工程热力学课后答案

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1、工程热力学沈维道主编第四版课后思想题答案（15章）第1章基本概念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

2、关。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：“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。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？在绝对压力计算公式P 二 p + p （p p ） ； p 二 p p（p xB,能否断定质量分数也是wA wB?答：不能。由于质量分数（份额）与摩尔分数的关系为M Rx 二 eq w 二一4 w i M i R iigeq可见两种组分的质量成分之比除与

3、摩尔成分有关外，还与它们的摩尔质量（或气体常数）的大小有关。第4章理想气体的热力过程1. 分析气体的热力过程要解决哪些问题？用什么方法解决？试以理想气体的定温过程为例说明之。答：分析气体的热力过程要解决的问题是：揭示过程中气体的状态（参数）变化规律和能量转换的情况，进而找出影响 这种转换的主要因素。分析气体热力过程的具体方法是：将气体视同理想气体；将具体过程视为可逆过程，并突出具体过程的主要特征，理想 化为某种简单过程；利用热力学基本原理、状态方程、过程方程，以及热力学状态坐标图进行分析和表示。对于理想气体的定温过程”（从略）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：因为理

4、想气体的热力学能和焓为温度的单值函数，只要温度变化相同，不论经历任何过程其热力学能和焓的变化都 v1会相同，因此，所给第一组公式对理想气体的任何过程都是适用的；但是第二组公式是分别由热力学第一定律的第一和 第二表达式在可逆定容和定压条件下导出，因而仅分别适用于可逆的定容或定压过程。就该组中的两个公式的前一段而 言适用于任何工质，但对两公式后一段所表达的关系而言则仅适用于理想气体。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 温膨胀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：在气体定温膨胀过程中实际上是需要加入热量的。定

5、温过程中气体的比热容应为无限大，应而不能以比热容和温度 变化的乘积来求解，最基本的求解关系应是热力学第一定律的基本表达式：q = u + w。4. 过程热量q和过程功都是过程量，都和过程的途径有关。由定温过程热量公式可见，只要状态参数P1、v1和v2确定了，q的数值也确定了，是否q与途径无关？答：否。所说的定温过程热量计算公式利用理想气体状态方程、气体可逆过程的过程功dw=pdv，以及过程的定温条件 获得，因此仅适用于理想气体的定温过程。式中的状态1和状态2,都是指定温路径上的状态，并非任意状态，这本身 就确定无疑地说明热量是过程量，而非与过程路径无关的状态量。5. 在闭口热力系的定容过程中，

6、外界对系统施以搅拌功& w，问这时0 Q = mcvdT是否成立？答：不成立。只是在内部可逆的单纯加热过程中（即无不可逆模式功存在时）才可以通过热容与温度变化的乘积来计算 热量，或者原则地讲，只是在在可逆过程中（不存在以非可逆功模式做功的时候）才可以通过上述热量计算公式计算热 量。对工质施以搅拌功时是典型的不可逆过程。6. 试说明绝热过程的过程功w和技术功wt的计算式w 二 u u ; w 二 h h12 t12是否只限于理想气体？是否只限于可逆绝热过程？为什么？ 答：以上两式仅根据绝热条件即可由热力学第一定律的第一表达式q=Au+w及第二表达式q=Ah+wt导出，与何种工质 无关，与过程是否

7、可逆无 pvn 关。量或7. 试判断下列各种说法是否正确：定容过程即无膨胀（或压缩）功的过程；绝热过程即定熵过程；（3）多变过程即任意过程。 答：膨胀功（压缩功）都是容积（变化）功，定容过程是一种系统比体积不变，对控制质 说系统容积不变的过程，因此说定容过程即无膨胀（或压缩）功的过程是正确的； 绝热过程指的是系统不与外界交换热量的过程。系统在过程中不与外界交换热量，这仅表明过程中系统与外界间无伴 随热流的熵流存在，但若为不可逆过程，由于过程中存在熵产，则系统经历该过程后会因有熵的产生而发生熵的额外增 加，实际上只是可逆的绝热过程才是定熵过程，而不可逆的绝热过程则为熵增大的过程，故此说法不正确;

8、多边过程是指遵循方程=常数（n为某一确定的实数）的那一类热力过程，这种变化规律虽较具普遍性，但并不包括 其中w1-2、w4-3为定容过程功，等于零；w2-3、w1-4为定压过程功，等于vP 。由于一切过程，因此说多8.参照图4-15，试证为定压过程。Au c(tt )1v2Ah c(tt )1p2qAuc(t t )v21qAhc(t -t )1P2w + w ; w1 22 31 4 3变过程即任意过程是不正确的。明：q1-2-3 工 q1-4-3。图中 1-2、4-3 为定容过程，1-4、2-3答：由于W 1 2 3 - 5图4-16思考H 9附图p p ; Av 二 Av212-31-4

9、W w1-2-31-4-3（另一方面，P-v图上过程曲线与横轴v之间所夹的面积代表过程功，显见w1-2 = w4-3 = 0 ； w2-3 w4-3，即w1-2-3 wl-4-3）。根据热力学第一定律：q=Au+w对热力学状态参数u，应有 A u = A u = A u1 2 31 4 31 3q q可见 1-2-31-4-39.如图4-16所示，今有两个任意过程a七及a -c，其中b、c在同一条绝热线上。试问 Uab与厶Uac哪个大？若b、c在同一条定温线上，结果又如何?答：由于b、c在同一条绝热线上，过程b-c为绝热膨胀过程，由热力学第一定律，有w = Au = u ubebe b c过程

10、中系统对外作膨胀功，Wbc 0，故有Ub Uc因此，应有若b、c在同一条定温线上，根据理想气体的热力性质，则有u = u ; Au= Aubeabae10.在T-s图上如何表示绝热过程的技术功Wt和膨胀功W？答：根据热力学第一定律，绝热过程的技术功wt和过程功w分别应等于过程的焓增量和热力学能增量的负值，因此， 在T-s图上绝热过程技术功wt和膨胀功w的表示，实际上就是过程的焓增量和热力学能增量的表示。具体方法为：（见 第3章思考题11）11.在P-v图和T-s图上如何判断过程中q、w、A u、A h的正负？答：当过程曲线分别指向绝热线、定容线、定温线的右侧时q、w、A u、A h值为正；反之

11、为负。第5章热力学第二定律1. 热力学第二定律能否表达为：“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能。”这种说法有什么不妥当？ 答：热力学第二定律的正确表述应是：热不可能全部变为功而不产生其它影响。所给说法中略去了“其它影响”的条件, 因而是不妥当、不正确的。2. 自发过程是不可逆过程，非自发过程必为可逆过程，这一说法是否正确？答：此说法不正确。自发过程具有方向性，因而必定是不可逆的；非自发过程是在一定补充条件下发生和进行的过程， 虽然从理论上说来也许可以做到可逆，但事实上实际过程都不可逆，因为不可逆因素总是避免不了的。3. 请给“不可逆过程”一个恰当的定义。热力过程中有哪几种不可逆

12、因素？Wq图4A热机循坏图4B不可能的热机循环答：所谓不可逆过程是指那种系统完成逆向变化回复到原先状态后，与其发生过相互作用的外界不能一一回复到原来状 态，结果在外界遗留下了某种变化的过程。简单地讲，不可逆过程就是那种客观上会造成某种不可恢复的变化的过程。 典型的不可逆因素有：机械摩擦、有限温差下的传热、电阻、自发的化学反应、扩散、混合、物质从一相溶入另一相的 过程等。4. 试证明热力学第二定律各种说法的等效性：若克劳修斯说法不成立，则开尔文说法也不成立。证：热力学第二定律的克劳修斯表述是：热不可能自发地、不付代价地从高温物体传至低温物体。开尔文表述则为：不可能从单一热源取热使之全部变为功而不

13、产生其它影响。按照开尔文说法，遵循热力学第二定律的 热力发动机其原则性工作系统应有如图4A所示的情况。假设克劳修斯说法可以违背，热量Q2可以自发地不付代价地从 地温物体传至高温物体，则应有如图4B所示的情况。在这种情况下，对于所示的热机系统当热机完成一个循环时，实 际上低温热源既不得到什么，也不失去什么，就如同不存在一样，而高温热源实际上只是放出了热量Q1 Q2),同时， 热力发动机则将该热量全部转变为功而不产生其它影响，即热力学第二定律的开尔文说法不成立。工程热力学复习思考题解答I11有什么不妥当？ 答：热力学第二定律的正确表述应是：热不可能全部变为功而不产生其它影响。所给说法中略去了“其它

14、影响”的条件, 因而是不妥当、不正确的。2.自发过程是不可逆过程，非自发过程必为可逆过程，这一说法是否正确？答：此说法不正确。自发过程具有方向性，因而必定是不可逆的；非自发过程是在一定补充条件下发生和进行的过程, 虽然从理论上说来也许可以做到可逆，但事实上实际过程都不可逆，因为不可逆因素总是避免不了的。3. 请给“不可逆过程”一个恰当的定义。热力过程中有哪几种不可逆因素?答：所谓不可逆过程是指那种系统完成逆向变化回复到原先状态后，与其发生过相互作用的外界不能一一回复到原来状态，结果在外界遗留下了某种变化的过程。简单地讲，不可逆过程就是那种客观上会造成某种不可恢复的变化的过程。典型的不可逆因素有

15、：机械摩擦、有限温差WnetQ1下的传热、电阻、自发的化学反应、扩散、混合、物质从一相溶入另一相的过程等。4.试证明热力学第二定律各种说法的等效性:若克劳修斯说法不成立，则开尔文说法也不成立。证：热力学第二定律的克劳修斯表述是：热不可能自发地、不付代价地从高温物体传至低温物体。开尔文表述则为：不可能从单一热源取热使之全部变为功而不产生其它影响。按照开尔文说法，遵循热力学第二定律的热力发动机其原则性工作系统应有如图4A所示的情况。假设克劳修斯说法可以违背，热量Q2可以自发地不付代价地从地温物体传至高温物体，则应有如图4B所示的情况。在这种情况下，对于所示的热机系统当热机完成一个循环时，实际上低温

16、热源既不得到什么，也不失去什么，就如同不存在一样，而高温热源实际上只是放出了热量(Q1Q2)，同时，热力发动机则将该热量全部转变为功而不产生其它影响，即热力学第二定律的开尔文说法不成立。5.下述说法是否有错误:循环净功Wnet愈大则循环热效率愈高;不可逆循环的热效率一定耳=11 t小于可逆循环的热效率;可逆循环的热效率都相等,答：说法不对。循环热效率的基本定义为:循环的热效率除与循环净功有关外，尚与循环吸热量Q1的大小有关;说法不对。根据卡诺定理，只是在“工作于同样温度的高温热源和同样温度的低温热源间”的条件下才能肯定不可 逆循环的热效率一定小于可逆循环，离开了这一条件结论就不正确;说法也不正确。根据卡诺定理也应当是在“工作于同样温度的高温热源和同样温度的低温热源间”的条件下才能肯定 所有可逆循环的热效率都相等，