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清华大学工程热力学思考题答案

第一章思考题参考答案

1．进行任何热力分析是否都要选取热力系统？

答：是。热力分析首先应明确研究对象，根据所研究的问题人为地划定一个或多个任意几何面所围成的空间，目的是确定空间内物质的总和。 2．引入热力平衡态解决了热力分析中的什么问题？答：若系统处于热力平衡状态，对于整个系统就可以用一组统一的并具有确定数值的状态参数来描述其状态，使得热力分析大为简化。

3．平衡态与稳定态的联系与差别。不受外界影响的系统稳定态是否是平衡态？

答：平衡态和稳定态具有相同的外在表现，即系统状态参数不随时间变化；两者的差别在于平衡态的本质是不平衡势差为零，而稳定态允许不平衡势差的存在，如稳定导热。可见，平衡必稳定；反之，稳定未必平衡。

根据平衡态的定义，不受外界影响的系统，其稳定态就是平衡态。

在不受外界影响（重力场除外）的条件下，如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统所处的状态称为平衡状态。

4．表压力或真空度为什么不能当作工质的压力？工质的压力不变化，测量它的压力表或真空表的读数是否会变化？

答：由于表压力和真空度都是相对压力，而只有绝对压力才是工质的压力。表压力g p 与真空度v p 与绝对压力的关系为：

b g p p p =+

b v p p p =-

其中b p 为测量当地的大气压力。

工质的压力不变化，相当于绝对压力不变化，但随着各地的纬度、高度和气候条件的不同，测量当地的大气压值也会不同。根据上面两个关系式可以看出，虽然绝对压力不变化，但由于测量地点的大气压值不同，当地测量的压力表或真空表的读数也会不同。

5．准静态过程如何处理“平衡状态”又有“状态变化”的矛盾？答：准静态过程是指系统状态改变的不平衡势差无限小，以致于该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态。准静态过程允许系统状态发生变化，但是要求状态变化的每一步，系统都要处在平衡状态。

6．准静态过程的概念为什么不能完全表达可逆过程的概念？

答：可逆过程的充分必要条件为：1、过程进行中，系统内部以及系统与外界之间不存在不平衡势差，或过程应为准静态的；2、过程中不存在耗散效应。即“无耗散”的准静态过程才是可逆过程，因此准静态过程的概念不能完全表达可逆过程的概念。 7．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？答：不对。系统经历不可逆过程后是可以恢复到起始状态的，只不过系统恢复到起始状态后，外界却无法同时恢复到起始状态，即外界的状态必将发生变化。

8.w pdv =

?, q Tds =?可以用于不可逆过程么？为什么？

答：w pdv =

?计算得到的是准静态过程的容积变化功，因此仅适用于准静态过程或可逆过

程；对于非准静态过程，其过程曲线无法在P-V 图上表达，因此也就无法用上面的公式进行计算。

q Tds =?仅用于可逆过程：根据熵的定义式：rev

q ds T

δ=

，对于可逆过程，q Tds =?

计算

出的是传热量，此时ds 仅表示熵流f ds ；对于不可逆过程，熵的变化不仅包括熵流，还包括熵产，即g f ds ds ds =+，因此q Tds =?

中的ds 不仅包括由于传热产生的熵流，还包括由于不可逆导致的熵产，因此上式不适用于不可逆过程，例如绝热过程，系统由于经历了不可逆过程，熵增0ds >，但此时传热量为零。

第二章思考题参考答案

1．工质膨胀时是否必须对工质加热？工质边膨胀边放热可能否？工质边被压缩边吸入热

量可以否？工质吸热后内能一定增加？对工质加热，其温度反而降低，有否可能？答：由闭口系统热力学第一定律关系式：

Q U W =?+

规定吸热0Q >，对外做功0W >。

(1) 不一定；工质膨胀对外做功，0W >，由于可以使0U ?<，因此可能出现0Q <，即对外放热；

(2) 能，如(1)中所示；

(3) 能；工质被压缩，对内做功，0W <，由于可以使0U ?>，因此可能出现0Q >，即

吸入热量；

(4) 不一定；工质吸热，0Q >，由于可以使0W >，即工质对外做功，因此可能出现

0U ?<，即工质内能减小；

(5) 可能；对工质加热，0Q >，由于可以使0W >，即工质对外做功数，因此对于理想气体来说温度可能降低。

2．一绝热刚体容器，用隔板分成两个部分，左边贮有高压气体，右边为真空。抽去隔板

时，气体立即充满整个容器。问工质内能、温度将如何变化？如该刚体容器为绝对导热的，则工质内能、温度又如何变化？答：对于绝热刚体容器，以高压气体为对象：容器绝热：0Q =；且右边为真空，高压气体没有对外做功对象，即自由膨胀，有0W =。由闭口系统热力学第一定律：Q U W =?+，工质的内能不发生变化，如果工质为理想气体，那么其温度也不发生变化。

如果该刚体容器为绝对导热，那么初始状态下容器内工质与外界环境等温，而自由膨胀过程终了时容器内工质仍旧与外界环境等温。当外界环境温度不发生变化时，容器内工质温度在整个自由膨胀过程中温度不变。仍取工质为研究对象，由于工质与外界有热交换，这里工质温度高于环境温度，即对外放热，0Q <，且自由膨胀0W =，由闭口系统热力学第一定律，有0U ?<。该工质一定为非理想气体，其势能变小。

3．图2-9 中，过程1-2与过程1-a-2 有相同的初、终点，试比较：

12W 与12a W ，12U ?与12a U ?，12Q 与12a Q

答：根据图2-9，由于是p-v 图，因此有：0〈12W 〈12a W （对外做功）；12U ?=12a U ?；由闭口系统热力学第一定律，Q U W =?+，有0〈12Q 〈12a Q （吸热）。

4．推进功与过程有无关系？

答：推进功是因工质出、入开口系统而传递的功。推进功是工质在流动中向前方传递的功，并且只有在工质的流动过程中才出现。当系统出口处工质状态为（out p ，out v ）时，1kg 工

质流出系统，系统所需要做出的推进功为

out out p v 。推进功的大小仅与选取出口处的压力

和比容数值的乘积有关，因此是状态参数，且为广延参数。

5．你认为“任何没有体积变化的过程就一定不对外做功”的说法是否正确？

答：错误。体积变化仅产生容积变化功。除了容积变化功外，还有电功、推进功等等，这些功不需要体积发生变化。

6．说明下述说法是否正确：

（1）气体膨胀时一定对外做功。（2）气体压缩时一定消耗外功。答：对“功”的理解，功可以分为有用功和无用功，有用功是指有目的且产生有用效果的功。（1）气体膨胀时不一定对外做功，如气体的自由膨胀，由于气体没有做功对象，因此气体对外做功为零；（2）不一定。当热气体冷却时，如果外界大气做的功为有用功，则（２）成立，但是如果外界大气做的功为无用功，则（２）不成立。 7．下列各式是否正确：

q du w δδ=+

（１） q du pdv δ=+

（２）

()q du d pv δ=+

（３）

各式的适用条件是什么？

答：三个式子都针对1kg 工质。（１）式是针对闭口系的能量方程，且忽略闭口系的位能和

动能变化，w δ为闭口系统与外界交换的净功。（2）式是针对简单可压缩系统准静态过程（或

可逆过程）的能量方程，

pdv 为系统与外界交换的容积变化功。

（3）式是针对技术功为零的稳定流动能量方程，即()q dh du d pv δ==+，且0t w δ=。

8．试写出表2-1内所列四种过程的各种功计算式。

注：低压气体可以认为是理想气体，且内能仅为温度的单值函数。计算依据：（1） q u w =?+ （2） t q h w =?+ （3）

()h u pv ?=?+?

（４） ()t w pv w =?

空气经过绝热节流过程，压力确实下降，但温度不变：因为绝热节流过程为一个等焓过程，而空气可视为理想气体，理想气体的焓为温度的单值函数，因此温度不变。但对于非理想气体和一般液体，经过绝热节流过程，虽然焓不变，但温度和压力都要发生变化，压力减小，但温度可能升高、不变或者降低。

第三章思考题参考答案

1．容积为1m 3

的容器中充满氮气N2，其温度为20℃，表压力为1000 mmHg,为了确定其质

量，不同人分别采用了以下几种计算式得出了结果，请判断它们是否正确？若有错误请改正。答： (1)

1000 1.028

168.4kg 8.314320

m p V M m R T ????=

==??

错误：1) 不应直接用表压计算，应先转化为绝对压力；2) 压力应转换为以Pa 为单位，

1mmHg=133.3Pa ；3) R m 应该用8314J/kmol*K,因为Pa* m 3

=J ；4) 温度的单位应该用K 。

(2)

51000

0.98066510 1.028

735.61531.5kg 8.314320

m p V M m R T ??????===??

错误：1) 不应直接用表压计算，应先转化为绝对压力；2) R m 应该用8314J/kmol*K,因为Pa* m 3

(3)

5100010.98066510 1.028735.62658kg 8.314320

m p V M m R T ??

+???? ?????

===??

错误：1) 1at=1kgf/cm 2

=9.80665E04 Pa ≠1atm,因此这里计算绝对压力时，大气压力取

错; 2) R m 应该用8314J/kmol*K,因为Pa* m 3

=J ；

(4)

310001 1.028735.6 2.65810kg 1.033282.057293.15

m p V M m R T -??

+?? ?????===????

错误：1)相对压力单位为工程大气压（at ），与标准大气压（atm ）不同；2）气体常数

R m 应该用8314J/kmol*K 。正确结果：2.695kg

2．理想气体的c p 与c v 之差及c p 与c v 之比是否在任何温度下都等于一个常数？

答：根据定压比热容和定容比热容的定义，以及理想气体状态方程可以推导出，p v c c R -=（见课本79页）。可见，两者之差为常数。

同时，定义p v

c k

c =

对于理想气体，当不考虑分子内部的振动时，内能与温度成线性关系，从而根据摩尔定

压和定温热容的定义，推导出摩尔定压和定温热容均为定值。但通常只有在温度不太高，温度范围比较窄，且计算精度要求不高的情况下，或者为了分析问题方便，才将摩尔热容近似看作定值。实际上理想气体热容并非定值，而是温度的单值函数，因此两者之比在较宽的温度范围内是随温度变化的，不是一个常数。

3．知道两个独立参数可确定气体的状态。例如已知压力和比容就可确定内能和焓。但理

想气体的内能和焓只决定于温度，与压力，比容无关，前后有否矛盾，如何理解？答：不矛盾。

理想气体内能和焓只决定于温度，这是由于理想气体本身假设决定的。对于理想气体模型，假设其分子之间没有相互作用力，也就不存在分子之间的内位能。再结合理想气体方程，则有：

00T

u h v p ??????== ? ???????

因此，理想气体的内能和焓只决定于温度，而与压力、比容无关。 4．热力学第一定律的数学表达式可写成：

q u w =?+ （1）

v q c T pdv =?+? （2）

两者有何不同。

答：(1)式为闭口系统热力学第一定律方程，是普适式；

(2)式适用的范围为：

1) 对象理想气体，内能为温度的单质函数； 2) 系统经历准静态过程，只做容积变化功。 5．如果比热容c 是温度t 的单调递增函数，当2

1t t >时，平均比热容10t c 、20t c 、2

t t

c 中哪一个最大？哪一个最小？

答：由于比热容c 是温度t 的单调递增函数，且由平均比热容的定义：

2121

t p t t t

c dt

h c t t t t ?=

=--?

由作图法可以清楚地看出，

0t c 最小，2

t t

c 最大。

6．如果某种工质的状态方程遵循

pv RT =，这种物质的比热容一定是常数吗？这种

物质的比热容仅仅是温度的函数么？

答：这种物质的比热不一定是常数，至少应该是温度的函数。对于理想气体，仅仅对于定压和定容过程的比热容才是温度的单值函数，且为状态量。而这里所指的比热容并不是在以上特定过程下的比热容，因此仅可以表示成为：q c

δ=

。可见，这里所指的比热容是由两个

参数决定的，且是与过程有关的量。

7．理想气体的内能和焓为零的起点是以它的压力值、还是以它的温度值、还是压力和温

度一起来规定的？

答：由于理想气体的内能和焓仅为温度的单值函数，与压力无关，因此理想气体的内能和焓为零的起点是以它的温度值（热力学温度值）来规定的。

8．若已知空气的平均摩尔定压热容公式为

,0 6.9490.000576t p m C t =+，现

在确定

80℃--200℃之间的平均摩尔定压热容，有人认为

()

220

,80

6.9490.00057622080p m

C =+?+，但有人认为

220,80

220806.9490.0005762p m C

+??

=+? ???

，你认为哪个正确？

答：第一个是正确的。由平均摩尔定压热容的定义：

t p t t p

t c dt

h c t t t t ?=

--? 当：,0

p m C

a bt =+

()()()

,2,1

22110

,21

21**t t t p m p m p m

t C t C t a bt t a bt t C t t t t a b t t ?-?+-+=

--=++ 在平均

摩尔定压热容的表达式形式比较特殊的情况下，可以得到一些非常简便的求解过程。 9．有人从熵和热量的定义式rev q ds

δ=

(1)，rev

cdT δ=(2)，以及理想气体比

热容c 是温度的单值函数等条件出发，导得()cdT

ds f T T

=，于是他认为理想气体的熵应是温度的单值函数。判断是否正确？为什么？答：是不正确的。

因为得到结论的条件中有错误，理想气体的比热容不是温度的单值函数。对于理想气体，只有定容和定压比热容才是温度的单值函数。同时，

rev q cdT δ=的表述有问题，因为

q c dT

δ=

，因此cdT 得到的不仅是可逆过程的换热量，而是任意过程的换热量。因此将

(2)代入(1)中是不正确的。 10．在u-v 图上画出定比热容理想气体的可逆定容加热过程，可逆定压加热过程，可逆定

温加热过程和可逆绝热膨胀过程。答：

11．试求在定压过程中加给空气的热量有多少是利用来作功的？有多少是来改变内能？答：由热一率 ??+?=+

?=vdp

H pdv U Q ，对定压过程，技术功为零，则

T c H Q p ?=?=，可得p

v c Q

c T c U =?=?，U Q W ?-= 12．将满足下列要求的多边过程表示在p-v 图和T-s 图上（工质为空气）：（１）工质又升压、又升温，又放热；（２）工质又膨胀、又降温，又放热；

（３） n=1.6的膨胀过程，判断q, w, ?u 的正负；（４） n=1.3 的压缩过程，判断q, w, ?u 的正负；答：

13．对于定温压缩的压缩机，是否需要采用多级压缩？问什么？

答：对于定温压缩的压缩机，不需要采用多级压缩了。因为采用多级压缩，就是为了改善绝热或多边压缩过程，使其尽量趋紧与定温压缩，一方面减少功耗，另一方面降低压缩终了气体的温度。

对于定温压缩来说，压气机的耗功最省，压缩终了的气体温度最低。

14．在T-s图上，如何将理想气体任意两状态间的内能变化和焓的变化表示出来。

答：

解题思路：T-s 图中容易直接表示的是热（量），因此应考虑将其他量的变化转化为相应过程热量的值。

根据热力学第一定律：W dU Q δδ+=，且对理想气体，pdv W =δ，则对定容过程，

dU Q =δ。在T-s 图中，过状态点1作一定容线，与状态2的定温线交与A ，则定容过程

1A 下的面积即为A v u q 1?=，对理想气体内能仅与温度有关，即121u u A ?=?。因此任意两状态间的内能变化可用T-s 图中定容过程1A 下的面积表示。

同理，任意两状态间的内能变化可用T-s 图中定压过程1B 下的面积表示。 15．有人认为理想气体组成的闭口系统吸热后，温度必定增加，你的看法如何？在这种情

况下，你认为那一种状态参数必定增加？答：根据闭口系统能量方程，Q

U W =?+,系统吸热，在保持内能不变的情况下，系

统可以对外做功。对于理想气体，内能仅为温度的单值函数，因此在这种情况下温度不变。当系统吸热时，甚至温度可以降低，分析方法同前。

在这种情况下，系统的熵必定增加。因为有热量传入系统，就意味着熵流大于零，即使对于可逆过程，熵产为零，系统的熵也会增大。

第四章思考题参考答案

1．

若将热力学第二定律表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能”，有何不妥？

答：有两点不妥：

1) 热能是可以全部变为机械能的，例如理想气体的等温过程；但应该注意的是，热能不可能连续不断地转化为机械能；

2) 没有提到热能和机械能之间的转化过程是否对产生了其它影响，不是说热不能完全变成功，而是在“不引起其它变化”的条件下，热不能完全变成功。例如理想气体等温过程，引起了“其它变化”，即气体的体积变大。 2． “循环功越大，则热效率越高”；“可逆循环热效率都相等”；“不可逆循环效率一

定小于可逆循环效率”。这些结论是否正确？为什么？

答：1) 描述不准确，只有从温度相同的恒温热源中吸相同热量的情况下，才可以比较热效率大小。如果满足前提条件，则循环功越大，热效率越高。

2) 描述不准确，只有工作在具有相同温度的两个高、低温恒温热源间的可逆热机，其循环热效率才相等。

3) 描述不准确，只有工作在具有相同温度的两个高、低温恒温热源间的可逆或不可逆热机才可以比较循环效率，否则将失去可比性。 3．循环热效率公式

122

111t q q q q q η-==-(1)和122

1t T T T T T η-==-(2)有何区别？各适用什么场合？

答：（1）和（2）都是用于计算卡诺热机效率的公式，区别在于适用范围不同：

式（1）适用于计算一般热机的效率;

式（2）仅适用于计算卡诺可逆热机的效率。

4．理想气体定温膨胀过程中吸收的热量可以全部转换为功，这是否违反热力学第二定

律？为什么？

答：理想气体定温膨胀过程中吸收的热量可以全部转换为功，这个过程不违反热力学第二定律。因为在上述过程中，气体的体积变大，也就是说这个热量全部转换为功的过程引起了其它变化，所以不违反热力学第二定律。同时，理想气体定温膨胀过程仅仅是一个单独的过程，而不是一个循环，这就意味着这个过程不能连续不断地将热量全部转换为功，因此从这个角度来讲上述过程也不违反热力学第二定律。 5．下述说法是否正确，为什么？

(1) 熵增大的过程为不可逆过程；

答：错误，熵增可能有两种可能：熵流和熵产。对于可逆过程，虽然熵产为零，但如果有吸热过程，则熵流大于零，导致熵增。

(2) 不可逆过程

S ?无法计算；

答：错误。熵为状态参数，只要知道不可逆过程前后足够的状态参数，就可以计算出过程的

S ?。

(3) 若从某一初态经可逆与不可逆两条途径到达同一终态，则不可逆途径的S ?必大

于可逆过程途径的

S ?；

答：错误。由于熵为状态参数，由于可逆过程和不可逆过程的初、终态相同，因此两个过程的

S ?相同。

(4) 工质经不可逆循环，

0S ?>；

答：由于熵是状态参数，工质经不可逆循环，从初态又回到初态，因此

0S ?=。

(5) 工质经不可逆循环，由于

答：错误。对于工质经不可逆循环，

dS T δ≠

，且有

S dS T δ?==>??

。

(6) 可逆绝热过程为定熵过程，定熵过程就是可逆绝热过程；

答：可逆绝热过程为定熵过程，但定熵过程不一定是可逆绝热过程。例如：对于任意一个循环，其

0S ?=，但是这个循环可能包含不可逆过程。

(7)

自然界的过程都是朝着熵增大的方向进行，因此熵减小过程是不可能实现的。

答：错误。自然界中所有的自发过程都是朝着熵增大的方向进行的，例如热量从高温传向低温。熵减小的过程在人为作用下是可以实现的，例如人为地对系统输入有用功，例如制冷循环，输入电功使得热量从低温传向高温的过程。

(8) 加热过程，熵一定增大；放热过程，熵一定减小。

答：熵的变化可以由两个因素导致：传热过程导致的熵流和不可逆过程导致的熵产。分可逆和不可逆两个过程考虑：

1) 可逆：对于加热过程，熵产为零，但由于系统吸热，熵流大于零，因此熵一定增大；对于放热过程，虽然系统放热，熵流为负，

2）不可逆过程：由于熵产大于零，因此不能肯定熵一定减小。 6．若工质从同一初态经历可逆过程和不可逆过程，若热源条件相同且两过程中吸热量

相同，工质终态熵是否相同？

答：工质终态熵不相同。虽然两个过程热源条件相同且过程中吸热量相同，即熵流相同，但是由于不可逆过程的熵产要大于可逆过程的熵产（可逆过程熵产为零），且工质初态相同，即两个过程工质初始的熵值相同，因此不可逆过程工质终态的熵要大于可逆过程终态的熵。 7．若工质从同一初态出发，分别经可逆绝热过程与不可逆绝热过程到达相同的终压，

两过程终态熵如何？

答：从T-S图上可以看出，从同一初态出发，达到相同的终压（注意仅为相同终压，不是相同状态）：

1) 对于可逆绝热过程，熵增为零，

2) 对于不可逆绝热过程，熵流为零，熵产大于零，因此熵要增大。

由于工质从同一个初态出发，因此不可逆绝热过程终态的熵要大于可逆绝热过程终态的熵。

8．闭口系统经历一个不可逆过程，作功15kJ,放热5kJ,系统熵变为正、为负或不能确定？

答：不能确定。对于闭口系统，系统熵的变化仅取决于两个因素：与外界传热引起的熵流和不可逆过程引起的熵产。已知系统对外放热，则熵流为负，但是由于不能确定过程不可逆的程度，即不能定量计算出该不可逆过程的熵产，因此不能确定系统的熵变。

第五章思考题参考答案

1．

活塞式内燃机的平均吸热温度相当高，为什么循环热效率还不是很好？是否因平均放热温度太高所致？

答：活塞式内燃机主要有萨巴德循环(混合加热循环)、奥图(Otto)循环以及狄塞尔(Diesel)循环。

对于活塞式内燃机，虽然平均吸热温度相当高，但平均放热温度也较高，即平均吸热温度和平均放热温度之间的差值较小，是导致该循环热效率不高的一个原因。同时，由于受气缸材料和混合气体自燃温度的限制，压缩比不能很高，因此循环热效率有限。 2．

如图5-23所示，若把3-4绝热膨胀过程持续到

51p p =，然后实现定压放热

过程，这样在奥图循环基础上作了改善之后的新循环，是否可以通过降低平均放热温度而提高循环效率？若可以，为何实际上没有这种发动机。

图5-23

答：在T-S 图上可以看出，当气缸中绝热膨胀过程持续到

51p p =，然后实现定压放热过

程，确实可以降低平均放热温度，从而提高循环效率。但实际上没有这种发动机，因为这种做法在经济上并不值得：

a 、放热平均温度降低量有限，通过这种方法减小的排气损失量较小。

b 、要将绝热膨胀持续到

51p p =，就要增大气缸容积，增加制造成本。

3．为什么内燃机一般具有体积小、单位质量功率大的特点？

答：由于在内燃机循环过程中，循环工质是在封闭的有限空间内燃烧取得热量的；在做功设备入口处，工质的温度和压力水平较外燃机（如朗肯循环）高(即做功能力大)，因此内燃机体积小，单位质量功率大。 4．既然压缩过程需要消耗功，为什么内燃机或燃气轮机装置在燃烧过程前要有压缩过

程？

v s

答：对于内燃机或燃气轮机，都是靠高温高压的气体工质推动活塞或叶轮机械来对外做功的（即膨胀降压过程）。为了连续地输出有用功，就必须连续地产生高温高压的气体工质，因此在燃烧过程前要进行压缩过程，主要目的是提高气体工质的压力，同时工质温度也有所提高。

5．

在相同压缩比12v v ε??

= ???

的情况下，奥图循环与卡诺循环有相同的热效率（表达

式形式），这是否意味着这种情况下奥图循环达到了卡诺循环的理想水平。

答：否。奥图循环的吸放热过程为定容过程，是一个变温过程；而卡诺循环的吸、放热过程为定温过程。在相同的压缩比下，奥图循环与卡诺循环有虽有形式相同的热效率表达式，但奥图循环的吸、放热温限不同于卡诺循环（对于奥图循环，热效率公式中代入的应是平均吸、放热温度，而不是吸、放热温限），因此不能说明奥图循环达到了卡诺循环的理想水平。 6．勃雷登循环采用回热的条件是什么？一旦可以采用回热，为什么总会带来循环效率

的提高？

答：勃雷登循环采用回热的条件是：燃气轮机的排气温度高于压气机出口的空气温度。一旦采用回热，循环平均吸热温度上升，平均放热温度下降，既平均吸热温度和放热温度的温差加大，则循环效率总会提高。

或解释为：在做出相同功量的前提下，经回热后，循环从外界吸收的热量减小，从而循环热效率将提高。 7．气体的压缩过程，定温压缩比绝热压缩耗功少。但在勃雷登循环中，如果不采用回

热，气体压缩过程越趋近于定温压缩反而越使循环热效率降低。这是为什么？

答：对于勃雷登循环，从T-S 图中可以看出，如果不采用回热，当气体越趋近于定温压缩时

(12变短)，平均吸热温度越低，由1T T η?? ?=- ???

—放—

吸，在平均放热温度不变的情况下，循环热效率将会降低。

8．为什么说从能源问题和环境污染问题出发，斯特林发动机又重新引起人们的重视？答：

A 、斯特林循环是概括性的卡诺循环，其理想循环的热效率为同温限卡诺循环的热效率，因此能源利用效率高。

B 、斯特林循环不是通过在气缸内燃烧取得热量，而是通过气缸外高温热源取得热量。这样可采用价廉易得的燃料，也可用太阳能及原子能作为热源，这对于节约能源、减少污染是一种很好的途径。

2 3

第六章思考题参考答案

1．

有没有500℃的水？有没有0℃或负摄氏温度的蒸汽？有没有v >0.004m 3/kg 的水？为什么？

答：已知水的临界参数为

373.99=?cr T C

，

22.064=cr p MPa ，

30.003106/=cr v m kg 。当水的温度、压力或比容任何一个数值大于相应临界参

数，水将从液态转变为超临界状态，水的该状态既不属于液态也不属于气态。因此，没有500℃的水，也没有v >0.004m 3/kg 的水。但是，只要外界压力足够低，此压力下对应的水的升华温度可以为0℃，甚至为负摄氏温度，因此0℃或负摄氏温度的蒸汽是存在的（升华过程，见水的p-T 相图）。 2． 25MPa 的水汽化过程是否存在？为什么？答：25MPa 已经高于水的临界压力

22.064=cr p MPa ，此状态下的水处于超临界

区域，其状态为超临界状态，不存在汽化过程。 3．在h -s 图上，已知湿饱和蒸汽压力，如何查出该蒸汽的温度？

答：水在两相区中经历的是等温等压过程，湿饱和蒸汽的压力和温度一一对应，即两相区内等压线和等温线重合。因此，根据已知的饱和蒸汽压力，找到相应的等压线，找到等压线与上界线和下界线的交点，通过该交点和临近的等温线可以确定该蒸汽的温度。 4．在p -v 图，T-s 图、h-s 图上，分别绘出临界点，下界线、上界线和定压线、定温线

及定熵线。

答：p-v 图中定上线要陡于定温线，但要平缓于定容线。水的临界参数

4.4092/()= cr s kJ kg K ，208

5.9/=cr h kJ kg

5．画出水的相图，即p-T 图。答：

6．

前已学过?=?p h c T 适用于一切工质定压过程（比热容为常数）

，蒸汽定压汽化过程中

0?=T ，由此得出结论：蒸汽汽化时焓变化0?=?=p h c T 。

此结论是否正确？为什么？

答：此结论并不正确。

?=?p h c T 仅能反映水定压汽化过程中的显热，而不能反映由

于水汽化而带来的相变潜热。从水的h-s 图中可以看出，水的定压汽化过程的焓变不为零，

其值为水在该压力下的相变潜热。

工程热力学思考题

工程热力学第五章思考题 5-1 热力学第二定律的下列说法能否成立？（1）功量可以转换成热量，但热量不能转换成功量。答：违反热力学第一定律。功量可以转换成热量，热量不能自发转换成功量。热力学第二定律的开尔文叙述强调的是循环的热机，但对于可逆定温过程，所吸收的热量可以全部转换为功量，与此同时自身状态也发生了变化。从自发过程是单向发生的经验事实出发，补充说明热不能自发转化为功。（2）自发过程是不可逆的，但非自发过程是可逆的。答：自发过程是不可逆的，但非自发过程不一定是可逆的。可逆过程的物理意义是：一个热力过程进行完了以后，如能使热力系沿相同路径逆行而回复至原态，且相互作用中所涉及到的外界也回复到原态，而不留下任何痕迹，则此过程称为可逆过程。自发过程是不可逆的，既不违反热力学第一定律也不违反第二定律。根据孤立系统熵增原理，可逆过程只是理想化极限的概念。所以非自发过程是可逆的是一种错误的理解。（3）从任何具有一定温度的热源取热，都能进行热变功的循环。答：违反普朗克-开尔文说法。从具有一定温度的热源取热，才可能进行热变功的循环。 5-2 下列说法是否正确？（1）系统熵增大的过程必须是不可逆过程。答：系统熵增大的过程不一定是不可逆过程。只有孤立系统熵增大的过程必是不可逆的过程。根据孤立系统熵增原理，非自发过程发生必有自发补偿过程伴随，由自发过程引起的熵增大补偿非自发过程的熵减小，总的效果必须使孤立系统上增大或保持。可逆过程只是理想化极限的概念。（2）系统熵减小的过程无法进行。答：系统熵减小的过程可以进行，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。（3）系统熵不变的过程必须是绝热过程。答：可逆绝热过程就是系统熵不变的过程，但系统熵不变的过程可能由于熵减恰等于各种原因造成的熵增，不一定是可逆绝热过程。（4）系统熵增大的过程必然是吸热过程，它可能是放热过程吗？答：因为反应放热，所以体系的焓一定减小。但体系的熵不一定增大，因为只要体系和环境的总熵增大反映就能自发进行。而放热反应会使环境获得热量，熵增为ΔH/T。体系的熵也可以减小，只要减小的量小于ΔH/T，总熵就为正，反应就能自发进行。（5）系统熵减少的过程必须是放热过程。可以是吸热过程吗？答：放热的过程同时吸热。（6）对不可逆循环，工质熵的变化∮ds?0。答：∮ds=0。（7）在相同的初、终态之间，进行可逆过程与不可逆过程，则不可逆过程中工质熵的变化大于可逆过程工质熵的变化。

工程热力学(第五版_)课后习题答案

工程热力学(第五版_)课后习题答案本页仅作为文档页封面，使用时可以删除 This document is for reference only-rar21year.March

2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv 。解：（1）2N 的气体常数 28 83140==M R R ＝)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 1013252739.296?==p RT v ＝kg m /3 v 1= ρ＝3/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝p T R 0＝kmol m /3 2-3．把CO 2压送到容积3m 3的储气罐里，起始表压力301=g p kPa ，终了表压力3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2＝70℃。试求被压入的CO 2的质量。当地大气压B ＝ kPa 。解：热力系：储气罐。应用理想气体状态方程。压送前储气罐中CO 2的质量 1 111RT v p m = 压送后储气罐中CO 2的质量 2222RT v p m = 根据题意容积体积不变；R ＝ B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4）压入的CO 2的质量

)1122(21T p T p R v m m m -= -= （5）将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m= 2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m 3的空气，如外界的温度增高到27℃，大气压降低到，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少解：同上题 1000)273 325.1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝ 2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为的空气3 m 3，充入容积 m 3的储气罐内。设开始时罐内的温度和压力与外界相同，问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到设充气过程中气罐内温度不变。解：热力系：储气罐。使用理想气体状态方程。第一种解法：首先求终态时需要充入的空气质量 288 2875.810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 ==m m t 2 第二种解法将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为一定量的空气压缩为的空气；或者说、 m 3的空气在下占体积为多少的问题。根据等温状态方程 const pv = 、 m 3的空气在下占体积为 5.591 .05.87.01221=?==P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩的空气3 m 3，则要压缩 m 3的空气需要的时间 == 3 5.59τ 2－8 在一直径为400mm 的活塞上置有质量为3000kg 的物体，气缸中空气的温度为18℃

工程热力学第四版课后思考题答案

1．闭口系与外界无物质交换,系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？不一定,稳定流动系统内质量也保持恒定。 2.有人认为开口系统内系统与外界有物质交换,而物质又与能量不可分割,所以开口系统不可能是绝热系。对不对,为什么?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.平衡状态与稳定状态有何区别和联系？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.倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式 p =ｐb +p ｇ（p > p ｂ）， p = p b -ｐv (p < p b ）中,当地大气压是否必定是环境大气压? 当地大气压p b 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．温度计测温的基本原理是什么? 6.经验温标的缺点是什么？为什么？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.促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。有势差(温度差、压力差、浓度差、电位差等等)存在。 8．分别以图1-20所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这些是什么系统。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．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体(但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统? 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。 4题图 9题图

工程热力学第四版思考题答案(完整版)(沈维道)(高等教育出版社)

工程热力学第四版沈维道思考题完整版第1章基本概念及定义 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗答：否。当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。 2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。这种观点对不对，为什么答：不对。“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。物质并不“拥有”热量。一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。 ⒊平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。 ⒋倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗在绝对压力计算公式中，当地大气压是否必定是环境大气压答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。 “当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说，计算式中的P b 应是“当地环境介质”的压 ) ( )( b v b b e b P P P P P P P P P P <-=>+=；

工程热力学第四版课后思考题答案

1．闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。 2．有人认为开口系统内系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？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．平衡状态与稳定状态有何区别和联系？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．倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式 p =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b ) 中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压p b 改变，压力表读数就会改变。当地大气压 p b 不一定是环境大气压。 5．温度计测温的基本原理是什么？ 6．经验温标的缺点是什么？为什么？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．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。 8．分别以图1-20所示的参加公路自行车赛的运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子里的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这些是什么系统。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．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统？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。 4题图 9题图

工程热力学习题集答案

工程热力学习题集答案一、填空题 1．常规新 2．能量物质 3．强度量 4．54KPa 5．准平衡耗散 6．干饱和蒸汽过热蒸汽 7．高多 8．等于零 9．与外界热交换 10．7 2g R 11．一次二次12．热量 13．两 14．173KPa 15．系统和外界16．定温绝热可逆17．小大 18．小于零 19．不可逆因素 20．7 2g R 21、（压力）、（温度）、（体积）。 22、（单值）。 23、（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零）。 24、（熵产）。 25、（两个可逆定温和两个可逆绝热） 26、（方向）、（限度）、（条件）。

31.孤立系； 32.开尔文(K)； 33.－w s =h 2－h 1 或－w t =h 2－h 1 34.小于 35. 2 2 1 t 0 t t C C > 36. ∑=ω ωn 1 i i i i i M /M / 37.热量 38.65.29% 39.环境 40.增压比 41.孤立 42热力学能、宏观动能、重力位能 43.650 44.c v (T 2－T 1) 45.c n ln 1 2T T 46.22.12 47.当地音速 48.环境温度 49.多级压缩、中间冷却 50.0与1 51.（物质） 52.（绝对压力）。 53.（q=(h 2-h 1)+(C 22 -C 12 )/2+g(Z 2-Z 1)+w S ）。 54.（温度） 55. (0.657)kJ/kgK 。 56. (定熵线)

57.（逆向循环）。 58.（两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程） 59.（预热阶段、汽化阶段、过热阶段）。 60.（增大）二、单项选择题 1.C 2.D 3.D 4.A 5.C 6.B 7.A 8.A 9.C 10.B 11.A 12.B 13.B 14.B 15.D 16.B 17.A 18.B 19.B 20.C 21.C 22.C 23.A 三、判断题 1．√2．√3．?4．√5．?6．?7．?8．?9．?10．? 11．?12．?13．?14．√15．?16．?17．?18．√19．√20．√ 21.（×）22.（√）23.（×）24.（×）25.（√）26.（×）27.（√）28.（√） 29.（×）30.（√）四、简答题 1.它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进行，由无限接近平衡状态的状态组成的过程。它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损耗现象的存在，可逆过程不会产生任何能量的损耗。一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过程就是可逆过程。 2.1kg气体:pv=R r T mkg气体:pV=mR r T 1kmol气体：pV m=RT nkmol气体：pV=nRT R r是气体常数与物性有关，R是摩尔气体常数与物性无关。 3.干饱和蒸汽：x=1,p=p s t=t s v=v″,h=h″s=s″

工程热力学思考题参考答案,第四章

第四章气体和蒸汽的基本热力过程 4.1试以理想气体的定温过程为例，归纳气体的热力过程要解决的问题及使用方法解决。答：主要解决的问题及方法： (1) 根据过程特点（及状态方程）——确定过程方程 (2) 根据过程方程——确定始、终状态参数之间的关系 (3) 由热力学的一些基本定律——计算,,,,,t q w w u h s ??? (4) 分析能量转换关系（P —V 图及T —S 图）（根据需要可以定性也可以定量）例：1)过程方程式：T =常数（特征）PV =常数（方程） 2)始、终状态参数之间的关系： 12p p =2 1 v v 3)计算各量：u ?=0、h ?=0、s ?=21p RIn p -=21 v RIn v 4)P ?V 图，T ?S 图上工质状态参数的变化规律及能量转换情况 4.2对于理想气体的任何一种过程，下列两组公式是否都适用答：不是都适用。第一组公式适用于任何一种过程。第二组公式21()v q u c t t =?=-适于定容过程,21()p q h c t t =?=-适用于定压过程。 4.3在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。定温过程气体的温度不变，在定温过程中是否需对气体加入热量？如果加入的话应如何计算？答：定温过程对气体应加入的热量 4.4过程热量q 和过程功w 都是过程量，都和过程的途径有关。由理想气体可逆定温过程热量公式 2 111 v q p v In v =可知，故只要状态参数1p 、1v 和2v 确定了，q 的数值也确定了，是否q 与途径无关？答：对于一个定温过程，过程途径就已经确定了。所以说理想气体可逆过程q 是与途径有关的。 4.5在闭口热力系的定容过程中，外界对系统施以搅拌功w δ，问这v Q mc dT δ=是否成立？答：成立。这可以由热力学第一定律知，由于是定容过2211 v v dv w pdv pv pvIn RTIn v v v ====??为零。故v Q mc dT δ=，它与外界是否对系统做功无关。 4.6绝热过程的过程功w 和技术功t w 的计算式： w =12u u -，t w =12h h - 是否只限于理想气体？是否只限于可逆绝热过程？为什么？

工程热力学-课后思考题答案

第一章基本概念与定义 1．答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定 2．答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。 3．答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。 4．答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。 5．答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。 6．答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。 7．答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。 8．答：（1）第一种情况如图1-1（a）,不作功（2）第二种情况如图1-1（b）,作功（3）第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。 9．答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。系统和外界整个系统不能恢复原来状态。 10．答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。 11．答：不一定。主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。

工程热力学思考题答案,第三章

第三章理想气体的性质 1.怎样正确看待“理想气体”这个概念？在进行实际计算是如何决定是否可采用理想气体的一些公式？答：理想气体：分子为不占体积的弹性质点，除碰撞外分子间无作用力。理想气体是实际气体在低压高温时的抽象，是一种实际并不存在的假想气体。判断所使用气体是否为理想气体（1）依据气体所处的状态（如：气体的密度是否足够小）估计作为理想气体处理时可能引起的误差；（2）应考虑计算所要求的精度。若为理想气体则可使用理想气体的公式。 2.气体的摩尔体积是否因气体的种类而异？是否因所处状态不同而异？任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是 0.022414m 3 /mol? 答：气体的摩尔体积在同温同压下的情况下不会因气体的种类而异；但因所处状态不同而变化。只有在标准状态下摩尔体积为 0.022414m 3 /mol 3.摩尔气体常数 R 值是否随气体的种类不同或状态不同而异？答：摩尔气体常数不因气体的种类及状态的不同而变化。 4.如果某种工质的状态方程式为pv =R g T ，那么这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗？答：一种气体满足理想气体状态方程则为理想气体，那么其比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数。 5.对于一种确定的理想气体，()p v C C 是否等于定值？p v C C 是否为定

值？在不同温度下()p v C C -、p v C C 是否总是同一定值？答：对于确定的理想气体在同一温度下()p v C C -为定值， p v C C 为定值。在不同温度下()p v C C -为定值，p v C C 不是定值。 6.麦耶公式p v g C C R -=是否适用于理想气体混合物？是否适用于实际气体？答：迈耶公式的推导用到理想气体方程，因此适用于理想气体混合物不适合实际气体。 7.气体有两个独立的参数，u(或 h)可以表示为 p 和 v 的函数，即(,)u u f p v =。但又曾得出结论，理想气体的热力学能、焓、熵只取决于温度，这两点是否矛盾？为什么？答：不矛盾。实际气体有两个独立的参数。理想气体忽略了分子间的作用力，所以只取决于温度。 8.为什么工质的热力学能、焓、熵为零的基准可以任选？理想气体的热力学能或焓的参照状态通常选定哪个或哪些个状态参数值？对理想气体的熵又如何？答：在工程热力学里需要的是过程中热力学能、焓、熵的变化量。热力学能、焓、熵都只是温度的单值函数，变化量的计算与基准的选取无关。热力学能或焓的参照状态通常取 0K 或 0℃时焓时为0，热力学能值为 0。熵的基准状态取p 0=101325Pa 、T 0=0K 熵值为 0 。 9.气体热力性质表中的h 、u 及s 0的基准是什么状态？答：气体热力性质表中的h 、u 及s 0的基准是什么状态00(,)T P 00T K =

(完整版)工程热力学习题集附答案

工程热力学习题集一、填空题 1．能源按使用程度和技术可分为能源和能源。 2．孤立系是与外界无任何和交换的热力系。 3．单位质量的广延量参数具有参数的性质，称为比参数。 4．测得容器的真空度48V p KPa =，大气压力MPa p b 102.0=，则容器内的绝对压力为。 5．只有过程且过程中无任何效应的过程是可逆过程。 6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水饱和水湿蒸气、和。 7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越、水蒸气含量越，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为可逆循环。 9．熵流是由引起的。 10．多原子理想气体的定值比热容V c = 。 11．能源按其有无加工、转换可分为能源和能源。 12．绝热系是与外界无交换的热力系。 13．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14．测得容器的表压力75g p KPa =，大气压力MPa p b 098.0=，则容器内的绝对压力为。 15．如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。 16．卡诺循环是由两个和两个过程所构成。 17．相对湿度越，湿空气越干燥，吸收水分的能力越。（填大、小） 18．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为不可逆循环。 19．熵产是由引起的。 20．双原子理想气体的定值比热容p c = 。 21、基本热力学状态参数有：（）、（）、（）。 22、理想气体的热力学能是温度的（）函数。 23、热力平衡的充要条件是：（）。 24、不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（）。 25、卡诺循环由（）热力学过程组成。 26、熵增原理指出了热力过程进行的（）、（）、（）。 31.当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为_______。 32.在国际单位制中温度的单位是_______。

工程热力学思考题答案

第十一章制冷循环 1.家用冰箱的使用说明书上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么答：为了维持冰箱的低温，需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高，从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处，并距墙壁适当距离。在一定环境温度下，冷库温度愈低，制冷系数愈小，因此为取得良好的经济效益，没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。 2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环答：由于空气定温加热和定温放热不易实现，故不能按逆向卡诺循环运行。在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。 3.压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法为什么答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。

4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何答：压缩空气制冷循环的制冷系数为：()() 14 2314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε= == 空气视为理想气体，且比热容为定值，则：()() 14 2314T T T T T T ε-= --- 循环压缩比为：2 1 p p π= 过程1-2和3-4都是定熵过程，因而有：1 3 22114 k k T T P T P T -??== ??? 代入制冷系数表达式可得：11 1 k k επ -= - 由此式可知，制冷系数与增压比有关。循环压缩比愈小，制冷系数愈大，但是循环压缩比减小会导致膨胀温差变小从而使循环制冷量减小，如图（b ）中循环1-7-8-9-1的循环压缩比较循环1-2-3-4-1的小，其制冷量（面 T s O 4′ 9′ 1′ O v （a （b ）压缩空气制冷循环状态参数

工程热力学课后题答案

习题及部分解答第一篇工程热力学第一章基本概念 1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量：答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。 2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量，密度。 3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。若水柱高 mm 200，水银柱高mm 800，如图2-26所示。已知大气压力为mm 735Hg ，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ？解：根据压力单位换算 kPa p p p p kPa Pa p kPa p Hg O H b Hg O H 6.206)6.106961.1(0.98)(6.10610006.132.133800.96.110961.180665.92002253=++=++==?=?==?=?= 4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若已知斜管倾角 30=α，压力计中使用3/8.0cm g =ρ 的煤油，斜管液体长度mm L 200=，当地大气压力MPa p b 1.0=，求烟气的绝对压力（用MPa 表示）解： MPa Pa g L p 6108.7848.7845.081.98.0200sin -?==???==α ρ MPa p p p v b 0992.0108.7841.06=?-=-=- 5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C 为压力表，读数为 kPa 110，B 为真空表，读数为kPa 45。若当地大气压kPa p b 97=，求压力表A 的读数（用kPa 表示） kPa p gA 155= 6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。（1）.取水为系统；（2）.取电阻丝、容器和水为系统；（3）.取图中虚线内空间为系统。答案略。 7.某电厂汽轮机进出处的蒸汽用压力表测量，起读数为MPa 4.13；冷凝器内的蒸汽压力用真空表测量，其读数为mmHg 706。若大气压力为MPa 098.0，试求汽轮机进出处和冷凝器内的蒸汽的绝对压力（用MPa 表示） MPa p MPa p 0039.0;0247.021== 8.测得容器的真空度 mmHg p v 550=，大气压力 MPa p b 098.0=，求容器内的绝对压力。若大气

工程热力学思考题及答案

工程热力学思考题及答案第一章基本概念 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。 2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量的交换就是绝热系。 3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系？答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是它们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。 4.假如容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式p = p b+p e(p >p b)，p v=p b?p (p b

工程热力学思考题答案整理版

⒉ 有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。这种观点对不对，为什么? 答：不对。“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。物质并不“拥有”热量。一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。 ⒊ 平衡状态与稳定状态，平衡状态与均匀状态有何区别和联系? 答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。 ⒋ 倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压力计算公式 )( )( b v b b e b P P P P P P P P P P <-=>+=；中，当地大气压是否必定是环境大气压? 答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。 “当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说，计算式中的P b 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。 ⒌ 温度计测温的基本原理是什么? 答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。 ⒍ 经验温标的缺点是什么?为什么? 答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可能是微小的），因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点。 ⒎ 促使系统状态变化的原因是什么?举例说明。答：分两种不同情况： ⑴ 若系统原本不处于平衡状态，系统各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作用下，各个部分发生相互作用，系统的状态将发生变化。例如，将一块烧热了的铁扔进一盆水中，对于水和该铁块构成的系统说来，由于水和铁块之间存在着温度差别，起初系统处于热不平衡的状态。这种情况下，无需外界给予系统任何作用，系统也会因铁块对水放出热量而发生状态变化：铁块的温

工程热力学思考题答案,第一章.

第一章基本概念与定义 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量保持恒定，那么系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗？答：不一定。稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。 2.有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。对不对，为什么？答：这种说法是不对的。工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量地交换就是绝热系。 3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系？答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是他们的本质区别。平衡状态并非稳定状态之必要条件。物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。 4.倘使容器中气体的压力没有改变，试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？绝对压力计算公式b e p p p =+()e p p >， b e p p p =-()e p p <中，当地大气压是否必定是环境大气压？答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。当地大气压不一定是环境大气压。环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。 5.温度计测温的基本原理是什么？答：选作温度计的感应元件的物体应具备某种物理性质随物体的冷热程度不同有显著的变化。有两个系统分别和第三个系统处于热平衡，则两个系统彼此必然处于热平衡。 6.经验温标的缺点是什么？为什么？答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。 7.促使系统状态变化的原因是什么？举例说明答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变。 8.分别以图参加公路的自行车赛车运动员、运动手枪中的压缩空气、杯子内的热水和正在运行的电视机为研究对象，说明这是什么系统。答：赛车运动员因为有呼吸有物质交换，运动员对自行车作功，因此有能量交换，因此赛车运动员是开口系统。压缩空气只有对子弹作功，因此为闭口系统。杯子内的热水对外既有能量交换又有物质交换，因此为开口系统，正在运行的电视机有能量交换物物质交换，因此为闭口系统 9．家用加热电器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。取正在使用的家用电热水器为控制体（不包括电机热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，是什么系统？什么情况下构成孤立的系统？答：仅仅考虑电热水器为控制体，因有盖，不能与外界进行物质交换但与电机热器有热交换，因此是闭口系统。将电加热器包括在内，无热量交换因此是绝热过程。如果电加热器内电流非外部，而是用电池，即可认为绝热系统。 10.分析汽车动力系统与外界的质能交换情况？答：汽车发动机有吸气，压缩，作功，排气四个过程，因此吸气过程吸收外界的空气，过程中既有物质的进入，也有随物质进入带入的能量。压缩后喷油点火，这个过程中压缩点火为能量交换，喷油为物质交换。

工程热力学课后习题及答案第六版完整版

工程热力学课后习题及答案第六版完整版 Document number【SA80SAB-SAA9SYT-SAATC-SA6UT-SA18】

2-2.已知2N 的M ＝28，求（1）2N 的气体常数；（2）标准状态下2N 的比容和密度；（3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积 Mv 。解：（1）2N 的气体常数 28 83140== M R R ＝)/(K kg J ? （2）标准状态下2N 的比容和密度 101325 2739.296?== p RT v ＝kg m /3 v 1=ρ＝3/m kg （3）MPa p 1.0=，500=t ℃时的摩尔容积Mv Mv ＝ p T R 0＝kmol m /3 2-3．把CO 2压送到容积3m 3的储气罐里，起始表压力301=g p kPa ，终了表压力 3.02=g p Mpa ，温度由t1＝45℃增加到t2 ＝70℃。试求被压入的CO 2的质量。当地大气压B ＝ kPa 。解：热力系：储气罐。应用理想气体状态方程。压送前储气罐中CO 2的质量压送后储气罐中CO 2的质量根据题意容积体积不变；R ＝ B p p g +=11 （1） B p p g +=22 （2） 27311+=t T （3） 27322+=t T （4）压入的CO 2的质量 )1 122(21T p T p R v m m m -= -= （5）将（1）、(2)、(3)、(4)代入（5）式得 m=12.02kg 2-5当外界为标准状态时，一鼓风机每小时可送300 m 3的空气，如外界的温度增高

到27℃，大气压降低到，而鼓风机每小时的送风量仍为300 m 3，问鼓风机送风量的质量改变多少解：同上题 1000 )273 325 .1013003.99(287300)1122(21?-=-= -=T p T p R v m m m ＝41.97kg 2-6 空气压缩机每分钟自外界吸入温度为15℃、压力为的空气3 m 3，充入容积8.5 m 3的储气罐内。设开始时罐内的温度和压力与外界相同，问在多长时间内空气压缩机才能将气罐的表压力提高到设充气过程中气罐内温度不变。解：热力系：储气罐。使用理想气体状态方程。第一种解法：首先求终态时需要充入的空气质量 288 2875.810722225???==RT v p m kg 压缩机每分钟充入空气量 288 28731015???==RT pv m kg 所需时间 == m m t 2 第二种解法将空气充入储气罐中，实际上就是等温情况下把初压为一定量的空气压缩为的空气；或者说、 m 3的空气在下占体积为多少的问题。根据等温状态方程、8.5 m 3的空气在下占体积为 5.591 .05.87.01221=?== P V p V m 3 压缩机每分钟可以压缩的空气3 m 3，则要压缩 m 3的空气需要的时间 == 3 5.59τ 2－8 在一直径为400mm 的活塞上置有质量为3000kg 的物体，气缸中空气的温度为18℃，质量为2.12kg 。加热后其容积增大

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