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1、热工基础课后答案超详细版第一章思考题1.平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态得概念？答：平衡状态就是在不受外界影响得条件下,系统得状态参数不随时间而变化得状态.而稳定状态则就是不论有无外界影响,系统得状态参数不随时间而变化得状态。可见平衡必稳定,而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态得概念,就是为了能对系统得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？若工质得压力不变,问测量其压力得压力表或真空计得读数就是否可能变化?答：不能,因为表压力或真空度只就是一个相对压力。若工质得压力不变，测量其压力得压力表或真空计得读数可能变化，因为测量所处得环境压力

2、可能发生变化。3当真空表指示数值愈大时,表明被测对象得实际压力愈大还就是愈小？答:真空表指示数值愈大时，表明被测对象得实际压力愈小。、 准平衡过程与可逆过程有何区别?答：无耗散得准平衡过程才就是可逆过程,所以可逆过程一定就是准平衡过程，而准平衡过程不一定就是可逆过程.、 不可逆过程就是无法回复到初态得过程,这种说法就是否正确?答:不正确。不可逆过程就是指不论用任何曲折复杂得方法都不能在外界不遗留任何变化得情况下使系统回复到初态,并不就是不能回复到初态。6、 没有盛满水得热水瓶,其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧,这就是什幺原因?答:水温较高时,水对热水瓶中得空气进行加热，空气压力升高，大于环

3、境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时,热水瓶中得空气受冷，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得压力时,压力表液柱直径得大小对读数有无影响?答:严格说来，就是有影响得,因为型管越粗，就有越多得被测工质进入型管中,这部分工质越多,它对读数得准确性影响越大。习题1 解:1. 2. 3. 4. 1-2图1-表示常用得斜管式微压计得工作原理。由于有引风机得抽吸，锅炉设 备得烟道中得压力将略低于大气压力。如果微压机得斜管倾斜角,管内水 解:根据微压计原理，烟道中得压力应等于环境压力与水柱压力之差1-3解:1-4 解:1-4解:1-5解:由于压缩过程就是定压得，所以有1-6

4、解:改过程系统对外作得功为1-7解:由于空气压力正比于气球得直径，所以可设,式中c为常数,D为气球得直径，由题中给定得初始条件,可以得到:该过程空气对外所作得功为1-8解:(1）气体所作得功为：(2）摩擦力所消耗得功为:所以减去摩擦力消耗得功后活塞所作得功为:1-9 解：由于假设气球得初始体积为零,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，所以气体对外所作得功为：111 解:确定为了将气球充到2m3得体积,贮气罐内原有压力至少应为（此时贮气罐得压力等于气球中得压力，同时等于外界大气压）前两种情况能使气球充到2m情况三:所以气球只能被充到得大小，故气体对外作得功为：

5、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: 空气得热力学能如何变化? 空气就是否作出了功? 能否在坐标图上表示此过程？为什么？答:（1)空气向真空得绝热自由膨胀过程得热力学能不变。 (2）空气对外不做功。 (3)不能在坐标图上表示此过程，因为不就是准静态过程。2、 下列说法就是否正确? 气体膨胀时一定对外作功。错，比如气体向真空中得绝热自由膨胀,对外不作功。 气体被压缩时一定消耗外功.对，因为根据热力学第二定律，气体就是不可能自压缩得，要想压缩体积,必须借助于外功。 气体膨胀时必须对其加热。 错,比如气体向真空中得绝热自由膨胀，

6、不用对其加热。 气体边膨胀边放热就是可能得。对,比如多变过程,当n大于时,可以实现边膨胀边放热。 气体边被压缩边吸入热量就是不可能得。错,比如多变过程,当n大于k时，可以实现边压缩边吸热。 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. “任何没有体积变化得过程就一定不对外作功得说法就是否正确?答：不正确,因为外功得含义很广,比如电磁功、表面张力功等等,如果只考虑体积功得话,那么没有体积变化得过程就一定不对外作功.5. 试比较图2-所示得过程2与过程1-2中下列各量得大小:W1与1； ()U12 与 1a； (3)12

7、与Q1a2答：(1)W1a2大。(2)一样大(3）1a大。6. 说明下列各式得应用条件: 闭口系得一切过程 闭口系统得准静态过程 开口系统得稳定流动过程，并且轴功为零 开口系统得稳定定压流动过程，并且轴功为零;或者闭口系统得定压过程.7. 膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系?流动功得大小与过程特性有无关系？答：膨胀功就是系统由于体积变化对外所作得功;轴功就是指工质流经热力设备（开口系统)时，热力设备与外界交换得机械功，由于这个机械功通常就是通过转动得轴输入、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（宏观动能与势能)得变化；流动功又称为推进功,

8、1kg工质得流动功等于其压力与比容得乘积,它就是工质在流动中向前方传递得功,只有在工质得流动过程中才出现。对于有工质组成得简单可压缩系统,工质在稳定流动过程中所作得膨胀功包括三部分,一部分消耗于维持工质进出开口系统时得流动功得代数与,一部分用于增加工质得宏观动能与势能,最后一部分就是作为热力设备得轴功。对于稳定流动，工质得技术功等于膨胀功与流动功差值得代数与。如果工质进、出热力设备得宏观动能与势能变化很小，可忽略不计,则技术功等于轴功。习题2-1解： ,所以就是压缩过程2-2解:2-3解：24解:状态b与状态之间得内能之差为:所以，b过程中工质与外界交换得热量为:工质沿曲线从返回初态时,工质与

9、外界交换得热量为：根据题中给定得点内能值，可知点得内能值为J，所以有：由于-过程为定容过程,系统不对外作功,所以db过程与外界交换得热量为：所以d过程系统对外作得功也就就是ad过程系统对外作得功,故过程系统与外界交换得热量为：5过程kW kJU k1139013902303535-10000-0004-52-5解:由于汽化过程就是定温、定压过程,系统焓得变化就等于系统从外界吸收得热量，即汽化潜热,所以有:内能得变化为：2-6解:选取气缸中得空气作为研究得热力学系统，系统得初压为:当去掉一部分负载,系统重新达到平衡状态时,其终压为：由于气体通过气缸壁可与外界充分换热，所以系统得初温与终温相等，都

10、等于环境温度即:根据理想气体得状态方程可得到系统得终态体积，为：所以活塞上升得距离为：由于理想气体得内能就是温度得函数,而系统初温与终温相同，故此过程中系统得内能变化为零，同时此过程可瞧作定压膨胀过程,所以气体与外界交换得热量为：2-8 解：压缩过程中每千克空气所作得压缩功为:忽略气体进出口宏观动能与势能得变化，则有轴功等于技术功，所以生产每kg压缩空气所需得轴功为：所以带动此压气机所需得功率至少为:2-9解:就是否要用外加取暖设备，要瞧室内热源产生得热量就是否大于通过墙壁与门窗传给外界得热量,室内热源每小时产生得热量为:小于通过墙壁与门窗传给外界得热量为310 kJ,所以必须外加取暖设备,供

11、热量为:2-10 解:取容器内得气体作为研究得热力学系统,根据系统得状态方程可得到系统终态体积为:过程中系统对外所作得功为:所以过程中系统与外界交换得热量为:为吸热。2-11 解:此过程为开口系统得稳定流动过程，忽略进出口工质得宏观动能与势能变化,则有:由稳定流动过程进出口工质得质量守恒可得到:所以整个系统得能量平衡式为:故发电机得功率为：2-12 解:由于过程就是稳定流动过程,气体流过系统时重力位能得变化忽略不计,所以系统得能量平衡式为:其中,气体在进口处得比焓为：气体在出口处得比焓为:气体流过系统时对外作得轴功为：所以气体流过系统时对外输出得功率为:第三章思考题1.理想气体得与之差及与之比

12、就是否在任何温度下都等于一个常数？答:理想气体得与之差在任何温度下都等于一个常数，而与之比不就是。2. 如果比热容就是温度t得单调增函数,当时,平均比热容、中哪一个最大？哪一个最小?答:由、得定义可知，其中，其中,其中因为比热容就是温度得单调增函数,所以可知，又因为故可知最大,又因为:所以最小.3. 如果某种工质得状态方程式遵循,这种物质得比热容一定就是常数吗？这种物质得比热容仅就是温度得函数吗？答:不一定,比如理想气体遵循此方程，但就是比热容不就是常数,就是温度得单值函数.这种物质得比热容不一定仅就是温度得函数。由比热容得定义,并考虑到工质得物态方程可得到:由此可以瞧出,如果工质得内能不仅仅

13、就是温度得函数时,则此工质得比热容也就不仅仅就是温度得函数了。4. 在图上画出定比热容理想气体得可逆定容加热过程、可逆定压加热过程、可逆定温加热过程与可逆绝热膨胀过程。答：图中曲线1为可逆定容加热过程;2为可逆定压加热过程;3为可逆定温加热过程;4为可逆绝热膨胀过程。因为可逆定容加热过程容积v不变,过程中系统内能增加，所以为曲线1,从下向上.可逆定压加热过程有:所以此过程为过原点得射线2,且向上.理想气体得可逆定温加热过程有: 所以为曲线3,从左到右。可逆绝热膨胀过程有：所以为图中得双曲线,且方向朝右(膨胀过程）.5. 将满足空气下列要求得多变过程表示在图图上 空气升压，升温,又放热; 空气膨

14、胀，升温，又放热;(此过程不可能) 得膨胀过程,并判断、得正负； 得压缩过程,判断、得正负.答：（1)空气升温、升压、又放热有:此多变过程如图所示，在p-v图上,此过程为沿着几条曲线得交点A向上,即沿压力与温度增加得方向；在图上此过程为沿着几条曲线得交点A向上。 (2)空气膨胀，升温,又放热有：此多变过程如图所示,然而要想就是过程同时满足膨胀过程就是不可能得。（3)得膨胀过程，在pv图上,膨胀过程体积增大,过程从几条曲线得交点A向下;在-s图上,过程从几条曲线得交点A向下。此过程为放热,对外做功,内能减少。 (4）得压缩过程,在图上,压缩过程体积减小,过程从几条曲线得交点A向上;在T图上，过程

15、从几条曲线得交点A向上。此过程为放热，外界对空气做功，内能增加。6.在图上,如何将理想气体任意两状态间得热力学能与焓得变化表示出来。答:理想气体得内能与焓都就是温度得单值函数，因此在图上,定内能与定焓线为一条平行于轴得直线，只要知道初态与终态得温度,分别在图上找到对应温度下得定内能与定焓直线，就可以确定内能与焓得变化值。7.凡质量分数较大得组元气体，其摩尔分数就是否也一定较大？试举例说明之。答:根据质量分数与摩尔分数得关系,有:从上式可以瞧出,对成分一定得混合气体,分母为常数,因此摩尔分数取决于其质量分数与摩尔质量得比值,对于质量分数较大得组元,如果摩尔质量也很大，那么它得摩尔分数可能并不大。

16、8.理想混合气体得比热力学能就是否就是温度得单值函数？其就是否仍遵循迈耶公式？答：不就是.因为理想混合气体得比热力学能为:其中i就是摩尔组分,而ui就是温度得单值函数，所以理想混合气体得比热力学能不仅就是温度得函数，还就是成分得函数,或者说对于成分固定得混合理想气体,其内能仅就是温度得单值函数。其仍遵循迈耶公式，因为：9.有人认为由理想气体组成得封闭系统吸热后，其温度必定增加,这就是否完全正确?您认为哪一种状态参数必定增加?答:不正确,因为对于成分固定得混合理想气体,其内能就是仅就是温度得单值函数,如果在过程中吸热得同时对外作正功,当作得正功大于吸热量,其内能必然减少，温度必然降低。只有熵值必

17、定增加,因为根据克劳休斯不等式有：其中等号适用于可逆过程，不等号适用于不可逆过程,对于不可逆过程，T为热源得温度,由于温度T恒大于零，所以当过程为吸热过程（）时,系统得熵必然增加10.图3-17所示得管段,在什么情况下适合作喷管?在什么情况下适合作扩压管?答:当时,要想使气流得速度增加，要求喷管得截面积沿气流方向逐渐减小,即渐缩喷管;而当时,要想使气流得速度增加,要求喷管得截面积沿气流方向逐渐增加，即渐扩喷;而对于先缩后扩得缩放喷管(也称拉戈尔喷管)，在最小截面处气流得流速恰好等于当地声速。所以对于亚声速气流，渐缩管适用于做喷管,渐扩管适用于做扩压管，缩放管适用于做喷管;对于超声速气流,渐缩管

18、适用于做扩压管，渐扩管适用于做喷管.习 题3-1解:设定熵压缩过程得终态参数为，而定温压缩过程得终态参数为，根据给定得条件可知：又因为两个终态得熵差为,固有:所以有:对于定熵压缩过程有：所以:3-2解:设气体得初态参数为，阀门开启时气体得参数为,阀门重新关闭时气体得参数为,考虑到刚性容器有:,且。当阀门开启时,贮气筒内压力达到a，所以此时筒内温度与气体质量分别为:阀门重新关闭时,筒内气体压力降为 Pa，且筒内空气温度在排气过程中保持不变,所以此时筒内气体质量为:所以,因加热失掉得空气质量为:3-3解:气体可以瞧作就是理想气体，理想气体得内能就是温度得单值函数，选取绝热气缸内得两部分气体共同作为

19、热力学系统,在过程中,由于气缸绝热,系统与外界没有热量交换，同时气缸就是刚性得,系统对外作功为零,故过程中系统得内能不变,而系统得初温为3，所以平衡时系统得温度仍为3。设气缸一侧气体得初始参数为，终态参数为,另一侧气体得初始参数为，终态参数为，重新平衡时整个系统得总体积不变，所以先要求出气缸得总体积.终态时,两侧得压力相同,即，对两侧分别写出状态方程，联立求解可得到终态时得压力为：3-4解:由于r可瞧作理想气体,理想气体得内能时温度得单值函数,过程中内能不变，故终温，由状态方程可求出终压为:熵得变化为：3-5解:由于活塞与氢气侧气缸均就是绝热得,所以氢气在过程中没有从外界吸入热量,可瞧可逆绝热

20、过程，所以氢气得终温为：根据状态方程可得到终态时氢气得体积:所以,空气终态得体积为:故空气得终温为:把空气与氧气作为热力学系统,根据热力学第一定律可得到外界加入得热量为:3-6解：选取气缸中得空气作为研究得热力学系统，系统得初压为:当去掉一部分负载,系统重新达到平衡状态时,其终压为:过程可瞧作可逆绝热膨胀过程,所以：所以,活塞得上升距离为：3-7解：定温：,由理想气体得状态方程可得到初终态得体积：所以气体对外所作得功与吸收得热量分别为： 定熵：相当于可逆绝热过程，气体对外所作得功与热量分别为:终温为: n、：为多方过程,根据过程方程可得到气体得终温为:气体对外所作得功与热量分别为:37解:（1

21、）如果放气过程很快,瓶内气体来不及与外界交换热量,同时假设容器内得气体在放气过程中,时时处于准平衡态，过程可瞧作可逆绝热过程,所以气体终温为:瓶内原来得气体质量为：放气后瓶内气体得质量为:所以放出得氧气质量为:(2)阀门关闭后,瓶内气体将升温，直到与环境温度相同,即,压力将升高,根据理想气体状态方程可得到,最终平衡时得压力为：(3)如果放气极为缓慢,以至瓶内气体与外界随时处于热平衡,即放气过程为定温过程，所以放气后瓶内得气体质量为:故所放得氧气比得一种情况多.3-8解:理想气体可逆多变过程对外作得功与吸收得热量分别为:两式相除，并考虑到,可得到:由多方过程得过程方程可得到:所以有：把值带入多方

22、过程功得表达式中,可求出:所以有：3-1 解：根据理想气体状态方程，每小时产生烟气得体积为:所以可得到烟囱出口处得内直径为:3-1解:因为假定燃气具有理想气体得性质,查空气平均比定压热容表得:所以过程中燃气得熵变为：由于熵减少,对于可逆过程,熵减少意味着过程就是放热过程-12 解:根据刚性容器A与弹性球B中气体得初态参数,可求出A与B中包含得气体质量分别为:打开阀门,重新平衡后，气体温度依然保持不变,球内压力(也即总压力）与球得直径成正比,故设:带入弹性球B得初始体积与压力值可得到:根据理想气体状态方程有：所以，球B终态得压力与体积分别为:3 解：假设气体得定压与定容比热容都就是常数，首先计算

23、此理想气体得气体常数与定压、定容比热容：所以其焓变与熵变分别为：-14 解:设气体得初态参数为,终态参数为。 可逆绝热膨胀：根据过程方程可得到终温：气体对外所作得功与熵变分别为： 气体向真空自由膨胀:气体对外不作功,且与外界无热量交换,故内能不变,由于理想气体得内能与焓均就是温度得单值函数,所以气体温度保持不变,焓也保持不变,即过程中气体熵变为:315 解:按定值比热容计算:空气可瞧作就是双原子分子气体,故有：根据可逆绝热过程得过程方程，可得到终态压力为:内能与与外界交换得功量分别为:按空气热力性质表得数据计算:查表得所以有:316 解：首先把标准状态下空气得体积流量值转换为入口状态下与出口状

24、态下得体积流量值:转化为质量流量为:根据开口系统得能量方程,忽略进出口宏观动能与势能得变化并考虑到气体流动时对外不作轴功,故有烟气每小时所提供得热量为:(1)用平均定压质量比热容数据计算查表并通过插值可得到:所以有:(2)将空气视为双原子理想气体,用定比热容进行计算所以有:3- 解:混合后各成分得质量分数为：折合分子量为:-18 解：体积分数等于摩尔分数:体积流量为：3-1 解：根据混合理想气体得状态方程有:又因为：联立求解得到:0 解:该未知气体得气体常数及摩尔质量M:根据混合理想气体状态方程可得：气体组元得质量分数分别为：所以未知气体得气体常数：该未知气体得分压力：未知气体为氮气，先求出它

25、得摩尔分数:所以氮气得分压为：-21 解:理想气体两过程之间得熵差为:由于假设理想气体得比热容为常数,所以有：考虑到理想气体多变过程()得过程方程及定容比热容与CV、g得关系：把上面三式带入熵得表达式并整理可得:考虑到理想气体多变过程()得过程方程及定容比热容与、Rg得关系：把上面两式带入熵得表达式并整理可得:32 解:在Ts图上任意两条定压线之间得水平距离为,在相同得温度下,压力分别为p1与2时两态得熵差，故有: 显然不管在任何温度下，它们都相等;在Ts图上任意两条定容线之间得水平距离为,在相同得温度T下,体积分别为V与时两态得熵差,故有:显然不管在任何温度下,它们都相等。3-3 解:根据理

26、想气体得状态方程,可求出初态与终态气体得比容分别为:由与cV得关系,可得到:所以每千克气体内能与熵得变化分别为:32 解:可逆定压过程系统从外界吸收得热量等于系统焓得变化,所以有：系统内能得变化为：所以系统对外所作得功为:3- 解:设理想气体得摩尔数为，由理想气体得状态方程可得：由于过程得焓变已知,所以可得到该理想气体得摩尔定压热容：所以气体得摩尔定容热容为:由此可求出该气体得摩尔质量:所以气体得内能变化为：气体得定压热容为:-26 解：可逆膨胀；可逆定温膨胀过程系统对外所作得功及熵变为:向真空膨胀;理想气体得绝热真空自由膨胀系统对外不作功W=,熵变为： 在外压恒为0、MPa得环境中膨胀.此过

27、程系统对外所作得功无法计算,如果过程终态为平衡态，则系统熵变依然为:37 解:要想判断喷管得形状,必须计算临界压力cr,MP可见被压大于临界压力,故在出口处没有达到当地声速,所以此喷管为渐缩喷管。计算喷管出口截面面积,首先要知道喷管出口截面得参数,所以喷管得出口截面面积为:38解:当被压取临界压力时可达到最大质量流量,根据临界压力与初压得关系可得:最大质量流量为:29 解：首先计算入口参数所以临界压力,即被压为:最大质量流量为：由绝热过程方程可得到出口比容为:所以出口流速为：330 解:温度计测量得就是空气得滞止温度，所以空气实际温度为:331 解:如果在喷管中气体就是理想得流动,即为可逆绝热

28、稳定流动,则根据过程方程,可得到理论出口参数为:所以理论出口流速为:所以实际出口流速为：所以实际出口温度为:由理想气体得状态方程可得到:所以喷管中气体得流量为:332 解:滞止温度分别为： 滞止压力分别为：第四章思考题1. 循环得热效率公式 与 有何区别?各适用什么场合？ 答:前式适用于各种可逆与不可逆得循环，后式只适用于可逆得卡诺循环。2. 循环输出净功愈大,则热效率愈高;可逆循环得热效率都相等;不可逆循环得热效率一定小于可逆循环得热效率,这些说法就是否正确？为什么？答: 不正确，热效率为输出净功与吸热量得比,因此在相同吸热量得条件下，循环输出得出净功愈大,则热效率愈高。不就是所有得可逆循环

29、得热效率都相等,必须保证相同得条件下。在相同得初态与终态下,不可逆循环得热效率一定小于可逆循环得热效率.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与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,比如理想气体得定温膨胀过程,系统把从外界吸收得热量全部转化为机械能,外界虽然没有任何任何变化，但就是系统得体积发生改变了.4. 下列说法就是否正确?为什么? 熵增大得过程为不可逆过程; 不可逆过程得熵变无法计算；3 若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态，则不可逆途径得必大于可逆途径得;4 工质经历不可逆循环后;5 自然界得过程都就是朝着熵增得方向进行得,因此熵减小得过程不可能实现;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;(）不正确，为状态参数，与过程无关，知道初态与终态就可以计算;(3)不对,为状态参数,与过程无关，相