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工程热力学课后思考题答案第四版:沈维道 - 童钧耕主编 - 高等教育出版社

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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。

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 -pv (p< pb)

中,当地大气压是否必定是环境大

当地大气压pb改变,压力表pb不一定是环境大气压。 6.经验温标的缺点是什么?为什

不同测温物质的测温结果有赖于测温物质的性质。

7.促使系统状态变化的原因是什

有势差(温度差、压力差、浓

4题图

p1=pg1+pb 么?举例说明。

度差、电位差等等)存在。

pb pg1 p2=pg2+p1 么?

较大的误差,因为测温结果依气压?

pg2 读数就会改变。当地大气压

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?

电流 热水 冷水 传热 热水 传热 冷水 a b 9题图

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12.图1-22中容器为刚性绝热容器,分成两抽成真空,中间是隔板,

(1)突然抽去隔板,气体(系统)是否作功? (2)设真空部分装有许多隔板,逐个抽去隔平衡在抽下一块,则又如何?

(3)上述两种情况从初态变化到终态,其过p 1

a b 2

在内。

部分,一部分装气体,一部分

板,每抽一块板让气体先恢复

程是否都可在p-v图上表示?

4.一刚性容器,中间用绝热隔板分为两部分,空,如图2-12所示。若将隔板抽去,分析容化?若在隔板上有一小孔,气体泄漏入B中,B两部分气体热力学能如何变化?

q=?u+w

q=0,?u为负值(u减少),转经内部摩擦耗散为热能被气体重新=0。

5. 热力学第一定律的能量方程式是么?

q=?u+pv

A中存有高压空气,B中保持真器中空气的热力学能将如何变分析A、B两部分压力相同时A、

v

隔板 A B 图2-12 自由膨胀 化为气体的动能,动能在B中吸收,热力学能增加,最终?u

否可写成下列形式?为什

q2-q1=(u2-u1)+(w2-w1)

不可以。w不可能等于pv,w是过程量,pv则是状态参数。q和w都是过程量,所以不会有q2-q1和w2-w1。 8.焓是工质流入(或流出)开口系时传递入(或传递出)系统的总能量,那么闭口系工质有没有焓值?

比较正规的答案是,作为工质的状态参数,闭口系工质也有焓值,但是由于工质不流动,所以其焓值没有什么意义。

焓=热力学能+占位能

9.气体流入真空容器,是否需要推动功?

推动功的定义为,工质在流动时,推动它下游工质时所作的功。下游无工质,故不需要推动功。利用开口系统的一般能量方程式推导的最终结果也是如此。

11.为什么稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等都会改变,而整个系统的?UCV=0、?HCV=0、?SCV=0?

控制体的?UCV=0、?HCV=0、?SCV=0是指过程进行时间前后的变化值,稳定流动系统在不同时间内各点的状态参数都不发生变化,所以?UCV=0、?HCV=0、?SCV=0。稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等的改变仅仅是依坐标的改变。

13. 几股流体汇合成一股流体称为合流,如图2-13所示。工程上几台压气机同时向主气道送气以及混合

qm1 1 p1, T1 3 1 qm3 p3, T3 2 3 qm2 p2, T2 2 图2-13 合流 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。

进入系统的能量–离开系统的能量=系统贮存能量的变化

系统贮存能量的变化:不变。

进入系统的能量:qm1带入的和qm2带入的。没有热量输入。

qm1(h1+cf12/2+gz1)+ qm2(h2+cf22/2+gz2)

离开系统的能量:qm3带出的,没有机械能(轴功)输出。

qm3(h3+cf32/2+gz3)

如果合流前后流速变化不太大,且势能变化一般可以忽略,则能量方程为:

qm1?h1+ qm2?h2= qm3?h3

出口截面上焓值h3的计算式

qm3 3 p3, T3 1 3 qm1 p1, T1 2 1 qm2 p2, T2 2 图2-14 分流 h3= (qm1?h1+ qm2?h2)/ qm3

本题中,如果流体反向流动就是分流问题,分流与合流问题的能量方程式是一样的,一般习惯前后反过来写。

qm1?h1 = qm2?h2+ qm3?h3

3.摩尔气体常数R值是否随气体的种类而不同或状态不同而异?

摩尔气体常数R是基本物理常数,它与气体的种类、状态等均无关。

4.如果某种工质的状态方程式为pv=RgT,这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗?

是的。

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=f(p, v)。但又曾得出结论,理想气体的热力学能(或焓)只取决于温度,这两点是否矛盾?为什么?

不矛盾。pv=RgT。热力学能(或焓)与温度已经相当于一个状态参数,他们都可以表示为独立参数p和v的函数。

9.气体热力性质表中的u、h及s0的基准是什么状态?

标准状态

10.在图3-15所示的T–s图上任意可逆过程1–2的热量如何表示?理想气体1和2状态间热力学能变化量、焓变化量能否在图上用面积表示?若1–2经过的是不可逆过程又如何?

曲线1-2下的曲边梯形面积就是任意可逆过程1–2的热量。dQ=TdS沿过程的积分。Q=?U+W,所以?U=Q–W。不可逆过程传热量不能用曲边梯形面积表达,但是热力学能和焓还可以用原方式表达,因为热力学能和焓都是状态参数,其变化与过程路径无关。

T

U 2 p=0 1 p 1 2 0

s v 12.熵的数学定义式为ds=dq/T,又dq=cdT,故ds=(cdT)/T。因理想气体的比热容是温度的单值函数,所以理想气体的熵也是温度的单值函数,这一结论是否正确?若不正确,错在何处?

不正确。错在c不是状态参数,与过程有关。是温度单值函数的是定过程比热。 13.试判断下列各说法是否正确:

(1)气体吸热后熵一定增大;(2)气体吸热后温度一定升高;(3)气体吸热后热力学能一定增加;(4)气体膨胀时一定对外作功;(5)气体压缩时一定耗功。

(1)正确;(2)不正确;(3)不正确;(4)正确;(5)正确。 15.水的三相点的状态参数是不是唯一确定的?三相点与临界点有什么差异?

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