热工基础课后答案超详细版(张学学)

热工基础课后答案超详细版（张学学）
第一章思考题
1.平衡态和稳态的区别是什么？为什么要把平衡的概念引入热力学？
答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。

而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。

可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。

热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。

2.表压或真空度能否作为热力计算的状态参数？如果工作介质的压力保持不变，询问测量其压力的压力表或真空表的读数是否会改变？
答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。

若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。

3.当真空计的指示值较大时，表明被测物体的实际压力较大或较小？答：真空表的数值越大，实际压力越小。

4.准平衡过程与可逆过程有何区别？
答：没有耗散的准平衡过程是可逆过程，所以可逆过程必须是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。

5.不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？
回答：不正确。

不可逆过程是指无论采用何种曲折复杂的方法，系统都不可能在不改变外部世界的情况下回到初始状态。

6.没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。

而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。

7.使用U形管压力表测量工作介质压力时，压力表的液柱直径是否影响读数？答：严格说来，这是有影响的，因为U形管越厚，进入U形管的工作介质就越多。

这部分的工作介质越多，其对阅读准确性的影响就越大。

习题
1-1解决方案：
1
PB755? 133.3? 10? 5.1.006巴？100.6千帕
1.p?pb?pg?100.6?13600?13700.6kpa
2.pg?p?pb?2.5?1.006?1.494bar?149.4kpa
3.p?pb?pv 75570055mmhg7.3315kpa
4.pvpbp1.0060.50.506bar50.6kpa
1-2图1-8显示了常用斜管微压力计的工作原理。

由于引风机的吸入，锅炉设备烟道内的压力将略低于大气压力。

如果微压机倾斜管的倾斜角度为？？30?，管道内水解：根据微压力计原理，烟道内压力应等于环境压力与水柱压力之差
p水柱＝?ghsin??1000?9.8?200?10?3?0.5?980pa?7.35mmhg
PPBP水柱？756? 7.35? 748.65毫米汞柱
1-3
解决方案：
p1?pb?pa?0.97?1.10?2.07barp2?p1?pb?2.07?1.05?0.32barpc?pb?p2?0.97?0.32?0.65bar
解决方案1-4：
p真空室＝pb?p汞柱＝760－745＝15mmhg＝2kpa
p1？真空室？帕2.360? 362kpap2？p1？PB362? 170? 192kpa
pc?pb?p真空室?192?2?190kpa
F（Pb？P真空室）a？745? 133.3? 1-4
解：
1.π? 0.452? 15.8kn4p？PBP水柱+P水银柱=760+300？9.81/133.3＋800＝1582毫米汞柱？
2.11巴
2
解决方案1-5：由于压缩过程是恒压的，因此
w??pdv?p(v1?v2)?0.5?106?(0.8?0.4)?200kj
V1v21-6解决方案：将工艺系统的外部工作改为
w??pdv??0.30.50.5p1v11.3v1.30.3p1v11.3?0.3dv??(v2?v1?0.3)?85.25kj
0.31-7
解：由于空气压力正比于气球的直径，所以可设p?cd，式中c为常数，d为气球的直径，由题中给定的初始条件，可以得到：
C空气在这个过程中所做的功是
pp1150000500000dd10.3w??pdv??v1v2d2d1d211134cdd(?d)??c?d3dd??c(d2?d14)d1628 15000000?(0.44?0.34)?34.36kj81-8
解决方案：（1）气体所做的功为：
w??(0.24v?0.04)?106dv?1.76?104j
0.10.3（2）摩擦消耗的功为：
w摩擦力＝fδl?1000?(0.3?0.1)?1000j0.2所以减去摩擦力消耗的功后活塞所作的功为：
W活塞=W？W摩擦力=1.66？104j
1-9
解决方案：假设气球的初始体积为零，气球的内部和外部压力在充气期间将始终保持等于0.09 MPa的大气压，因此气体所做的功为：
w?p?v?0.09?106?2?1.8?105j
解决方案1-11：确定为了将气球填充至2m3，储气罐中的原始压力至少应为（此时，储气罐中的压力等于气球中的压力和外部大气压力Pb）
p2(v1?2)p2(v1?2)0.9?105?(2?2)p11.8?105pa
V12前两个箱子可以把气球装满2m3
w?pbδv?0.9?105?2?1.8?105j
案例三：
3
V气球+储气罐=p储气罐V储气罐0.15？2.3.333m3
pb0.09所以气球只能被充到v气球＝3.333－2＝1.333m3的大小，故气体对外作的功为：
W0.9? 105? 1.333? 1.2? 105j
第二章
思考问题
绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空
气将充满整个容器。

问：⑴空气的热力学能如何变化？⑵空气是否作出了功？⑶能否在坐
标
这个过程如图所示？为什么？
答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。

（2）空气对外不做功。

（3）这个过程不能在图上表示，因为它不是一个准静态过程。

2.下列说法是否正确？
（1）气体膨胀时，必须从外部做功。

错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。

⑵气体被压缩时一定消耗外功。

是的，因为根据热力学第二定律，气体不能自我压缩。

如果你想压缩音量，你必须依
靠外部功。

⑶气体膨胀时必须对其加热。

例如，气体在没有加热的情况下绝热自由膨胀到真空中，这是错误的。

（4）气体有
可能同时膨胀和放热。

对，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边膨胀边放热。

⑸气体边被压缩边吸入
热量是不可能的。

错了，比如多变过程。

当n大于k时，可以实现压缩和吸热。

（6）当工作介质被加
热时，其温度将降低，这是不可能的。

错，比如多变过程，当n大于1，小于k时，可实现对工质加热，其温度反而降低。

4.说“任何没有体积变化的过程都不得进行外部工作”是否正确？
4
答：不正确，因为外部功的含义非常广泛，如电磁功、表面张力功等。

如果只考虑体
积功，则在没有体积变化的过程中必须没有外部功。

5.试比较图2-6所示的过程1-2与过程1-a-2中下列各
数量：⑴ W12和w1a2；(2)? U12和？u1a2；（3）Q12和q1a2回答：（1）w1a2很大。

(2)一样大。

（3）q1a2大。

图2-6思考问题4图6描述了以下类型的应用条件：
⑴q??u?w
封闭系统的所有过程（2）q？？Updv
闭口系统的准静态过程⑶q??u?(p2v2?p1v1)
开启系统的稳定流动过程，轴向功为零（4）q？？Up（v2？v1）
开口系统的稳定定压流动过程，并且轴功为零；或者闭口系统的定压过程。

7.膨胀功、轴向功、技术功和流动功之间的区别和联系是什么？流量功的大小与工艺
特性无关
系？
答：扩容功是由于体积变化引起的系统外部功；轴功是指当工作介质流经热力设备
（开放系统）时，热力设备与外界之间交换的机械功。

由于这种机械功通常是通过旋转轴
输入和输出的，因此在工程中被用作轴功；技术功不仅包括轴向功，还包括工质流动过程
中机械能（宏观动能和势能）的变化；流动功也称为推进功。

1kg工作介质的流动功等于
其压力和比体积的乘积。

它是工质在流动中传递到前端的功，只发生在工质的流动过程中。

对于带有工质的简单可压缩系统，工质在稳定流动过程中的膨胀功包括三部分：一部分用
于维持工质进出开放系统时流动功的代数和，一部分用于增加工质的宏观动能和势能，最
后一部分用于热力设备的轴向工作。

对于稳定流动，工质的技术功等于膨胀功和流动功之
差的代数和。

如果工质进出热力设备的宏观动能和势能变化很小且可以忽略不计，则技术
功等于轴功。

5。