工程熱力學課后答案

1、《工程熱力學》沈維道主編第四版課后思想題答案（1~5章）第1章基本概念⒈閉口系與外界無物質交換，系統(tǒng)內質量將保持恒定，那么，系統(tǒng)內質量保持恒定的熱力系一定是閉口系統(tǒng)嗎答：否。當一個控制質量的質量入流率與質量出流率相等時（如穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流系統(tǒng)），系統(tǒng)內的質量將保持恒定不變。⒉有人認為，開口系統(tǒng)中系統(tǒng)與外界有物質交換，而物質又與能量不可分割，所以開口系不可能是絕熱系。這種觀點對不對，為什么答：不對?！敖^熱系”指的是過程中與外界無熱量交換的系統(tǒng)。熱

2、量是指過程中系統(tǒng)與外界間以熱的方式交換的能量，是過程量，過程一旦結束就無所謂“熱量”。物質并不“擁有”熱量。一個系統(tǒng)能否絕熱與其邊界是否對物質流開放無關。⒊平衡狀態(tài)與穩(wěn)定狀態(tài)有何區(qū)別和聯系，平衡狀態(tài)與均勻狀態(tài)有何區(qū)別和聯系答：“平衡狀態(tài)”與“穩(wěn)定狀態(tài)”的概念均指系統(tǒng)的狀態(tài)不隨時間而變化，這是它們的共同點；但平衡狀態(tài)要求的是在沒有外界作用下保持不變；而平衡狀態(tài)則一般指在外界作用下保持不變，這是它們的區(qū)別所在。⒋倘使容器中氣體的壓力沒有改變

3、，試問安裝在該容器上的壓力表的讀數會改變嗎？在絕對壓力計算公式beppp??()bpp?bvppp??()bpp?中，當地大氣壓是否必定是環(huán)境大氣壓答：可能會的。因為壓力表上的讀數為表壓力，是工質真實壓力與環(huán)境介質壓力之差。環(huán)境介質壓力，譬如大氣壓力，是地面以上空氣柱的重量所造成的，它隨著各地的緯度、高度和氣候條件不同而有所變化，因此，即使工質的絕對壓力不變，表壓力和真空度仍有可能變化?！爱數卮髿鈮骸辈⒎蔷褪黔h(huán)境大氣壓。準確地說，計算式

4、中的Pb應是“當地環(huán)境介質”的壓力，而不是隨便任何其它意義上的“大氣壓力”，或被視為不變的“環(huán)境大氣壓力”。⒌溫度計測溫的基本原理是什么答：溫度計對溫度的測量建立在熱力學第零定律原理之上。它利用了“溫度是相互熱平衡的系統(tǒng)所具有的一種同一熱力性質”，這一性質就是“溫度”的概念。⒍經驗溫標的缺點是什么為什么答：由選定的任意一種測溫物質的某種物理性質，采用任意一種溫度標定規(guī)則所得到的溫標稱為經驗溫標。由于經驗溫標依賴于測溫物質的性質，當選用不

5、同測溫物質制作溫度計、采用不同的物理性質作為溫度的標志來測量溫度時，除選定的基準點外，在其它溫度上，不同的溫度計對同一溫度可能會給出不同測定值（盡管差值可能是微小的），因而任何一種經驗溫標都不能作為度量溫度的標準。這便是經驗溫標的根本缺點。⒎促使系統(tǒng)狀態(tài)變化的原因是什么舉例說明。答：分兩種不同情況：⑴若系統(tǒng)原本不處于平衡狀態(tài)，系統(tǒng)內各部分間存在著不平衡勢差，則在不平衡勢差的作用下，各個部分發(fā)生相互作用，系統(tǒng)的狀態(tài)將發(fā)生變化。例如，將一塊

6、燒熱了的鐵扔進一盆水中，對于水和該鐵塊構成的系統(tǒng)說來，由于水和鐵塊之間存在著溫度差別，起初系統(tǒng)處于熱不平衡的狀態(tài)。這種情況下，無需外界給予系統(tǒng)任何作用，系統(tǒng)也會因鐵塊對水放出熱量而發(fā)生狀態(tài)變化：鐵塊的溫度逐漸降低，水的溫度逐漸升高，最終系統(tǒng)從熱不平衡的狀態(tài)過渡到一種新的熱平衡狀態(tài)；⑵若系統(tǒng)原處于平衡狀態(tài)，則只有在外界的作用下（作功或傳熱）系統(tǒng)的狀態(tài)才會發(fā)生變。⒏圖116a、b所示容器為剛性容器：⑴將容器分成兩部分。一部分裝氣體，一部分抽

7、成真空，中間是隔板。若突然抽去隔板，氣體(系統(tǒng))是否作功？⑵設真空部分裝有許多隔板，每抽去一塊隔板讓氣體先恢復平衡再抽去一塊，問氣體(系統(tǒng))是否作功？⑶上述兩種情況從初態(tài)變化到終態(tài)，其過程是否都可在Pv圖上表示？答：⑴；受剛性容器的約束，氣體與外界間無任何力的作用，氣體（系統(tǒng)）不對外界作功；⑵b情況下系統(tǒng)也與外界無力的作用，因此系統(tǒng)不對外界作功；.....112233..11223.3()()0nmoutinmhmhmhmhmhmhmh

8、hm????????12并不存在過程熱量和過程功，因此第二個公式也是不成立的。21qqq??21www??⒊.熱力學第一定律解析式有時寫成下列兩種形式：分別討論上述兩式的適用范圍。答：第一個公式為熱力學第一定律的最普遍表達，原則上適用于不作宏觀運動的一切系統(tǒng)的所有過程；第二個表達式中由于將過程功表達成這只是對簡單可壓縮物質的可逆過程才正確，因此該公式僅適用于簡單可壓縮物質的可逆過程。⒋.為什么推動功出現在開口系能量方程式中，而不出現在閉

9、口系能量方程式中？答：當流體流動時，上游流體為了在下游占有一個位置，必須將相應的下游流體推擠開去，當有流體流進或流出系統(tǒng)時，上、下游流體間的這種推擠關系，就會在系統(tǒng)與外界之間形成一種特有的推動功（推進功或推出功）相互作用。反之，閉口系統(tǒng)由于不存在流體的宏觀流動現象，不存在上游流體推擠下游流體的作用，也就沒有系統(tǒng)與外間的推動功作用，所以在閉口系統(tǒng)的能量方程式中不會出現推動功項。⒌.穩(wěn)定流動能量方程式（216）是否可應用于活塞式壓氣機這種機

10、械的穩(wěn)定工況運行的能量分析？為什么？答：可以。就活塞式壓氣機這種機械的一個工作周期而言，其工作過程雖是不連續(xù)的，但就一段足夠長的時間而言（機器的每一工作周期所占的時間相對很短），機器是在不斷地進氣和排氣，因此，對于這種機器的穩(wěn)定工作情況，穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流的能量方程是適用的。⒍.開口系實施穩(wěn)定流動過程，是否同時滿足下列三式上述三式中W、Wt和Wi的相互關系是什么答：是的，同時滿足該三個公式。第一個公式中dU指的是流體流過系統(tǒng)時的熱力學能變化，δW

11、是流體流過系統(tǒng)的過程中對外所作的過程功；第二個公式中的δWt指的是系統(tǒng)的技術功；第三個公式中的δWi指的是流體流過系統(tǒng)時在系統(tǒng)內部對機器所作的內部功。對通常的熱工裝置說來，所謂“內部功”與機器軸功的區(qū)別在于前者不考慮機器的各種機械摩擦，當為可逆機器設備時，兩者是相等的。從根本上說來，技術功、內部功均來源于過程功。過程功是技術功與流動功（推出功與推進功之差）的總和；而內部功則是從技術功中扣除了流體流動動能和重力位能的增量之后所剩余的部分。

12、⒎幾股流體匯合成一股流體稱為合流，如圖212所示。工程上幾臺壓氣機同時向主氣道送氣，以及混合式換熱器等都有合流的問題。通常合流過程都是絕熱的。取11、22和33截面之間的空間為控制體積，列出能量方程式，并導出出口截面上焓值h3的計算式。答：認為合流過程是絕熱的穩(wěn)態(tài)穩(wěn)流過程，系統(tǒng)不作軸功，并忽略流體的宏觀動能和重力位能。對所定義的系統(tǒng)，由式(228)..221111[()][()]22nmcvshaftiiioutiinidEQhcgzm