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=pb+pg (p> pb), p= pb -pv (p< pb)

中,当地大气压就是否必定就是环境大

当地大气压pb改变,压力表读数就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

不同测温物质的测温结果有较大赖于测温物质的性质。

7.促使系统状态变化的原因就是什

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？

么？

pb pg1 气压？

pg2 p2=pg2+p1 会改变。当地大气压pb

p1=pg1+pb 4题图

的误差,因为测温结果依

么？举例说明。

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)。

将能量传递与质量传递(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

工程热力学第四版课后思考题答案

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,燃料燃烧就是热源,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？包括系统与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。包括系统与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,一部空,中间就是隔板,

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

(3)上述两种情况从初态变化到终态,其过程就是p 13.过程1a2就是可逆过程,过程1b2就是不可逆过功大于过程1b2,您就是否同意她的说法？为什

不同意。过程1a2的作功量就是确定的,而过而无法比较。

1

a b 2

v

否都可在p-v图上表示？ 程。有人说过程1a2对外作么？

程1b2的作功量不确定,因一块板让气体先恢复平分装气体,一部分抽成真

14.系统经历一可逆正向循环与其逆向可逆循环后,系统与外界有什么变化？若上述正向循环及逆向循环中有不可逆因素,则系统及外界有什么变化？

系统经历一可逆正向循环与其逆向可逆循环后,系统与外界没有变化。若上述正向循环及逆向循环中有不可逆因素,则系统恢复原来状态,外界则留下了变化(外界的熵增加)。

15.工质及气缸、活塞组成的系统经循环后,系统输出功中就是否要减去活塞排斥大气功才就是有用功？不需 1.热力学能就就是热量不？不就是。热力学能就是工质的状态参数,就是工质的性质,就是工质内部储存能量,就是与状态变化过程无关的物理量。热量就是工质状态发生变化时通过系统边界传递的热能,其大小与变化过程有关,热量不就是状态参数。

2.若在研究飞机发动机中工质的能量转换规律时把参考坐标建在飞机上,工质的总能中就是否包括外部储存能？在以氢、氧为燃料的电池系统中系统的热力学能就是否应包括氢与氧的化学能？无论参考坐标建立在何处,工质的总能中始终包括外部储存能,只不过参考坐标建立合适,工质的宏观动能、宏观势能的值等于零,便于计算。氢氧燃料电池中化学能变化就是主要的能量变化,因而不可忽略。

3.能否由基本能量方程式得出功、热量与热力学能就是相同性质的参数的结论？q=?u＋w不能。基本能量方程式仅仅说明且充分说明功、热量与热力学能都就是能量,都就是能量存在的一种形式,在能量的数量上它们就是有等价关系的。而不涉及功、热量与热力学能的其她属性,也表明功、热量与热力学能的其她属性与能量本质无关。

4.一刚性容器,中间用绝热隔板分为两部中保持真空,如图2-12所示。若将隔板抽力学能将如何变化？若在隔板上有一小

A B 图2-12 自由膨胀

隔板 分,A中存有高压空气,B去,分析容器中空气的热孔,气体泄漏入B中,分析

工程热力学第四版课后思考题答案

A、B两部分压力相同时A、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),转化为气体的动能,动能在B中经内部摩擦耗散为热能被气体重新吸收,热力学能增加,最终?u =0。

5. 热力学第一定律的能量方程式就是否可写成下列形式？为什么？q=?u+pv、q2-q1=(u2-u1)+(w2-w1) 不可以。w不可能等于pv,w就是过程量,pv则就是状态参数。q与w都就是过程量,所以不会有q2-q1与w2-w1。 6. 热力学第一定律解析式有时写成下列两者形式:q=?u＋w、q=?u＋

?21pdv别讨论上述两式的适用范围。

前者适用于任意系统、任意工质与任意过程。后者适用于任意系统、任意工质与可逆过程。 7.为什么推动功出现在开口系能量方程中,而不出现在闭口系能量方程式中？

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。开口系工质流动,而闭口系工质不流动,所以推动功出现在开口系能量方程中,而不出现在闭口系能量方程式中。

我个人认为推动功应该定义为由于工质在一定状态下占有一定空间所具有的能量,它就是工质本身所固有的性质,就是一个状态参数。推动功既可以出现在开口系能量方程中,也可以出现在闭口系能量方程式中(需要把w拆开,w＝wt＋?(pv))。——占位能

8.焓就是工质流入(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？比较正规的答案就是,作为工质的状态参数,闭口系工质也有焓值,但就是由于工质不流动,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,就是否需要推动功？

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就是如此。

10.稳定流动能量方程式(2-21)就是否可应用于像活塞式压气机这样的机械稳定工况运行的能量分析？为什么？可以。热力系统的选取有很大的自由度。一般把活塞式压气机取为闭口系统,就是考察其一个冲程内的热力变化过程。如果考虑一段时间内活塞式压气机的工作状况与能量转换情况,就需要把它当成稳定流动系统处理,包括进排气都认为就是连续的。

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就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、比熵等的改变仅仅就是依坐标的改变。

12.开口系实施稳定流动过程,就是否同时满足下列三式:?Q=dU+?W、、?Q=dH+?Wt、、?Q=dH+

mdc2f2??+mgdz+?W上述三式中,W、W与W的相互关系就是什么？

i

t

i

答:都满足。 ?W=d(pV)+ ?Wt= d(pV)+

mdc2f2??+mgdz+?W

i、、?Wt=

mdc2f2??+mgdz+?W

i