工程热力学思考题答案,第二章

第二章热力学第一定律

1.热力学能就是热量吗?

答：不是，热是能量的一种，而热力学能包括内位能，内动能，化学能，原子能，电磁能，热力学能是状态参数，与过程无关，热与过程有关。

2.若在研究飞机发动机中工质的能量转换规律时把参考坐标建在飞

机上，工质的总能中是否包括外部储能？在以氢氧为燃料的电池系统中系统的热力学能是否包括氢氧的化学能？

答：不包括，相对飞机坐标系，外部储能为0；

以氢氧为燃料的电池系统的热力学能要包括化学能，因为系统中有化学反应

3.能否由基本能量方程得出功、热量和热力学能是相同性质的参数

结论？

答：不会，Q U W

∆为热力学能的差值，非热力学能，热=∆+可知，公式中的U

力学能为状态参数，与过程无关。

4.刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A 中存有高压空气，B 中保持真空，如图2-1 所示。若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何变化？若隔板上有一小孔，气体泄漏入 B 中，分析A、B 两部分压力相同时A、B 两部分气体的热力学能如何变化？

答：将隔板抽去，根据热力学第一定律q u w

w=所以容

=∆+其中0

q=0

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

2

1

2

2

222111()()22f f cv j C C Q dE h gz m h gz m W δδδδ=+++-+++

只有流体的流入没有流出，0,0j Q W δδ==忽略动能、势能cv l l dE h m δ=l l dU h m δ=l l U h m δ∆=。B 部分气体的热力学能增量为U ∆ ，A 部分气体的热力学能减少量为U ∆

5.热力学第一定律能量方程式是否可以写成下列两种形式： 212121()()q q u u w w -=-+-，q u w =∆+的形式，为什么？

答:热力学第一定律能量方程式不可以写成题中所述的形式。对于 q u w =∆+只有在特殊情况下，功w 可以写成pv 。热力学第一定律是一个针对任何情况的定律，不具有w =pv 这样一个必需条件。对于公式212121()()q q u u w w -=-+-，功和热量不是状态参数所以不能写成该式的形式。

6.热力学第一定律解析式有时写成下列两种形式：

q u w =∆+

2

1

q u pdV =∆+⎰

分别讨论上述两式的适用范围.

答： q u w =∆+适用于任何过程，任何工质。

2

1

q u pdV =∆+⎰ 可逆过程，任何工质

7.为什么推动功出现在开口系能量方程式中，而不出现在闭口系能量

方程式中？

答：推动功是由流进（出）系统的工质传递而由工质后面的物质系统作出的。对于闭口系统，不存在工质的流进（出）所以不存在这样进行传递的功。

8.焓是工质流入（或流出）开口系时传递入（或传递出）系统的总能量，那么闭口系统有没有焓值？

答：有焓值。等于系统的内能U 加上压强p 和体积V 的乘积，即H=U+pV 9气体流入真空容器中，是否需推动功？

答：无推动功，但有膨胀功

10．稳定流动能量方程式是否可应用于活塞式压气机这种机械的稳定工况运行的能量分析？为什么？

答：可以。稳定流动能量方程式可应用于任何稳定流动过程，对于连续工作的周期性动作的能量转换装置，只要在平均单位时间所作的轴功、吸热量以及工质的平均流量为常量，虽然它内部工质的状态及流动情况是变化的，但这种周期性的变化规律不随时间而变，所以仍然可以利用稳定流动能量方程式分析其能量转换关系

11.为什么稳定流动开口系内不同部位工质的比热力学能，比焓，比熵等都会改变，而整个系统的0cV U ∆=，0cV H ∆=，0cV S ∆=？ 答：稳定流动的含义是参数不随时间的变化而改变，因此0cV U ∆=，0cV H ∆=，0cV S ∆=但不同部位的比热力学能，比焓，比熵等都会变的，与位置有关。

12. 开口系实施稳定流动过程，是否同时满足下列三式：

Q dU W δδ=+

t Q dH W δδ=+

22f i m Q dH dc mgdz W δδ=+++ 上述三式中 W t W i W 的相互关系是什么？

答：同时满足。进、出口工质的流动动能及重力位能的变化可以忽略不计时，稳定流动的开口系统的轴功即等于技术功；膨胀功等于技术功与流动功的代数和。

13.几股流体汇合成一股流体称为合流，如图 2-2 所示。工程上几台压气机同时向主气道送气以及混合式换热器等都有合流的问题。通常合流过程都是绝热的。取 1-1、2-2 和 3-3 截面之间的空间为控制体积，列出能量方程式并导出出口截面上焓值h 3的计算式。

答：忽略动能影响的稳定流动、且混合过程为绝热

321()i Q H H H W =--+所以

312H H H =+

331122m m m q h q h q h =+

112233m m m q h q h h q +=