工程熱力學(xué)課后答案

1、《工程熱力學(xué)》沈維道主編第四版課后思想題答案（1~5章）第1章基本概念⒈閉口系與外界無物質(zhì)交換，系統(tǒng)內(nèi)質(zhì)量將保持恒定，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)嗎答：否。當(dāng)一個控制質(zhì)量的質(zhì)量入流率與質(zhì)量出流率相等時（如穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流系統(tǒng)），系統(tǒng)內(nèi)的質(zhì)量將保持恒定不變。⒉有人認(rèn)為，開口系統(tǒng)中系統(tǒng)與外界有物質(zhì)交換，而物質(zhì)又與能量不可分割，所以開口系不可能是絕熱系。這種觀點(diǎn)對不對，為什么答：不對?！敖^熱系”指的是過程中與外界無熱量交換的系統(tǒng)。熱

2、量是指過程中系統(tǒng)與外界間以熱的方式交換的能量，是過程量，過程一旦結(jié)束就無所謂“熱量”。物質(zhì)并不“擁有”熱量。一個系統(tǒng)能否絕熱與其邊界是否對物質(zhì)流開放無關(guān)。⒊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)與均勻狀態(tài)有何區(qū)別和聯(lián)系答：“平衡狀態(tài)”與“穩(wěn)定狀態(tài)”的概念均指系統(tǒng)的狀態(tài)不隨時間而變化，這是它們的共同點(diǎn)；但平衡狀態(tài)要求的是在沒有外界作用下保持不變；而平衡狀態(tài)則一般指在外界作用下保持不變，這是它們的區(qū)別所在。⒋倘使容器中氣體的壓力沒有改變

3、，試問安裝在該容器上的壓力表的讀數(shù)會改變嗎？在絕對壓力計算公式beppp??()bpp?bvppp??()bpp?中，當(dāng)?shù)卮髿鈮菏欠癖囟ㄊ黔h(huán)境大氣壓答：可能會的。因?yàn)閴毫Ρ砩系淖x數(shù)為表壓力，是工質(zhì)真實(shí)壓力與環(huán)境介質(zhì)壓力之差。環(huán)境介質(zhì)壓力，譬如大氣壓力，是地面以上空氣柱的重量所造成的，它隨著各地的緯度、高度和氣候條件不同而有所變化，因此，即使工質(zhì)的絕對壓力不變，表壓力和真空度仍有可能變化?！爱?dāng)?shù)卮髿鈮骸辈⒎蔷褪黔h(huán)境大氣壓。準(zhǔn)確地說，計算式

4、中的Pb應(yīng)是“當(dāng)?shù)丨h(huán)境介質(zhì)”的壓力，而不是隨便任何其它意義上的“大氣壓力”，或被視為不變的“環(huán)境大氣壓力”。⒌溫度計測溫的基本原理是什么答：溫度計對溫度的測量建立在熱力學(xué)第零定律原理之上。它利用了“溫度是相互熱平衡的系統(tǒng)所具有的一種同一熱力性質(zhì)”，這一性質(zhì)就是“溫度”的概念。⒍經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的缺點(diǎn)是什么為什么答：由選定的任意一種測溫物質(zhì)的某種物理性質(zhì)，采用任意一種溫度標(biāo)定規(guī)則所得到的溫標(biāo)稱為經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)。由于經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)依賴于測溫物質(zhì)的性質(zhì)，當(dāng)選用不

5、同測溫物質(zhì)制作溫度計、采用不同的物理性質(zhì)作為溫度的標(biāo)志來測量溫度時，除選定的基準(zhǔn)點(diǎn)外，在其它溫度上，不同的溫度計對同一溫度可能會給出不同測定值（盡管差值可能是微小的），因而任何一種經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)都不能作為度量溫度的標(biāo)準(zhǔn)。這便是經(jīng)驗(yàn)溫標(biāo)的根本缺點(diǎn)。⒎促使系統(tǒng)狀態(tài)變化的原因是什么舉例說明。答：分兩種不同情況：⑴若系統(tǒng)原本不處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)內(nèi)各部分間存在著不平衡勢差，則在不平衡勢差的作用下，各個部分發(fā)生相互作用，系統(tǒng)的狀態(tài)將發(fā)生變化。例如，將一塊

6、燒熱了的鐵扔進(jìn)一盆水中，對于水和該鐵塊構(gòu)成的系統(tǒng)說來，由于水和鐵塊之間存在著溫度差別，起初系統(tǒng)處于熱不平衡的狀態(tài)。這種情況下，無需外界給予系統(tǒng)任何作用，系統(tǒng)也會因鐵塊對水放出熱量而發(fā)生狀態(tài)變化：鐵塊的溫度逐漸降低，水的溫度逐漸升高，最終系統(tǒng)從熱不平衡的狀態(tài)過渡到一種新的熱平衡狀態(tài)；⑵若系統(tǒng)原處于平衡狀態(tài)，則只有在外界的作用下（作功或傳熱）系統(tǒng)的狀態(tài)才會發(fā)生變。⒏圖116a、b所示容器為剛性容器：⑴將容器分成兩部分。一部分裝氣體，一部分抽

7、成真空，中間是隔板。若突然抽去隔板，氣體(系統(tǒng))是否作功？⑵設(shè)真空部分裝有許多隔板，每抽去一塊隔板讓氣體先恢復(fù)平衡再抽去一塊，問氣體(系統(tǒng))是否作功？⑶上述兩種情況從初態(tài)變化到終態(tài)，其過程是否都可在Pv圖上表示？答：⑴；受剛性容器的約束，氣體與外界間無任何力的作用，氣體（系統(tǒng)）不對外界作功；⑵b情況下系統(tǒng)也與外界無力的作用，因此系統(tǒng)不對外界作功；.....112233..11223.3()()0nmoutinmhmhmhmhmhmhmh

8、hm????????12并不存在過程熱量和過程功，因此第二個公式也是不成立的。21qqq??21www??⒊.熱力學(xué)第一定律解析式有時寫成下列兩種形式：分別討論上述兩式的適用范圍。答：第一個公式為熱力學(xué)第一定律的最普遍表達(dá)，原則上適用于不作宏觀運(yùn)動的一切系統(tǒng)的所有過程；第二個表達(dá)式中由于將過程功表達(dá)成這只是對簡單可壓縮物質(zhì)的可逆過程才正確，因此該公式僅適用于簡單可壓縮物質(zhì)的可逆過程。⒋.為什么推動功出現(xiàn)在開口系能量方程式中，而不出現(xiàn)在閉

9、口系能量方程式中？答：當(dāng)流體流動時，上游流體為了在下游占有一個位置，必須將相應(yīng)的下游流體推擠開去，當(dāng)有流體流進(jìn)或流出系統(tǒng)時，上、下游流體間的這種推擠關(guān)系，就會在系統(tǒng)與外界之間形成一種特有的推動功（推進(jìn)功或推出功）相互作用。反之，閉口系統(tǒng)由于不存在流體的宏觀流動現(xiàn)象，不存在上游流體推擠下游流體的作用，也就沒有系統(tǒng)與外間的推動功作用，所以在閉口系統(tǒng)的能量方程式中不會出現(xiàn)推動功項(xiàng)。⒌.穩(wěn)定流動能量方程式（216）是否可應(yīng)用于活塞式壓氣機(jī)這種機(jī)

10、械的穩(wěn)定工況運(yùn)行的能量分析？為什么？答：可以。就活塞式壓氣機(jī)這種機(jī)械的一個工作周期而言，其工作過程雖是不連續(xù)的，但就一段足夠長的時間而言（機(jī)器的每一工作周期所占的時間相對很短），機(jī)器是在不斷地進(jìn)氣和排氣，因此，對于這種機(jī)器的穩(wěn)定工作情況，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流的能量方程是適用的。⒍.開口系實(shí)施穩(wěn)定流動過程，是否同時滿足下列三式上述三式中W、Wt和Wi的相互關(guān)系是什么答：是的，同時滿足該三個公式。第一個公式中dU指的是流體流過系統(tǒng)時的熱力學(xué)能變化，δW

11、是流體流過系統(tǒng)的過程中對外所作的過程功；第二個公式中的δWt指的是系統(tǒng)的技術(shù)功；第三個公式中的δWi指的是流體流過系統(tǒng)時在系統(tǒng)內(nèi)部對機(jī)器所作的內(nèi)部功。對通常的熱工裝置說來，所謂“內(nèi)部功”與機(jī)器軸功的區(qū)別在于前者不考慮機(jī)器的各種機(jī)械摩擦，當(dāng)為可逆機(jī)器設(shè)備時，兩者是相等的。從根本上說來，技術(shù)功、內(nèi)部功均來源于過程功。過程功是技術(shù)功與流動功（推出功與推進(jìn)功之差）的總和；而內(nèi)部功則是從技術(shù)功中扣除了流體流動動能和重力位能的增量之后所剩余的部分。

12、⒎幾股流體匯合成一股流體稱為合流，如圖212所示。工程上幾臺壓氣機(jī)同時向主氣道送氣，以及混合式換熱器等都有合流的問題。通常合流過程都是絕熱的。取11、22和33截面之間的空間為控制體積，列出能量方程式，并導(dǎo)出出口截面上焓值h3的計算式。答：認(rèn)為合流過程是絕熱的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，系統(tǒng)不作軸功，并忽略流體的宏觀動能和重力位能。對所定義的系統(tǒng)，由式(228)..221111[()][()]22nmcvshaftiiioutiinidEQhcgzm