沈维道-工程热力学第四版-思考题

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。 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？ 13．过程 1a2 是可逆过程，过程 1b2 是不可逆过程。 有人说过程 1a2 对 外作功大于过程 1b2，你是否同意他的说法？为什么？ 不同意。过程 1a2 的作功量是确定的，而过程 1b2 的作功量不确 定，因而无法比较。 14．系统经历一可逆正向循环和其逆向可逆循环后，系统和外界有什
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： qm1⋅h1+ qm2⋅h2= qm3⋅h3 qm3 3 p3, T3 3 2 qm2 p2, T2 2 图 2-14 分流
1 qm1 p1, T1 1
出口截面上焓值 h3 的计算式 h3= （qm1⋅h1+ qm2⋅h2）/ qm3 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。 qm1⋅h1 = qm2⋅h2+ qm3⋅h3
便于计算。 氢氧燃料电池中化学能变化是主要的能量变化，因而不可忽略。 3．能否由基本能量方程式得出功、 热量和热力学能是相同性质的参数 的结论？ q=∆u＋w 不能。 基本能量方程式仅仅说明且充分说明功、 热量和热力学能都 是能量，都是能量存在的一种形式，在能量的数量上它们是有等价关 系的。 而不涉及功、 热量和热力学能的其他属性，也表明功、 热量和热 力学能的其他属性与能量本质无关。 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。若将隔板抽去，分析容器中空气的热力 B 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、 两 部分压力相同时 A 、 B 两 部分 气体热力学能如何变化？ q=∆u＋w q=0 ， u 为 负值 （ u 减少）， 转化为气体的动能，动能在 B 中经内部摩擦耗散为热能被气 体重新吸收，热力学能增加， 最终u =0。 5． 热力学第一定律的能量方程式是否可写成下列形式？为什么？
v p 1 a b 2
么变化？若上述正向循环及逆向循环中有不可逆因素，则系统及外界 有什么变化？ 系统经历一可逆正向循环和其逆向可逆循环后，系统和外界没有 变化。若上述正向循环及逆向循环中有不可逆因素，则系统恢复原来 状态，外界则留下了变化（外界的熵增加）。 15．工质及气缸、活塞组成的系统经循环后，系统输出功中是否要减 去活塞排斥大气功才是有用功？ 不需要。
∫
2 1
pdv
分别讨论上述两式的适用范围。 前者适用于任意系统、任意工质和任意过程。 后者适用于任意系统、任意工质和可逆过程。 7．为什么推动功出现在开口系能量方程中，而不出现在闭口系能量 方程式中？ 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。 开口系工质流动，而闭口系工质不流动，所以推动功出现在开口系能 量方程中，而不出现在闭口系能量方程式中。 我个人认为推动功应该定义为由于工质在一定状态下占有一定空 间所具有的能量，它是工质本身所固有的性质，是一个状态参数。推 动功既可以出现在开口系能量方程中，也可以出现在闭口系能量方程
56 页思考题
1．热力学能就是热量吗？ 不是。热力学能是工质的状态参数，是工质的性质，是工质内部 储存能量，是与状态变化过程无关的物理量。热量是工质状态发生变 化时通过系统边界传递的热能，其大小与变化过程有关，热量不是状 态参数。 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存能？在以氢、氧为燃料的电池 系统中系统的热力学能是否应包括氢和氧的化学能？ 无论参考坐标建立在何处，工质的总能中始终包括外部储存能， 只不过参考坐标建立合适，工质的宏观动能、宏观势能的值等于零，
m d c2 f +mgdz+δWi 2
( )
δWt=
m d c2 f +mgdz+δWi 2
( )
13. 几股流体汇合成一股流体称为合流，如图 2-13 所示。 工程上几台压 qm1 1 p1, T1 1 2 qm2 p2, T2 2 图 2-13 合流
3 qm3 p3, T3 3
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 2-2 和 3-3 截面之间的空间为控制体积，列 流过程都是绝热的。 取 1-1、 出能量方程式并导出出口截面上焓值 h3 的计算式。 进入系统的能量–离开系统的能量=系统贮存能量的变化 系统贮存能量的变化：不变。 进入系统的能量：qm1 带入的和 qm2 带入的。没有热量输入。 qm1（h1+cf12/2+gz1）+ qm2（h2+cf22/2+gz2） 离开系统的能量：qm3 带出的，没有机械能（轴功）输出。 qm3（h3+cf32/2+gz3）
力学能、比焓、比熵等的改变仅仅是依坐标的改变。 12．开口系实施稳定流动过程，是否同时满足下列三式： δQ=dU+δW δQ=dH+δWt δQ=dH+
m d c2 f +mgdz+δWi 2
( )
上述三式中，W、Wt 和 Wi 的相互关系是什么？
答：都满足。
W=d(pV)+ δWt= d(pV)+
93 页思考题
1．怎样正确看待“理想气体” 这个概念？在进行实际计算时如何决 定是否可采用理想气体的一些公式？
第一个问题很含混，关于 “理想气体”可以说很多。可以说理想 气体的定义：理想气体，是一种假想的实际上不存在的气体，其分子 是一些弹性的、 不占体积的质点，分子间无相互作用力。 也可以说，理 想气体是实际气体的压力趋近于零时极限状况。还可以讨论什么情况 下，把气体按照理想气体处理，这已经是后一个问题了。后一个问题， 当气体距离液态比较远时（此时分子间的距离相对于分子的大小非常 大），气体的性质与理想气体相去不远，可以当作理想气体。理想气 体是实际气体在低压高温时的抽象。 2．气体的摩尔体积 Vm 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 0.022414m3/mol？ 气体的摩尔体积 Vm 不因气体的种类而异。所处状态发生变化，气 体的摩尔体积也随之发生变化。任何气体在标准状态 （p=101325Pa，T=273.15K）下摩尔体积是 0.022414m3/mol。 在其它状 态下，摩尔体积将发生变化。 3．摩尔气体常数 R 值是否随气体的种类而不同或状态不同而异？ 摩尔气体常数 R 是基本物理常数，它与气体的种类、状态等均无 关。 4．如果某种工质的状态方程式为 pv=RgT，这种工质的比热容、热力 学能、焓都仅仅是温度的函数吗？ 是的。 5．对于确定的一种理想气体， cp–cv 是否等于定值？ cp/cv 是否为定值 ？ cp–cv、cp/cv 是否随温度变化？
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。 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。
式中（需要把 w 拆开，w＝wt＋(pv)）。——占位能 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，那么闭口系工质有没有焓值？ 比较正规的答案是，作为工质的状态参数，闭口系工质也有焓值 ， 但是由于工质不流动，所以其焓值没有什么意义。 焓=热力学能+占位能 9．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。 10．稳定流动能量方程式（2-21）是否可应用于像活塞式压气机这样 的机械稳定工况运行的能量分析？为什么？ 可以。 热力系统的选取有很大的自由度。 一般把活塞式压气机取为 闭口系统，是考察其一个冲程内的热力变化过程。如果考虑一段时间 内活塞式压气机的工作状况和能量转换情况，就需要把它当成稳定流 动系统处理，包括进排气都认为是连续的。 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UCV=0、HCV=0、SCV=0? 控制体的UCV=0、HCV=0、SCV=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UCV=0、 HCV=0、 SCV=0。 稳定流动开口系内不同部分工质的比热
30 页思考题
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 p1=pg1+pb 4 题图 pb pg1 p2=pg2+p1 pg2
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
电流 热水 冷水 传热 冷水 热水 传热
a
b来自百度文库
9 题图
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；
图 2-12 自由膨胀 A B 隔板
q=∆u+pv q2-q1=(u2-u1)+(w2-w1) w 不可能等于 pv，w 是过程量，pv 则是状态参数。 q 和 w 都是 不可以。 过程量，所以不会有 q2-q1 和 w2-w1。 6． 热力学第一定律解析式有时写成下列两者形式： q=∆u＋w q=∆u＋