1、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+pg (p pb), p= pb -pv (p0p12p所
2、以，q 1-2-3 q1-4-3，证毕。9如图 4-18 所示，今有两个任意过程 ab 及 ac，b 点及 c 点在同一条绝热线上，(1) 试问u ab 与 uac 哪个大？(2) 若 b 点及 c 点在同一条定温线上，结果又如何？依题意，T bTc，所以u abuac。若 b 点及 c 点在同一条定温线上，则u ab=uac。10理想气体定温过程的膨胀功等于技术功能否推广到任意气体？从热力学第一定律的第一表达式和第二表达式来看，膨胀功和技术功分别等于 w=qu 和 wt=qh，非理想气体的u 和 h 不一定等于零，也不可能相等，所以理想气体定温过程的膨胀功等于技术功不能推广到任意气体。11下
3、列三式的使用条件是什么？p2v2k=p1v1k，T 1v1k-1=T2v2k-1，T 1 =T2kpk1p2 31 4O v图 4-17p bTbTca cO v图 4-18 题解p ba cO v图 4-18使用条件是：理想气体，可逆绝热过程。12T s 图上如何表示绝热过程的技术功 wt 和膨胀功 w？4-13 在 pv 和 Ts 图上如何判断过程 q、w、 u、 h 的正负。通过过程的起点划等容线（定容线） ，过程指向定容线右侧，系统对外作功，w0；过程指向定容线左侧，系统接收外功，w0；过程指向定压线上侧，系统接收外来技术功，w t0、 h0。通过过程的起点划等熵线（定熵线） ，过程指
4、向定熵线右侧，系统吸收热量，q0；过程指向定熵线左侧，系统释放热量，q0 的过程必为不可逆过程。答：（1） 错。不可逆绝热过程熵也会增大。（2） 错，不准确。不可逆放热过程，当放热引起的熵减大于不可逆引起的熵增时（亦即当放热量大于不可逆耗散所产生的热量时） ，它也可以表现为熵略微减少，但没有可逆放热过程熵减少那么多。（3） 错。不可逆放热过程，当放热引起的熵减等于不可逆引起的熵增时（亦即当放热量等于不可逆耗散所产生的热量时） ，它也可以表现为熵没有发生变化。（4）错。可逆吸热过程熵增大。（5）错。理由如上。可以说：“使孤立系统熵增大的过程必为不可逆过程。 ”（6）对。5-9 下述说法是否有错误
5、：（1）不可逆过程的熵变 S 无法计算；（2）如果从同一初始态到同一终态有两条途径，一为可逆，另一为不可逆，则 S 不可逆 S 可逆 ， Sf，不可逆 Sf，可逆 ， Sg，不可逆 Sg，可逆 ；（3）不可逆绝热膨胀终态熵大于初态熵 S2S1，不可逆绝热压缩终态熵小于初态熵 S2Sg，可逆 。因为熵是状态参数，同一初始状态和同一终了状态之间的熵差保持同一数值，与路径无关。（3）错。不可逆绝热压缩过程的终态熵也大于初态熵，S 2S1。（4）错。 ，因为熵是状态参数。0ds5-10 从点 a 开始有两个可逆过程：定容过程 ab 和定压过 程 ac，b、c 两点在pba c0 v图 534同一条绝热
6、线上（见图 534） ，问 qab 和 qac 哪个大？并在 Ts 图上表示过程 ab 和 ac 及 qab 和qac。答：可逆定容过程 a-b 和可逆定压过程 a-c 的逆过程 c-a 以及可逆绝热线即定熵线上过程 b-c 构成一可逆循环，它们围成的面积代表了对外作功量，过程 a-b 吸热，过程 c-a 放热，根据热力学第一定律，必然有 qa-b qc-a ，才能对外输出净功。也就是， qa-bqa-c。图中，q a-b 为 absbsaa 围成的面积，q a-c 为 acsbsaa 围成的面积。5-11 某种理想气体由同一初态经可逆绝热压缩和 不可逆绝热压缩两种过程，将气体压缩到相同的终压
7、，在 pv 图上和 Ts 图上画出两过程，并在 Ts 图上示出两过程的技术功及不可逆过程 的 火 用 损失。答：见图。5-12 孤立系统中进行了（1）可逆过程；（ 2）不可逆过程，问孤立系统的总能、总熵、总 火 用 各如何变化？答：（1）孤立系统中进行了可逆过程后，总能、总熵、总 火 用 都不变。（2）孤立系统中进行了不可逆过程后，总能不变，总熵、总 火 用 都发生变化。5-13 例 512 中氮气由 0.45MPa、310K 可逆定温膨胀变化到 0.11MPa、310K，w 12，max =w=129.71 kJ/kg，但根据最大有用功的概念，膨胀功减去排斥大气功（无用功）才等于有用功，这里
8、是否有矛盾？答：没有矛盾。5-14 下列命题是否正确？若正确，说明理由；若错误，请改正。（1）成熟的苹果从树枝上掉下，通过与大气、地面的摩擦、碰撞，苹果的势能转变为环境介质的热力学能， 势能全部是 火 用 ，全部转变为 火 无 。（2）在水壶中烧水，必有热量散发到环境大气中，这就是 火 无 ，而使水升温的那部分称之为 火 用 。（3）一杯热水含有一定的热量 火 用 ，冷却到环境温度，这时的热量就已没有 火 用 值。（4）系统的 火 用 只能减少不能增加。（5）任一使系统 火 用 增加的过程必然同时发生一个或多个使 火 用 减少的过程。5-15 闭口系统绝热过程中，系统由初态 1 变化到终态 2
9、，则 w=u1u2。考虑排斥大气作功，有用功为 wu= sbsacTsba10 题图vs2s1p1sTp2T1不可逆可逆11 题图T1p1pp2不可逆可逆u1u2p0(v1v2)，但据 火 用 的概念系统由初态 1 变化到终态 2 可以得到的最大有用功即为热力学能 火 用 差：wu,max=ex,U1exU2= u1u2T0(s1s2)p0(v1v2)。为什么系统由初态 1 可逆变化到终态 2 得到的最大有用功反而小于系统由初态 1 不可逆变化到终态 2 得到的有用功小？两者为什么不一致？P1705-1 t= =11.72615.268.930721TQ2= 2.5104=22867.99kJ
10、/h.tN=W/95%=Q1/(0.95t)=2.5104/(0.9511.726)=2244.23kJ/h=0.623kWN 电炉 = Q1=2.5104kJ/h= 6.944kW5-2 不采用回热p2=p1=0.1MPa, T4=T1=300K, T3=T2=1000K, q23=400kJ/kg, q12=cp(T2-T1)=1.004(1000-300)=702.8kJ/kgq34=cp(T4-T3)=1.004(300-1000)=-702.8kJ/kgq23=RT2ln(p2/p3), q41=RT1ln(p4/p1)=RT1ln(p3/p2)= -RT1ln(p2/p3) q41
11、=-T1 q23/T2= -300400/1000=-120kJ/kgt=1-q41+q34/ (q12+q23) =1-702.8-120/ (702.8+400) = 0.2539采用极限回热，过程 34 放热回热给过程 12，q 34 q12 r=1-q41/q23) =1-120/400=0.705-3 如图所示，如果两条绝热线可以相交，则令绝热线 s1、s 2 交于 a点，过 b、c 两点作等压线分别与绝热线 s1、s 2 交于 b、c 点。于是，过程 bc、ca 、ab 组成一闭合循环回路，沿此回路可进行一可逆循环，其中过程 ca、ab 均为可逆绝热过程，只有定压过程bc 为吸热过
12、程，而循环回路围成的面积就是对外净输出功。显然，这构成了从单一热源吸热并将之全部转变为机械能的热力发动机循环，是违反热力学第二定律的。5-4 (1) p1=p2 =27.95MPa14.1305.kT(2) 见图。(3) q31=cp(T1-T3)= R(T1-T2), q23= k RT2ln(p2/p3)= RT2ln(p2/p1)t=1- 30154.9.27ln1ln2312 TRkpqcbapv5-3 题图s2s15-4 题图3 2sT 1=0.59765-5 (1) QH=Wnet=tQ1=3.50.40100=140kJ(2) c=1- , c= =5.147.02910T290
13、360THQH,c=cWnet,c=ccQ1=5.140.71100=365.14kJ(3) 此复合系统虽未消耗机械功，但由高温热源放出热量 Q1 作为代价，使得部分热量从低温热源 T0传到较高温热源 TH，因此并不违背热力学第二定律。5-6 c=1- =0.852031(1) W=cQ1=0.851=0.85kJ，可能作出的最大功为 0.85kJ，所以这种情形是不可能实现的。(2) W=cQ1=0.852=1.70kJ，Q 2=Q1-W=2-1.70=0.30kJ，所以这种情形有实现的可能（如果自然界存在可逆过程的话） ，而且是可逆循环。(3) Q1, c=Wnet/c=1.5/0.85=
14、1.765kJ，Q 1=Wnet+Q2=1.5+0.5=2.0kJQ1, c, 此循环可以实现，且耗热比可逆循环要多，所以是不可逆循环。235 页思考题1. 实际气体性质与理想气体性质差异产生的原因是什么？在什么条件下才可以把实际气体作理想气体处理？答：差异产生的原因就是理想气体忽略了分子体积与分子间作用力。当 p0 时，实际气体成为理想气体。实际情况是当实际气体距离其液态较远时，分子体积与分子间作用力的影响很小，可以把实际气体当作理想气体处理。2. 压缩因子 Z 的物理意义怎么理解？能否将 Z 当作常数处理？答：由于分子体积和分子间作用力的影响，实际气体的体积与同样状态下的理想气体相比，发生
15、了变化。变化的比例就是压缩因子。Z 不能当作常数处理。3. 范德瓦尔方程的精度不高，但是在实际气体状态方程的研究中范德瓦尔方程的地位却很高，为什么？答：范德瓦尔方程是第一个实际气体状态方程，在各种实际气体状态方程中它的形式最简单；它较好地定性地描述了实际气体的基本特征；其它半理论半经验的状态方程都是沿范德瓦尔方程前进的。4. 范德瓦尔方程中的物性常数 a 和 b 可以由实验数据拟合得到，也可以由物质的 Tcr、p cr、v cr 计算得到，需要较高的精度时应采用哪种方法，为什么？答：实验数据来自于实际，而范德瓦尔临界压缩因子与实际的压缩因子误差较大，所以由试验数据拟合得到的接近于实际。5. 如
16、何看待维里方程？一定条件下维里系数可以通过理论计算，为什么维里方程没有得到广泛应用？答：维里方程具有坚实的理论基础，各个维里系数具有明确的物理意义，并且原则上都可以通过理论计算。但是第四维里系数以上的高级维里系数很难计算，三项以内的维里方程已在 BWR 方程、MH 方程中得到了应用，故在计算工质热物理性质时没有必要再使用维里方程，而是在研究实际气体状态方程时有所应用。6. 什么叫对应态定律？为什么要引入对应态定律？什么是对比参数？答：在相同的对比态压力和对比态温度下，不同气体的对比态比体积必定相同。引入对应态原理，可以使我们在缺乏详细资料的情况下，能借助某一资料充分的参考流体的热力性质来估算其
17、它流体的性质。某气体状态参数与其临界参数的比值称为热力对比参数。 （对比参数是一种无量纲参数）7. 物质除了临界状态、pv 图上通过临界点的等温线在临界点的一阶导数等于零、两阶导数等于零等性质以外，还有哪些共性？如何在确定实际气体的状态方程时应用这些共性？答：8. 自由能和自由焓的物理意义是什么？两者的变化量在什么条件下会相等？答：H=G + TS，U=F + TS。dg =dhd(Ts) =dhTdssdT，简单可压缩系统在可逆等温等压条件下，处于平衡状态：dg =Tds，ds=0 dg=0。若此时系统内部发生不可逆变化（外部条件不变） ，则 ds0， dg0。例如系统内部发生化学反应，化学
18、能转化为内热能（都是热力学能） ，必要条件是 dg0，否则过程不能发生。类似地，简单可压缩系统在等温等容条件下，内部发生变化的必要条件是：df0。引申：系统的 g、f 没有时，dg=0，df=0。内部变化不再进行。进而可以认为 g、f 是系统内部变化的能力和标志，所以分别称为自由焓、自由能，相应地，TS 可称为束缚能。与 火 用 相比，吉布斯自由能和亥姆霍兹自由能不需要与环境状态联系，且是工质的状态参数。搞理论热力学的人（物理学家们）根本不拿 火 用 当回事。两者的变化量在什么条件下会相等？有什么意义呢？dgdf=d(hTs) d(uTs)=dhdu=0，对于理想气体可逆等温过程，两者的变化量
19、相等。或者：dhdu= d(pv)=09. 什么是特性函数？试说明 u=u(s, p)是否是特性函数。答：某些状态参数表示成特定的两个独立参数的函数时，只需一个状态参数就可以确定系统的其它参数，这样的函数就称为特性函数。热力学能函数仅在表示成熵及比体积的函数时才是特性函数，换成其它独立参数，如 u=u(s, p)，则不能由它全部确定其它平衡性质，也就不是特性函数了。10. 常用的热系数有哪些？是否有共性？答：热系数由基本状态参数 p、v、T 构成，可以直接通过实验确定其数值。11. 如何利用状态方程和热力学一般关系式求取实际气体的 u、 h、 s？答：根据热力学一般关系式和状态方程式以及补充数
20、据，可以利用已知性质推出未知性质，并求出能量转换关系。例如，当计算单位质量气体由参考状态 p0、T 0 变到某一其它状态 p、T 后焓的变化时，可利用 dH 方程式，即式（5-45） 。由于焓是一种状态参数，所以 dH 为全微分，因而 dH 的线积分只是端态的函数，与路径无关。这样就可 以在两个端态之间选择任意一个过程或几个过程 的组合。两种简单的组合示于图(5-) 中。对于图(5-)中由线 0aA 所描 述的过程组合，将式(5-45)先在等压 p0 下由 T0 积 分到 T，随后在等pT图 5-b(p, T0) p= const. A(p, T)T0= const. T= const.p0=
21、 const.0(p0, T0) a(p0, T)温 T 下由 p0 积分到 p，其结果为： 00pTadchTppav0将上两式相加，就可得到：(5-47)TppTp dvdch 000 对于 0bA 的过程组合，将式(5-45)先在等温 T0 下由 p0 积分到 p，随后在等压 p 下由 T0 积分到 T，由这种组合可以得到：(5-48)pTppdcdTvh 00式(5-47)需要在 p0 压力下特定温度范围内的 cp 数据，而式(5-48) 则需要较高压力 p 时的 cp 数据。由于比热的测量相对地在低压下更易进行，所以选式(5-47)更为合适。12. 试导出以 T、p 及 p、v 为独
22、立变量的 du 方程及以 T、v 及 p、v 为独立变量的 dh 方程。13. 本章导出的关于热力学能、焓、熵的一般关系式是否可用于不可逆过程？答：由于热力学能、焓、熵都是状态参数，其变化与过程无关，所以其结果也可以用于不可逆过程。14. 试根据 cpcv 的一般关系式分析水的比定压热容和比定容热容的关系。答： 0.5Mpa，100水的比体积 v=0.0010435m3/kg；0.5MPa，110时 v=0.0010517 m3/kg；1Mpa，100时 v=0.0010432m3/kg。Tpvpvc2 Tp 01435.2.010435.57.01.3762=418.18 J/(kg K)1
23、5. 水的相图和一般物质的相图区别在哪里？为什么？答： 一般物质的相图中，液固平衡曲线的斜率为正值，压力越高，平衡温度（相变温度）越高。水的相图中，液固平衡曲线的斜率为负值，导致压力越高，平衡温度（相变温度）越低。16. 平衡的一般判据是什么？讨论自由能判据、自由焓判据和熵判据的关系。答：孤立系统熵增原理给出了热力学平衡的一般判据，即熵判据。孤立系统中过程进行的方向是使熵增大的方向，当熵达到最大值时，过程不能再进行下去，孤立系统达到热力学平衡状态。在等温定压条件下，熵判据退化为吉布斯自由能（自由焓）判据：系统的自发过程朝着使吉布斯自由能减小的方向进行；等温定容条件下，熵判据退化为亥姆霍兹自由能
24、（自由能）判据：系统的自发过程朝着使亥姆霍兹自由能减小的方向进行。263 页思考题1对改变气流速度起主要作用的是通道的形状还是气流本身的状态变化？答：对改变气流速度起主要作用的是气流本身的状态变化，即力学条件。通道的形状即几何条件也对改变气流速度起重要作用，两者不可或缺。但在某些特殊的、局部的场合，矛盾的主次双方发生转化，通道的形状可能成为主要作用方面。2如何用连续性方程解释日常生活的经验：水的流通截面积增大，流速就降低？答： constavAqfm在日常生活中，水可视为不可压缩流体，其比体积不会发生变化，因而由上式有 Acf=常数，即截面积变化与速度变化成反比。3在高空飞行可达到高超音速的飞
25、机在海平面上是否能达到相同的高马赫数？答：不能。高空气温低，由理想气体音速 a= 可知当地声速比较低，一定的飞行速度可kRTpv以取得较高的马赫数，而海平面温度比高空高几十 K，相应声速较大，同样的飞行速度所获得的马赫数要小一些。此外，高空空气比海平面稀薄得多，飞行阻力也小得多，所以飞行速度上也会有差异。4当气流速度分别为亚声速和超声速时，下列形状的管道（图 716）宜于作喷管还是宜于作扩压管？图 716 思考题 74 附图答：亚声速时喷管 扩压管 喷管 都不适合超声速时扩压管 喷管 扩压管 都不合适5当有摩擦损耗时，喷管的流出速度同样可用 cf2= 来计算，20h似乎与无摩擦损耗时相同，那么
26、，摩擦损耗表现在 哪里呢？答：如右侧温熵图，两条斜线是等压线，垂直线是 可逆绝热膨胀过程。有摩擦时，过程为不可逆，如虚线所表示。显而易 见，过程结束时温度比可逆情况下要高，这两个温度对应的焓之差就是 摩擦损耗的表现。6考虑摩擦损耗时，为什么修正出口截面上速度后 还要修正温度？答：如上。7考虑喷管内流动的摩擦损耗时，动能损失是不是就是流动不可逆损失？为什么？答：不是。动能损失就是 5 题图中的焓差。但是由于出口温度高于可逆情形下的出口温度，卡诺讲，凡是有温差的地方就有动力，所以这部分焓还具有一定的作功能力，并不是 100%作功能力损失（ 火 用 损失） 。8如图 717 所示， （a）为渐缩喷管
27、， （b）为缩放喷管。设两喷管工作背压均为 0.1MPa，进口截面压力均为 1MPa，进口流速 cf1 可忽略不计。若（1）两喷管最小截面积相等，问两喷管的流量、出口截面流速和压力是否相同？（2）假如沿截面 22切去一段，将产生哪些后果？出口截面上的压力、流速和流量将起什么变化？1 2 2 1 2 2p1=1MPa pb=0.1MPap1=1MPa pb=0.1MPa1 2 2 1 2 2 (a) (b)图 717 思考题 78 附图答：（1）两喷管最小截面积相等，则两喷管的流量相等，出口截面流速和压力不相等。渐缩喷管出口截面流速为当地音速，出口截面压力等于临界压力（0.528Mpa ） ，缩
28、放喷管出口截面压力等于背压（充分膨胀情况下） ，出口截面流速为超声速（） 。（2）渐缩喷管，沿截面 22切去一段后，临界状态前移到 22截面，出口速度为当地音速，出口截面压力等于临界压力（0.528Mpa ） ，由于出口面积变大，喷管流量增大。缩放喷管，沿截面 22切去一段后，喷管形状不足以保持完全膨胀，出口压力高于背压，出口流速比切去一段以前小（仍为超声速） ，喷管流量不变。 （喷管内剩余部分流动没有变化） 。9图 713(b)中定焓线是否是节流过程线？既然节流过程不可逆，为何在推导节流微分效应 J 时可利用dh=0？答：不是。节流过程的起迄点落在 等焓线上，但过程不沿着定焓线进行。节流微分
29、效应 J 表达的是节流过程中温 度压力的关系，温度、压力均为状态参数，其变化与路径 无关，所以可以利用等焓线分析推导。10既然绝热节流前后焓值不变， 为什么作功能力有损失？答：绝热节流后气体的压力降低， 可逆绝热膨胀过程焓降所能作出的功没有作出，导致节流后焓仍然等于节流前。该作出的功没有作出，就产生了作功能力损失。11多股气流汇合成一股混合气流称作合流，请导出各股支流都是理想气体的混合气流温度表达式。混合气体的熵值是否等于各股支流熵值之和，为什么？应该怎么计算？TiTi,maxTi,min转回曲线 等焓线图 713 转回曲线(b)281 页思考题1利用人工打气筒为车胎打气时用湿布包裹气筒的下部
30、，会发现打气时轻松了一点，工程上压气机气缸常以水冷却或气缸上有肋片，为什么？答：湿布使打气筒散热增强，气缸水冷或加装肋片也是为了增强散热，从而使压缩过程离开绝热靠近定温，压缩耗功减少。p.s.，打气筒包裹湿布后耗功减少，人能感觉出来？值得怀疑。2既然余隙容积具有不利影响，是否可能完全消除它？答：对于往复式压气机，余隙容积不可能完全消除；对于旋转式压气机，则有可能完全消除。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：还需要分级压缩。是为了减小余隙容积的影响。但不需要中间冷却。4压气机按定温压缩时，气体对外放出热
31、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：压气机耗功中有意义的部分是技术功，不考虑宏观动能和势能的变化，就是轴上输入的功（由设备直接加诸气体的机械功） ，而同样进出口压力定温过程消耗的技术功比绝热过程少，绝热过程消耗的技术功有一部分用于提高气体温度。5压气机所需的功可从热力学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 Ts 图上面积表示其值。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？7叶轮式压气机不可逆绝热压缩比可逆绝热压缩多消耗功可用图 811 上面积 m2s2nm 表示，这是否即是此不可逆过程作功能力损失？为什
32、么？8如图 813 所示的压缩过程 12 若是可逆的，则 这一过程是什么过程？它与不可逆绝热压缩过程 12 的区别何在？两者之 中哪一过程消耗的功大？大多少？311 页思考题343 页思考题364 页思考题396 页思考题T p22 p11O s图 813思考题 88 附图p、v、T 偏导数的循环关系式由 T=f(p, v)，得： dvTpdTpv由 v=f(p, T)，得： pTdTvvdpTpv vTp Tppv 所以， =0 =0dTTpv Tpv =1 和Tpv Tpvexercisable 简明英汉词典 ekssaizbl adj. 可实行的, 可操作的 , 可运用的； 英汉化学大词
33、典 adj. 可行使的,可实行的,可运用的exergonic 简明英汉词典 eksgnik adj. 放出能的； 七国语言英汉生物学大词典 放能的；英汉化学大词典 adj.产生能量的 ,做功的；英汉心理学大词典 能量释放的exergy 简明英汉词典 ekse:dVi 放射本能( 热力学系统从给定状态到与周围介质平衡过程中可做的最大功)；七国语言 英汉机械大词典, 有效能；七国语言英汉物理大词典 放射本领；英汉化学大词典 n.能量产生气体流动的临界压力比即 =crvpkcrpvk10012由于 pcrvcrk=p0v0k crkcrv01所以 1= kcrkcrkcrcr pppvk 1010100212=1 112120100 kcrkcrkcr pppk 2110kpkcr kcrp102
