清华大学工程热力学思考题答案
工程热力学思考题答案
第八章压气机的热力过程1、利用人力打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部;会发现打气时轻松了一点;工程上压气机缸常以水冷却或气缸上有肋片;为什么答：因为气体在压缩时;以等温压缩最有利;其所消耗的功最小;而在人力打气时用湿布包裹气筒的下部或者在压气机的气缸用水冷却;都可以使压缩过程尽可能的靠近等温过程;从而使压缩的耗功减小..2、既然余隙容积具有不利影响;是否可能完全消除它答：对于活塞式压气机来说;由于制造公差、金属材料的热膨胀及安装进排气阀等零件的需要;在所难免的会在压缩机中留有空隙;所以对于此类压缩机余隙容积是不可避免的;但是对于叶轮式压气机来说;由于它是连续的吸气排气;没有进行往复的压缩;所以它可以完全排除余隙容积的影响..3、如果由于应用气缸冷却水套以及其他冷却方法;气体在压气机气缸中已经能够按定温过程进行压缩;这时是否还需要采用分级压缩为什么答：我们采用分级压缩的目的是为了减小压缩过程中余隙容积的影响;即使实现了定温过程余隙容积的影响仍然存在;所以我们仍然需要分级压缩..4、压气机按定温压缩时;气体对外放出热量;而按绝热压缩时不向外放热;为什么定温压缩反较绝热压缩更为经济答：绝热压缩时压气机不向外放热;热量完全转化为工质的内能;使工质的温度升高;压力升高;不利于进一步压缩;且容易对压气机造成损伤;耗功大..等温压缩压气机向外放热;工质的温度不变;相比于绝热压缩气体压力较低;有利于进一步压缩耗功小;所以等温压缩更为经济..5、压气机所需要的功可从第一定律能量方程式导出;试导出定温、多变、绝热压缩压气机所需要的功;并用T-S 图上面积表示其值..答：由于压缩气体的生产过程包括气体的流入、压缩和输出;所以压气机耗功应以技术功计;一般用w c 表示;则w c = -w t由第一定律：q=△h+w t ;定温过程：由于T 不变;所以△h 等于零;既q=w t ;q=T △s;21ln p p R s g =∆;则有多变过程：w c = -w t =△h-q 所以⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡-⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-111121n n g c p p T R n n w 绝热过程：即q=0;所以6、活塞式压气机生产高压气体为什么要采用多级压缩及级间冷却的工艺 答：由于活塞式压气机余隙容积的存在;当压缩比增大时;压气机的产气量减小;甚至不产气;所以要将压缩比控制在一定范围之内;因此采用多级压缩;以减小单级的压缩比..气体压缩以等温压缩为最有利;因此应设法使压气机内气体压缩过程指数n 减小;采用级间冷却可以很好的减小n.7、叶轮是压气机不可逆绝热压缩比可逆绝热压缩多耗功可用图8-11 中的面积m2s 2’nm 表示;这是否即是此不可逆过程的做功能力损失 为什么图 8-11答：多消耗的功量并不就是损失的做功能力损失..因为i=()()m n T m n s s s s T S T -=-=∆2'00为图中的17nm1.8、如图8-13 所示的压缩过程1-2;若是可逆的;则这一过程是什么过程他与不可逆绝热压缩过程1-2 的区别何在两者之中哪一过程消耗的功大大多少图 8-13答：若压缩过程1-2是可逆过程;则其为升温升压的吸热过程..它与不可逆绝热过程的区别是：此过程没有不可逆因素的影响;在所有以1-2过程进行的压缩过程其耗功是最小的..对于不可逆绝热压缩过程：q=△u+w;q=0;所以w=-△u;wc=△u可逆压缩过程1-2：q=△u+w;⎰=21Tdsq;所以⎰-∆=21Tdsuwc;所以不可逆绝热的耗功大;大了⎰21Tds..。
工程热力学思考题及答案.
工程热力学思考题及答案第一章基本概念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？答：不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。
2.有人认为，开口系统中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？答：这种说法是不对的。
工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量的交换就是绝热系。
3.平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系？答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是它们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4.假如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 = p b+p e(p >p b)，p v=p b−p (p b<p)中，当地大气压是否必定是环境大气压？答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5.温度计测温的基本原理是什么？答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6.经验温标的缺点是什么？为什么？答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。
7.促使系统状态变化的原因是什么？答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化。
8.(1)将容器分成两部分，一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板。
工程热力学思考题答案
第九章气体动力循环1、从热力学理论看为什么混合加热理想循环的热效率随压缩比ε和定容增压比λ的增大而提高,随定压预胀比ρ的增大而降低答：因为随着压缩比ε和定容增压比λ的增大循环平均吸热温度提高,而循环平均放热温度不变,故混合加热循环的热效率随压缩比ε和定容增压比λ的增大而提高.混合加热循环的热效率随定压预胀比ρ的增大而减低,这时因为定容线比定压线陡,故加大定压加热份额造成循环平均吸热温度增大不如循环平均放热温度增大快,故热效率反而降低.2、从内燃机循环的分析、比较发现各种理想循环在加热前都有绝热压缩过程,这是否是必然的答：不是必然的,例如斯特林循环就没有绝热压缩过程.对于一般的内燃机来说,工质在气缸内压缩,由于内燃机的转速非常高,压缩过程在极短时间内完成,缸内又没有很好的冷却设备,所以一般都认为缸内进行的是绝热压缩.3、卡诺定理指出两个热源之间工作的热机以卡诺机的热效率最高,为什么斯特林循环的热效率可以和卡诺循环的热效率一样答：卡诺定理的内容是：在相同温度的高温热源和相同温度的低温热源之间工作的一切可逆循环,其热效率都相同,与可逆循环的种类无关,与采用哪一种工质无关.定理二：在温度同为T1的热源和同为T2的冷源间工作的一切不可逆循环,其热效率必小于可逆循环.由这两条定理知,在两个恒温热源间,卡诺循环比一切不可逆循环的效率都高,但是斯特林循环也可以做到可逆循环,因此斯特林循环的热效率可以和卡诺循环一样高.4、根据卡诺定理和卡诺循环,热源温度越高,循环热效率越大,燃气轮机装置工作为什么要用二次冷却空气与高温燃气混合,使混合气体降低温度,再进入燃气轮机答：这是因为高温燃气的温度过高,燃气轮机的叶片无法承受这么高的温度,所以为了保护燃气轮机要将燃气降低温度后再引入装置工作.同时加入大量二次空气,大大增加了燃气的流量,这可以增加燃气轮机的做功量.5、卡诺定理指出热源温度越高循环热效率越高.定压加热理想循环的循环增温比τ高,循环的最高温度就越高,但为什么定压加热理想循环的热效率与循环增温比τ无关而取决于增压比π答：提高循环增温比,可以有效的提高循环的平均吸热温度,但同时也提高了循环的平均放热温度,吸热和放热均为定压过程,这两方面的作用相互抵消,因此热效率与循环增温比无关.但是提高增压比,p不变,即平均放1提高,即循环平均吸热温度提高,因此循环的热效率提高.热温度不变,p26、以活塞式内燃机和定压加热燃气轮机装置为例,总结分析动力循环的一般方法.答：分析动力循环的一般方法：首先,应用“空气标准假设”把实际问题抽象概括成内可逆理论循环,分析该理论循环,找出影响循环热效率的主要因素以及提高该循环效率的可能措施,以指导实际循环的改善；然后,分析实际循环与理论循环的偏离程度,找出实际损失的部位、大小、原因及提出改进办法.7、内燃机定容加热理想循环和燃气轮机装置定压加热理想循环的热效率分别为111--=κεηt 和κκπη111--=t .若两者初态相同,压缩比相同,他们的热效率是否相同为什么若卡诺循环的压缩比与他们相同,则热效率如何为什么答：若两者初态相同,压缩比相同,它们的热效率相等.因为21v v =ε,12p p =π. 对于定压加热理想循环来说κ⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=2112v v p p ,将其带入定压加热理想循环热效率的公式可知,二者的效率相等.对于卡诺循环来说,112121--=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛=κκεv v T T ,又因为卡诺循环的热效率为1211211111--=-=-=κεηT T T T ,所以卡诺循环和它们的效率相等.8、活塞式内燃机循环理论上能否利用回热来提高热效率实际中是否采用为什么答：理论上可以利用回热来提高活塞式内燃机的热效率,原因是减少了吸热量,而循环净功没变.在实际中也得到适当的应用.如果采用极限回热,可以提高热效率但所需的回热器换热面积趋于无穷大,无法实现9、燃气轮机装置循环中,压缩过程若采用定温压缩可减少压缩所消耗的功,因而增加了循环净功如图8-1,但在没有回热的情况下循环热效率为什么反而降低,试分析之.答：采用定温压缩后,显然循环的平均吸热温度T 1降低,而循环的平均放热温度T 2却没有变化,121T T -=η,因此整个循环的热效率反而降低. 10、燃气轮机装置循环中,膨胀过程在理想极限情况下采用定温膨胀,可增大膨胀过程作出的功,因而增加了循环净功如图8-2,但在没有回热的情况下循环热效率反而降低,为什么图 8-2答：在膨胀过程中采用定温膨胀,虽然增加了循环净功,但是却提高了循环的平均放热温度T 2,而整个循环的平均吸热温度T 1没有变化,热效率121T T -=η因此循环的热效率反而降低. 11、燃气轮机装置循环中,压气机耗功占燃气轮机输出功的很大部分约60%,为什么广泛应用于飞机、舰船等场合答：因为燃气轮机是一种旋转式热力发动机,没有往复运动部件以及由此引起的不平衡惯性力,故可以设计成很高的转速,并且工作是连续的,因此,它可以在重量和尺寸都很小的情况下发出很大的功率.而这正是飞机、舰船对发动机的要求.12、加力燃烧涡轮喷气式发动机是在喷气式发动机尾喷管入口前装有加力燃烧用的喷油嘴的喷气发动机,需要突然提高飞行速度是此喷油嘴喷出燃油,进行加力燃烧,增大推力.其理论循环1-2-3-6-7-8-1如图8-3的热效率比定压燃烧喷气式发动机循环1-2-3-4-1的热效率提高还是降低为什么答：理论循环1-2-3-6-7-8-1的热效率小于定压燃烧喷气式发动机循环1-2-3-4-1的热效率.因为由图中可以看出循环6-7-8-4-6的压缩比小于循环1-2-3-4-1,因此循环6-7-8-4-6的热效率小于循环1-2-3-4-1,因此理论循环1-2-3-6-7-8-1虽然增大了循环的做功量,但是效率却降低了.13、有一燃气轮机装置,其流程示意图如图8-4 所示,它由一台压气机产生压缩空气,而后分两路进入两个燃烧室燃烧.燃气分别进入两台燃气轮机,其中燃气轮机Ⅰ发出的动力全部供给压气机,另一台燃气轮机Ⅱ发出的动力则为输出的净功率.设气体工质进入让汽轮机Ⅰ和Ⅱ时状态相同,两台燃气轮机的效率也相同,试问这样的方案和图9-16、图9-17所示的方案相比较压气机的s C ,η和燃气轮机的T η都相同在热力学效果上有何差别装置的热效率有何区别答：原方案：循环吸热量：t cm Q ∆=1循环功量：()()][1243h h h h m w w w c T net ---=-=题中方案：循环吸热量：t cm t cm t cm Q B A ∆=∆+∆='1 1 循环净功：()43'h h m w B net -= 2对于此方案,m A h 3-h 4=mh 2-h 1 3由123可以得到()()[]1243'h h h h m w net ---=所以这两种方案的循环吸热量和循环净功均相等,因此它们的热力学效果和热效率均相等.。
工程热力学课后思考题答案
工程热力学课后思考题答案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，随物质进出的热能不在其中。
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 pb -pv (p pg2 p2=pg2+p1 pg1 中，当地大气压是否必当地大气压pb改境大气压。
定是环境大气压？变，压力表读数就会改变。
当地大气压pb不一定是环p1=pg1+pb 5．温度计测温的基本4题图原理是什么？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。
工程热力学第四版课后思考题答案
⼯程热⼒学第四版课后思考题答案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就是闭⼝系统不？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就是绝热系。
对不对,为什么？不对,绝热系的绝热就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(准确地说就是热⼒学能)不在其中。
3.平衡状态与稳定状态有何区别与联系？平衡状态⼀定就是稳定状态,稳定状态则不⼀定就是平衡状态。
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不？绝对压⼒计算公式p =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b )中,当地⼤⽓压就是否必定就是环境⼤⽓压？当地⼤⽓压p b 改变,压⼒表读数就会改变。
当地⼤⽓压p b不⼀定就是环境⼤⽓压。
5.温度计测温的基本原理就是什么？6.经验温标的缺点就是什么？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就是什么？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、杯⼦⾥的热⽔与正在运⾏的电视机为研究对象,说明这些就是什么系统。
参加公路⾃⾏车赛的运动员就是开⼝系统、运动⼿枪中的压缩空⽓就是闭⼝绝热系统、杯⼦⾥的热⽔就是开⼝系统(闭⼝系统——忽略蒸发时)、正在运⾏的电视机就是闭⼝系统。
9.家⽤电热⽔器就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),这就是什么系统？把电加热器包括在研究对象内,这就是什么系统？什么情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)。
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第一章基本概念与定义1.答：不一定。
稳定流动开曰系统内质量也可以保持恒定2.答：这种说法是不对的。
工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量的交换就是绝热系。
3.答：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响卜，这是他们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4.答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5.答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6.答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
山于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。
7.答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化的原因。
8.答：（1）第一种情况如图IT （a），不作功（2）第二种情况如图IT （b），作功（3）第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。
9.答：经历一个不可逆过程后系统可以恢夏为原来状态。
系统和外界整个系统不能恢夏原来状态。
10.答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化; 若存在不可逆因素，系统恢夏到原状态，外界产生变化。
11.答：不一定。
主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。
第二章热力学第一定律1.答：将隔板抽去，根据热力学第一定律0 =小"+巧其中g = O,w = °所以容器中空气的热力学能不变。
工程热力学思考题答案整理完成版教学文案
工程热力学思考题答案整理完成版收集于网络，如有侵权请联系管理员删除⒉ 有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系不可能是绝热系。
这种观点对不对，为什么?答：不对。
“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。
热量是指过程中系统与外界间以热的方式交换的能量，是过程量，过程一旦结束就无所谓“热量”。
物质并不“拥有”热量。
一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。
⒊ 平衡状态与稳定状态，平衡状态与均匀状态有何区别和联系?答：“平衡状态”与“稳定状态”的概念均指系统的状态不随时间而变化，这是它们的共同点；但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不变，这是它们的区别所在。
⒋ 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？在绝对压力计算公式)( )( b v b b e b P P P P P P P P P P <-=>+=；中，当地大气压是否必定是环境大气压?答：可能会的。
因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。
环境介质压力，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。
“当地大气压”并非就是环境大气压。
准确地说，计算式中的P b 应是“当地环境介质”的压力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。
⒌ 温度计测温的基本原理是什么?答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。
它利用了“温度是相互热平衡的系统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。
⒍ 经验温标的缺点是什么?为什么?答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质，采用任意一种温度标定规则所得到的温标称为经验温标。
由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质制作温度计、采用不同的物理性质作为温度的标志来测量温度时，除选定的基准点外，在其它温度上，不同的温度计对同一温度可能会给出不同测定值（尽管差值可能是微小的），因而任何一种经验温标都不能作为度量温度的标准。
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01．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。
03．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 =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b )中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压p b 改变，压力表读数就会改变。
当地大气压p b 不一定是环境大气压。
5．温度计测温的基本原理是什么？热力学第零定律The zeroth lw o thermodynmics enbles us to mesure temperture. In order tomesure temperture o body , we compre body C — thermometer — with body ndp 2=p g 2+p 1p b p g 2p g 1p 1=p g 1+p b4题图temperture scles (温度的标尺，简称温标) seprtely. When they re in therml equilibrium, they hve the sme temperture. Then we cn know the temperture o body with temperture scle mrked on thermometer.06．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。
工程热力学课后思考题答案第四版
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 =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b )中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压p b 改变，压力表读数就会改变。
当地大气压p b 不一定是环境大气压。
5．温度计测温的基本原理是什么？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. Whenthey 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。
工程热力学1-5章思考题解答
由于气体向真空作无阻自由膨胀，不对外界作功，过程功W = 0；容 器又是绝热的，过程的热量Q = 0因此，根据热力学第一定律
Q=U+W
应有 U=0
即容器中气体的总热力学能不变，膨胀后当气体重新回复到热力学平衡 状态时，其比热力学能亦与原来一样，没有变化，若为理想气体，则其 温度不变。
⒊ 摩尔气体常数R值是否随气体的种类不同或状态不同而异？
答：摩尔气体常数R值恒等于8.3143 kJ/(kmol·K)，不因气体的种类不同 或状态不同而异。
⒋ 如果某种工质的状态方程式为Pv = RgT，那么这种工质比热容、热力学能、焓都仅仅是温 度的函数吗？
答：理想气体的状态方程式为Pv = RgT，服从这一方程的气体均属理想 气体。按照理想气体模型，其热力学能、焓都仅仅是温度的函数。理想 气体的比热容与过程的性质有关，也与温度有关，对于一定的过程而 言，理想气体的比热容仅是温度的函数。
进功之差）的总和；而内部功则是从技术功中扣除了流体的流动动能和 重力位能增量之后所剩余的部分。
⒎
几股流体汇合成一股流体称为合流பைடு நூலகம்如图2-12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h3的计算式。
⒎ 促使系统状态变化的原因是什么?举例说明。
答： 分两种不同情况：
⑴ 若系统原本不处于平衡状态，系统内各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作 用下，各个部分发生相互作用，系统的状态将发生变化。例如，将一块烧热了的铁扔进一盆水 中，对于水和该铁块构成的系统说来，由于水和铁块之间存在着温度差别，起初系统处于热不 平衡的状态。这种情况下，无需外界给予系统任何作用，系统也会因铁块对水放出热量而发生 状态变化：铁块的温度逐渐降低，水的温度逐渐升高，最终系统从热不平衡的状态过渡到一种 新的热平衡状态；
工程热力学课后思考题及答案
第一章 思考题1、如果容器中气体压力保持不变，那么压力表的读数一定也保持不变，对吗？答：不对。
因为压力表的读书取决于容器中气体的压力和压力表所处环境的大气压力两个因素。
因此即使容器中的气体压力保持不变，当大气压力变化时，压力表的读数也会随之变化，而不能保持不变。
2、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系答：平衡（状态）值的是热力系在没有外界作用（意即热力、系与外界没有能、质交换，但不排除有恒定的外场如重力场作用）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热力系在没有外界作用时的时间特征-与时间无关。
所以两者是不同的。
如对气-液两相平衡的状态，尽管气-液两相的温度，压力都相同，但两者的密度差别很大，是非均匀系。
反之，均匀系也不一定处于平衡态。
但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”又可能是统一的。
如对于处于平衡状态下的单相流体（气体或者液体）如果忽略重力的影响，又没有其他外场（电、磁场等）作用，那么内部各处的各种性质都是均匀一致的。
3、“平衡”和“过程”是矛盾的还是统一的？答：“平衡”意味着宏观静止，无变化，而“过程”意味着变化运动，意味着平衡被破坏，所以二者是有矛盾的。
对一个热力系来说，或是平衡，静止不动，或是运动，变化，二者必居其一。
但是二者也有结合点，内部平衡过程恰恰将这两个矛盾的东西有条件地统一在一起了。
这个条件就是：在内部平衡过程中，当外界对热力系的作用缓慢得足以使热力系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。
4、“过程量”和“状态量”有什么不同？答：状态量是热力状态的单值函数，其数学特性是点函数，状态量的微分可以改成全微分，这个全微分的循环积分恒为零；而过程量不是热力状态的单值函数，即使在初、终态完全相同的情况下，过程量的大小与其中间经历的具体路径有关，过程量的微分不能写成全微分。
因此它的循环积分不是零而是一个确定的数值。
习 题1-1 一立方形刚性容器，每边长 1 m ，将其中气体的压力抽至 1000 Pa ，问其真空度为多少毫米汞柱?容器每面受力多少牛顿？已知大气压力为 0.1MPa 。
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《工程热力学》思考题参考答案目录第一章思考题参考答案 (2)第二章思考题参考答案 (4)第三章思考题参考答案 (9)第四章思考题参考答案 (16)第五章思考题参考答案 (21)第六章思考题参考答案 (25)第七章思考题参考答案 (27)第八章思考题参考答案 (31)第九章思考题参考答案 (34)第十章思考题参考答案 (39)第十二章思考题参考答案 (45)第一章 思考题参考答案1．进行任何热力分析是否都要选取热力系统？答：是。
热力分析首先应明确研究对象，根据所研究的问题人为地划定一个或多个任意几何面所围成的空间，目的是确定空间内物质的总和。
2．引入热力平衡态解决了热力分析中的什么问题？答：若系统处于热力平衡状态，对于整个系统就可以用一组统一的并具有确定数值的状态参数来描述其状态，使得热力分析大为简化。
3．平衡态与稳定态的联系与差别。
不受外界影响的系统稳定态是否是平衡态？答：平衡态和稳定态具有相同的外在表现，即系统状态参数不随时间变化；两者的差别在于平衡态的本质是不平衡势差为零，而稳定态允许不平衡势差的存在，如稳定导热。
可见，平衡必稳定；反之，稳定未必平衡。
根据平衡态的定义，不受外界影响的系统，其稳定态就是平衡态。
在不受外界影响（重力场除外）的条件下，如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统所处的状态称为平衡状态。
4．表压力或真空度为什么不能当作工质的压力？工质的压力不变化，测量它的压力表或真空表的读数是否会变化？答：由于表压力和真空度都是相对压力，而只有绝对压力才是工质的压力。
表压力g p 与真空度v p 与绝对压力的关系为：b g p p p =+b v p p p =-其中b p 为测量当地的大气压力。
工质的压力不变化，相当于绝对压力不变化，但随着各地的纬度、高度和气候条件的不同，测量当地的大气压值也会不同。
根据上面两个关系式可以看出，虽然绝对压力不变化，但由于测量地点的大气压值不同，当地测量的压力表或真空表的读数也会不同。
5．准静态过程如何处理“平衡状态”又有“状态变化”的矛盾？ 答：准静态过程是指系统状态改变的不平衡势差无限小，以致于该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态。
准静态过程允许系统状态发生变化，但是要求状态变化的每一步，系统都要处在平衡状态。
6．准静态过程的概念为什么不能完全表达可逆过程的概念？答：可逆过程的充分必要条件为：1、过程进行中，系统内部以及系统与外界之间不存在不平衡势差，或过程应为准静态的；2、过程中不存在耗散效应。
即“无耗散”的准静态过程才是可逆过程，因此准静态过程的概念不能完全表达可逆过程的概念。
7．有人说，不可逆过程是无法恢复到起始状态的过程，这种说法对吗？答：不对。
系统经历不可逆过程后是可以恢复到起始状态的，只不过系统恢复到起始状态后，外界却无法同时恢复到起始状态，即外界的状态必将发生变化。
8.w pdv =⎰, q Tds =⎰可以用于不可逆过程么？为什么？答：w pdv =⎰计算得到的是准静态过程的容积变化功，因此仅适用于准静态过程或可逆过程；对于非准静态过程，其过程曲线无法在P-V 图上表达，因此也就无法用上面的公式进行计算。
q Tds =⎰仅用于可逆过程：根据熵的定义式：revq ds T δ=，对于可逆过程，q Tds =⎰计算出的是传热量，此时ds 仅表示熵流f ds ；对于不可逆过程，熵的变化不仅包括熵流，还包括熵产，即g f ds ds ds =+，因此q Tds =⎰中的ds 不仅包括由于传热产生的熵流，还包括由于不可逆导致的熵产，因此上式不适用于不可逆过程，例如绝热过程，系统由于经历了不可逆过程，熵增0ds >，但此时传热量为零。
第二章思考题参考答案1．工质膨胀时是否必须对工质加热？工质边膨胀边放热可能否？工质边被压缩边吸入热量可以否？工质吸热后内能一定增加？对工质加热，其温度反而降低，有否可能？答：由闭口系统热力学第一定律关系式：Q U W=∆+规定吸热0Q>，对外做功0W>。
(1)不一定；工质膨胀对外做功，0∆<，因此可W>，由于可以使0U能出现0Q<，即对外放热；(2)能，如(1)中所示；(3)能；工质被压缩，对内做功，0∆>，因此可UW<，由于可以使0能出现0Q>，即吸入热量；(4)不一定；工质吸热，0Q>，由于可以使0W>，即工质对外做功，因此可能出现0∆<，即工质内能减小；U(5)可能；对工质加热，0Q>，由于可以使0W>，即工质对外做功，因此可能出现0∆<，对于理想气体，其内能仅为温度的单值函U数，因此对于理想气体来说温度可能降低。
2．一绝热刚体容器，用隔板分成两个部分，左边贮有高压气体，右边为真空。
抽去隔板时，气体立即充满整个容器。
问工质内能、温度将如何变化？如该刚体容器为绝对导热的，则工质内能、温度又如何变化？答：对于绝热刚体容器，以高压气体为对象：容器绝热：0Q =；且右边为真空，高压气体没有对外做功对象，即自由膨胀，有0W =。
由闭口系统热力学第一定律：Q U W =∆+，工质的内能不发生变化，如果工质为理想气体，那么其温度也不发生变化。
如果该刚体容器为绝对导热，那么初始状态下容器内工质与外界环境等温，而自由膨胀过程终了时容器内工质仍旧与外界环境等温。
当外界环境温度不发生变化时，容器内工质温度在整个自由膨胀过程中温度不变。
仍取工质为研究对象，由于工质与外界有热交换，这里工质温度高于环境温度，即对外放热，0Q <，且自由膨胀0W =，由闭口系统热力学第一定律，有0U ∆<。
该工质一定为非理想气体，其势能变小。
3． 图2-9 中，过程1-2与过程1-a-2 有相同的初、终点，试比较： 12W 与12a W ，12U ∆与12a U ∆，12Q 与12a Q答：根据图2-9，由于是p-v 图，因此有：0〈12W 〈12a W （对外做功）；12U ∆=12a U ∆；由闭口系统热力学第一定律，Q U W =∆+，有0〈12Q 〈12a Q （吸热）。
4． 推进功与过程有无关系？答：推进功是因工质出、入开口系统而传递的功。
推进功是工质在流动中向前方传递的功，并且只有在工质的流动过程中才出现。
当系统出口处工质状态为（out p ，out v ）时，1kg 工质流出系统，系统所需要做出的推进功为out out p v 。
推进功的大小仅与选取出口处的压力和比容数值的乘积有关，因此是状态参数，且为广延参数。
5． 你认为“任何没有体积变化的过程就一定不对外做功”的说法是否正确？答：错误。
体积变化仅产生容积变化功。
除了容积变化功外，还有电功、推进功等等，这些功不需要体积发生变化。
6． 说明下述说法是否正确：（1） 气体膨胀时一定对外做功。
（2） 气体压缩时一定消耗外功。
答：对“功”的理解，功可以分为有用功和无用功，有用功是指有目的且产生有用效果的功。
（1）气体膨胀时不一定对外做功，如气体的自由膨胀，由于气体没有做功对象，因此气体对外做功为零；（2）不一定。
当热气体冷却时，如果外界大气做的功为有用功，则（２）成立，但是如果外界大气做的功为无用功，则（２）不成立。
7． 下列各式是否正确：q du w δδ=+ （１）q du pdv δ=+ （２）()q du d pv δ=+（３） 各式的适用条件是什么？答：三个式子都针对1kg 工质。
（１）式是针对闭口系的能量方程，且忽略闭口系的位能和动能变化，w δ为闭口系统与外界交换的净功。
（2）式是针对简单可压缩系统准静态过程（或可逆过程）的能量方程，pdv 为系统与外界交换的容积变化功。
（3）式是针对技术功为零的稳定流动能量方程，即()q dh du d pv δ==+，且0t w δ=。
8． 试写出表2-1内所列四种过程的各种功计算式。
计算依据：（1） q u w =∆+（2） t q h w =∆+（3） ()h u pv ∆=∆+∆（４） ()t w pv w =∆+空气经过绝热节流过程，压力确实下降，但温度不变：因为绝热节流过程为一个等焓过程，而空气可视为理想气体，理想气体的焓为温度的单值函数，因此温度不变。
但对于非理想气体和一般液体，经过绝热节流过程，虽然焓不变，但温度和压力都要发生变化，压力减小，但温度可能升高、不变或者降低。
第三章 思考题参考答案1． 容积为1m 3的容器中充满氮气N2，其温度为20℃，表压力为1000 mmHg,为了确定其质量，不同人分别采用了以下几种计算式得出了结果，请判断它们是否正确？若有错误请改正。
答：(1) 1000 1.028168.4kg 8.314320m p V M m R T ⋅⋅⨯⨯===⋅⨯ 错误：1) 不应直接用表压计算，应先转化为绝对压力；2) 压力应转换为以Pa 为单位，1mmHg=133.3Pa ；3) R m 应该用8314J/kmol*K,因为Pa* m 3=J ；4) 温度的单位应该用K 。
(2)510000.98066510 1.028735.61531.5kg 8.314320m p V M m R T ⨯⨯⨯⨯⋅⋅===⋅⨯ 错误：1) 不应直接用表压计算，应先转化为绝对压力；2) R m 应该用8314J/kmol*K,因为Pa* m 3=J(3)5100010.98066510 1.028735.62658kg 8.314320m p V M m R T ⎛⎫+⨯⨯⨯⨯ ⎪⋅⋅⎝⎭===⋅⨯ 错误：1) 1at=1kgf/cm 2=9.80665E04 Pa ≠1atm,因此这里计算绝对压力时，大气压力取错; 2) R m 应该用8314J/kmol*K,因为Pa* m 3=J ；(4)310001 1.028735.6 2.65810kg 1.033282.057293.15m p V M m R T -⎛⎫+⨯⨯ ⎪⋅⋅⎝⎭===⨯⋅⨯⨯ 错误：1)相对压力单位为工程大气压（at ），与标准大气压（atm ）不同；2）气体常数R m 应该用8314J/kmol*K 。
正确结果：2.695kg2． 理想气体的c p 与c v 之差及c p 与c v 之比是否在任何温度下都等于一个常数？答： 根据定压比热容和定容比热容的定义，以及理想气体状态方程可以推导出，p v c c R -=（见课本79页）。
可见，两者之差为常数。
同时，定义pv c k c =对于理想气体，当不考虑分子内部的振动时，内能与温度成线性关系，从而根据摩尔定压和定温热容的定义，推导出摩尔定压和定温热容均为定值。
但通常只有在温度不太高，温度范围比较窄，且计算精度要求不高的情况下，或者为了分析问题方便，才将摩尔热容近似看作定值。