热工基础课后题答案第二版第四章-第五章
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饱和湿空气： 干球温度>湿球温度＝露点温度
8.在相同的温度及压力下，湿空气与干空气相比，那个密度大？
答：干空气的密度大。
9.同一地区阴雨天的大气压力为什么比晴朗天气的大气压力低？
答：阴雨天相对湿度高，水蒸气分压力大。
10.若两种湿空气的总压力和相对湿度相同，问：温度高的湿空气含湿量大还是温度低的湿空气含湿量大？为什么？
加热过程比湿度不变，沿定d线到 ，
在干燥器中经历的是绝热加湿过程，其焓值近似不变，沿定h线到 ，
所以干空气的流量为
湿空气的流量为
所消耗的热量为：
5-12解：由 查表得到：
沿定d线到 在沿定 到得到
析出水量为：
沿定d线到 得到
加热量为：
5-13解：查表知 对应的饱和压力为
对应的饱和压力为
所以
5-14解：由 查表得到：
所以：
2、当 时，比容仍然为
所以为湿饱和蒸汽。
3、
传出的热量为：
5-4解：查表得：
所以：
时，
所以为湿饱和蒸汽。
传出的热量为：
5-5解：查表得到：
时
1MPa
2Mpa
1.3MPa
(kJ/kg)
3157.7
3137.2
3151.55
(kJ/kg.K)
7.3018
6.9574
7.1985
理想的绝热过程，熵不变，所以有：
当饱和压力为 时
，
，
所以：
加热后为 的干饱和蒸汽
吸热过程为定容过程，所以吸热量为
所需时间为
5-9
解： MPa、 ℃的蒸汽处于过热状态，k＝1.30由临界压力比可得：
所以
查图表并插值得到：
理想绝热过程熵不变，所以有：
查表可得：
所以出口速度为：
5-10解： 查表得到：
时，
所以：
5-11解：由 查表得到：
第四章
思考题
1.循环的热效率公式
和
有何区别？各适用什么场合？
答：前式适用于各种可逆和不可逆的循环，后式只适用于可逆的卡诺循环。
2.循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率，这些说法是否正确？为什么？
答：不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。不是所有的可逆循环的热效率都相等，必须保证相同的条件下。在相同的初态和终态下，不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。
答：不正确，因为定压汽化过程中发生了相变，上式只适用于不发生相变的过程。
6.试解释湿空气、湿蒸汽、饱和湿空气。
答：湿空气：含水蒸汽的空气；
湿蒸汽：含有液态水的水蒸气；
饱和湿空气：相对湿度为100％的湿空气。
7.对未饱和湿空气与饱和湿空气分别判断干球温度、湿球温度、露点温度三者的大小。
答：未饱和湿空气：干球温度>湿球温度>露点温度
4.25MPa的水，是否也象1MPa的水那样经历汽化过程？为什么？
答：不可以，因为水的临界点压力为22.12MPa，故此，当压力高于临界压力时，它的汽化不经过气液两相区，而是由液相连续的到达气相。
5. 适用于任何工质的定压过程。水蒸气定压汽化过程中dT= 0，由此得出结论，水定压汽化时 ，此结论是否正确？为什么？
5.若工质从同一初态出发，分别经历可逆绝热过程与不可逆绝热过程膨胀到相同的终压力，两过程终态的熵哪个大？对外作的功哪个大？试用坐标图进行分析.
答：不可逆过程熵大，可逆过程作功大
6.如果工质从同一初态出发，分别经历可逆定压过程与不可逆定压过程，从同一热源吸收了相同的热量，工质终态的熵是否相同？为什么？
答：保证其压力。
2.锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足 的关系？为什么？
答：不对，因为水蒸气不能看作是理想气体，其内能不仅是温度的函数，还是压力的函数，故此定温过程内能是改变的， 不等于0。
3.有无0℃或低于0℃的蒸汽存在？有无低于0℃的水存在？为什么？
答：有0℃或低于0℃的蒸汽存在，只要压力足够低就可能，但是没有低于0℃的水存在，因为水的三相点温度为0.01℃，低于三相点温度，只可能是固态或是气态。
答：不相同，因为二者对外所作的功不同，而它们从同一热源吸收了相同的热量，所以最终二者内能的变化不同，故此二者的终态不同，由于熵是状态参数，它们从同一初态出发，故终态的熵不同。
7.工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态，问能否通过一个绝热过程使工质回到初态？
答：不能，工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态，其熵增加，要想使其回到初态，过程的熵必须减少，而绝热过程是不能使其熵减少的，故不能通过一个绝热过程使其回到初态。
所以该过程是不可能的
4－10解：（1）根据稳定流动方程，烟气放热：
（2）Q2取最小时，此过程可逆，取烟气、工质和低温热源为系统，此系统为孤立系统，孤立系统的可逆过程熵不变
（3）
4-11解：此过程为等容过程，所以
取空气和螺旋桨为研究的系统，此系统为孤立系统，假设空气为理想气体，并假设螺旋桨为功源，过程中熵不变，此孤立系统的熵变等于熵产，所以有：
3.热力学第二定律可否表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能”？
答：不对，必须保证过程结束后对系统和外界没有造成任何影响这一条件。否则热能可以全部变为机械能，比如理想气体的定温膨胀过程，系统把从外界吸收的热量全部转化为机械能，外界虽然没有任何任何变化，但是系统的体积发生改变了。
4.下列说法是否正确？为什么？
加入的水蒸气的量为：
由 及 得到：
5-15解：查表知
对应的饱和压力为
对应的饱和压力为
所以相对湿度为：
加热到40oC,绝对湿度不变 ，查表得到：
5-16解: 由 查表得到:
,
所以：
当冷却到300C时,比容仍为 ,此时为湿蒸汽:
查表得:
总传热量为
环境的熵变为:
蒸汽熵变为:
金属球的熵变为
总熵变为:
（2）吸热
放热
（3）性能系数
得到
所以
4－4解：
对于制冷机
对于热机
4－5解：理想气体的内能是温度的单值函数，气体向真空的膨胀过程系统对外不作功，且过程绝热，系统的内能不变，故气体温度不变：
由 Baidu Nhomakorabea到
热力学能变化为
熵的变化为
4-6解：
（1）气体熵变为
热源熵变为
总熵变为
（2）气体熵变为
热源熵变为
总熵变为
（3）气体熵变为
（4）作功能力损失为：
4-16解：依题意：
所以：
4-17解：
（1）冬季
所以
（2）夏季
即
所以
4-18解：因为
所以该过程为放热过程
4-19解：根据热力学第一定律有：
环境的熵变为：
选取气缸中的气体和环境为研究的热力学系统，此系统为孤立系统，其熵变等于熵产所以：
第五章
思考题
1.热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安装在热水容器上面，为什么？
,
查表得到P2时的参数：
,
所以干度为：
所以出口乏气的焓为：
根据稳定流动的过程方程，可得：
5－6 解：查表并插值得到：
,
,
吸热量为：
需要媒量为：
5－7 解：查表得到：
当饱和压力为 时
，
所以：
查表得到：
当 时
过热蒸汽在汽轮机中的理想绝热膨胀过程，熵不变，所以有：
查图得到：
当 ， 时，
所以：
5—8 解：查表得到：
8.系统在某过程中从热源吸热20 kJ，对外作功25 kJ，请问能否通过可逆绝过程使系统回到初态？为什么？能否通过不可逆绝热过程使系统回到初态？
答：根据克劳休斯不等式，我们知道系统在过程中的熵变满足：
即：系统的熵增加，要想使系统回到初态，新的过程必须使系统熵减少，而可逆绝热过程熵不变，不可逆绝热过程熵增加，因而不可能通过一个可逆过程或者一个不可逆过程使系统回到初态。
⑴熵增大的过程为不可逆过程；
⑵不可逆过程的熵变 无法计算；
3若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态，则不可逆途径的 必大于可逆途径的 ；
4工质经历不可逆循环后 ；
5自然界的过程都是朝着熵增的方向进行的，因此熵减小的过程不可能实现；
6工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小。
答：（1）不正确，只有孤立系统才可以这样说；
9.闭口系统经历了一不可逆过程对外作功10 kJ，同时放出热量5 kJ，问系统
的熵变是正、是负还是不能确定？
答：熵是状态参数，功和热量都是过程量，所以不能确定系统的熵变。
习题
4－1解:由热量守恒
由克劳休斯不等式：
它的设计是不合理的
4－2解：采用电炉取暖时，
当采用电动机带动卡诺热泵时，
4-3解：
（1）热效率为
所以做功能力的损失为：
假设环境温度为20度，所以：
4-12解：根据温度流动的过程方程有：
所以
空气在压缩过程中的熵变为：
所以做功能力的损失为：
4-13解：混合后的温度为：
熵变为：
4-14解：依题意：
故制冷机得到的功为：
又
所以
4-15解：（1）根据稳定流动的过程方程可得：
（2）进口处
出口处
（3）所以压气机所需的最小有用功为：
答：由 ，在相同相对湿度的情况下，温度高，Ps大，所以，温度高含湿量大。
11.早晨有雾，为什么往往是好天气？
答：早晨有雾，说明湿空气中含有许多小水滴，湿空气为饱和湿空气，当温度逐渐上升后，小水滴逐渐汽化，所以往往是好天气。
习 题
5-2解：用水蒸气表：
，
所以为湿饱和蒸汽。
查h-s图得到：
5－3解：1、查表得：
热源熵变为
总熵变为
4－7解：
（1）由孤立系统熵增原理：
所以有：
（2）总功量为：
（3）
所以
总熵变为：
4－8解：选取两个容器中的气体为热力学系统，过程中系统绝热且无外功，所以
设终态容积分别为 ,
联立求解所以有：
左侧气体熵变：
右侧气体熵变：
总熵变为
4－9解：把闭口系统和热源取为研究的热力学系统，为孤立系，根据孤立系统熵增原理：
（2）不正确，S为状态参数，和过程无关，知道初态和终态就可以计算；
（3）不对，S为状态参数，和过程无关， 相等；
（4）不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以熵变为零。
（5）不对，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。
（6）工质被加热熵一定增大，但是系统放热，熵不一定减小。如果是可逆过程，熵才一定减小。
8.在相同的温度及压力下，湿空气与干空气相比，那个密度大？
答：干空气的密度大。
9.同一地区阴雨天的大气压力为什么比晴朗天气的大气压力低？
答：阴雨天相对湿度高，水蒸气分压力大。
10.若两种湿空气的总压力和相对湿度相同，问：温度高的湿空气含湿量大还是温度低的湿空气含湿量大？为什么？
加热过程比湿度不变，沿定d线到 ，
在干燥器中经历的是绝热加湿过程，其焓值近似不变，沿定h线到 ，
所以干空气的流量为
湿空气的流量为
所消耗的热量为：
5-12解：由 查表得到：
沿定d线到 在沿定 到得到
析出水量为：
沿定d线到 得到
加热量为：
5-13解：查表知 对应的饱和压力为
对应的饱和压力为
所以
5-14解：由 查表得到：
所以：
2、当 时，比容仍然为
所以为湿饱和蒸汽。
3、
传出的热量为：
5-4解：查表得：
所以：
时，
所以为湿饱和蒸汽。
传出的热量为：
5-5解：查表得到：
时
1MPa
2Mpa
1.3MPa
(kJ/kg)
3157.7
3137.2
3151.55
(kJ/kg.K)
7.3018
6.9574
7.1985
理想的绝热过程，熵不变，所以有：
当饱和压力为 时
，
，
所以：
加热后为 的干饱和蒸汽
吸热过程为定容过程，所以吸热量为
所需时间为
5-9
解： MPa、 ℃的蒸汽处于过热状态，k＝1.30由临界压力比可得：
所以
查图表并插值得到：
理想绝热过程熵不变，所以有：
查表可得：
所以出口速度为：
5-10解： 查表得到：
时，
所以：
5-11解：由 查表得到：
第四章
思考题
1.循环的热效率公式
和
有何区别？各适用什么场合？
答：前式适用于各种可逆和不可逆的循环，后式只适用于可逆的卡诺循环。
2.循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率，这些说法是否正确？为什么？
答：不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。不是所有的可逆循环的热效率都相等，必须保证相同的条件下。在相同的初态和终态下，不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。
答：不正确，因为定压汽化过程中发生了相变，上式只适用于不发生相变的过程。
6.试解释湿空气、湿蒸汽、饱和湿空气。
答：湿空气：含水蒸汽的空气；
湿蒸汽：含有液态水的水蒸气；
饱和湿空气：相对湿度为100％的湿空气。
7.对未饱和湿空气与饱和湿空气分别判断干球温度、湿球温度、露点温度三者的大小。
答：未饱和湿空气：干球温度>湿球温度>露点温度
4.25MPa的水，是否也象1MPa的水那样经历汽化过程？为什么？
答：不可以，因为水的临界点压力为22.12MPa，故此，当压力高于临界压力时，它的汽化不经过气液两相区，而是由液相连续的到达气相。
5. 适用于任何工质的定压过程。水蒸气定压汽化过程中dT= 0，由此得出结论，水定压汽化时 ，此结论是否正确？为什么？
5.若工质从同一初态出发，分别经历可逆绝热过程与不可逆绝热过程膨胀到相同的终压力，两过程终态的熵哪个大？对外作的功哪个大？试用坐标图进行分析.
答：不可逆过程熵大，可逆过程作功大
6.如果工质从同一初态出发，分别经历可逆定压过程与不可逆定压过程，从同一热源吸收了相同的热量，工质终态的熵是否相同？为什么？
答：保证其压力。
2.锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足 的关系？为什么？
答：不对，因为水蒸气不能看作是理想气体，其内能不仅是温度的函数，还是压力的函数，故此定温过程内能是改变的， 不等于0。
3.有无0℃或低于0℃的蒸汽存在？有无低于0℃的水存在？为什么？
答：有0℃或低于0℃的蒸汽存在，只要压力足够低就可能，但是没有低于0℃的水存在，因为水的三相点温度为0.01℃，低于三相点温度，只可能是固态或是气态。
答：不相同，因为二者对外所作的功不同，而它们从同一热源吸收了相同的热量，所以最终二者内能的变化不同，故此二者的终态不同，由于熵是状态参数，它们从同一初态出发，故终态的熵不同。
7.工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态，问能否通过一个绝热过程使工质回到初态？
答：不能，工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态，其熵增加，要想使其回到初态，过程的熵必须减少，而绝热过程是不能使其熵减少的，故不能通过一个绝热过程使其回到初态。
所以该过程是不可能的
4－10解：（1）根据稳定流动方程，烟气放热：
（2）Q2取最小时，此过程可逆，取烟气、工质和低温热源为系统，此系统为孤立系统，孤立系统的可逆过程熵不变
（3）
4-11解：此过程为等容过程，所以
取空气和螺旋桨为研究的系统，此系统为孤立系统，假设空气为理想气体，并假设螺旋桨为功源，过程中熵不变，此孤立系统的熵变等于熵产，所以有：
3.热力学第二定律可否表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能”？
答：不对，必须保证过程结束后对系统和外界没有造成任何影响这一条件。否则热能可以全部变为机械能，比如理想气体的定温膨胀过程，系统把从外界吸收的热量全部转化为机械能，外界虽然没有任何任何变化，但是系统的体积发生改变了。
4.下列说法是否正确？为什么？
加入的水蒸气的量为：
由 及 得到：
5-15解：查表知
对应的饱和压力为
对应的饱和压力为
所以相对湿度为：
加热到40oC,绝对湿度不变 ，查表得到：
5-16解: 由 查表得到:
,
所以：
当冷却到300C时,比容仍为 ,此时为湿蒸汽:
查表得:
总传热量为
环境的熵变为:
蒸汽熵变为:
金属球的熵变为
总熵变为:
（2）吸热
放热
（3）性能系数
得到
所以
4－4解：
对于制冷机
对于热机
4－5解：理想气体的内能是温度的单值函数，气体向真空的膨胀过程系统对外不作功，且过程绝热，系统的内能不变，故气体温度不变：
由 Baidu Nhomakorabea到
热力学能变化为
熵的变化为
4-6解：
（1）气体熵变为
热源熵变为
总熵变为
（2）气体熵变为
热源熵变为
总熵变为
（3）气体熵变为
（4）作功能力损失为：
4-16解：依题意：
所以：
4-17解：
（1）冬季
所以
（2）夏季
即
所以
4-18解：因为
所以该过程为放热过程
4-19解：根据热力学第一定律有：
环境的熵变为：
选取气缸中的气体和环境为研究的热力学系统，此系统为孤立系统，其熵变等于熵产所以：
第五章
思考题
1.热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安装在热水容器上面，为什么？
,
查表得到P2时的参数：
,
所以干度为：
所以出口乏气的焓为：
根据稳定流动的过程方程，可得：
5－6 解：查表并插值得到：
,
,
吸热量为：
需要媒量为：
5－7 解：查表得到：
当饱和压力为 时
，
所以：
查表得到：
当 时
过热蒸汽在汽轮机中的理想绝热膨胀过程，熵不变，所以有：
查图得到：
当 ， 时，
所以：
5—8 解：查表得到：
8.系统在某过程中从热源吸热20 kJ，对外作功25 kJ，请问能否通过可逆绝过程使系统回到初态？为什么？能否通过不可逆绝热过程使系统回到初态？
答：根据克劳休斯不等式，我们知道系统在过程中的熵变满足：
即：系统的熵增加，要想使系统回到初态，新的过程必须使系统熵减少，而可逆绝热过程熵不变，不可逆绝热过程熵增加，因而不可能通过一个可逆过程或者一个不可逆过程使系统回到初态。
⑴熵增大的过程为不可逆过程；
⑵不可逆过程的熵变 无法计算；
3若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态，则不可逆途径的 必大于可逆途径的 ；
4工质经历不可逆循环后 ；
5自然界的过程都是朝着熵增的方向进行的，因此熵减小的过程不可能实现；
6工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小。
答：（1）不正确，只有孤立系统才可以这样说；
9.闭口系统经历了一不可逆过程对外作功10 kJ，同时放出热量5 kJ，问系统
的熵变是正、是负还是不能确定？
答：熵是状态参数，功和热量都是过程量，所以不能确定系统的熵变。
习题
4－1解:由热量守恒
由克劳休斯不等式：
它的设计是不合理的
4－2解：采用电炉取暖时，
当采用电动机带动卡诺热泵时，
4-3解：
（1）热效率为
所以做功能力的损失为：
假设环境温度为20度，所以：
4-12解：根据温度流动的过程方程有：
所以
空气在压缩过程中的熵变为：
所以做功能力的损失为：
4-13解：混合后的温度为：
熵变为：
4-14解：依题意：
故制冷机得到的功为：
又
所以
4-15解：（1）根据稳定流动的过程方程可得：
（2）进口处
出口处
（3）所以压气机所需的最小有用功为：
答：由 ，在相同相对湿度的情况下，温度高，Ps大，所以，温度高含湿量大。
11.早晨有雾，为什么往往是好天气？
答：早晨有雾，说明湿空气中含有许多小水滴，湿空气为饱和湿空气，当温度逐渐上升后，小水滴逐渐汽化，所以往往是好天气。
习 题
5-2解：用水蒸气表：
，
所以为湿饱和蒸汽。
查h-s图得到：
5－3解：1、查表得：
热源熵变为
总熵变为
4－7解：
（1）由孤立系统熵增原理：
所以有：
（2）总功量为：
（3）
所以
总熵变为：
4－8解：选取两个容器中的气体为热力学系统，过程中系统绝热且无外功，所以
设终态容积分别为 ,
联立求解所以有：
左侧气体熵变：
右侧气体熵变：
总熵变为
4－9解：把闭口系统和热源取为研究的热力学系统，为孤立系，根据孤立系统熵增原理：
（2）不正确，S为状态参数，和过程无关，知道初态和终态就可以计算；
（3）不对，S为状态参数，和过程无关， 相等；
（4）不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以熵变为零。
（5）不对，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。
（6）工质被加热熵一定增大，但是系统放热，熵不一定减小。如果是可逆过程，熵才一定减小。