)程是以熱力系在過(guò)程中的內(nèi)部特征壓力不變來(lái)定義熱力過(guò)程的，不作技術(shù)功的過(guò)程那么是從熱力系整體與外界之間沒(méi)有技術(shù)功的傳遞來(lái)定義熱力過(guò)程的。2如果存在摩擦，那么，對(duì)定壓過(guò)程時(shí),，因此要消耗技術(shù)功，所消耗的技術(shù)功轉(zhuǎn)變?yōu)槟Σ翢?，?duì)不作技術(shù)功的過(guò)程，由于v>0，所以dp<0，一定伴隨有壓降。正如流體在各種管道中的有摩流動(dòng)，雖無(wú)技術(shù)功的輸出，卻有壓力的損失無(wú)功有摩壓必降。3兩個(gè)過(guò)程熱量與焓的關(guān)系不同。定壓過(guò)程只有在無(wú)摩擦的情況下，其熱量才等于焓的

22、變化，因?yàn)?，?dāng)無(wú)摩擦?xí)r，又定壓時(shí)，,，所以有。而不作技術(shù)功的過(guò)程，不管有無(wú)摩擦，其熱量卻總等于焓的變化，由熱力學(xué)第一定律的能量方程，可知當(dāng)時(shí)即。 定壓過(guò)程與不作技術(shù)功的過(guò)程的聯(lián)系在于當(dāng)無(wú)摩擦?xí)r，二者就是完全一致的，即定壓無(wú)摩擦的過(guò)程必定不作技術(shù)功，不做技術(shù)功的無(wú)摩擦過(guò)程是定壓的，即6. 定熵過(guò)程和絕熱過(guò)程有何區(qū)別和聯(lián)系.答：定熵過(guò)程與絕熱過(guò)程兩者區(qū)別在于：1定熵過(guò)程是以熱力系在過(guò)程中內(nèi)部特征熵不變來(lái)定義熱力過(guò)程的，絕熱過(guò)程那么是從熱力系整體與外界之間沒(méi)有熱量交換來(lái)定義熱力過(guò)程的。2如果存在摩擦即而那么所以對(duì)絕熱過(guò)程必有熵增。正如流體蒸汽或燃?xì)庠谄啓C(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)流過(guò)時(shí)，雖然均可以看成是絕熱的，但

23、由于摩擦存在，所以總伴隨著有熵增。對(duì)定熵過(guò)程來(lái)說(shuō)，熵是不變的。3如果沒(méi)有摩擦，二者是一致的即等熵必絕熱無(wú)摩，而絕熱無(wú)摩必等熵，這便是二者的聯(lián)系，假設(shè)無(wú)摩擦，再絕熱，那么，而，所以；假設(shè)定熵，必?zé)o摩又絕熱。7.各適用于什么工質(zhì)、什么過(guò)程.答：第一個(gè)公式適用于任意工質(zhì)的不作技術(shù)功的過(guò)程和無(wú)摩擦的定壓過(guò)程；第二個(gè)公式適用于任意工質(zhì)的絕熱過(guò)程；第三個(gè)公式適用于定比熱理想氣體的定熵膨脹過(guò)程。8. 舉例說(shuō)明比體積和壓力同時(shí)增大或同時(shí)減小的過(guò)程是否可能。如果可能，它們作功包括膨脹功和技術(shù)功，不考慮摩擦和吸熱的情況如何.如果它們是多變過(guò)程，那么多變指數(shù)在什么X圍內(nèi).在壓容圖和溫熵圖中位于什么區(qū)域.答：圖f、g

24、所示的就是比容和壓力同時(shí)增大或減小的過(guò)程，如果不考慮摩擦，內(nèi)部又是平衡的話，那么所作功及吸熱情況如圖h、i所示。技術(shù)功： 膨脹功： 熱量： 這些過(guò)程是多變指數(shù)中間符號(hào)是nX圍內(nèi)的多變過(guò)程，在P-S圖及T-S圖中所處區(qū)域如圖j、k陰影局部所示9. 用氣管向自行車輪胎打氣時(shí)，氣管發(fā)熱，輪胎也發(fā)熱，它們發(fā)熱的原因各是什么.答：用氣管向自行車輪胎打氣需要外界作功，管內(nèi)空氣被壓縮，壓力升高，溫度也升高，所以金屬氣管發(fā)熱；空氣經(jīng)過(guò)氣管出氣嘴和輪胎氣門(mén)芯時(shí)都有節(jié)流效應(yīng)，這也會(huì)使空氣的溫度進(jìn)一步升高，這些溫度較高的空氣進(jìn)入輪胎后導(dǎo)致輪胎也發(fā)熱了。習(xí)題3-1 氖的相對(duì)分子質(zhì)量為 20.183，在 25 時(shí)比定壓

25、熱容為 1.030 。試計(jì)算按理想氣體： (1) 氣體常數(shù)； (2) 標(biāo)準(zhǔn)狀況下的比體積和密度；(3) 25 時(shí)的比定容熱容和熱容比。解：(1) (2) (3) 3-2 容積為 2.5 m3的壓縮空氣儲(chǔ)氣罐，原來(lái)壓力表讀數(shù)為 0.05 MPa，溫度為 18。充氣后壓力表讀數(shù)升為 0.42MPa，溫度升為 40。當(dāng)時(shí)大氣壓力為 0.1MPa。求充進(jìn)空氣的質(zhì)量。解：在給定的條件下，空氣可按理想氣體處理，關(guān)鍵在于求出充氣前后的容積，而這個(gè)容積條件已給出，故有3-3 有一容積為 2 m3的氫氣球，球殼質(zhì)量為 1 kg。當(dāng)大氣壓力為 750 mmHg、溫度為20時(shí)，浮力為 11.2 N。試求其中氫氣的質(zhì)

26、量和表壓力。解： 如右圖所示，氫氣球在空氣中所受的總浮力為該氣球排出同體積的空氣的重量，該重量應(yīng)該等于氫氣球所受浮升力，球殼重量以及氫氣重量之和，有此可得：所以氫氣的表壓力由 ，可得 3-4 汽油發(fā)動(dòng)機(jī)吸入空氣和汽油蒸氣的混合物，其壓力為 0.095 MPa?；旌衔镏衅偷馁|(zhì)量分?jǐn)?shù)為 6%，汽油的摩爾質(zhì)量為 114 g/mol。試求混合氣體的平均摩爾質(zhì)量、氣體常數(shù)及汽油蒸氣的分壓力。解： 由混合氣體平均分子量公式3-20式可得：3-5 50 kg廢氣和 75 kg空氣混合。：廢氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 ， ， ， 空氣的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 ， 求混合氣體的：(1) 質(zhì)量分?jǐn)?shù)；(2) 平均摩爾質(zhì)量；(3) 氣體常

27、數(shù)。解：(1) 混合氣體的質(zhì)量成分可由(3-11)式求得：(2) 混合氣體的平均分子量可由(3-20)式求得 (3)混合氣體的氣體常數(shù)可由(3-21)式求得：3-6 同習(xí)題3-5。混合氣體的壓力為 0.1 MPa，溫度為 300 K。求混合氣體的：(1) 體積分?jǐn)?shù)；(2) 各組成氣體的分壓力；(3) 體積；(4) 總熱力學(xué)能利用附表2中的經(jīng)歷公式并令積分常數(shù)C=0。解：(1)混合氣體的容積成份可由(3-18)式求得。(2)各組分氣體的分壓力可由(3-22)式求得：(3)混合氣體的總?cè)莘e可由理想氣體的狀態(tài)方程求得：(4)混合氣體在300K時(shí)的總內(nèi)能可由計(jì)算3-7 定比熱容理想氣體，進(jìn)展了1

28、13;2、4Õ3兩個(gè)定容過(guò)程以及1Õ4、2Õ3兩個(gè)定壓過(guò)程圖3-18。試證明：q123 >q143證明： 方法1把P-V圖上過(guò)程移到T-S圖上就容易證明了。如圖3-11所示，可見(jiàn)因?yàn)?面積 A > 面積 B所以 q123>q143方法2由圖3-11可知所以 又因?yàn)楣べ|(zhì)是理想氣體 ，故可將上式改寫(xiě)為：而 定容，定容，圖中可見(jiàn)所以 即 q123>q1433-8 某輪船從氣溫為 -20 的港口領(lǐng)來(lái)一個(gè)容積為 40 L的氧氣瓶。當(dāng)時(shí)壓力表指示出壓力為 15 MPa。該氧氣瓶放于儲(chǔ)藏艙內(nèi)長(zhǎng)期未使用，檢查時(shí)氧氣瓶壓力表讀數(shù)為 15.1 MPa，儲(chǔ)藏室當(dāng)

29、時(shí)溫度為 17 。問(wèn)該氧氣瓶是否漏氣.如果漏氣，漏出了多少按理想氣體計(jì)算，并認(rèn)為大氣壓力pb»0.1 MPa.解： 3-9 在鍋爐裝置的空氣預(yù)熱器中 圖3-19，由煙氣加熱空氣。煙氣流量 qm=1000kg/h；空氣流量=950kg/h。煙氣溫度t1=300 ，t2=150 ，煙氣成分為 ，?？諝獬鯗?30 ，空氣預(yù)熱器的散熱損失為 5 400 kJ/h。求預(yù)熱器出口空氣溫度利用氣體平均比熱容表。解：根據(jù)能量平衡，煙氣放出的熱量應(yīng)該等于空氣所吸收的熱量和預(yù)熱器散失熱量之和即：1） 煙氣放出熱量由熱力學(xué)第一定律可知煙氣放出熱量等于煙氣經(jīng)過(guò)預(yù)熱器后的焓降：2） 空氣吸收的熱量3空氣出口溫

30、度由熱力學(xué)第一定律可知，空氣吸收的熱量等于空氣經(jīng)過(guò)預(yù)熱器后的焓升：所以 經(jīng)屢次試湊計(jì)算得 3-10 空氣從 300 K定壓加熱到 900 K。試按理想氣體計(jì)算每千克空氣吸收的熱量及熵的變化： (1) 按定比熱容計(jì)算； (2) 利用比定壓熱容經(jīng)歷公式計(jì)算；(3) 利用熱力性質(zhì)表計(jì)算。解 ：(1) (2)(3)由，查附表5得： ， ，查附表5得： ， 所以 在以上三種計(jì)算方法中，第二種方法按熱力性質(zhì)表計(jì)算較準(zhǔn)確，但即便用最簡(jiǎn)單的定比熱方法計(jì)算與之相差也很小，但都超過(guò)5%，一般也是滿足工程計(jì)算精度要求的。3-11空氣在氣缸中由初狀態(tài)T1=300 K、p1=0.15 MPa進(jìn)展如下過(guò)程： (1) 定壓

31、吸熱膨脹，溫度升高到480K； (2) 先定溫膨脹，然后再在定容下使壓力增到 0.15 MPa，溫度升高到 480 K。試將上述兩種過(guò)程畫(huà)在壓容圖和溫熵圖中；利用空氣的熱力性質(zhì)表計(jì)算這兩種過(guò)程中的膨脹功、熱量，以及熱力學(xué)能和熵的變化，并對(duì)計(jì)算結(jié)果略加討論。解 ： (1)、(2)要求的兩個(gè)過(guò)程在P-V圖和T-S圖中表示如圖a、b所示。(1)空氣按理想氣體處理，查附表5得：時(shí)，時(shí)，所以對(duì)定壓吸熱膨脹過(guò)程有(2)對(duì)11 2即先定溫膨脹，然后再定容壓縮過(guò)程有對(duì) 11定溫膨脹過(guò)程：所以對(duì) 12定容壓縮過(guò)程：Wv = 0 圖 a 圖 b因?yàn)?2是定容過(guò)程，所以因而或 所以對(duì)整個(gè)112過(guò)程來(lái)說(shuō)有：第二項(xiàng)是0

32、，結(jié)果：40。48現(xiàn)將(1)、(2)計(jì)算結(jié)果列表如下：Wq1(p)51.678182.30130.630.47560.28352(T-V)40.48171.11130.630.47560.2366討論：1、(1)、(2)兩個(gè)過(guò)程的狀態(tài)參數(shù)的變化量是相等的：如、與具體過(guò)程無(wú)關(guān)，而只與始終兩狀態(tài)有關(guān)，進(jìn)一步說(shuō)明狀態(tài)參數(shù)的特性。2、(1)、(2)兩個(gè)過(guò)程的傳熱量q和作功量W是不同的，說(shuō)明q、W與具體過(guò)程有關(guān)：定壓過(guò)程的吸熱量和作功量都比先定溫后定容過(guò)程要多。3-12 空氣從T1=300 K、p1=0.1 MPa壓縮到p2=0.6 MPa。試計(jì)算過(guò)程的膨脹功壓縮功、技術(shù)功和熱量，設(shè)過(guò)程是(1) 定溫的

33、、(2) 定熵的、(3) 多變的n=1.25。按定比熱容理想氣體計(jì)算，不考慮摩擦。解 ：依題意計(jì)算過(guò)程如下：(1)定溫過(guò)程計(jì)算(2)定熵過(guò)程計(jì)算(3)多變過(guò)程計(jì)算 相關(guān)處都換成 n現(xiàn)將計(jì)算結(jié)果列表如下：T-154.324-154.324-154.324S-143.138-201.5130-148.477-185.596-55.595從以上結(jié)果可見(jiàn)，定溫壓縮耗功最小，因?yàn)樵诙貕嚎s過(guò)程中，產(chǎn)生的熱量及時(shí)散出去了，在一樣壓力下比容較小，所以消耗的技術(shù)功較少；對(duì)定熵壓縮來(lái)說(shuō)，由于是絕熱的，壓縮產(chǎn)生的熱量散不出去，使得工質(zhì)的溫度升高，在一樣壓力下比容較大，所以消耗的技術(shù)功較多。在實(shí)際壓縮過(guò)程中，定溫壓

34、縮做不到，而等熵壓縮又耗功較多，因此多采用多變壓縮過(guò)程，此時(shí)工質(zhì)在壓縮過(guò)程中的溫度既不像定溫壓縮那樣不升高，也不像定熵壓縮那樣升高太多，而是工質(zhì)溫度升高又同時(shí)向外散熱，壓氣機(jī)散出熱量和消耗的功都介于二者之間。此三個(gè)不同的壓縮過(guò)程在 P-V 圖及 T-S 圖中的表示如下。耗功 | WtT | < | Wtn | < | Wts|耗功 | qT|> | qn |> | qs |3-13 空氣在膨脹機(jī)中由T1=300 K、p1=0.25 MPa絕熱膨脹到p2=0.1 MPa。流量qm=5 kg/s。試?yán)每諝鉄崃π再|(zhì)表計(jì)算膨脹終了時(shí)空氣的溫度和膨脹機(jī)的功率：(1) 不考慮摩擦

35、損失(2) 考慮內(nèi)部摩擦損失膨脹機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率解：(1) 不考慮摩擦損失，又是絕熱膨脹，故屬于等熵膨脹過(guò)程，故由 ，查附表5得 ，因?yàn)?由 在附表5中插值求出 再由 查附表5得 所以 因而 (2) 當(dāng) ，考慮摩擦損失有：所以 那么 再由 h2 反查附表5，得 *3-14 計(jì)算習(xí)題3-13中由于膨脹機(jī)內(nèi)部摩擦引起的氣體比熵的增加利用空氣熱力性質(zhì)表。解：由 時(shí)， 查附表5得 時(shí)，查附表5得 所以 3-15 天然氣其主要成分是甲烷CH4由高壓輸氣管道經(jīng)膨脹機(jī)絕熱膨脹作功后再使用。已測(cè)出天然氣進(jìn)入膨脹機(jī)時(shí)的壓力為 4.9 MPa，溫度為 25 。流出膨脹機(jī)時(shí)壓力為 0.15 MPa，溫度為 -115

36、。如果認(rèn)為天然氣在膨脹機(jī)中的狀態(tài)變化規(guī)律接近一多變過(guò)程，試求多變指數(shù)及溫度降為 0 時(shí)的壓力，并確定膨脹機(jī)的相對(duì)內(nèi)效率按定比熱容理想氣體計(jì)算，參看例3-10。解： 查附表1得 CH4R=0.5183 kJ / (kgK), Cp0=2.227 kJ / (kgK), 0=1.303(1) 由于天然氣在膨脹透平中的狀態(tài)變化規(guī)律接近于一多變過(guò)程，故有， 即解之， n符號(hào)(2) (3)所以相對(duì)內(nèi)效率3-16 壓縮空氣的壓力為 1.2 MPa，溫度為 380 K。由于輸送管道的阻力和散熱，流至節(jié)流閥門(mén)前壓力降為 1 MPa、溫度降為 300 K。經(jīng)節(jié)流后壓力進(jìn)一步降到 0.7 MPa。試求每千克壓縮空

37、氣由輸送管道散到大氣中的熱量，以及空氣流出節(jié)流閥時(shí)的溫度和節(jié)流過(guò)程的熵增按定比熱容理想氣體進(jìn)展計(jì)算。解：管道流動(dòng)是不作技術(shù)功的過(guò)程，根據(jù)能量方程那么有： q H = CP0 (T2 T1) 1.00530038080.4kJ/kg理想氣體節(jié)流后溫度不變，那么 T3 = T2 = 300 K節(jié)流熵增： S = - Rln = 0.2871ln= 0.1024 kJ/kgK 3-17 溫度為 500 K、流量為 3 kg/s的煙氣成分如習(xí)題3-9中所給與溫度為300 K 流量為1.8 kg/s的空氣成分近似為混合。試求混合后氣流的溫度按定比熱容理想氣體計(jì)算。解：先求空氣的相對(duì)質(zhì)量成分，查出 ，再求

38、混合后溫度3-18 某氧氣瓶的容積為50L。原來(lái)瓶中氧氣壓力為 0.8 MPa、溫度為環(huán)境溫度 293 K。將它與溫度為 300 K的高壓氧氣管道接通，并使瓶?jī)?nèi)壓力迅速充至 3 MPa與外界的熱交換可以忽略。試求充進(jìn)瓶?jī)?nèi)的氧氣質(zhì)量。解：快速充氣過(guò)程：，充氣后溫度：充入質(zhì)量：3-19 同習(xí)題3-18。如果充氣過(guò)程緩慢，瓶?jī)?nèi)氣體溫度根本上一直保持為環(huán)境溫度 293 K。試求壓力同樣充到 3 MPa時(shí)充進(jìn)瓶?jī)?nèi)的氧氣質(zhì)量以及充氣過(guò)程中向外界放出的熱量。解：等溫充氣：，3-20 10L的容器中裝有壓力為 0.15 MPa、溫度為室溫293 K的氬氣?，F(xiàn)將容器閥門(mén)突然翻開(kāi)，氬氣迅速排向大氣，容器中的壓力很

39、快降至大氣壓力0.1 MPa。這時(shí)立即關(guān)閉閥門(mén)。經(jīng)一段時(shí)間后容器內(nèi)恢復(fù)到大氣溫度。試求： (1) 放氣過(guò)程到達(dá)的最低溫度； (2) 恢復(fù)到大氣溫度后容器內(nèi)的壓力； (3) 放出的氣體質(zhì)量；(4) 關(guān)閥后氣體從外界吸收的熱量。解：，絕熱放氣工質(zhì)氬氣：，1絕熱放氣按定熵膨脹求2由，恢復(fù)到大氣溫度室溫要經(jīng)歷一個(gè)定容加熱過(guò)程，壓力隨溫度升高而增加3絕熱放氣放出氣體質(zhì)量4關(guān)閉閥門(mén)后從外界定容吸熱3-21 空氣的初狀態(tài)為 0 、0.101 325 MPa，此時(shí)的比熵值定為零。經(jīng)過(guò)(1) 定壓過(guò)程、(2) 定溫過(guò)程、(3) 定熵過(guò)程、(4) n=1.2的多變過(guò)程，體積變?yōu)樵瓉?lái)的 (a) 3倍；(b) 1/3

40、。試按定比熱容理想氣體并利用計(jì)算機(jī)，將上述四個(gè)膨脹過(guò)程和四個(gè)壓縮過(guò)程的過(guò)程曲線準(zhǔn)確地繪制在p-v和T-s坐標(biāo)系中。第四章熱力學(xué)第二定律例 題例4-1 先用電熱器使 20 kg、溫度t0=20 的涼水加熱到t1=80 ，然后再與40 kg、溫度為 20 的涼水混合。求混合后的水溫以及電加熱和混合這兩個(gè)過(guò)程各自造成的熵產(chǎn)。水的比定壓熱容為 4.187 kJ/kg·K；水的膨脹性可忽略。編題意圖實(shí)際過(guò)程中熵產(chǎn)的計(jì)算是本章的重點(diǎn)和難點(diǎn)之一，此題的目的在于檢測(cè)和練習(xí)電熱器加熱造成的熵產(chǎn)和不等溫水混合過(guò)程中的熵產(chǎn)的分析計(jì)算。解題思路電加熱水過(guò)程引起熵產(chǎn)是由于電功轉(zhuǎn)變?yōu)闊岙a(chǎn)，水吸收這個(gè)熱后其自身溫

41、度逐漸上升，這是一個(gè)不斷積累過(guò)程，需通過(guò)微元熱產(chǎn)量與水變化的水溫T之比這個(gè)微元熵產(chǎn)的積分求得。要求涼水與熱水混合造成的熵產(chǎn)，必須先求出20kg80的水放熱的熵減與20的涼水吸熱的熵增，這種內(nèi)熱流造成的熵產(chǎn)也是個(gè)逐漸積累的過(guò)程，也需積分求得。整個(gè)加熱混合造成的總熵產(chǎn)由二者相加得到。求解步驟設(shè)混合后的溫度為t，那么可寫(xiě)出以下能量方程：即 從而解得 t=40 T=313.15 K電加熱過(guò)程引起的熵產(chǎn)為 =15.593 kJ / K混合過(guò)程造成的熵產(chǎn)為 總的熵產(chǎn)由于本例中無(wú)熵流將使用電熱器加熱水看作水內(nèi)部摩擦生熱，根據(jù)式4-12可知，熵產(chǎn)應(yīng)等于熱力系的熵增。熵是狀態(tài)參數(shù)，它的變化只和過(guò)程始末狀態(tài)有關(guān)，

42、而和具體過(guò)程無(wú)關(guān)。因此，根據(jù)總共 60 kg水由最初的 20 變?yōu)樽詈蟮?0所引起的熵增，也可計(jì)算出總的熵產(chǎn)：討論本例題中還給出了一種更為簡(jiǎn)便的計(jì)算總熵產(chǎn)的方法。由于整個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有與外界熱交換而引起的熵流，像這種絕熱閉口系的熵產(chǎn)生等于它的熵增。熵是狀態(tài)參數(shù)，它的變化只與始末狀態(tài)有關(guān)，而與經(jīng)歷的先電加熱再混合的具體過(guò)程無(wú)關(guān)。從總的效果來(lái)看，可以看成總共有60kg20水變?yōu)樽詈?0所引起的熵增，也就是最后要求的總熵產(chǎn)。例4-2 某換熱設(shè)備由熱空氣加熱涼水圖4-5，空氣流參數(shù)為：圖 4-5，水流的參數(shù)為，每小時(shí)需供給2 t熱水。試求： (1)熱空氣的流量； (2)由于不等溫傳熱和流動(dòng)阻力造成的熵產(chǎn)。

43、不考慮散熱損失；空氣和水都按定比熱容計(jì)算。空氣的比定壓熱容cp=1.005 kJ/kg·K；水的比定壓熱容cp¢=4.187 kJ/kg·K。編題意圖這是典型的在沒(méi)有散熱損失條件下，熱平衡和熵產(chǎn)計(jì)算問(wèn)題。重點(diǎn)是檢測(cè)和練習(xí)冷熱流體間壁式非混合不等溫傳熱和流動(dòng)阻力造成的熵產(chǎn)的分析計(jì)算能力。解題思路首先根據(jù)熱空氣與涼水間換熱的熱平衡方法求出熱空氣的質(zhì)量流量，然后再求出由于熱空氣與涼水之間不等溫傳熱和熱空氣與涼水的流動(dòng)阻力造成的熵產(chǎn)。求解步驟(1) 換熱設(shè)備中進(jìn)展的是不作技術(shù)功的穩(wěn)定流動(dòng)過(guò)程。根據(jù)式3-132，單位時(shí)間內(nèi)熱空氣放出的熱量水吸收的熱量 沒(méi)有散熱損失，因此二者

44、應(yīng)該相等：所以熱空氣的流量為(2) 該換熱設(shè)備為一穩(wěn)定流動(dòng)的開(kāi)口系。該開(kāi)口系與外界無(wú)熱量交換熱交換發(fā)生在開(kāi)口系內(nèi)部，其內(nèi)部傳熱和流動(dòng)阻力造成的熵產(chǎn)可根據(jù)式4-18計(jì)算：討論從略例4-3 將 500 kg溫度為 20 的水用電熱器加熱到 60 。求這一不可逆過(guò)程造成的功損和可用能的損失。不考慮散熱損失。周圍大氣溫度為 20 ,水的比定壓熱容為 4.187 kJ/(kg·K)。編題意圖主要是為了檢測(cè)功損和可用能的損失即火用損兩個(gè)概念之間的區(qū)別與計(jì)算方法。解題思路功損是摩擦造成的，它轉(zhuǎn)化為熱產(chǎn)，可由溫差乘以比熱求得，而可用能的損失是由孤立系的熵增亦即熵產(chǎn)造成的，它可以環(huán)境溫度乘以孤立系熵增

45、熵產(chǎn)求得。圖 4-18求解步驟在這里，功損即消耗的電能，它等于水吸收的熱量，如圖4-18中面積12451所示。整個(gè)系統(tǒng)孤立系的熵增為可用能損失如圖中面積13451所示，即，可用能的損失小于功損。圖中面積1231即表示這二者之差。這一差值也就是 500 kg、60 的水對(duì) 20 的環(huán)境而言的可用能。討論 功損和可用能的不可逆損失是不同的概念。功損來(lái)自摩擦生成的熱產(chǎn)，可用能的不可逆損失來(lái)自物體的內(nèi)摩擦和物體間的不等溫傳熱，即便它們都是來(lái)自摩擦，二者的數(shù)值也不完全相等。如本例題結(jié)果所示。功損可以表示為，而可用能不可逆損失可以表示為。即使一樣，WL也不一定等于EL，這取決于Tm，當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，；當(dāng)時(shí)，

46、本例題就屬于后面這種情況?？捎媚懿豢赡鎿p失是真正的損失，而在本例中的功損不完全是最終的損失，其中還有局部可用能。例4-4 壓力為 1.2 MPa、溫度為 320 K的壓縮空氣從壓氣機(jī)站輸出。由于管道、閥門(mén)的阻力和散熱，到車間時(shí)壓力降為 0.8 MPa，溫度降為 298 K。壓縮空氣的流量為0.5kg/s。求每小時(shí)損失的可用能按定比熱容理想氣體計(jì)算，大氣溫度為 20 ，壓力為 0.1 MPa。編題意圖檢測(cè)和練習(xí)流開(kāi)工質(zhì)可用能損失的概念和計(jì)算方法。解題思路可用能的不可逆損失或稱為火用損，一般可以用公式計(jì)算，而對(duì)不做技術(shù)功的流動(dòng)過(guò)程而言，。也可以用孤立系熵增與大氣溫度乘積求出，即用來(lái)計(jì)算，本例題中給

47、出兩種計(jì)算方法。求解步驟對(duì)于管道、閥門(mén)，技術(shù)功Wt=0。根據(jù)式4-36可知輸送過(guò)程中的不可逆損失等于管道兩端的火用差火用降：也可以根據(jù)式4-37由孤立系的熵增與大氣溫度的乘積來(lái)計(jì)算此不可逆火用損。每小時(shí)由壓縮空氣放出的熱量等于大氣吸收的熱量：所以 討論從略例4-5 同例4-2。求該換熱設(shè)備損失的可用能大氣溫度為 20 。假設(shè)不用熱空氣而用電爐加熱水，那么損失的可用能為假設(shè)干"編題意圖通過(guò)具體算例來(lái)驗(yàn)證用電加熱水造成的可用能損失是用熱空氣加熱水的數(shù)倍3倍多，告誡讀者用電加熱器獲得熱量會(huì)造成很大的能質(zhì)損失，雖然方便但是不符合節(jié)能原那么，因該盡可能防止采用這種獲得熱量的方式，這也是為了熱力

48、學(xué)第二定律后應(yīng)該掌握的節(jié)能原那么。求解步驟可以將該換熱設(shè)備取作一孤立系，如圖4-19所示。該孤立系的熵增等于熵產(chǎn)式4-16，它與例4-2中按開(kāi)口系計(jì)算所得的熵產(chǎn)一樣。所以，根據(jù)式4-37可知該換熱設(shè)備的可用能損失為假設(shè)不用熱空氣而用電爐加熱水，那么該孤立系的熵增即為水的熵增。這時(shí)的可用能損失為用電加熱水造成的可用能損失是用空氣加熱水時(shí)的3倍多?？梢?jiàn)由電熱器獲得熱量是不符合節(jié)能原那么的。討論從略思考題1. 自發(fā)過(guò)程是不可逆過(guò)程，非自發(fā)過(guò)程是可逆過(guò)程，這樣說(shuō)對(duì)嗎.答：這樣說(shuō)不對(duì)，誠(chéng)然自發(fā)過(guò)程是不可逆過(guò)程，但非自發(fā)過(guò)程卻并非是可逆過(guò)程，而是不可能自發(fā)進(jìn)展的過(guò)程。2. 熱力學(xué)第二定律能不能說(shuō)成“機(jī)械能

49、可以全部轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，而熱能不能全部轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能.為什么.答：不能這樣說(shuō)。機(jī)械能固然能無(wú)條件地變成熱能，而熱能也能在一定條件下全部變成機(jī)械能。如理想氣體進(jìn)展的等溫膨脹過(guò)程，就是把所吸收的熱全部變成膨脹功了。但這時(shí)氣體狀態(tài)發(fā)生了變化，比容變大了這就是條件。3. 與大氣溫度一樣的壓縮氣體可以從大氣中吸熱而膨脹作功依靠單一熱源作功。這是否違背熱力學(xué)第二定律.答：這并不違背熱力學(xué)第二定律，開(kāi)爾文普朗克的說(shuō)法是：不能制造出從單一熱源吸熱而使它全部轉(zhuǎn)變?yōu)楣Φ难h(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)。而壓縮氣體膨脹做功并非是循環(huán)發(fā)動(dòng)機(jī)，氣體工質(zhì)膨脹后，并不回到原狀態(tài)而完成閉合循環(huán)。在這里熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能是以氣體膨脹為必要的補(bǔ)充條件。4.

50、閉口系進(jìn)展一個(gè)過(guò)程后，如果熵增加了，是否能肯定它從外界吸收了熱量.如果熵減少了，是否能肯定它向外界放出了熱量.答：從閉口系的熵方程可知，如果,那也不能斷定，因而不能肯定閉合系從外界吸收了熱量。當(dāng)，甚至放熱但只要負(fù)熵流的絕對(duì)值小于熵產(chǎn)，閉口系的熵還是增加了的。如氣體的不可逆絕熱壓縮就屬于既增熵又絕熱的過(guò)程。反過(guò)來(lái)，當(dāng)閉口系的熵減小時(shí)，能肯定它向外放出了熱量。因?yàn)槟?，而，所以必須，才能保證，故此時(shí)可以肯定閉系外向散熱。5.指出循環(huán)熱效率公式和各自適用的X圍(和是指冷源和熱源的溫度)答：第一個(gè)公式適用于任何工質(zhì)進(jìn)展的任意循環(huán)；第二個(gè)公式適用于任何工質(zhì)進(jìn)展的可逆卡諾循環(huán)或可逆的回?zé)峥ㄖZ循環(huán)6. 以下說(shuō)法有無(wú)錯(cuò)誤.如有錯(cuò)誤，指出錯(cuò)在哪里： (1) 工質(zhì)進(jìn)展不可逆循環(huán)后其熵必定增加； (2) 使熱力系熵增加的