1、第四章思考题1. 循环的热效率公式和 12qt12Tt有何区别？各适用什么场合？答：前式适用于各种可逆和不可逆的循环，后式只适用于可逆的卡诺循环。2. 循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率，这些说法是否正确？为什么？答： 不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。不是所有的可逆循环的热效率都相等，必须保证相同的条件下。在相同的初态和终态下，不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。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
2、对， 必须保证过程结束后对系统和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，比如理想气体的定温膨胀过程，系统把从外界吸收的热量全部转化为机械能，外界虽然没有任何任何变化，但是系统的体积发生改变了。4. 下列说法是否正确？为什么？ 熵增大的过程为不可逆过程； 不可逆过程的熵变 无法计算；S3 若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态，则不可逆途径的 必大S于可逆途径的 ；4 工质经历不可逆循环后 ；05 自然界的过程都是朝着熵增的方向进行的，因此熵减小的过程不可能实现；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；（2）不正确，S
3、 为状态参数，和过程无关，知道初态和终态就可以计算；（3）不对，S 为状态参数，和过程无关， 相等；S（4）不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以熵变为零。（5）不对，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。（6）工质被加热熵一定增大，但是系统放热，熵不一定减小。如果是可逆过程，熵才一定减小。5. 若工质从同一初态出发，分别经历可逆绝热过程与不可逆绝热过程膨胀到相同的终压力，两过程终态的熵哪个大？对外作的功哪个大？试用坐标图进行分析.答：不可逆过程熵大，可逆过程作功大6. 如果工质从同一初态出发，分别经历可逆定压过程与不可逆定压过程，从同一热源吸收了相同的热量，工
4、质终态的熵是否相同？为什么？答： 不相同，因为二者对外所作的功不同，而它们从同一热源吸收了相同的热量，所以最终二者内能的变化不同，故此二者的终态不同，由于熵是状态参数，它们从同一初态出发，故终态的熵不同。7. 工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态，问能否通过一个绝热过程使工质回到初态？答：不能，工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态，其熵增加，要想使其回到初态，过程的熵必须减少，而绝热过程是不能使其熵减少的，故不能通过一个绝热过程使其回到初态。8. 系统在某过程中从热源吸热 20 kJ，对外作功 25 kJ，请问能否通过可逆绝过程使系统回到初态？为什么？能否通过不可逆绝热过程使系统回到初
5、态？答：根据克劳休斯不等式，我们知道系统在过程中的熵变满足： 0)(2KTkJQS即：系统的熵增加，要想使系统回到初态，新的过程必须使系统熵减少，而可逆绝热过程熵不变，不可逆绝热过程熵增加，因而不可能通过一个可逆过程或者一个不可逆过程使系统回到初态。9. 闭口系统经历了一不可逆过程对外作功 10 kJ，同时放出热量 5 kJ，问系统的熵变是正、是负还是不能确定？答：熵是状态参数，功和热量都是过程量，所以不能确定系统的熵变。习 题41 解: 由热量守恒JWQ5041012 由克劳休斯不等式：0185.0354121 KJTQ它的设计是不合理的42 解：采用电炉取暖时， KWPef 56.3012
6、4当采用电动机带动卡诺热泵时， kTQpum 47.029356.12%.80.47efpP4-3 解：（1）热效率为1.3420151T（2） 吸热kJWQ16.8%.371放热4.52.12（3）性能系数0.315721T2.54 12QWQ得到skJ73.61所以skJQ23.547.62144 解：对于制冷机 kJQW25.0412对于热机 kJt83.0.145 解：理想气体的内能是温度的单值函数，气体向真空的膨胀过程系统对外不作功，且过程绝热，系统的内能不变，故气体温度不变： Ct017由 得到VPMPa52.437.0热力学能变化为 U熵的变化为 KkgJRS /086.7.ln
7、8.ln124-6 解： （1）气体熵变为 KkJPmRSg /14.9.0ln8314ln2气热源熵变为 KkJTndVTQSrrr /14.940ln831l211 气热总熵变为0to（2）气体熵变为 KkJPRSg /14.9.0ln8314ln2热源熵变为 KkJTdVTQSrrrr /53.2301.ln4.8ln211 总熵变为 KkJSto /39.614.53.2（3）气体熵变为PnRg /.1.0ln8l12热源熵变为总熵变为 KkJSto /49.1.63.047 解：（1）由孤立系统熵增原理： 0lnlBmpAmplhcto TccSS所以有： BAmT（2）总功量为：
8、BABApBmApBA TccQW2（3）所以2BAmT总熵变为：BApBmpApBAto TcTccSS 4lnlln248 解：选取两个容器中的气体为热力学系统，过程中系统绝热且无外功，所以 KT30KkJTndVTQSrrrr /63.0301.ln4812.l2.1. 11 设终态容积分别为 ,1V222VP10.2联立求解所以有： 31.mV2067左侧气体熵变： KJVTPS /192.0.3ln301.ln11 右侧气体熵变： JS /135.0.67ln301.ln22 总熵变为 KJSto/568.49 解：把闭口系统和热源取为研究的热力学系统，为孤立系，根据孤立系统熵增原理
9、： 0/7.130825kJSrcto所以该过程是不可能的410 解：（1）根据稳定流动方程，烟气放热： kJTmcQp 41637524.16211 （2）Q 2 取最小时，此过程可逆，取烟气、工质和低温热源为系统，此系统为孤立系统，孤立系统的可逆过程熵不变11KJTmcQTQcSSpplhto 238901ln3146nl1202 2（3） kJW728921ax4-11 解：此过程为等容过程，所以 12TP取空气和螺旋桨为研究的系统，此系统为孤立系统，假设空气为理想气体，并假设螺旋桨为功源，过程中熵不变，此孤立系统的熵变等于熵产，所以有： KkJPRTcmSpg /0124.893ln2
10、7893ln5.104lnl1212 所以做功能力的损失为： gSTW0假设环境温度为 20 度，所以： kJSg632.14.29304-12 解：根据温度流动的过程方程有： 12tchwP所以 CtctP012 .6705.8空气在压缩过程中的熵变为： kgKJRTcPg /86.9104ln287.9043ln.1lnlS212所以做功能力的损失为： kgJSWg /4.56.04-13 解：混合后的温度为： 21Tm熵变为：212121 lnlnlSTmcTcmcPPP 4-14 解：依题意： kJTQW83.5%408736210%412 故制冷机得到的功为： kJ.16.5又 kJ
11、TWQ9.2584.03.16%40212 所以 7.6.9.214-15 解：（1）根据稳定流动的过程方程可得： KgkJtchWPs /8.1902714.02121 （2）进口处001, STehx出口处kgJhx /6.159 0202,2 （3） 所以压气机所需的最小有用功为： eWhx/.12,min（4） 作功能力损失为： kgKJs /28.36.598.0in4-16 解：依题意： HQWT01LLQWT10所以： 4.12305710LHT4-17 解：（1）冬季 22121 41093QQT所以 hkJ/96.42 WW2.531（2）夏季 2121QT即 23590)(
12、9311所以 Ct0144-18 解：因为 )/(68.20314.9KmolJRcPV 所以该过程为放热过程402.1VPckn4-19 解：根据热力学第一定律有： kgJWUQ/140260环境的熵变为：KkgJflux /478.02931S选取气缸中的气体和环境为研究的热力学系统，此系统为孤立系统，其熵变等于熵产所以： kgJSfluxg /204.78.4.0to气第五章思考题1. 热水泵必须安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安装在热水容器上面，为什么？答：保证其压力。2. 锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足 wq的关系？为什么？答：不对，因为水蒸气不能看作是理想气体
13、，其内能不仅是温度的函数，还是压力的函数，故此定温过程内能是改变的， 不等于 0。U3. 有无 0 或低于 0 的蒸汽存在？有无低于 0的水存在？为什么？答：有 0 或低于 0 的蒸汽存在，只要压力足够低就可能，但是没有低于 0 的水存在，因为水的三相点温度为 0.01 ，低于三相点温度，只可能是固态或是气态。4. 25MPa 的水，是否也象 1MPa 的水那样经历汽化过程？为什么？答：不可以，因为水的临界点压力为 22.12MPa，故此，当压力高于临界压力时，它的汽化不经过气液两相区，而是由液相连续的到达气相。5. 适用于任何工质的定压过程。水蒸气定压汽化过程中 dT = 0，由此得dTch
14、p出结论，水定压汽化时 ，此结论是否正确？为什么？0dTchp答：不正确，因为定压汽化过程中发生了相变，上式只适用于不发生相变的过程。6. 试解释湿空气、湿蒸汽、饱和湿空气。答：湿空气：含水蒸汽的空气；湿蒸汽：含有液态水的水蒸气；饱和湿空气：相对湿度为 100的湿空气。7. 对未饱和湿空气与饱和湿空气分别判断干球温度、湿球温度、露点温度三者的大小。答：未饱和湿空气：干球温度湿球温度露点温度饱和湿空气： 干球温度湿球温度露点温度8. 在相同的温度及压力下，湿空气与干空气相比，那个密度大？答：干空气的密度大。9. 同一地区阴雨天的大气压力为什么比晴朗天气的大气压力低？答：阴雨天相对湿度高，水蒸气分
15、压力大。10. 若两种湿空气的总压力和相对湿度相同，问：温度高的湿空气含湿量大还是温度低的湿空气含湿量大？为什么？答：由 ，在相同相对湿度的情况下，温度高，P s大，所以，温162.0sd度高含湿量大。11. 早晨有雾，为什么往往是好天气？答：早晨有雾，说明湿空气中含有许多小水滴，湿空气为饱和湿空气，当温度逐渐上升后，小水滴逐渐汽化，所以往往是好天气。习 题5-2 解：用水蒸气表：，37486.05.0192. 所以为湿饱和蒸汽。 %912.37486.xCt05kgJhxh/.)1(ss查 h-s 图得到： 92.0xCt715kgJh/.6Ks38453 解：1、查表得： km/527.0
16、3gJh1所以： kvV9.2、当 时，比容仍然为MPa.0g/52470385.00165. 所以为湿饱和蒸汽。3、 %1.9.8.247x kgJh/065x/2.8)1(2传出的热量为：kJmQ206.17.0637.9.21 5-4 解：查表得： kgm/81.0Jh所以： 346095.92.5vV时，Ct08 8.81.013. 所以为湿饱和蒸汽。 %2.6093.46.92x kgJhxh/48)1(传出的热量为：PmvumQ6.1)( 25-5 解：查表得到：时Ct0351 MPa 2 Mpa 1.3 MPa(kJ/kg)1h3157.7 3137.2 3151.55(kJ/k
17、g.K)s7.3018 6.9574 7.1985理想的绝热过程，熵不变，所以有：,MPa05.2KkgJs/1985.72查表得到 P2时的参数： Ct0.32,KkgJs/476. kJs/2 ghh.5611，所以干度为：%89.4762.0395.812 sx所以出口乏气的焓为： kgJhxh/.)(2根据稳定流动的过程方程，可得： Ws /53.962156 解：查表并插值得到：,CtMPa0,5.4kgKJh/9.421,80吸热量为： hJhGQ /15.3920712 需要媒量为： htQ/876.230.57 解：查表得到：当饱和压力为 时MPa5.1，kgKJh/824 k
18、gKJh/46.2791所以： x/3.)(查表得到：当 时Pa05.2 KkgJs/4761. KkgJs/9.8过热蒸汽在汽轮机中的理想绝热膨胀过程，熵不变，所以有： x/601.7)(21查图得到：当 ， 时，MPa5. kgJs/601.7 kgJh/2.391所以： hQ/7.9158 解：查表得到：当饱和压力为 时Pa4.0，kgKJh/876 kgKJ/4.238，mv135.1 mv603所以： kx/195.)( 31gJhh2kgJvphu/4.68211加热后为 的干饱和蒸汽MPaK/0.72kmv93. gJphu/.58222吸热过程为定容过程，所以吸热量为 kJmQ
19、712 10568.47.80所需时间为 min92Qt5-9解： MPa、 430t 的蒸汽处于过热状态， k1.30 由临界压力比可得：5.31p 546.013.212.1 kcrP所以 29.546.0PMacr 查图表并插值得到： KkgJsh./.7321理想绝热过程熵不变，所以有： ./9456.12查表可得： kgJh/.82所以出口速度为： smc/2.16215-10 解： 查表得到：时，Ct05MPaPs0374.所以： 干 空 气水 蒸 气 kgpds /1261.2.62.05-11 解：由 查表得到：501， t 干 空 气干 空 气 ， kgdkgJh/11加热过
20、程比湿度不变，沿定 d 线到 ，Ct502干 空 气干 空 气 ， /62在干燥器中经历的是绝热加湿过程，其焓值近似不变，沿定 h 线到 ，Ct30干 空 气干 空 气 ， kgdkgJh/10/5633所以干空气的流量为 ma25湿空气的流量为 kgda .10.1wet 所消耗的热量为： JhQa 52)6(2512 5-12 解：由 查表得到：8.0,35Ctol 干 空 气kgJ/1干 空 气d.9沿定 d 线到 在沿定 到得到Cto2干 空 气kJh/6.7干 空 气g82析出水量为： 干 空 气kd/.1沿定 d 线到 得到Cto53%03干 空 气kgJh/加热量为： 干 空 气
21、Q/4.2)(35-13 解：查表知 对应的饱和压力为Ctog21Pas3.18对应的饱和压力为tol6Ps5.9所以 %7sP5-14 解：由 查表得到：1,2to 干 空 气kgd/72加入的水蒸气的量为： m9.1)(.02由 及 得到：qPd62.0KPa65Paq 533 1068.017.651. 5-15 解：查表知对应的饱和压力为Cto8 干 空 气， kgdPas /.8.2对应的饱和压力为164所以相对湿度为： %52sP加热到 40oC,绝对湿度不变 ，查表得到：干 空 气kgd/6.85-16 解: 由 查表得到:MaPCt2,501,kgJh/8.297 KgkJskm/03.,/015.13所以： V.4当冷却到 300C 时,比容仍为 ,此时为湿蒸汽:kg/0152.304389. x查表得: JhkgJh/,/6.125kgx/7.126)(Kss4302总传热量为 kJhmQ.9521环境的熵变为: TSe /3.076.蒸汽熵变为: KkJsmV/52.21金属球的熵变为 kJTcrRTcSPPs /048.3ln34ln1212总熵变为: KkJSsVeto /75.9
