工程热力学第四版沈维道童钧耕-第1章
工程热力学课后答案
《工程热力学》 沈维道主编 第四版 课后思想题答案（1~5章）第1章 基本概念⒈ 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。
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b e p p p =+ ()b p p >; b v p p p =- ()b 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Pb 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。
工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕之欧阳引擎创编
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？欧阳引擎（2021.01.01）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+pg (p> pb), p= pb -pv (p< pb)气压？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．温度计测温的基本原理是什么？热力学第零定律The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperature. In order to measure temperature of body A, we compare body C — a thermometer — with body A and temperature scales (温度的标尺，简称温标) separately. When they are in thermal equilibrium, they have the same temperature. Then we can know the temperature of body A with temperature scale marked on thermometer.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。
工程热力学第四版课后习题答案
= [0.4 × (0.6 − 0.4) +
其中 n 是定值， p 是压力； 1-13 某种理想气体在其状态变化过程中服从 pv = 常数的规律，
v 是比体积。试据 w =
∫
2
1
⎛p ⎞ pv pdv 导出气体在该过程中做功为 w = 1 1 ⎢1 − ⎜ 2 ⎟ n − 1 ⎢ ⎝ p1 ⎠ ⎣
解：容器中气体压力低于当地大气压力，故绝对压力
p = pb − pv = (755 − 600)mmHg = 155mmHg = 0.0207MPa ′ = 770mmHg 。则此时真空表上的读数为 若容器中绝对压力不变，而大气压力变为 pb ′ = pb ′ − p = (770 − 155)mmHg = 615mmHg pv
第一章 基本概念
1-1 英制系统中采用华氏温标，它规定在标准大气压（ 101 325 Pa ）下纯水的冰点是
32 °F ，汽点是 212 °F ，试推导华氏温度与摄氏温度的换算关系。
解：
{t}° F − 32
212 − 32 100 − 0 180 9 {t}° F = {t}° C + 32 = {t}° C + 32 100 5
3
1.655 114.71
1.069 163.87
2
0.724 245.81
0.500 327.74
0.396 409.68
0.317 491.61
0.245 573.55
0.193 655.48
0.103 704. Δ V
1
=
(1.655 + 1.069)MPa 2
p1v1 ⎜ 1 − =
⎛
p2 v2 ⎞
工程热力学-ch0-1 绪论
绪论 1593年，伽利略发明制作了第一支空气温度
计。这种气体温度计是用一根细长的玻璃管制成 的。它的一端制成空心圆球形；另一端开口，事 先在管内装进一些带颜色的水，并将这一端倒插 入盛有水的容器中。在玻璃管上等距离地标上刻 度。这样，当外界温度升高时，玻璃球内气体膨 胀，使玻璃管中水位降低；反之，温度较低时， 玻璃球内气体收缩，玻璃管中的水位就会上升。
50%的石油用量。
天然气 ◇西气东输工程，连接沿线用户特别是长江三角洲地区， 全长4000公里。
能耗
◇我国单位GDP能耗为世界的4.7倍。 ◇我国能源转换利用率为29％，比全球平均水平低10%。 ◇我国SO2、NOx、CO2排放量大。
绪论
◆工程热力学是一门关于什么的课程？
热力学，是一门研究物质的能量、能量传递和转换 以及能量与物质性质之间普遍关系的科学。
◇地球自身蕴藏的能量 ◇地球与天体相互作用产生的能量
绪论 能源利用的两 种主要形式
能源开发与利 用的主要发展
◇热利用——直接利用热能，如冶金、化 工、食品等等工业与生活应用。
◇热能的动力利用——将热能转换 为机械能或电能，提供动力，如发 电、发动机等等。
◇核能 ◇风能 ◇太阳能 ◇地热能 ◇潮汐与海洋热能 ◇生物质能 ◇等等。。。
绪论
绪论
我国主要用能状况
煤炭 ◇煤的蕴藏量世界第一，开采量世界第一，但是按目前 消耗速度（30亿吨/年）只能延续200年。
石油
◇石油、天然气资源紧缺，已探储量占世界人均的1/10，
75％依赖进口。 ◇我国经济对石油的需求越来越大，石油消耗量仅次于美国。
2003年进口的原油较2002年增长了31%。交通消耗了我国
沸点较高的特性，制成水银温度计。这种温度
工程热力学课后思考题参考答案__第四版_沈维道_童钧耕主编_高等教育出版社
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。
24p=p b+p g中，压p b67．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。
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12（1（2）体先恢复平衡在抽下一块，则又如何？（3）上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在p-v图上表示？p14．一刚性容器，中间用绝热隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，如图2-12所示。
若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能将如何变化？若在隔板上有一小孔，气体泄漏入B 中，分析A 、B 两部分压力相同时A 、B 两部分气体热力学能如何变化？ 能在。
89．气体流入真空容器，是否需要推动功？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。
11．为什么稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等都会改变，而整个系统的∆U CV =0、∆H CV =0、∆S CV=0?控制体的∆U CV=0、∆H CV=0、∆S CV=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∆U CV=0、∆H CV=0、∆S CV=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。
13.1-1、2-2h3q m3（h3+c f32/2+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：q m1⋅h1+ q m2⋅h2= q m3⋅h3出口截面上焓值h3的计算式h3=（q m1⋅h1+ q m2⋅h2）/ q m3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。
工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕主编_高等教育出版社
工程热力学课后思考题答案第1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？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？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。
4题图环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
“当地大气压”并非就是环境大气压。
准确地说，计算式中的Pb 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”。
当地大气压就是指的所处地点的大气压力. 任何一个地点的大气压不仅是海拔高度的函数, 而且是天气或者说是气候的函数. 也就是说是时间的函数. 但是某地的大气压随时间的变化并不会很大, 也不会非常频繁. 假如当地大气压仅仅是指所处地点地表附近的大气压, 那么所处地点上方空间中的任何一个位置就不能说成是"当地", 而只能说成是"环境",5．温度计测温的基本原理是什么？热力学第零定律如果两个热力系的每一个都与第三个热力系处于热平衡，则它们彼此也处于热平衡。
工程热力学课后思考题答案--第四版-沈维道-童钧耕主编-高等教育出版社
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GAGGAGAGGAFFFFAFAF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。
GAGGAGAGGAFFFFAFAF4．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), pp 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？热力学第零定律The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperature. In order to4题图GAGGAGAGGAFFFFAFAFmeasure temperature of body A, we compare body C — a thermometer — with body A and temperature scales(温度的标尺，简称温标) separately. When they are in thermal equilibrium, they have the same temperature. Then we can know the temperature of body A with temperature scale marked on thermometer.6．经验温标的缺点是什么？为什么？GAGGAGAGGAFFFFAFAF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。
工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕之欧阳语创编
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+pg (p> pb),p= pb-pv (p< pb)中，当地大气压是否必定是环境大气压？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．温度计测温的基本原理是什么？热力学第零定律The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperature. In order to measure temperature of body A, we compare body C —a thermometer — with body A and temperature scales (温度的标尺，简称温标) separately. When they are in thermal equilibrium, they have the same temperature. Then we can know the temperature of body A with temperature scale marked on thermometer.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。
2沈维道工程热力学第一章
假如重物有无限多层 每次只去掉无限薄一层
系统随时接近于平衡态
p0
p
1.
.
.
p，T
v 2
准静态过程有实际意义吗？
既是平衡，又是变化
既可以用状态参数描述，又可进行热功转换
疑问：理论上准静态应无限 缓慢，那工程上怎样处理？
准静态过程的工程条件
破坏平衡所需时间 （外部作用时间）
>>
恢复平衡所需时间 （驰豫时间）
闭口系、开口系、绝热系、孤立系 热力系的选取取决于研究目的 和方法，具有随意性，选取不当将 不便于分析。 一旦取定系统，沿边界寻找相 互作用。
作业： P.32
1－2，1-3 ， 1－7， 1－16。
第一章
完
状态：某一瞬间热力系所呈现的宏观状况
状态参数：描述热力系状态的物理量 状态参数的特征：
1、状态确定，则状态参数也确定，反之亦然 2、状态参数的积分特征：状态参数的变化量 与路径无关，只与初终态有关 3、状态参数的微分特征：全微分
强度参数与广延参数
强度参数：与物质的量无关的参数
如压力 p、温度T
广延参数：与物质的量有关的参数可加性
第一章 基本概念
§1-1热能在热机中转变成机械能的过程
热机种类:
发电（火力、核能）蒸汽动力装置
车辆发动机（内燃机）
轮船发动机（燃气轮机） 燃气动力装置 航空发动机
制冷、空调
§1-2
1、系统与边界
热力系统
热力系统(热力系、系统)：人为地 研究对象 外界：系统以外的所有物质 边界(界面)：系统与外界的分界面
系统与外界的作用都通过边界
热力系统选取的人为性
过热器 汽轮机
工程热力学 复习指南 配套工程热力学第四版 童均耕 沈维道
目录
第一章 基本概念及定义 ................................................................................................... 3 §1.1 热能和机械能相互转换的过程 .............................................................................. 3 §1.2 热力系统（热力系、系统、体系）外界和边界 .................................................. 3 §1.3 工质的热力学状态和基本状态参数 ....................................................................... 3 §1.4 平衡状态.................................................................................................................. 4 §1.5 工质的状态变化过程 .............................................................................................. 5 §1.6 功和热量.................................................................................................................. 5 §1.7 热力循环.................................................................................................................. 6 ☆本章习题指导 ............................................................................................................... 6 第二章 热力学第一定律 ......................................................................................................... 8 §2.1 热力学第一定律的实质 .......................................................................................... 8 §2.2 热力学能(内能)和总能 ........................................................................................... 9 §2.3 热力学第一定律基本表达式 .................................................................................. 9 §2.4 闭口系基本能量方程式 ........................................................................................ 10 §2.5 开口系能量方程 .................................................................................................... 10 ☆本章习题指导 ............................................................................................................. 13 第三章 气体和蒸汽的性质 ................................................................................................... 14 §3.1 理想气体................................................................................................................ 14 §3.2 理想气体的比热容 ................................................................................................ 14 §3.3 理想气体的热力学能、焓和熵 ............................................................................ 18 §3.4 饱和状态、饱和温度和饱和压力 ........................................................................ 19 §3.5 水的定压加热汽化过程 ........................................................................................ 19 §3.6 水和水蒸气状态参数 ............................................................................................ 20 §3.7 水蒸气图表和图 .................................................................................................... 21 ☆本章习题指导 ............................................................................................................. 21 第四章 气体和蒸汽的基本的热力过程 ............................................................................... 25 §4.1 研究热力过程的目的及一般方法 ........................................................................ 25 §4.2 理想气体的定压、定容、定温和等比熵（可逆绝热）过程 ............................ 26 §4.4 理想气体多变过程 ................................................................................................ 27 §4.5 水蒸气的基本过程 ................................................................................................ 28 ☆本章习题指导 ............................................................................................................. 29 第五章 热力学第二定律 ....................................................................................................... 33 §5.1 热力学第二定律 .................................................................................................... 33 §5.2 卡诺循环和卡诺定理 ............................................................................................ 33 §5.3 熵和热力学第二定律的数学表达式 ................................................................... 35 §5.4 熵方程与孤立系统熵增原理 ............................................................................... 37 §5.5 系统的作功能力(㶲)及熵产与作功能力损失 ..................................................... 39 §5.6 㶲平衡方程及㶲损失 ............................................................................................ 40 ☆本章习题指导 ............................................................................................................. 41
工程热力学思考题答案——第四版 童钧耕
第一章基本概念与定义（答案）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：界影只有在没有外响的条件下，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。
12．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。
14．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。
15．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。
第二章热力学第一定律（答案）4．答：将隔板抽去，根据热力学第一定律其中所以容器中空气的热力学能不变。
若有一小孔，以B为热力系进行分析只有流体的流入没有流出，，忽略动能、势能B部分气体的热力学能增量为，A部分气体的热力学能减少量为。
工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕主编_高等教育出版社
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。
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。
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。
4题图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。
12．图1-22中容器为刚性绝热容器，分成两部分，一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板，（1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？（2）设真空部分装有许多隔板，逐个抽去隔板，每抽一块板让气体先恢复平衡在抽p v1a b29题图a b冷水 冷水热水传热 传热 热水 电流下一块，则又如何？（3）上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在p -v 图上表示？4．一刚性容器，中间用绝热隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，如图2-12所示。
工程热力学沈维道童钧耕主编
•力平衡（ ）： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外 界处处压力相等。
•热力平衡的充要条件 —系统同时达到热平衡和力平衡。
24
讨论： 1）系统平衡与均匀
2）平衡与稳定
— 平衡可不均匀
— 稳定未必平衡
25
三、纯物质的状态方程 （）
状态方程 fp,v,T0
1．理想气体状态方程 （ ; ’s ）
ppbpe (ppb) ppbpv (ppb)
21
常用压力单位：
1Pa 1mN2 1MPa 1106Pa 1bar 1105Pa 1atm101325Pa 760mmHg 1mmHg 133.32Pa 1mmH2O9.80665Pa
例A4001441
例A4002771
取红线为系统— 闭口系
取喷管为系统—
开口系绝热系?
14
３．A、B两部落“鸡、犬之声相闻， 民至老死不相往来”
A部落为系统
—闭口系 A
部落为系统—孤立系
B
15
1-3 工质的热力学状态和基本状态参数
一、热力学状态和状态参数
热力学状态（ ） —系统宏观物理状况的综合
状态参数（ ） —描述物系所处状态的宏观物理量
第一章 基本概念
1-1 热能和机械能相互转换过程 1-2 热力系统 1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数 1-4 平衡状态 1-5 工质的状态变化过程 1-6 功和热量 1-7 热力循环
1
1-1 热能和机械能相互转换的过程
一、热能动力装置( )
定义：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力 的整套设备。
• 外界( )： 与体系发生质、能交换的物系。
• 边界()：
系统与外界的分界面（线）。
工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕
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） ，随物质进岀的热能（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 （pv p b ）中，当地大气压是否必定是环境大气当地大气压P b 改变，压力表读数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？热力学第零定律The zeroth law of thermodynamics temperature. In order to measure we compare body C — a thermometer temperature scales （温度的标尺，简称 they are in thermal equilibrium, they havethe same temperature. Then we can know the temperature of body A with temperature scale marked on thermometer.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。
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出版社
精心整理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234p<p b) 中，当54题图热力学第零定律Thezerothlawofthermodynamicsenablesustomeasuretemperature.Inorderto measuretemperatureofbodyA,wecomparebodyC—athermometer—withbodyAand temperaturescales(温度的标尺，简称温标)separately.Whentheyareinthermalequilibrium,theyhavethesametemperature. ThenwecanknowthetemperatureofbodyAwithtemperaturescalemarkedonthermo meter.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。
78．99题图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。
10．分析汽车动力系统（图1-21）与外界的质能交换情况。
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，系统能否恢复原来状态？包括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态？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。
工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕主编_高等教育出版社汇总
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。
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 )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。
中，当地大气压是否必定是环境大气压?定是环境大气压。
6•经验温标的缺点是什么？为什4题图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9题图构成孤立系统?为开口绝热系统（b 图）。
X X /Z \\ \、电流 热水传热 M — 不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a 图）。
包括电加热器则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。
12.图1-22中容器为刚性绝热容器，分成两 真空部分，一部分装气体，一部分抽成真空,中间是隔板，（1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？（2）设真空部分装有许多隔板，逐个抽去传热 冷水冷a热水隔板，每抽一块板让气体先恢复平衡在抽下一块，则又如何?(3)上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在示？ 4•一刚性容器，中间用绝热隔板分为两部分， A 中存有高压空气，B 中保持真空，如图2-12所示。
工程热力学课后思考题答案--第四版-沈维道-童钧耕上课讲义
工程热力学课后思考题答案--第四版-沈维道-童钧耕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？热力学第零定律The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperature. In order to measuretemperature of body A, we compare body C — a thermometer — with body A and temperature scales (温度的标尺，简称温标) separately. Whenthey are in thermal equilibrium, they have the same temperature. Then we can know the temperature of body A with temperature scale marked on thermometer. 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。
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5.可逆过程可用状态参数图上实线表示
32
1-6 功和热量
一、功(work)的定义和可逆过程的功
1．功的力学定义 2．功的热力学定义：通过边界传递的能量其全部 效果可表现为举起重物。 3．可逆过程功的计算
W δW
1
2
pAdx pdV
1 1
2
2
▲功是过程量 ▲功可以用p-v图上过程线 与v轴包围的面积表示
1．状态参数是宏观量，是大量粒子的统计平均效 应，只有平 衡态才有状参，系统有多个状态参数，如
p,V , T ,U , H , S
12
2．状态的单值函数。 物理上—与过程无关； 数学上—其微量是全微分。
dx 0
1b 2
dx dx
1a 2
3．状态参数分类 广延量（extensive property） 强度量（intensive property ） 又：广延量的比性质具有强度量特性，如比体积
pv RgT
pV mRgT
pV nRT
T K
摩尔质量
p Pa N/m 2 v m3 /kg
Rg —气体常数 （gas constant） J/(kg K)
R 8.3145J/(mol K) R—通用气体常数 （universal(molargas constant )
33
4．功的符号约定： 系统对外作功为“+”
外界对系统作功为“-”
5．功和功率的单位：
J
或 kJ
J/s W kJ/s kW
附： 1kWh 3600kJ
34
6．讨论 有用功(useful work)概念
Wu W Wl Wp
其中:
pb
f
W—膨胀功(compression/expansion work)； Wl—摩擦耗功； Wp＿排斥大气功。
例A4001441 例A4002771
1kPa 1103 Pa
18
六、比体积和密度
比体积(specific volume)
V v m
单位质量工质的体积
m3 /kg
kg/m3
密度(density)
m V
单位体积工质的质量
两者关系:
v
1
19
1-4 平衡状态
一、平衡状态（thermodynamic equilibrium state）
• 系统(thermodynamic system, system) 人为分割出来，作为热力学 研究对象的有限物质系统。 • 外界(surrounding )： 与体系发生质、能交换的物系。 • 边界(boundary)：
系统与外界的分界面（线）。
5
三、热力系分类
1. 按组元和相 按组元数 单元系(one component system;pure substance system) 多元系(multicomponent system) 按相数 单相系(homogeneous system) 复相系(heterogeneous system)
注意：1）不计恒外力场影响；
2）复相系未必不均匀—湿蒸汽； 单元系未必均匀—气液平衡分离状态。
6
2. 按系统与外界质量交换
闭口系（closed system） （控制质量CM） —没有质量越过边界 开口系（open system） （控制体积CV） —通过边界与外界有质量交换
7
3. 按能量交换 绝热系（adiabatic system）— 与外界无热量交换;
41
三、动力循环（正向循环）（power cycle; direct cycle ）
输出净功； 在p－v图及T－s图上顺时针进行； 膨胀线在压缩线上方；吸热线在放热线上方。
42
四、逆向循环(reverse cycle)
▲制冷循环(refrigeration cycle) ▲热泵循环(heat-pump cycle)
第一章 基本概念
Basic Concepts and Definition
1-1 热能和机械能相互转换过程
1-2 热力系统
1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数 1-4 平衡状态 1-5 工质的状态变化过程
1-6 功和热量 1-7 热力循环
1
1-1 热能和机械能相互转换的过程
一、热能动力装置(Thermal power plant)
热是无条件的；
功是有条件、限度的。
39
思考题：
容器为刚性绝热，抽去隔板， 重又平衡，过程性质。
逐个抽去隔板，又如何？
40
1-7 热力循环
一、定义：
封闭的热力过程 特性：一切状态参数恢复原值，即
dx 0
二、可逆循环与不可逆循环(reversible cycle and irreversible cycle )
非准静态过程 (nonequilibrium process) 准静态过程，不可逆
pA F cos pb A ( f 0)
准静态过程，可逆
31
讨论： 1.可逆=准静态+没有耗散效应
2.准静态着眼于系统内部平衡，可逆着眼于
系统内部及系统与外界作用的总效果
3.一切实际过程不可逆
4.内部可逆过程的概念
V v m
工程热力学约定用小写字母表示单位质量参数。
13
三、系统状态相同的充分必要条件 系统两个状态相同的充要条件： 所有状态参数一一对应相等 简单可压缩系两状态相同的充要条件： 两个独立的状态参数对应相等
14
四、温度和温标（temperature and temperature scale）
孤立系（isolated system）— 与外界无任何形式的质能交换。
4. 简单可压缩系（simple compressible system） —由可压缩物质组成，无化学反应、与外界有交 换容积变化功的有限物质系统。
注意： 1）闭口系与系统内质量不变的区别； 2）开口系与绝热系的关系； 3）孤立系与绝热系的关系。
28
1-5 工质的状态变化过程
一、准静态过程(quasi-static process; quasi-equilibrium process)
定义：偏离平衡态无穷小，随时 恢复平衡的状态变化过程。 进行条件： 破坏平衡的势—
p, T 无穷小
过程进行无限缓慢 工质有恢复平衡的能力 准静态过程可在状态参数图上用连续实线表示
3
三、热源(heat source; heat reservoir)
定义：工质从中吸取或向之排出热能的物质系统。 • 高温热源—热源 （ heat source ） 低温热源—冷源（heat sink） • 恒温热源(constant heat reservoir) 变温热源
4
一、定义
1-2 热力系统（热力系、系统、体系） 外界和边界
分 类
共同本质：由媒介物通过吸热—膨胀作功—排热
2
二、工质(working substance; working medium)
定义：实现热能和机械能相互转化的媒介物质。
对工质的要求:
1）膨胀性 2）流动性 物质三态中 气态最适宜。
3）热容量
4）稳定性，安全性 5）对环境友善 6）价廉，易大量获取
A部落为系统
—闭口系 A A+B部落为系统—孤立系
B
11
1-3 工质的热力学状态和基本状态参数
一、热力学状态和状态参数
热力学状态（state of thermodynamic system） —系统宏观物理状况的综合 状态参数（state properties） —描述物系所处状态的宏观物理量
二、状态参数的特性和分类
温度的定义： 测温的基础—热力学零定律 (zeroth law of thermodynamics) 热力学温标和国际摄氏温标 (thermodynamics scale; Kelvin scale;absolute temperature scale and internal Celsius temperature scale)
例A7001331
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用外部参数计算不可逆过程的功
W
2
1
pdV
?
36
W p 0 AH p 0 V
三、热量（heat）
1．定义：仅仅由于温差而 通过边界传递的能量。 2．符号约定：系统吸热“+”； 放热“-” 3．单位： J kJ 4．计算式及状态参数图 （T-s图上）表示
一般地讲：输入净功； 在状态参数图逆时针运行； 吸热小于放热。
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五、循环经济性指标：
收益 代价
动力循环： 热效率(thermal efficiency) 逆向循环： 制冷系数(coefficient of performance for the refrigeration cycle) 供暖系数(coefficient of performance for the heat-pump cycle)
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二、可逆过程( reversible process)
定义：系统可经原途径返回原来状 态而在外界不留下任何变化 的过程。
可逆过程与准静态过程的关系
●单纯传热过程 非准静态 不可逆 准静态 可逆