工程热力学(第五版)第5章练习题..
第5章 热力学第二定律
5．1 本章基本要求
理解热力学第二定律的实质，卡诺循环，卡诺定理，孤立系统熵增原理，深刻理解熵的定义式及其物理意义。
熟练应用熵方程，计算任意过程熵的变化，以及作功能力损失的计算，了解火用、火无 的概念。
5．2 本章重点:
学习本章应该掌握以下重点内容:,
l ．深入理解热力学第二定律的实质，它的必要性。它揭示的是什么样的规律；它的作用。
2．深入理解熵参数。为什么要引入熵。是在什么基础上引出的。怎样引出的。它有什么特点。
3．系统熵变的构成，熵产的意义，熟练地掌握熵变的计算方法。
4．深入理解熵增原理,并掌握其应用。
5．深入理解能量的可用性，掌握作功能力损失的计算方法
5．3 本章难点
l ．过程不可逆性的理解，过程不可逆性的含义。不可逆性和过程的方向性与能量可用性的关系。
2．状态参数熵与过程不可逆的关系。
3．熵增原理的应用。
4．不可逆性的分析和火用 分析.
5．4 例题
例1：空气从P 1=0.1MP a ，t 1=20℃，经绝热压缩至P 2=0.42MP a ，t 2=200℃。求：压缩过程工质熵变。（设比热为定值）。
解：定压比热： k kg kJ R C P ?=?==/005.1287.02
727
由理想气体熵的计算式：
k kg kJ P P R T T C S P ?=-=-=?/069.01.042.0ln 287.0293473ln 005.1ln ln 1
21212 例2：刚性容器中贮有空气2kg ，初态参数P 1=0.1MP a ，T 1=293K ，内装搅拌器，输入轴功率W S =0.2kW ，而通过容器壁向环境放热速率为kW Q 1.0.=。求：
工作1小时后孤立系统熵增。
解：取刚性容器中空气为系统，由闭系能量方程：U Q W s ?+=.
.
经1小时，
()12..36003600T T mC Q W v s -+=()K mC Q W T T v 5447175
.021.02.036002933600..12=?-+=??? ??-+= 由定容过程：1212T T P P =， MPa T T P P 186.0293
5441.01212=?== 取以上系统及相关外界构成孤立系统：
sur sys iso S S S ?+?=? K kJ T Q S sur /2287.1293
1.036000=?==? K kJ S iso /1
2.22287.18906.0=+=?
例3：压气机空气由P 1=100kP a ，T 1=400K ，定温压缩到终态P 2=1000kP a ，过程中实际消耗功比可逆定温压缩消耗轴功多25%。设环境温度为T 0=300K 。
求：压缩每kg 气体的总熵变。
解：取压气机为控制体。按可逆定温压缩消耗轴功：
kg kJ P P RT v v RT W SO /3.2641000
100ln 400287.0ln ln 2112-=?=== 实际消耗轴功：
()kg kJ W S /4.3303.26425.1-=-=
由开口系统能量方程，忽略动能、位能变化：21h q h W S +=+
因为理想气体定温过程：h 1=h 2
故：kg kJ W q S /4.330-==
孤立系统熵增：sur sys iso S S S ?+?=?
稳态稳流：0=?sys S
k kg kJ T q P P R T q S S S sur ?=+=+=+
-=?/44.03004.3301000100ln 287.0ln 021012
例4：已知状态P 1=0.2MPa ，t 1=27℃的空气，向真空容器作绝热自由膨胀，终态压力为P 2=0.1MPa 。求：作功能力损失。（设环境温度为T 0=300K ）
解：取整个容器（包括真空容器）为系统，
由能量方程得知：21U U =，T T T ==21
对绝热过程，其环境熵变
k kg kJ P P R P P R P P R T T C S P sys ?===-=-=?/199.01.02.0ln 287.0ln ln 0ln ln
21121212
kg kJ S T W iso /13244.03000=?=?=?
例5：如果室外温度为-10℃，为保持车间内最低温度为20℃，需要每小时向车间供热36000kJ,求：1) 如采用电热器供暖,需要消耗电功率多少。2) 如采用热泵供暖，供给热泵的功率至少是多少。3) 如果采用热机带动热泵进行供暖，向热机的供热率至少为多少。图5.1为热机带动热泵联合工作的示意图。假设：向热机的供热温度为600K ，热机在大气温度下放热。
图5.2 图5.1
解：1)用电热器供暖，所需的功率即等于供热率, 故电功率为
3600
36000..==Q W = 10kW 2)如果热泵按逆向卡诺循环运行，而所需的功最少。则逆向卡诺循环的供暖系数为
2
11..T T T W Q W +==ε=9.77 热泵所需的最小功率为W Q W ε.
.==1.02kW
3)按题意，只有当热泵按逆卡诺循环运行时，所需功率为最小。只有当热机按卡诺循环运行时，输出功率为.W 时所需的供热率为最小。
由 56.0600
2631112=-=-=T T c η 热机按所需的最小供热率为
kW W Q tc 82.156
.002.1/..min ===η
例6：一齿轮箱在温度T=370K 的稳定状态下工作，输入端接受功率为100kW ，而输出功率为95kW,周围环境为270K 。现取齿轮箱及其环境为一孤立系统(见图 5.2) 1)试分析系统内发生哪些不可逆过程。并计算每分钟内各不可逆过程的熵产及作功能力的损失。计算系统的熵增及作功能力总的损失。
解：1)此孤立系统内进行着两个不可逆过程：由于齿轮箱内部的摩擦将功变为热的过程,齿轮箱(T=370K)与环境(To=270K)间的温差传热过程。分别计算如下,
每分钟内齿轮箱中损失的功'l W 及传向环境的热Q
'l W =60×(100-95)=300kJ
因齿轮箱在稳定状态下工作，0=?U
其能量平衡关系为
(-Q)= U ?+W =0+60×95-60×100=-300kJ
故Q=300kJ
(2)齿轮箱内不可逆过程的熵产与作功能力损失
熵产 T
W S l g '1
=?=0.8108kJ /K 作功能力损失 101g l S T W ?== 270×0.8108=218.92kJ
(3)齿轮箱与环境间温差传热所引起的熵产与作功能力损失
熵产 K kJ T T Q S g /3003.0)370
12701(300)11(02=-=-=? 作功能力损失
202g l S T W ?== 270×0.3003=81.08kJ
2)孤立系统的熵增及作功能力的损失
解一： 孤立系统的熵增为各不可逆过程中熵产之和
21g g iso S S S ?+?=? =0.8108+0.3003=1.111kJ/K
作功能力总损失W=218.92+81.08=300kJ
解二：孤立系统的熵增为齿轮箱的熵变化1S ?与环境的熵变化g S ?之和。因齿轮箱在稳定状态下工作，故其熵变化
1S ?=0
而环境在温度T 0=270K 的情况下接受热量Q ，故其熵变化为
2T Q S =? = 1.11kJ/K 因此,孤立系统的熵增为
21S S S iso ?+?=?= =0+1.111=1.111kJ/K
孤立系统内作功能力的损失
iso l S T W ?=0 =270×1.111=300kJ
两种解法所得结论相同。讨论：
1．齿轮箱内因摩擦损失的功'l W =300kJ ，但作功能力损失1l W =218.92时，两者数值不同。其原因是：300kJ 的功所变成的摩擦热是在T=370K 温度下传向环境的，因T >T 0，这部分热量仍有一定的作功能力，其可用能为Q (1-T 0/T )。若采取某种措施，例如采用一工作于T 与To 间的卡诺机，则可以把这部分可用能转化为功。所以齿轮箱内不可逆过程所导致的作功能力损失,不是'l W 的全部，而只是101g l S T W ?=这一部分。
2．由齿轮箱传出的热(Q=300kJ)，其作功能力在温差传热过程中再次损失，最后为零。即孤立系统内，全部不可逆过程总的结果是，在每分钟输入齿轮箱的功中,有300KJ 的功最终变成了在To=270K 的温度下为环境所接受的热。在此传热温度下,这部分热已无作功能力(可用能为零)。也就是说，原来的300kJ 功的作功能力已全部损失了。
例7：三个质量相等、比热相同且为定值的物体(图5.3 )。A 物体的初温为1A T =100K ，B 物体的初温1B T =300K ，C 物体的初温1C T =300K 。如果环境不供给功和热量，只借助于热机和致冷机在它们之间工作，问其中任意一个物体所能达到的最高温度为多少。
图5.3
解：因环境不供给功和热量，而热机工作必须要有两个热源才能使热量转变为功。所以三个物体中的两个作为热机的有限热源和有限冷源。致冷机工作必须要供给其机械功，才能将热量从低温热源转移到高温热源，同样有三个物体中的两个作为致冷机的有限冷源和有限热源。由此,其工作原理如图
5.3所示。
取A 、B 、C 物体及热机和致冷机为孤立系。如果系统中进行的是可逆过程,则
C B A E E iso S S S S S S ?+?+?+?+?=?'=0
对于热机和致冷机?=?dS S E =0，则
021212
1=++=????C C B B A A T
T T T T T iso T dT mc T dT mc T dT mc
S 0ln ln ln 1
21212=++C C B B A A T T T T T T 11
21212=C C B B A A T T T T T T 111222C B A C B A T T T T T T ==100×300×300=9×3810K （1）
由图5.3可知，热机工作于A 物体和B 物体两有限热源之间，致冷机工作于B 物体和C 物体两有限热源及冷源之间，热机输出的功供给致冷机工作。当22B A T T =时，热机停止工作，致冷机因无功供给也停止工作，整个过程结束。过程进行的结果，物体B 的热量转移到物体C 使其温度升高，而A 物体和B 物体温度平衡。
对该孤立系，由能量方程式得
0=++C B A Q Q Q
0)()()(121212=-+-+-C C B B A A T T mc T T mc T T mc
111222C B A C B A T T T T T T ++=++ =100十300+300=700K （2） 根据该装置的工作原理可知，22121212,,,B A C C B B A A T T T T T T T T =><>
对式(1)与(2)求解,得
22B A T T = =150K 2C T =400K
即可达到的最高温度为400K.
讨论：若致冷机工作于A 物体和C 物体两有限冷源和热源之间，其过程结果又如何呢。请读者自行分析。
例8：一刚性容器贮有700kg 的空气，其初始压力p 1=1bar ，t 1=5℃，若想要使其温度升高到t 2=27℃（设空气为理想气体，比热为定值）：
（1）求实现上述状态变化需加入的能量？
（2）如果状态的变化是从T 0=422K 的热源吸热来完成，求整体的熵增？
（3）如果状态的变化只是从一个功源吸收能量来完成，求整体的熵增？ 解
（1）从热力学第一定律：
净能量的输入=Q 12－W 12=U 2－U 1=m (u 2－u 1)
=mc v (T 2－T 1)
=700×97
.28314
.825?(300－278)=11088kJ （2） ΔS =ΔS sur +ΔS sys
ΔS svs =)(ln ln 121212v v v v R T T c m v =?????
?+ =1
2ln T T mc v =700×0.72278300ln
(300－278)=700×0.72×0.076=38.385kJ/K ΔS sur =0
T Q 既然空气状态的变化是由于从T 0吸取的热量，而系统与环境又无功量交换，所以Q 12为净能量输入，只是对环境而言，Q =－Q 12=－11088kJ 代入上式则得：
ΔS sur =T
Q =42211088-=－26.275 kJ/k ∴ ΔS =38.385－26.275=12.110 kJ/K
（3）因为没有热量加入 ∴ ΔS sur =0
∴ ΔS =ΔS sys =38.385 kJ/K
例9：求出下述情况下，由于不可逆性引起的作功能力损失。已知大气p 0=1013215Pa ，温度T 0为300K 。
（1）将200kJ 的热直接从p A =p 0、温度为400K
的恒温热源传给大气。
（2）200kJ 的热直接从大气传向p B =p 0、温度
为200K 的恒温热源B 。
（3）200kJ 的热直接从热源A 传给热源B 。
解：由题意画出示意图5.4。 （1）将200kJ 的热直接从400K 恒温热源A 传给300K 的大气时，
5.0400200-=-=-=
?A A T Q S kJ/K 667.0300
20000-===?T Q S kJ/K 热源A 与大气组成的系统熵变为
kJ/K
167.0667.05.00
1=+-=?+?=?S S S A
此传热过程中不可逆性引起的作功能力损失为
kJ
1.50167.03000
=?==∏T
（2）200kJ 的热直接从大气传向200K 的恒温热源B 时，
1200
200===?B B T Q S
kJ/K Q 图5.4
667.030020000-=-=-=
?T Q S kJ/K kJ/K
333.01667.002=+-=?+?=?B S S S 此过程不可逆引起的作功能力损失
kJ 100333.030020=?=?=∏
S T （3）200kJ 直接从恒温热源A 传给恒温热源B ，则
5.0400200-=-=-=
?A A T Q S kJ/K 1200
200===?B B T Q S kJ/K 5.015.03=+-=?S kJ/K
作功能力损失
kJ 1505.030030=?=?=∏S T
可见（1）和（2）两过程的综合效果与（3）过程相同。
5．5思考及练习题
l ．热力学第二定律是否可表达为：功可以完全变为热，但热不能完全变成功。为什么?
2．自发过程为不可逆过程，那么非自发过程即为可逆过程。此说法对吗?为什么?
3．自然界中一切过程都是不可逆过程，那么研究可逆过程又有什么意义呢?
4．以下说法是否正确?
①熵增大的过程必为不可逆过程
②不可逆过程的熵变无法计算
③若从某一初态沿可逆和不可逆过程达到同一终态，则不可逆过程中的熵变必定大于可逆过程中的熵变。
④工质经历一不可逆循环过程,因?T
Q δ<0，故?ds <0 5．某热力系统经历一熵增的可逆过程，问该热力系统能否经一绝热过程回复到初态。
6．若工质经历一可逆过程和一不可逆过程，均从同一初始状态出发，且两过程中工质的吸热量相同，问工质终态的熵是否相同？
7．绝热过程是否一定是定熵过程？定熵过程是否一定满足Pv K =定值的方程？
8．工质经历一个不可逆循环能否回复到初态？
9．第二类永动机与第一类永动机有何不同？
10．用孤立系统熵增原理证明：热量从高温物体传向低温物体的过程是不可逆过程。
11．“循环功越大，则热效率越高”；“可逆循环热效率都相等”；“不可逆循环效率一定小于可逆循环效率”。这些结论是否正确？为什么？
12．0.lkg 空气进行不可逆绝热压缩，由1p =0.1MPa(lbar), 1T =300K 增加到3bar 。不可逆压缩过程所消耗的功是可逆过程的1.1倍,试求压缩终了时的温度及空气熵的变化。
13．在高温热源1T =2000K 及低温热源2T =600K 之间进行一个不可逆卡诺循环，若在等温吸热及等温放热过程中工质与高低温热源之间存在着60K 的温差，其余两个绝热过程均为可逆过程。试求:(1)循环热效率; (2)若热源供给1000KJ 的热量,求功的损失多少?
14．在温度0℃和25℃之间按逆卡诺循环工作的热泵，每一循环从0℃的低温物何吸取的热量为Q 2=12.57kJ 。问：
（1）为开动热泵，每一循环要消耗多少功？
（2）当高温物何的温度为100℃时，所需功量为多少？
（3）上述各情况下排给高温物体的热量各为多少？
15．从温度为20℃的周围环境传给温度为－15℃的冷藏室的热量为125700kJ/h 。由于制冷机的作用，使该冷藏室维持在－15℃，并把从冷藏室吸收的热量排给20℃的冷却水，求制冷机的理论功率为多少？假如冷却水的
温度上升7℃，求每小时所需要的冷却水量？02H c =4.19kJ/kg ·K.
16．某发电厂设计的工作温度在1650℃和15℃之间，求：
（1）该发电厂的理想热效率？
（2）若该发电厂按理想循环工作，问生产1000000kW 的功率时所需的能量和排热量是多少？
（3）如果实际热效率只有40%，仍产生1000000kW 功率？所需的能量及排热量多少？
17．如图5.5所示，一热机用来带动热泵，
热机和热泵排出的热量均被用于加热建筑物
暖气散热器的循环水，热机的效率为27%，热
泵性能系数为4。试计算输给循环水的热量与
输给热机的热量之比。
18．某房屋依靠热泵从大气抽取热量来维
持20℃的温度。通过房屋墙壁的热损失在室
内与大气每度温差下，估算约0.65kW/K 。 （1）如果大气的温度为－10℃，求驱动热泵所需的最小功率？
（2）打算用同一个热泵在夏天给房子制冷，对同样的室温、同样的热损失和同样的输入功率，问最大允许的大气温度是多少？
19．某人断言有这样一种制冷装置，它使冷藏库维持－7℃，而环境温度为27℃，其制冷系数为8.5，你认为这种断言可信吗？若制冷系数8呢？
20．两卡诺机A 、B 串联工作，A 热机在627℃下得到热量，对温度为T 的热源放热，在下述情况下计算温度T ：
（1）两热机输出功相等：
（2）两热机效率相等。
21．一台可逆热机被用来驱动一台可逆冷机，热机从温度为T H 的高温热源吸热Q H ，向温度为T 0的环境放热，冷机从冷藏库T L 得热Q L 传至T 0的同一环境，如果T H 比T 0要大很多的话，证明：
L
L H L T T T Q Q -≈0
22．计算下述各过程中系统的总熵变化量。
（1）将0.4kg 温度为100℃、比热为150kJ/K 的铜块投入温度为10℃的湖水中。
（2）同样大小，但温度为10℃的铜块，由100m 高处投入湖水中。
（3）将温度分别为100℃和10℃的同样大小的铜块连在一起。
23．某气缸中气体，首先经历了一个不可逆过程，从温度为600K 的热源中吸取100kJ 的热量，使其内能增加30kJ ，然后再通过一可逆过程，使气体回复到初始状态。该过程中只有气体与600K 热源发生热交换。已知热源经历上述两个过程后熵变化为0.026J/K 。求：
（1）第一个过程(不可逆的)中气体对外所作的功。
（2）第二个过程(可逆的)中气体与热源交换的热量，气体所完成的功量。 （70kJ ，-115.6kJ ，-85.6kJ ）
24．设某可逆热机A 在高温热源H(H T =800K)与低温热源L(L T =300K)之间工作。见图5.6(a)。有人提出一改进方案，如图5.6(b)，令A 机改向温度为200K 的冷箱放热，另用一可逆制冷机B 将A 机排向冷箱的热量移至低温热源L ，B 机所需动力由A 机供给。如果两种情况下,高温热源的供热量均为l00kJ ，则采用第二种方案能否得到更多的功。为什么。
图5.6(a) 图5.6(b)
25．某可逆热机与三个热源交换热量并产功800kJ 。其中热源A 的温度为500K 并向热机供热300kJ ，而热源B 和C 的温度分别为400K 与300K 。试
计算热机与热源B 和C 交换的热量，并分析传热的方向。
26．某动力循环，工质在温度为500℃与300℃时分别吸热2300kJ 与1000kJ ，在环境温度15℃下放热， 循环功为1400kJ ，如果工质没有其它的热交换，试判断此循环是可逆、不可逆还是不可能实现的。
27．某燃气涡轮进口处燃气温度1t =827℃，压力1p =8bar ，出口处燃气压力2p =1bar ，设燃气的气体常数R=0.2874kJ/kgK ，定值比热p c =1.10kJ/kgK ，并假设燃气流经涡轮的过程是绝热的，如流动动能及重力位能的变化可忽略不计，对于每公斤燃气，试计算：
（1）膨胀过程为可逆过程时，工质对外所作的功
（2）若膨胀过程不可逆,其终了温度为430℃时，工质对外所作的功及工质熵的变化。
28．空气由初始状态1t =62℃，压力1p =2.3bar 膨胀至2p =1.4bar 2t =22℃，分析此过程能否绝热进行，为什么?
29．0.5kg 氮气在汽缸中由1t =157℃，1p =3bar 膨胀到2p =1bar 2t =17℃，过程中产功23kJ ，并与温度为27℃的环境介质交换热量。求
（1）确定过程中的传热量及传热的方向,
（2）判断此过程是可逆、不可逆或不可能实现。
30．有一30 的电阻，载有恒定电流10A ，其温度靠冷却水维持在27℃，冷却水温度与环境温度相同(17℃)，若取其为5秒的通电时间，试计算：
（1）电阻的熵的变化。
（2）冷却水的熵的变化。
（3）过程中的熵产。
（4）过程中作功能力的损失。
31．容器内盛有1kg 空气，在定容下向环境放热，由初态1p =2bar,1T =450K 变化到2T =300K ，若环境温度为17℃，试计算：
（1）空气的放热量。
（2）此放热过程中作功能力的损失。
（3）用T -s 图表示此放热过程中作功能力的损失。
32．某致冷循环，工质从温度为-73℃的冷源吸取热量100kJ ，并将热
量220kJ传给温度为27℃的热源，此循环满足克劳修斯不等式吗。
33．有人声称设计了一台热力设备，该设备工作在高温热源
T=540K和
1
=300K之间，若从高温热源吸入1kJ的热量，可以产生0.45kJ 低温热源T
2
的功，试判断该设备可行吗。
34．一刚性绝热容器中励有空气，初态95kPa、27℃，通过搅拌轮搅拌空气，以使空气压力升到140kPa。试求：（1）对空气所作功量（kJ/kg）；（2）空气熵的变化（kJ/g·K）；（3）千克空气可用能损失，并在T-s图上表示出来。设T0=300K。
35．1kg饱和水蒸气在100℃下凝结为液态，在凝结过程中放出热量2257kJ，并被30℃的大气所吸收，求该过程的可用能损失。
36．1kg空气，初态为650kPa、330K，储于能维持定压承重的活塞-气缸装置中，过程中有23.4kJ的热量从系统传给大气环境，而压有重物的少塞对系统作了5.3kJ的功。（1）计算气缸中空气的熵变化，以kJ/(kg·K)表示；（2）若环境温度T0=298K确确定环境的熵变化；（3）总过程是否满足第二定律？为什么？
37．两股空气流m1=10kg/s、m2=7kg/s，压力p1=1MPa、p2=0.6MPa，温度t1=390℃、t2=100℃，试求：（1）两股鎏绝热混合后温度；（2）混合后的极限压力；（3）当混合后的压力较极限压力低20%、且大气温度为300K时，可用能损失为多少？
38．气体在气缸中被压缩，气体内能增加了55.9kJ/kg，而熵减少了0.293kJ/(kg·K)，输给气体的功为186kJ/kg，温度为20℃的大气可与气体换热。试确定每千克气休引起的熵产及可用能损失。
5．6 自测题
一、是非题
1．热力学第二定律可表述成"功可以全部变成热量,但热量不能全部变成功"。( )
2．温度高的热能的品质(或使用价值)优于温度低的热能。( )
3．一桶具有环境温度的河水与一杯沸水,前者的可用能大于后者。( )
4．过程量Q 和W 只与过程特性有关。( )
5．过程方程适用于闭口系统和开口系统的可逆过程。( )
6．某热力系统经历一熵增过程，则该系统可经一绝热过程而回复到初态
( )
7．系统熵减少的过程，必须是放热过程( )
8．不可逆绝热稳定流动系统中,系统熵的变化sys s =0 ( )
9．一切实际过程都有熵产。( )
10．孤立系统熵增越大,作功能力损失越多。（ ）
二、选择题
1．如果热机从热源取热100KJ ，对外作功100kJ ，则
A ）违反第一定律、违反第二定律
B ）不违反第一、二定律
C ）A 和B
2．闭口系统进行可逆绝热膨胀过程1-2，则
A.）火用差>膨胀功; B ）火用差〈膨胀功;
C ）火用差=膨胀功;
D ）不能决定火用差和膨胀功的大小
3．某致冷机在热源1T =300K 及冷源2T =250K 之间工作，其制冷量为1000KJ ，消耗功为250kJ,此致冷机是 。
A ）可逆的
B ）不可逆的 C)不可能的 D).可逆或不可逆的
4．两种性质不同，但状态相同的气体作绝热混合,其熵变为________
A ）零
B ）负
C ）正
D ）不确定
5．自发过程的特点是
A ）系统熵必然减少
B ）伴随非自发过程才能进行
C ）不可逆 D)可逆
三、填空题
l ．凡是牵涉到热现象的一切过程，都具有 性和 性。
2．在孤立系统内，自发过程进行的结果,系统由 达到平衡态，决不会已经达到平衡态的重新变为 。
3．热力学第二定律的各种经典说法是 ，若其中一种说法不成立，则其它说法 。
4.在可逆过程中,系统熵的增加,意味着系统 ，在孤立系统中，熵的增加则意味着过程为 。
5.卡诺循环热效率tc η= ，逆卡诺循环的致冷系数c 1ε= 。
四、名词解释
孤立系统
热力学第二定律
可用能与不可用能
卡诺定理
内能火用
五、计算题
1．在刚性容器中有压力为130KPa,温度为330K 的空气1kg ，从温度为500K 的热源吸热后压力升到200KPa ，已知环境温度为300K 。求由于传热的不可逆性而引起的可用能损失。
2．在常压下对3kg 水加热，使水温由25℃升到95℃,设环境温度为15℃,求水吸热量中的可用能为多少? 若将95℃的3kg 水与20℃的2kg 水混合,求混合过程可用能损失?(水的比热取p C =4.19KJ/kgK)。
3．空气1kg ，1T =720K, 1p =2bar ，
进行定容过程1-2，压力降为2p =lbar ，然后进行定压过程2-3，使234v v =，求1-2及2-3过程中的膨胀功及整个过程中熵的变化。
工程热力学习题集答案
工程热力学习题集答案一、填空题 1．常规新 2．能量物质 3．强度量 4．54KPa 5．准平衡耗散 6．干饱和蒸汽过热蒸汽 7．高多 8．等于零 9．与外界热交换 10．7 2g R 11．一次二次12．热量 13．两 14．173KPa 15．系统和外界16．定温绝热可逆17．小大 18．小于零 19．不可逆因素 20．7 2g R 21、（压力）、（温度）、（体积）。 22、（单值）。 23、（系统内部及系统与外界之间各种不平衡的热力势差为零）。 24、（熵产）。 25、（两个可逆定温和两个可逆绝热） 26、（方向）、（限度）、（条件）。
31.孤立系； 32.开尔文(K)； 33.－w s =h 2－h 1 或 －w t =h 2－h 1 34.小于 35. 2 2 1 t 0 t t C C > 36. ∑=ω ωn 1 i i i i i M /M / 37.热量 38.65.29% 39.环境 40.增压比 41.孤立 42热力学能、宏观动能、重力位能 43.650 44.c v (T 2－T 1) 45.c n ln 1 2T T 46.22.12 47.当地音速 48.环境温度 49.多级压缩、中间冷却 50.0与1 51.（物质） 52.（绝对压力）。 53.（q=(h 2-h 1)+(C 22 -C 12 )/2+g(Z 2-Z 1)+w S ）。 54.（温度） 55. (0.657)kJ/kgK 。 56. (定熵线)
57.（逆向循环）。 58.（两个可逆定温过程和两个可逆绝热过程） 59.（预热阶段、汽化阶段、过热阶段）。 60.（增大） 二、单项选择题 1.C 2.D 3.D 4.A 5.C 6.B 7.A 8.A 9.C 10.B 11.A 12.B 13.B 14.B 15.D 16.B 17.A 18.B 19.B 20.C 21.C 22.C 23.A 三、判断题 1．√2．√3．?4．√5．?6．?7．?8．?9．?10．? 11．?12．?13．?14．√15．?16．?17．?18．√19．√20．√ 21.（×）22.（√）23.（×）24.（×）25.（√）26.（×）27.（√）28.（√） 29.（×）30.（√） 四、简答题 1.它们共同处都是在无限小势差作用下，非常缓慢地进行，由无限接近平衡 状态的状态组成的过程。 它们的区别在于准平衡过程不排斥摩擦能量损耗现象的存在，可逆过程不会产生任何能量的损耗。 一个可逆过程一定是一个准平衡过程，没有摩擦的准平衡过程就是可逆过程。 2.1kg气体:pv=R r T mkg气体:pV=mR r T 1kmol气体：pV m=RT nkmol气体：pV=nRT R r是气体常数与物性有关，R是摩尔气体常数与物性无关。 3.干饱和蒸汽：x=1,p=p s t=t s v=v″,h=h″s=s″
工程热力学 思考题
工程热力学第五章思考题 5-1 热力学第二定律的下列说法能否成立？ （1）功量可以转换成热量，但热量不能转换成功量。 答：违反热力学第一定律。功量可以转换成热量，热量不能自发转换成功量。 热力学第二定律的开尔文叙述强调的是循环的热机，但对于可逆定温过程，所吸收的热量可以全部转换为功量，与此同时自身状态也发生了变化。从自发过程是单向发生的经验事实出发，补充说明热不能自发转化为功。 （2）自发过程是不可逆的，但非自发过程是可逆的。 答：自发过程是不可逆的，但非自发过程不一定是可逆的。 可逆过程的物理意义是：一个热力过程进行完了以后，如能使热力系沿相同路径逆行而回复至原态，且相互作用中所涉及到的外界也回复到原态，而不留下任何痕迹，则此过程称为可逆过程。自发过程是不可逆的，既不违反热力学第一定律也不违反第二定律。根据孤立系统熵增原理，可逆过程只是理想化极限的概念。所以非自发过程是可逆的是一种错误的理解。 （3）从任何具有一定温度的热源取热，都能进行热变功的循环。 答：违反普朗克-开尔文说法。从具有一定温度的热源取热，才可能进行热变功的循环。 5-2 下列说法是否正确？ （1）系统熵增大的过程必须是不可逆过程。 答：系统熵增大的过程不一定是不可逆过程。只有孤立系统熵增大的过程必是不可逆的过程。 根据孤立系统熵增原理，非自发过程发生必有自发补偿过程伴随，由自发过程引起的熵增大补偿非自发过程的熵减小，总的效果必须使孤立系统上增大或保持。可逆过程只是理想化极限的概念。 （2）系统熵减小的过程无法进行。 答：系统熵减小的过程可以进行，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。 （3）系统熵不变的过程必须是绝热过程。 答：可逆绝热过程就是系统熵不变的过程，但系统熵不变的过程可能由于熵减恰等于各种原因造成的熵增，不一定是可逆绝热过程。 （4）系统熵增大的过程必然是吸热过程，它可能是放热过程吗？ 答：因为反应放热，所以体系的焓一定减小。但体系的熵不一定增大，因为只要体系和环境的总熵增大反映就能自发进行。而放热反应会使环境获得热量，熵增为ΔH/T。体系的熵也可以减小，只要减小的量小于ΔH/T，总熵就为正，反应就能自发进行。 （5）系统熵减少的过程必须是放热过程。可以是吸热过程吗？ 答：放热的过程同时吸热。 （6）对不可逆循环，工质熵的变化∮ds?0。 答：∮ds=0。 （7）在相同的初、终态之间，进行可逆过程与不可逆过程，则不可逆过程中工质熵的变化大于可逆过程工质熵的变化。
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 +p ｇ （p > p ｂ）， p = p b -ｐv (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 ｐb 不一定是环境大气压。 5．温度计测温的基本原理是什么? 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。 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。 4题图 9题图
工程热力学例题答案解
例1:如图，已知大气压p b=101325Pa ，U 型管内 汞柱高度差H =300mm ，气体表B 读数为0.2543MPa ，求：A 室压力p A 及气压表A 的读数p e,A 。 解： 强调： P b 是测压仪表所在环境压力 例2:有一橡皮气球，当其内部压力为0.1MPa （和大气压相同）时是自由状态，其容积为0.3m 3。当气球受太阳照射而气体受热时，其容积膨胀一倍而压力上升到0.15MPa 。设气球压力的增加和容积的增加成正比。试求： （1）该膨胀过程的p~f （v ）关系； （2）该过程中气体作的功； （3）用于克服橡皮球弹力所作的功。 解：气球受太阳照射而升温比较缓慢，可假定其 ，所以关键在于求出p~f （v ） (2) （3） 例3：如图，气缸内充以空气，活塞及负载195kg ，缸壁充分导热，取走100kg 负载，待平 衡后，不计摩擦时，求：（1）活塞上升的高度 ;（2）气体在过程中作的功和换热量，已 知 解：取缸内气体为热力系—闭口系 分析：非准静态，过程不可逆，用第一定律解析式。 计算状态1及2的参数： 过程中质量m 不变 据 因m 2=m 1,且 T 2=T 1 体系对外力作功 注意：活塞及其上重物位能增加 例4：如图，已知活塞与气缸无摩擦，初始时p 1=p b ，t 1=27℃，缓缓加热， 使 p 2=0.15MPa ，t 2=207℃ ，若m =0.1kg ，缸径=0.4m ，空气 求：过程加热量Q 。 解： 据题意 ()()121272.0T T m u u m U -=-=? 例6 已知：0.1MPa 、20℃的空气在压气机中绝热压缩后，导入换热器排走部分热量，再进入喷管膨胀到0.1MPa 、20℃。喷管出口截面积A =0.0324m2，气体流速c f2=300m/s 。已知压气机耗功率710kW ，问换热器的换热量。 解： 稳定流动能量方程 ——黑箱技术 例7:一台稳定工况运行的水冷式压缩机，运行参数如图。设空气比热 cp =1.003kJ/(kg·K)，水的比热c w=4.187kJ/(kg·K)。若不计压气机向环境的散热损失、动能差及位能差，试确定驱动该压气机所需功率。[已知空气的焓差h 2-h 1=cp (T 2-T 1)] 解：取控制体为压气机（不包括水冷部分 流入： 流出： 6101325Pa 0.254310Pa 355600Pa B b eB p p p =+=+?=()()63 02160.110Pa 0.60.3m 0.0310J 30kJ W p V V =-=??-=?=斥L ?{}{}kJ/kg K 0.72u T =1 2T T =W U Q +?=()()212211U U U m u m u ?=-=-252 1.96010Pa (0.01m 0.05m)98J e W F L p A L =??=???=???={}{}kJ/kg K 0.72u T =W U Q +?=g V m pq q R T =()f 22g p c A R T =620.110Pa 300m/s 0.0324m 11.56kg/s 287J/(kg K)293K ???==??()111 11111m V m P e q p q P q u p v ++?++() 1 2 1 22222m V m e q p q q u p v ++Φ?Φ++水水
完整版工程热力学习题册有部分答案
第一篇工程热力学 第一章基本概念及气体的基本性质第二章热力学第一定律 一、选择题 3、已知当地大气压P b ,真空表读数为Pv ,则绝对压力P为（a ）。 （a） P=P b -Pv （b）P=Pv -P b （c）P=P b +Pv 4、.若已知工质的绝对压力P=0.18MPa，环境压力Pa=0.1MPa，则测得的压差为（b ） A. 真空p v=0.08Mpa B.表压力p g=0.08MPa C.真空p v=0.28Mpa D.表压力p g=0.28MPa 5、绝对压力p,真空pv,环境压力Pa间的关系为（ d ） A. p+pv+pa=0 B.p+pa —pv=0 C.p —pa —pv=0 D.pa — pv —p=0 6、气体常量R（ d ） A.与气体种类有关，与状态无关 B.与状态有关，与气体种类无关 C.与气体种类和状态均有关 D.与气体种类和状态均无关 7、「「J适用于（c ）
（a）稳流开口系统（b）闭口系统（c）任意系统（d）非稳流开口系统 8、某系统经过一个任意不可逆过程达到另一状态，表达式（ c ）正确。 （a） ds > S q/T （b ）ds v S q/T （c ）ds= S q/T 9、理想气体1kg经历一不可逆过程，对外做功20kJ放热20kJ，则气体温度变化为（b ）
（a）提高（b ）下降（c ）不变 10、平衡过程是可逆过程的（b ）条件。 （a）充分（b ）必要（c ）充要 11、热能转变为机械能的唯一途径是通过工质的（ a ） （a）膨胀（b）压缩（c）凝结（d）加热 13、经历一不可逆循环过程，系统的熵（ d ） （a）增大（b ）减小（c）不变（d ）可能增大，也可能减小 14、能量方程二 '匕适用于（d ） （a）只要是稳定流动，不管是否为可逆过程（b）非稳定流动，可逆过程（c）非稳定流动，不可逆过程（d）任意流动，任意过程15、理想气体可逆绝热过程中的技术功等于（a ） （a）—△ h （ b ）u 1 -u 2 （ c ）h 2 -h 1 （ d ）—△ u 16、可以通过测量直接得到数值的状态参数（ c ） （a）焓（b）热力学能（c）温度（d）熵 18、若从某一初态经可逆与不可逆两条途径到达同一终态，则不可逆途径的△S 必（ b ）可逆过程A S。 A.大于 B.等于 C.小于 D.大于等于 19. 闭口系内的理想气体经历一个不可逆过程，吸热5KJ，对外作功10KJ，则（c b ）
工程热力学第四版思考题答案(完整版)(沈维道)(高等教育出版社)
工程热力学第四版沈维道 思考题 完整版 第1章 基本概念及定义 1.闭口系与外界无物质交换，系统内质量将保持恒定，那么，系统内质量保持恒定的热力系一定是闭口系统吗 答：否。当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质量将保持恒定不变。 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有何区别和联系，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 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 ) ( )( b v b b e b P P P P P P P P P P <-=>+=；
哈工大工程热力学习题答案——杨玉顺版
第二章 热力学第一定律 思 考 题 1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？ 答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何？ 答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h pv =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d （变大） 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？ 答：尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大）似乎相象，但两者 的数学本质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+??? 因为 0du =?，()0d pv =? 所以 0dh =?， 因此焓是状态参数。 而 对 于 能 量 方 程 来 说 ，其循环积分：
工程热力学复习题
各位同学：以下为《工程热力学B》复习题，如有问题，请到办公室答疑。第一章基本概念 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。（错） 2.压力表读值发生变化,说明工质的热力状态也发生了变化。( 错 ) 3.由于准静态过程都是微小偏离平衡态的过程，故从本质上说属于可逆过程。（错） 4.可逆过程一定是准静态过程,而准静态过程不一定是可逆过程。( 对 ) 5. 比体积v是广延状态参数。( 对 ) 6. 孤立系的热力状态不能发生变化。（错） 7. 用压力表可以直接读出绝对压力值。（错） 8. 处于平衡状态的热力系，各处应具有均匀一致的温度和压力。（错） 9. 热力系统的边界可以是固定的，也可以是移动的；可以是实际存在的，也可以是假想的。（对） 10. 可逆过程是不存在任何能量损耗的理想过程。（对） 11.经历了一个不可逆过程后，工质就再也不能回复到原来的初始状态了。（错） 12. 物质的温度越高，则所具有的热量越多。（错） 1.能源按其有无加工、转换可分为一次能源和二次能源。 2.在火力发电厂蒸汽动力装置中，把实现热能和机械能能相互转化的工作物 质就叫做工质。 3.按系统与外界进行物质交换的情况，热力系统可分为开口系和闭口系两大类。 4.决定简单可压缩系统状态的独立状态参数的数目只需 2 个。 5.只有平衡状态才能用参数坐标图上的点表示，只有可逆过程才能用参数坐标图 上的连续实线表示。
6. 绝热系是与外界无 热量 交换的热力系。 7. 孤立系是指系统与外界既无 能量 交换也无 质量 交换的热力系。 8. 测得容器的表压力75g p KPa =，大气压力MPa p b 098.0=，容器内的绝对压力 173 kPa 。 6.热力系在不受外界影响的条件下，系统的状态能够始终保持不变，这种状态称为(平衡状态) 无关。 8.理想气体闭口系统经历一定温过程，吸热量为100J ，则它的热力学能变化量为 0 J 。 1.准静态过程满足下列哪一个条件时为可逆过程 C 。 A 做功无压差； B 传热无温差； C 移动无摩擦； D 上述任一个都可。 2.下列说法中正确的是：1 （1）可逆过程一定是准平衡过程 （2）准平衡过程一定是可逆过程 （3）有摩擦的热力过程不可能是准平衡过程 3. 测量容器中气体压力的压力表读数发生变化一定是因为：4 1）有气体泄露 （2）气体的热力状态发生变化 （3）大气压力发生变化 （4）以上均有可能 第二章 热力学第一定律 1.气体吸热后一定膨胀，热力学能一定增加； （ 错 ） 2.气体膨胀时一定对外作功； （ 错 ） 3.对工质加热，其温度反而降低是不可能的。 ( 错 ) 4.热力学第一定律适用于任意的热力过程，不管过程是否可逆（ 对 ）。
工程热力学思考题参考答案,第四章
第四章气体和蒸汽的基本热力过程 4.1试以理想气体的定温过程为例，归纳气体的热力过程要解决的问题及使用方法解决。 答：主要解决的问题及方法： (1) 根据过程特点（及状态方程）——确定过程方程 (2) 根据过程方程——确定始、终状态参数之间的关系 (3) 由热力学的一些基本定律——计算,,,,,t q w w u h s ??? (4) 分析能量转换关系（P —V 图及T —S 图）（根据需要可以定性也可以定量） 例：1)过程方程式：T =常数（特征）PV =常数（方程） 2)始、终状态参数之间的关系： 12p p =2 1 v v 3)计算各量：u ?=0、h ?=0、s ?=21p RIn p -=21 v RIn v 4)P ?V 图，T ?S 图上工质状态参数的变化规律及能量转换情况 4.2对于理想气体的任何一种过程，下列两组公式是否都适用 答：不是都适用。第一组公式适用于任何一种过程。第二组公式21()v q u c t t =?=-适于定容过程,21()p q h c t t =?=-适用于定压过程。 4.3在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。定温过程气体的温度不变，在定温过程中是否需对气体加入热量？如果加入的话应如何计算？ 答：定温过程对气体应加入的热量 4.4过程热量q 和过程功w 都是过程量，都和过程的途径有关。由理想气体可逆定温过程热量公式 2 111 v q p v In v =可知，故只要状态参数1p 、1v 和2v 确定了，q 的数值也确定了，是否q 与途径无关？ 答：对于一个定温过程，过程途径就已经确定了。所以说理想气体可逆过程q 是与途径有关的。 4.5在闭口热力系的定容过程中，外界对系统施以搅拌功w δ，问这v Q mc dT δ=是否成立？ 答：成立。这可以由热力学第一定律知，由于是定容过2211 v v dv w pdv pv pvIn RTIn v v v ====??为零。故v Q mc dT δ=，它与外界是否对系统做功无关。 4.6绝热过程的过程功w 和技术功t w 的计算式： w =12u u -，t w =12h h - 是否只限于理想气体？是否只限于可逆绝热过程？为什么？
工程热力学思考题答案,第三章
第三章 理想气体的性质 1.怎样正确看待“理想气体”这个概念？在进行实际计算是如何决定是否可采用理想气体的一些公式？ 答：理想气体：分子为不占体积的弹性质点，除碰撞外分子间无作用力。理想气体是实际气体在低压高温时的抽象，是一种实际并不存在的假想气体。 判断所使用气体是否为理想气体（1）依据气体所处的状态（如：气体的密度是否足够小）估计作为理想气体处理时可能引起的误差；（2）应考虑计算所要求的精度。若为理想气体则可使用理想气体的公式。 2.气体的摩尔体积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 0.022414m 3 /mol? 答：气体的摩尔体积在同温同压下的情况下不会因气体的种类而异；但因所处状态不同而变化。只有在标准状态下摩尔体积为 0.022414m 3 /mol 3.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：摩尔气体常数不因气体的种类及状态的不同而变化。 4.如果某种工质的状态方程式为pv =R g T ，那么这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗？ 答：一种气体满足理想气体状态方程则为理想气体，那么其比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数。 5.对于一种确定的理想气体，()p v C C 是否等于定值？p v C C 是否为定
值？在不同温度下()p v C C -、p v C C 是否总是同一定值？ 答：对于确定的理想气体在同一温度下()p v C C -为定值， p v C C 为定值。在不同温度下()p v C C -为定值，p v C C 不是定值。 6.麦耶公式p v g C C R -=是否适用于理想气体混合物？是否适用于实际 气体？ 答：迈耶公式的推导用到理想气体方程，因此适用于理想气体混合物不适合实际气体。 7.气体有两个独立的参数，u(或 h)可以表示为 p 和 v 的函数，即(,)u u f p v =。但又曾得出结论，理想气体的热力学能、焓、熵只取决于温度，这两点是否矛盾？为什么？ 答：不矛盾。实际气体有两个独立的参数。理想气体忽略了分子间的作用力，所以只取决于温度。 8.为什么工质的热力学能、焓、熵为零的基准可以任选？理想气体的热力学能或焓的参照状态通常选定哪个或哪些个状态参数值？对理想气体的熵又如何？ 答：在工程热力学里需要的是过程中热力学能、焓、熵的变化量。热力学能、焓、熵都只是温度的单值函数，变化量的计算与基准的选取无关。热力学能或焓的参照状态通常取 0K 或 0℃时焓时为0，热力学能值为 0。熵的基准状态取p 0=101325Pa 、T 0=0K 熵值为 0 。 9.气体热力性质表中的h 、u 及s 0的基准是什么状态？ 答：气体热力性质表中的h 、u 及s 0的基准是什么状态00(,)T P 00T K =
工程热力学第四版课后思考题答案解析
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？ 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。 4题图
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；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？ p 1 9题图
(完整版)工程热力学习题集附答案
工程热力学习题集 一、填空题 1．能源按使用程度和技术可分为 能源和 能源。 2．孤立系是与外界无任何 和 交换的热力系。 3．单位质量的广延量参数具有 参数的性质，称为比参数。 4．测得容器的真空度48V p KPa =，大气压力MPa p b 102.0=，则容器内的绝对压力为 。 5．只有 过程且过程中无任何 效应的过程是可逆过程。 6．饱和水线和饱和蒸汽线将压容图和温熵图分成三个区域，位于三区和二线上的水和水蒸气呈现五种状态：未饱和水 饱和水 湿蒸气、 和 。 7．在湿空气温度一定条件下，露点温度越高说明湿空气中水蒸气分压力越 、水蒸气含量越 ，湿空气越潮湿。（填高、低和多、少） 8．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为可逆循环。 9．熵流是由 引起的。 10．多原子理想气体的定值比热容V c = 。 11．能源按其有无加工、转换可分为 能源和 能源。 12．绝热系是与外界无 交换的热力系。 13．状态公理指出，对于简单可压缩系，只要给定 个相互独立的状态参数就可以确定它的平衡状态。 14．测得容器的表压力75g p KPa =，大气压力MPa p b 098.0=，则容器内的绝对压力为 。 15．如果系统完成某一热力过程后，再沿原来路径逆向进行时，能使 都返回原来状态而不留下任何变化，则这一过程称为可逆过程。 16．卡诺循环是由两个 和两个 过程所构成。 17．相对湿度越 ，湿空气越干燥，吸收水分的能力越 。（填大、小） 18．克劳修斯积分 /Q T δ?? 为不可逆循环。 19．熵产是由 引起的。 20．双原子理想气体的定值比热容p c = 。 21、基本热力学状态参数有：（ ）、（ ）、（ ）。 22、理想气体的热力学能是温度的（ ）函数。 23、热力平衡的充要条件是：（ ）。 24、不可逆绝热过程中，由于不可逆因素导致的熵增量，叫做（ ）。 25、卡诺循环由（ ）热力学过程组成。 26、熵增原理指出了热力过程进行的（ ）、（ ）、（ ）。 31.当热力系与外界既没有能量交换也没有物质交换时，该热力系为_______。 32.在国际单位制中温度的单位是_______。
工程热力学思考题答案
第十一章制冷循环 1.家用冰箱的使用说明书上指出，冰箱应放置在通风处，并距墙壁适当距离，以及不要把冰箱温度设置过低，为什么 答：为了维持冰箱的低温，需要将热量不断地传输到高温热源（环境大气），如果冰箱传输到环境大气中的热量不能及时散去，会使高温热源温度升高，从而使制冷系数降低，所以为了维持较低的稳定的高温热源温度，应将冰箱放置在通风处，并距墙壁适当距离。 在一定环境温度下，冷库温度愈低，制冷系数愈小，因此为取得良好的经济效益，没有必要把冷库的温度定的超乎需要的低。 2.为什么压缩空气制冷循环不采用逆向卡诺循环 答：由于空气定温加热和定温放热不易实现，故不能按逆向卡诺循环运行。在压缩空气制冷循环中，用两个定压过程来代替逆向卡诺循环的两个定温过程。 3.压缩蒸气制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法为什么 答：压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。而压缩蒸气制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。
4.压缩空气制冷循环的制冷系数、循环压缩比、循环制冷量三者之间的关系如何 答： 压缩空气制冷循环的制冷系数为：()() 14 2314-----o o net k o q q h h w q q h h h h ε= == 空气视为理想气体，且比热容为定值，则：()() 14 2314T T T T T T ε-= --- 循环压缩比为：2 1 p p π= 过程1-2和3-4都是定熵过程，因而有：1 3 22114 k k T T P T P T -??== ??? 代入制冷系数表达式可得：11 1 k k επ -= - 由此式可知，制冷系数与增压比有关。循环压缩比愈小，制冷系数愈大，但是循环压缩比减小会导致膨胀温差变小从而使循环制冷量减小，如图（b ）中循环1-7-8-9-1的循环压缩比较循环1-2-3-4-1的小，其制冷量 （面 T s O 4′ 9′ 1′ O v （a （b ） 压缩空气制冷循环状态参数
工程热力学习题解答
1. 热量和热力学能有什么区别？有什么联系？ 答：热量和热力学能是有明显区别的两个概念：热量指的是热力系通过界面与外界进行的热能交换量，是与热力过程有关的过程量。热力系经历不同的过程与外界交换的热量是不同的；而热力学能指的是热力系内部大量微观粒子本身所具有的能量的总合，是与热力过程无关而与热力系所处的热力状态有关的状态量。简言之，热量是热能的传输量，热力学能是能量？的储存量。二者的联系可由热力学第一定律表达式 d d q u p v δ=+ 看出；热量的传输除了可能引起做功或者消耗功外还会引起热力学能的变化。 2. 如果将能量方程写为 d d q u p v δ=+ 或 d d q h v p δ=- 那么它们的适用范围如何？ 答：二式均适用于任意工质组成的闭口系所进行的无摩擦的内部平衡过程。因为 u h p v =-，()du d h pv dh pdv vdp =-=-- 对闭口系将 du 代入第一式得 q dh pdv vdp pdv δ=--+ 即 q dh vdp δ=-。 3. 能量方程 δq u p v =+d d （变大） 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大） 很相像，为什么热量 q 不是状态参数，而焓 h 是状态参数？ 答：尽管能量方程 q du pdv δ=+ 与焓的微分式 ()d d d h u pv =+（变大）似乎相象，但两者的数学本 质不同，前者不是全微分的形式，而后者是全微分的形式。是否状态参数的数学检验就是，看该参数的循环积分是否为零。对焓的微分式来说，其循环积分：()dh du d pv =+??? 因为 0du =?，()0d pv =? 所以 0dh =?， 因此焓是状态参数。 而对于能量方程来说，其循环积分： q du pdv δ=+??? 虽然： 0du =? 但是： 0pdv ≠? 所以： 0q δ≠? 因此热量q 不是状态参数。 4. 用隔板将绝热刚性容器分成A 、B 两部分（图2-13），A 部分装有1 kg 气体，B 部分为高度真空。将隔板抽去后，气体热力学能是否会发生变化？能不能用 d d q u p v δ=+ 来分析这一过程？
工程热力学课后题答案
习题及部分解答 第一篇 工程热力学 第一章 基本概念 1. 指出下列各物理量中哪些是状态量，哪些是过程量： 答：压力，温度，位能，热能，热量，功量，密度。 2. 指出下列物理量中哪些是强度量：答：体积，速度，比体积，位能，热能，热量，功量， 密度。 3. 用水银差压计测量容器中气体的压力，为防止有毒的水银蒸汽产生，在水银柱上加一段水。若水柱高mm 200，水银柱高mm 800，如图2-26所示。已知大气压力为mm 735Hg ，试求容器中气体的绝对压力为多少kPa ？解：根据压力单位换算 kPa p p p p kPa Pa p kPa p Hg O H b Hg O H 6.206)6.106961.1(0.98)(6.10610006.132.133800.96.110961.180665.92002253=++=++==?=?==?=?= 4. 锅炉烟道中的烟气常用上部开口的斜管测量，如图2-27所示。若已知斜管倾角 30=α ， 压力计中使用 3 /8.0cm g =ρ的煤油，斜管液体长度 mm L 200=，当地大气压力 MPa p b 1.0=，求烟气的绝对压力（用MPa 表示）解： MPa Pa g L p 6108.7848.7845.081.98.0200sin -?==???==α ρ MPa p p p v b 0992.0108.7841.06=?-=-=- 5.一容器被刚性壁分成两部分，并在各部装有测压表计，如图2-28所示，其中C 为压力表，读数为 kPa 110，B 为真空表，读数为kPa 45。若当地大气压kPa p b 97=，求压力表A 的读数（用kPa 表示） kPa p gA 155= 6. 试述按下列三种方式去系统时，系统与外界见换的能量形式是什么。 （1）.取水为系统； （2）.取电阻丝、容器和水为系统； （3）.取图中虚线内空间为系统。
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 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。这便是经验温标的根本缺点。 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 工程热力学课程习题 第一章 1-1 试将1物理大气压表示为下列液体的液柱高(mm),(1) 水,(2) 酒精,(3) 液态钠。它们的密度分别为1000kg/m3,789kg/m3与860kg/m3。 1-4 人们假定大气环境的空气压力与密度之间的关系就是p=cρ1、4,c为常数。在海平面上空气的压力与密度分别为1、013×105Pa与1、177kg/m3,如果在某山顶上测得大气压为5×104Pa。试求山的高度为多少。重力加速度为常量,即g=9、81m/s2。 1-7如图1-15 所示的一圆筒容器,表A的读数为360kPa,表B读数为170kPa,表示室Ⅰ压力高于室Ⅱ的压力。大气压力为760mmHg。试求(1) 真空室以及Ⅰ室与Ⅱ室的绝对压力;(2) 表C的读数;(3) 圆筒顶面所受的作用力。 图1-15 1-8 若某温标的冰点为20°,沸点为75°,试导出这种温标与摄氏度温标的关系(一般为线性关系)。 1-10 若用摄氏温度计与华氏温度计测量同一个物体的温度。有人认为这两种温度计的读数不可能出现数值相同的情况,对不？若可能,读数相同的温度应就是多少？ 1-14一系统发生状态变化,压力随容积的变化关系为pV1、3=常数。若系统初态压力为600kPa,容积为0、3m3,试问系统容积膨胀至0、5m3时,对外作了多少膨胀功。 1-15气球直径为0、3m,球内充满压力为150kPa的空气。由于加热,气球直径可逆地增大到0、4m,并且空气压力正比于气球直径而变化。试求该过程空气对外作功量。 1-16 1kg气体经历如图1-16所示的循环,A到B为直线变化过程,B到C为定容过程,C 到A为定压过程。试求循环的净功量。如果循环为A-C-B-A则净功量有何变化？ 图1-16 第二章 2-2 水在760mmHg下定压汽化,温度为100℃,比容从0、001m3/kg增加到1、1763m3/kg,汽化潜热为2250kJ/kg。试求工质在汽化期间(1) 内能的变化;(2) 焓的变化。 2-3定量工质,经历了一个由四个过程组成的循环, 过程Q/ kJ W/ kJ ΔU/ kJ 12 0 1390工程热力学思考题答案整理版
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