工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕主编_高等教育

1.不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。2．不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。3．平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态。4．当地大气压pb改变，压力表读数就会改变。当地大气压pb不一定是环境大气压。5．热力学第零定律Thezerothlawofthermodynamicsenablesustomeasuretemperature.InordertomeasuretemperatureofbodyA,wecomparebodyC—athermometer—withbodyAandtemperaturescales(温度的标尺，简称温标)separately.Whentheyareinthermalequilibrium,theyhavethesametemperature.ThenwecanknowthetemperatureofbodyAwithtemperaturescalemarkedonthermometer.6.不同测温物质的测温结果有较大的误差，因为测温结果依赖于测温物质的性质。7．有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。8．参加公路自行车赛的运动员是开口系统、运动手枪中的压缩空气是闭口绝热系统、杯子里的热水是开口系统（闭口系统——忽略蒸发时）、正在运行的电视机是闭口系统。9．不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a图）。包括电加热器则为开口绝热系统（b图）。将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部包括在内，构成孤立系统。或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。10．吸入空气，排出烟气，输出动力（机械能）以克服阻力，发动机水箱还要大量散热。不考虑燃烧时，燃料燃烧是热源，燃气工质吸热；系统包括燃烧时，油料发生减少。11．经历一个不可逆过程后，系统可以恢复原来状态，它将导致外界发生变化。包括系统和外界的整个大系统不能恢复原来状态。13．不同意。过程1a2的作功量是确定的，而过程1b2的作功量不确定，因而无法比较。14．系统经历一可逆正向循环和其逆向可逆循环后，系统和外界没有变化。若上述正向循环及逆向循环中有不可逆因素，则系统恢复原来状态，外界则留下了变化（外界的熵增加）。15．不需要。1．不是。热力学能是工质的状态参数，是工质的性质，是工质内部储存能量，是与状态变化过程无关的物理量。热量是工质状态发生变化时通过系统边界传递的热能，其大小与变化过程有关，热量不是状态pv1ab2参数。2．无论参考坐标建立在何处，工质的总能中始终包括外部储存能，只不过参考坐标建立合适，工质的宏观动能、宏观势能的值等于零，便于计算。氢氧燃料电池中化学能变化是主要的能量变化，因而不可忽略。3．不能。基本能量方程式仅仅说明且充分说明功、热量和热力学能都是能量，都是能量存在的一种形式，在能量的数量上它们是有等价关系的。而不涉及功、热量和热力学能的其他属性，也表明功、热量和热力学能的其他属性与能量本质无关。4．q=u＋wq=0，u为负值（u减少），转化为气体的动能，动能在B中经内部摩擦耗散为热能被气体重新吸收，热力学能增加，最终u=0。5．q=u+pvq2-q1=(u2-u1)+(w2-w1)不可以。w不可能等于pv，w是过程量，pv则是状态参数。q和w都是过程量，所以不会有q2-q1和w2-w1。6．前者适用于任意系统、任意工质和任意过程。后者适用于任意系统、任意工质和可逆过程。7．推动功的定义为，工质在流动时，推动它下游工质时所作的功。开口系工质流动，而闭口系工质不流动，所以推动功出现在开口系能量方程中，而不出现在闭口系能量方程式中。我个人认为推动功应该定义为由于工质在一定状态下占有一定空隔板AB图2-12自由膨胀间所具有的能量，它是工质本身所固有的性质，是一个状态参数。推动功既可以出现在开口系能量方程中，也可以出现在闭口系能量方程式中（需要把w拆开，w＝wt＋(pv)）。——占位能8．比较正规的答案是，作为工质的状态参数，闭口系工质也有焓值，但是由于工质不流动，所以其焓值没有什么意义。焓=热力学能+占位能9．推动功的定义为，工质在流动时，推动它下游工质时所作的功。下游无工质，故不需要推动功。利用开口系统的一般能量方程式推导的最终结果也是如此。10．可以。热力系统的选取有很大的自由度。一般把活塞式压气机取为闭口系统，是考察其一个冲程内的热力变化过程。如果考虑一段时间内活塞式压气机的工作状况和能量转换情况，就需要把它当成稳定流动系统处理，包括进排气都认为是连续的。11．控制体的UCV=0、HCV=0、SCV=0是指过程进行时间前后的变化值，稳定流动系统在不同时间内各点的状态参数都不发生变化，所以UCV=0、HCV=0、SCV=0。稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等的改变仅仅是依坐标的改变。12．答：都满足。W=d(pV)+Wt=d(pV)+22fcdm+mgdz+WiWt=22fcdm+mgdz+Wi13.进入系统的能量–离开系统的能量=系统贮存能量的变化系统贮存能量的变化：不变。进入系统的能量：qm1带入的和qm2带入的。没有热量输入。qm1（h1+cf12/2+gz1）+qm2（h2+cf22/2+gz2）离开系统的能量：qm3带出的，没有机械能（轴功）输出。qm3（h3+cf32/2+gz3）如果合流前后流速变化不太大，且势能变化一般可以忽略，则能量方程为：qm1h1+qm2h2=qm3h3出口截面上焓值h3的计算式h3=（qm1h1+qm2h2）/qm3本题中，如果流体反向流动就是分流问题，分流与合流问题的能量方程式是一样的，一般习惯前后反过来写。qm1h1=qm2h2+qm3h31．第一个问题很含混，关于“理想气体”可以说很多。可以说理想气体的定义：理想气体，是一种假想的实际上不存在的气体，其分子是一些弹性的、不占体积的质点，分子间无相互作用力。也可以说，理想气体是实际气体的压力趋近于零时极限状况。还可以讨论什么情况下，把气体按照理想气体处理，这已经是后一个问题了。后一个问题，当气体距离液态比较远时（此时分子间的距离相对于分子的大小非常qm33p3,T313qm1p1,T121qm2p2,T22图2-14分流大），气体的性质与理想气体相去不远，可以当作理想气体。理想气体是实际气体在低压高温时的抽象。2．气体的摩尔体积Vm不因气体的种类而异。所处状态发生变化，气体的摩尔体积也随之发生变化。任何气体在标准状态（p=101325Pa，T=273.15K）下摩尔体积是0.022414m3/mol。在其它状态下，摩尔体积将发生变化。3．摩尔气体常数R是基本物理常数，它与气体的种类、状态等均无关。4．是的。5．cp–cv=Rg，等于定值，不随温度变化。cp/cv不是定值，将随温度发生变化。6．不适用于前者，一定条件下近似地适用于后者。7．不矛盾。pv=RgT。热力学能（或焓）与温度已经相当于一个状态参数，他们都可以表示为独立参数p和v的函数。8．我们经常关注的是工质的热力学能、焓和熵的变化量，热力学能、焓和熵的绝对量对变化量没有影响，所以可以任选工质的热力学能、焓和熵为零的基准。所有情况下工质的热力学能、焓和熵为零的基准都可以任选？不那么绝对，但是在工程热力学范围内，可以这么说。工质的热力学能、焓和熵的绝对零点均为绝对零度（0K），但是目前物理学研究成果表明，即使绝对零度，工质的热力学能、焓和熵也不准确为零，在绝对零度，物质仍有零点能，由海森堡测不准关系确定。（热力学第三定律可以表述为，绝对零度可以无限接近，但永远不可能达到。）标准状态（p=101325Pa，T=273.15K）。（p=101325Pa，T=293.15K）、（p=101325Pa，T=298.15K），水的三相点，等等。9．标准状态10．曲线1-2下的曲边梯形面积就是任意可逆过程1–2的热量。dQ=TdS沿过程的积分。Q=U+W，所以U=Q–W。不可逆过程传热量不能用曲边梯形面积表达，但是热力学能和焓还可以用原方式表达，因为热力学能和焓都是状态参数，其变化与过程路径无关。11．可以。熵是状态参数，其变化与过程路径无关。12．不正确。错在c不是状态参数，与过程有关。是温度单值函数的是定过程比热。13．（1）正确；（2）不正确；（3）不正确；（4）正确；（5）正确。14．是的。几乎所有的纯物质（非混合物）都有饱和状态的概念，也存在临界状态。此外的物质性质更为复杂。15．水的三相点的状态参数是唯一确定的，这一点由吉布斯相律确认：对于多元（如k个组元）多相（如f个相）无化学反应的热力系，其独立参数，即自由度n=k–f+2。三相点：k=1，f=3，故n=0。三相点是三相共存点，在该点发生的相变都具有相变潜热。临界点两相归一，差别消失，相变是连续相变，没有相变潜热。三相点各相保持各自的物性参数没有巨大的变化，临界点的物性参数会产生巨T0s12p=0pv12U大的峰值变化。三相点和临界点是蒸汽压曲线的两个端点。三相点容易实现，临界点不容易实现。16．水的汽化潜热不是常数，三相点汽化潜热最大，随着温度和压力的提高汽化潜热逐渐缩小，临界点处汽化潜热等于零。17．不对。u=cvT是对单相理想气体而言的。水既不是理想气体，汽化又不是单相变化，所以q=w的结论是错的。18．有人根据热力学第一定律解析式q=dh–vdp和比热容的定义c=dTq，所以认为TchTTpp21是普遍适用于一切工质的。进而推论得出水定压汽化时，温度不变，因此其焓变量TchTTpp21=0。这一推论错误在哪里？c=dTq是针对单相工质的，不适用于相变过程。1．要解决的问题：揭示过程中状态参数的变化规律，揭示热能与机械能之间的转换情况，找出其内在规律及影响转化的因素。在一定工质热力性质的基本条件下，研究外界条件对能量转换的影响，从而加以利用。使用的方法：分析典型的过程。分析理想气体的定值的可逆过程，即过程进行时限定某一参数不发生变化。分析步骤1)建立过程方程式；2)找出（基本）状态参数的变化规律，确定不同状态下参数之间的关系；3)求出能量参数的变化（过程功、技术功、热力学能、焓、熵、传热量等等）；4)画出过程变化曲线（在T-s图、p-v图上）。2．第一组都适用，第二组不适用。第二组第一式只适用于定容过程，第二式只适用于定压过程。3．需要加入热量。q=u+w,对于理想气体，q=w=121lnvvRT或q=h+wt,对于理想气体，q=wt=121lnvvRT。4．“可逆定温过程”已经把途径规定好了，此时谈与途径的关系没有意义。再强调一遍，过程热量q和过程功w都是过程量，都和过程的途径有关。5．不成立。搅拌功w以机械能形式通过系统边界，在工质内部通过流体内摩擦转变为热，从而导致温度和热力学能升高。Q是通过边界传递的热能，不包括机械能。6．两式来源于热力学第一定律的第一表达式和第二表达式，唯一条件就是绝热q=0，与是否理想气体无关，且与过程是否可逆也无关，只是必须为绝热过程。7．(1)定容过程即无膨胀（或压缩）功的过程；——正确。(2)绝热过程即定熵过程；——错误，可逆绝热过程是定熵过程，不可逆绝热过程不是定熵过程。(3)多变过程即任意过程。——错误，右图中的过程就不是多变过程。8．证明：q1-2-3=q1-2+q2-3，q1-4-3=q1-4+q4-3q1-2=cv(T2–T1)，q2-3=cp(T3–T2)=cv(T3–T2)+R(T3–T2)，p2314Ov图4-17q4-3=cv(T3–T4)，q1-4=cp(T4–T1)=cv(T4–T1)+R(T4–T1)。q1-2-3=q1-2+q2-3=cv(T2–T1)+cv(T3–T2)+R(T3–T2)=cv(T3–T1)+R(T3–T2)q1-4-3=q1-4+q4-3=cv(T4–T1)+R(T4–T1)+cv(T3–T4)=cv(T