热工基础(张学学主编)第三版思考题及习题答案详解

热工基础（张学学主编）第三版思考题及习题答案详解

第一章

思考题

1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什要引入平衡态的概念？

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.表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的

压力表或真空计的读数是否可能变化？

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．当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？

答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。

4.准平衡过程与可逆过程有何区别？

答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，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？

答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。

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.用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？

答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。

习题

1-1

解：

kPa

bar p b 100.61.00610133.37555==⨯⨯=-1.kPa p p p g b 6.137********.100=+=+=2.kPa bar p p p b g 4.149494.1006.15.2==-=-=3.kPa mmHg p p p v b 3315.755700755==-=-=4.

kPa

bar p p p b v 6.50506.05.0006.1==-==-1-2

图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。由于有引风机的抽吸，锅炉设

备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角︒=30α，管内水解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差

mmHg

Pa gh p 35.79805.0102008.91000sin 3==⨯⨯⨯⨯=-αρ＝水柱mmHg

p p p b 65.74835.7756=-=-=水柱1-3

解：

bar p p p a b 07.210.197.01=+=+=bar p p p b 32.005.107.212=-=-=bar

p p p b C 65.032.097.02=-=-=1－4解：

kPa

H p p p b 2g mm 15745760＝＝－＝＝汞柱真空室-kPa p p p a 36236021=+=+=真空室kPa p p p b 19217036212=-=-=kPa

p p p b c 1902192=-=-=真空室kN A p p F b 8.150.45π4

1

133.3745)(2=⨯⨯⨯

⨯=-=真空室1-4解：

bar

mmHg p p p p b 11.215828003.133/81.9300760=⨯+=＝＋＋＝＋汞柱水柱1-5

解：由于压缩过程是定压的，所以有

KJ

V V p pdV W V V 200)4.08.0(105.0)(6212

1

=-⨯⨯=-==⎰1-6解：改过程系统对外作的功为

⎰

⎰=--===--0.5

0.3

3.013

.023.1111.3

3.115.03

.02585.)(0.3

V W 1kJ

V V V p dV V p pdV 1-7

解：由于空气压力正比于气球的直径，所以可设cD p =，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：

5000003

.015000011====

D p D p c 该过程空气对外所作的功为

kJ D D c dD D c D cDd pdV W D D D D V V 36.34)3.04.0(50000008

1

)

(8

121)61(44414

23321

2121=-⨯⨯=-====⎰⎰⎰ππππ1-8解：（1）气体所作的功为：

⎰⨯=⨯+=0.3

0.1

46101.76d 100.04)(0.24J

V V W （2）摩擦力所消耗的功为：

J L f W 10000.1)(0.32

.01000

Δ=-⨯=

＝摩擦力所以减去摩擦力消耗的功后活塞所作的功为：

J

W W W 41066.1⨯-＝＝摩擦力活塞1-9

解：由于假设气球的初始体积为零，则气球在充气过程中，内外压力始终保持相等，恒等于大气压力0.09MPa ，所以气体对外所作的功为：

J

V p W 56108.121009.0⨯=⨯⨯==∆1-11解：确定为了将气球充到2m 3的体积，贮气罐内原有压力至少应为（此时贮气罐的压力等于气球中的压力，同时等于外界大气压b p ）

Pa

V V p V V p p 551121121101.82

2)

(2100.92)(2)(⨯=+⨯⨯=+=+=前两种情况能使气球充到2m 3

J

V p W b 55101.82100.9Δ⨯=⨯⨯==