热工基础第二版_课后答案(全)_张学学

第二章

思考题

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

标图上表示此过程？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）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。

2. 下列说法是否正确？

⑴气体膨胀时一定对外作功。

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。

对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。

⑶气体膨胀时必须对其加热。

错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。

⑷气体边膨胀边放热是可能的。

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，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边压缩边吸热。

⑹对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。

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. “任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？

答：不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面力功等等，如果只考虑体积功的话，那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。

5. 试比较图2-6所示的过程1-2与过程1-a-2中下列

各量的大小：⑴W12与W1a2； (2) U12与U1a2；

(3) Q 12与Q 1a2 答：（1）W 1a2大。

(2)一样大。 （3）Q 1a2大。

6. 说明下列各式的应用条件：

⑴ w u q +∆=

闭口系的一切过程 ⑵ ⎰+

∆=pdv u q

闭口系统的准静态过程 ⑶ )(1122v p v p u q -+∆=

开口系统的稳定流动过程，并且轴功为零 ⑷ )(12v v p u q -+∆=

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、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系？流动功的大小与过程特性有无关

系？

答：膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备（开口系统）时，热力设备与外界交换的机械功，由于这个机械功通常是通过转动的轴输入、输出，所以工程上习惯成为轴功；而技术功不仅包括轴功，还包括工质在流动过程中机械能（宏观动能和势能）的变化；流动功又称为推进功，1kg 工质的流动功等于其压力和比容的乘积，它是工质在流动中向前方传递的功，只有在工质的流动过程中才出现。对于有工质组成的简单可压缩系统，工质在稳定流动过程中所作的膨胀功包括三部分，一部分消耗于维持工质进出开口系统时的流动功的代数和，一部分用于增加工质的宏观动能和势能，最后一部分是作为热力设备的轴功。对于稳定流动，工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。如果工质进、出热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽略不计，则技术功等于轴功。

习 题

2-1 解：kJ U Q W 308050Δ-=-=-= ，所以是压缩过程

2-2 解：kJ Q W Q W 145012006502000放压吸膨=-+=-+= 2-3 解：h J Q U /107.23600102Δ6

3

⨯=⨯⨯== 2－4解：状态b 和状态a 之间的能之差为：

kJ W Q U U U a b ab 6040100Δ=-=-=-=

所以，a-d-b 过程中工质与外界交换的热量为：

kJ W U Q ab b d a 802060Δ=+=+=--

工质沿曲线从b 返回初态a 时，工质与外界交换的热量为：

kJ W U W U U Q ab b a a b 903060Δ-=--=+-=+-=-

根据题中给定的a 点能值，可知b 点的能值为60kJ ，所以有:

kJ U U U d b ad 204060=-=-=∆

由于d-b 过程为定容过程，系统不对外作功，所以d-b 过程与外界交换的热量为：

kJ U U U Q db b d b d 20=∆=-=-

所以a-d-b 过程系统对外作的功也就是a-d 过程系统对外作的功，故a-d 过程系统与外界交换的热量为：

kJ W U W U U Q b d a ad d a a d d a 60)20(40=--=-∆=--=----

2－5

U kJ

2-5 解：由于汽化过程是定温、定压过程，系统焓的变化就等于系统从外界吸收的热量，

即汽化潜热，所以有：

kg kJ q h /2257Δ==

能的变化为：

kg

kJ v v p h pv h u /20881.674)(0.001101.012257)

()(Δ2

12=-⨯⨯+=--∆=∆-∆=

2-6 解：选取气缸中的空气作为研究的热力学系统，系统的初压为：

Pa A G p p b 5

4511102.939101009.8195101.028⨯=⨯⨯+⨯=+

=- 当去掉一部分负载，系统重新达到平衡状态时，其终压为：

Pa A G p p b 5

4522101.95910

1009.895101.028⨯=⨯⨯+⨯=+

=- 由于气体通过气缸壁可与外界充分换热，所以系统的初温和终温相等，都等于环境温度即：

021T T T ==

根据理想气体的状态方程可得到系统的终态体积，为：

335

2

45211210261.510

1.95910101010010

2.939m p V p V ---⨯=⨯⨯⨯⨯⨯⨯== 所以活塞上升的距离为：

cm m A V V L 26.5260.0510

100101010010261.5Δ4

6

312==⨯⨯⨯-⨯=-=--- 由于理想气体的能是温度的函数，而系统初温和终温相同，故此过程中系统的能变化为零，同时此过程可看作定压膨胀过程，所以气体与外界交换的热量为：

J L A p W Q 04.103260.0510100101.959Δ452=⨯⨯⨯⨯===-

2-8 解：压缩过程中每千克空气所作的压缩功为：

kg kJ u q w /196.5146.550Δ-=--=-=

忽略气体进出口宏观动能和势能的变化，则有轴功等于技术功，所以生产每kg 压缩空气所需的轴功为：

kg kJ h q w /252100.845)0.10.175(0.8146.550Δ3s -=⨯⨯-⨯---=-=

所以带动此压气机所需的功率至少为：

kW w P s 4260

10

=⨯-

= 2-9 解：是否要用外加取暖设备，要看室热源产生的热量是否大于通过墙壁和门窗传给外

界的热量，室热源每小时产生的热量为：

kJ q 51098.13600)1005050000(⨯⨯⨯＝＋＝热源

小于通过墙壁和门窗传给外界的热量为3105

kJ ，所以必须外加取暖设备，供热量为：