工程热力学习题集沈维道著高等教育出版社课后答案工程热力学习题集.pdf

第第 1 章章 基本概念基本概念 11 本章基本要求本章基本要求 深刻理解热力系统、外界、热力平衡状态、准静态过程、可逆过程、热力循环的概念， 掌握温度、压力、比容的物理意义，掌握状态参数的特点。 深刻理解热力系统、外界、热力平衡状态、准静态过程、可逆过程、热力循环的概念， 掌握温度、压力、比容的物理意义，掌握状态参数的特点。 12 本章难点本章难点 1热力系统概念，它与环境的相互作用，三种分类方法及其特点，以及它们之间的相互关系。 2引入准静态过程和可逆过程的必要性，以及它们在实际应用时的条件。 3系统的选择取决于研究目的与任务，随边界而定，具有随意性。选取不当将不便于分析。 选定系统后 需要精心确定系统与外界之间的各种相互作用以及系统本身能量的变化,否则很难获得正确的结论。 4稳定状态与平衡状态的区分：稳定状态时状态参数虽然不随时间改变，但是靠外界影响来的。平衡状 态是系统不受外界影响时，参数不随时间变化的状态。二者既有所区别，又有联系。平衡必稳定,稳定未必 平衡。 5注意状态参数的特性及状态参数与过程参数的区别。 13 例题例题 例例 1：绝热刚性容器内的气体通过阀门向气缸充气。开始时气缸内没有气体,如图 1.1 所示。气缸充气后,气 体推动气缸内的活塞向上移动,如图 1.2 所示。设管道阀门以及气缸均可认为是绝热的。若分别选取开口系 统与闭口系统,试说明它们的边界应该如何划定?这些系统与外界交换的功量与热量又如何? 解解：(1)若以容器内原有的气体作为分析对象，属于闭口系统。容器放气前，边界如图 1.1 中的虚线所示。 放气后边界如图 1.2 中的虚线所示。气体对活塞作的功 W 是闭口系统与外界交换的功量。气体通过活塞与 外界交换的热量 Q 是此闭口系统的传热量。 图1.1 图1.2 图1.3 图1.4 （2）若以容器放气后残留在容器内的气体作为分析对象，同样也是闭口系统。这时放气前的边界如图 1.3 中的虚线所示。放气后的边界如图 1.4 的虚线表示。残留气体对离开容器的那部分放逸气体所作的功，是 本闭口系统与外界交换的功，残留气体与放逸气体之间交换的热量是本系统的传热量。 （3） 类似地若以放逸气体为分析对象，同样也是闭口系统。其边界将如图 1.3 和图 1.4 中的点划线所示。 此闭口系统与外界交换的功量除了与残留气体之间的功量(大小与第二种情况的相同，方向相反)外，还应 包括对活塞所作的功。同样，除了与残留气体之间的传热量(大小与第二种情况的相同，方向相反)外，还 应包括通过活塞与外界交换的热量。 （4）若以容器或气缸为分析对象，则均属开口系统，容器的壁面或气缸与活塞的壁面为其边界。前者以 对放逸气体作出的流动功与传热量为系统与外界交换的功量与热量，后者以对活塞及管道内气体的功量与 热量为系统与外界交换的功量与热量。 例例 2：温度为 100的热源，非常缓慢地把热量加给处于平衡状态下的 0的冰水混合物，试问：1、冰水 混合物经历的是准静态过程吗？2、加热过程是否可逆？ 解解： 此热力过程为准静态过程， 因为此热力过程的弛豫时间很短， 热源非常缓慢地把热量加给冰水混合物， 则冰水混合物重建热力平衡的时间远远小于传热过程对冰水混合物平衡状态的破坏，所以可以近似地把此 课后答案网 w w w .k h d a w .c o m 热力过程看作是准静态过程。 分析此热力过程， 取为系统的冰水混合物和作为外界的热源之间存在有温差， 100的高质能通过传热过程转换为 0的低质能， 有能量的耗散， 所以此热力过程不能被假设为可逆过程。 例例 3:表压力或真空度为什么不能当作工质的压力？工质的压力不变化，测量它的压力表或真空表的读数是 否会变化？ 解解：作为工质状态参数的压力是绝对压力，测得的表压力或真空度都是工质的绝对压力与大气压力的相对 值，因此不能作为工质的压力；因为测得的是工质绝对压力与大气压力的相对值，即使工质的压力不变， 当大气压力改变时也会引起压力表或真空表读数的变化。 例例 4：一刚性绝热容器内充有水和水蒸气混合物，它们的温度与压力分别相等，不随时间变化。试问汽水 混合物是否已处于平衡态？汽水混合物的各种参数量是否到处均匀？ 解解：如图 1.5 所示的刚性绝热容器内，水和水蒸气的压力相同，温度相等，均不随时间变化，而且不受外 界的影响，因此该汽水混合物已处于平衡态。 处于平衡态的汽水的混合物中，汽相与液相的密度显然不同。因此即使处于平衡态的系 统内部，各种参数并不一定均匀。 说明说明：系统内部各种参数均匀的必定平衡；反之平衡时未必各种参数都是均匀，即均匀必平衡，平衡未必 均匀。 第第 2 章章 热力学第一定律热力学第一定律 2.1 基本要求基本要求 深刻理解热量、储存能、功的概念，深刻理解内能、焓的物理意义深刻理解热量、储存能、功的概念，深刻理解内能、焓的物理意义 理解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功的联系与区别理解膨胀（压缩）功、轴功、技术功、流动功的联系与区别 熟练应用热力学第一定律解决具体问题熟练应用热力学第一定律解决具体问题 2.2 本章重点本章重点 1必须学会并掌握应用热力学第一定律进行解题的方法，步骤如下： 1）根据需要求解的问题，选取热力系统。 2）列出相应系统的能量方程 3）利用已知条件简化方程并求解 4）判断结果的正确性 2深入理解热力学第一定律的实质，并掌握其各种表达式（能量方程）的使用对象和应用条件。 3切实理解热力学中功的定义，掌握各种功量的含义和计算，以及它们之间的区别和联系，切实理解热 力系能量的概念，掌握各种系统中系统能量增量的具体含义。 4在本章学习中，要更多注意在稳态稳定流动情况下，适用于理想气体和可逆过程的各种公式的理解与 应用。 2.3 自测题自测题 一、是非题一、是非题 1实际气体在绝热自由膨胀后,其内能不变。( ) 2流动功的大小取决于系统进出口的状态,而与经历的过程无关。( ) 3由于 Q 和 W 都是过程量,故(Q-W) 也是过程量。( ) 4系统经历一个可逆定温过程，由于温度没有变化，故不能与外界交换热量( ) 5无论过程可逆与否，闭口绝热系统的膨胀功总是等于初、终态内能差( ) 6给理想气体加热,其内能总是增加的。( ), 7只有可逆过程才能在 pv 图上描绘过程进行的轨迹。( ) 8膨胀功是贮存于系统的能量，压力愈高，则膨胀功愈大。( ) 课后答案网 w w w .k h d a w .c o m 9在研究热力系统能量平衡时,存在下列关系 sursys EE+=恒量。 sursys ss+ =恒量。( ) 10W=Q-U 同样适用闭口系统和开口系统。( ) 二、选择题二、选择题 1密闭刚性容器，内贮参数为 P1，t1的空气，容器内装有叶轮并与外界相通，设空气温度降至 t2，气体对 外作功。 A W B WU=H= C W D W0=UQ= 2压气机压缩气体所耗理论轴功为。 A pdv B 2 1 2 1 )(pvd C 221 2 1 1 vpvppdv+ 3dTcw v =适用条件为。 A 理想气体可逆过程 B 理想气体绝热过程； C 任何工质定容过程 D 任何工质绝热过程 4适用于。 v qcTpdv=+ A 理想气体可逆过程 B 一切气体可逆过程 C 理想气体一切过程 D 理想气体准静态过程 5 t wdhdq+=只适用于。 A 理想气体可逆过程 B 任何工质任何过程 C 理想气体任何过程 D 任何工质可逆过程 6贮有空气的绝热刚性密闭容器中，安装有电加热丝，通电后，如取空气为系统，则过程中的能量关系 有_ A Q0 , U0 , W0 B Q=0 , U0 , W0 , U0 , W=0 D Q=0 , U=0 , W=0 第第 3 章章 理想气体的性质理想气体的性质 3.1 本章基本要求本章基本要求 熟练掌握理想气体状态方程的各种表述形式， 并能熟练应用理想气体状态方程及理想气体定值比热进行各 种热力计算。并掌握理想气体平均比热的概念和计算方法。 熟练掌握理想气体状态方程的各种表述形式， 并能熟练应用理想气体状态方程及理想气体定值比热进行各 种热力计算。并掌握理想气体平均比热的概念和计算方法。 理解混合气体性质，掌握混合气体分压力、分容积的概念。理解混合气体性质，掌握混合气体分压力、分容积的概念。 3.2 本章难点本章难点 1运用理想气体状态方程确定气体的数量和体积等，需特别注意有关物理量的含义及单位的选取。 2考虑比热随温度变化后，产生了多种计算理想气体热力参数变化量的方法，要熟练地掌握和运用这些 方法，必须多加练习才能达到目的。 3在非定值比热情况下,理想气体内能、焓变化量的计算方法，理想混合气体的分量表示法，理想混合气 体相对分子质量和气体常数的计算。 3.3 自测题自测题 一、是非题一、是非题 1当某一过程完成后,如系统能沿原路线反向进行回复到初态,则上述过程称为可逆过程。( ) 课后答案网 w w w .k h d a w .c o m 2只有可逆过程才能在 p-v 图上描述过程进行轨迹。( ) 3可逆过程一定是准静态过程,而准静态过程不一定是可逆过程。( ) 4气体克服外界环境压力而膨胀,其容积变化 dv,则膨胀功 sur pW=dv sur p 5梅耶公式C=R 也能适用于实际气体。( ) vp C 6混合气体中容积成分较大的组分,则其摩尔成分也较大。( ) 7压力表读值发生变化,说明工质的热力状态也发生了变化。( ) 8气体常数与气体的种类及所处的状态均无关。( ) 9理想气体 Cp 和 Cv 都是 T 的函数, 所以 Cp-Cv 也是 T 的函数。 （ ） 10向 1m的气体加热使其温度升高 1,所需要的热量是气体密度与质量比热的乘积。( ) 3 C ? 二、选择题二、选择题 1准静态过程与可逆过程的特点是（ ） A) 都是一系列平衡状态所组成，无差别 B) 缓慢进行的准静态过程就是可逆过程 C) 没有任何耗散损失的准静态过程就是可逆过程。 2外界(或环境)的定义是指（ ） A) 与系统发生热交换的热源 B) 与系统发生功交换的功源 C) 系统边界之外与系统发生联系的一切物体。 3不同的混合气体的摩尔容积（ ） A) 在相同的状态下相等 B) 在相同的状态下不相等 C) 决定于混合气体的摩尔成分 D) 决定于混合气体的总质量 4系统进行一个不可逆绝热膨胀过程后，欲使系统回复到初态，系统需要进行一个( ) A) 可逆绝热压缩过程； B) 不可逆绝热压缩过程； C) 边压缩边吸热过程； D) 边压缩边放热过程。 5的数值是（ ） vp MCMC A) 与状态有关； B) 与气体性质有关； C) 与过程有关； D) 常数。 第第 4 章章 理想气体热力过程及气体压缩理想气体热力过程及气体压缩 41 本章基本要求本章基本要求 熟练掌握定容、定压、定温、绝热、多变过程中状态参数熟练掌握定容、定压、定温、绝热、多变过程中状态参数 p、v、T、u、h、s 的计算，过程量的计算，过程量 Q、 W 的计算，以及上述过程在的计算，以及上述过程在 p-v 、T-s 图上的表示。图上的表示。 42 本章重点本章重点 结合热力学第一定律，计算四个基本热力过程、多变过程中的状态参数和过程参数及在 p-v 、T-s 图上表 示。本章的学习应以多做练习题为主，并一定注意要在求出结果后，在 p-v 、T-s 图上进行检验。 43 自测题自测题 一、是非题一、是非题 课后答案网 w w w .k h d a w .c o m 1气体从绝热容器中做自由膨胀，则气体的温度与压力变化的关系式为 k k P P T T 1 1 2 1 2 = ( ) 2多变过程曲线上取任意两点的参数，所求得的多变指数 n 的值都相同( ) 3多变过程中，轴功与膨胀功之间存在下列关系 Ws=nW( ) 4容积效率的大小只与余隙容积有关。( ) 5多变指数 n 为负值的过程只能是放热过程。( ) 6在 T-s 图上,任意两条可逆绝热过程线不能相交。( ) 7比热可能出现负值（ ） 8要得到较高的压力,不一定要采用多级压缩。( ) 9有余隙的压气机若能实现定温压缩,即使要达到较高的压力也不必采用多级压缩。( ) 10压缩 1kg 气体所需的理论轴功,无论压缩与膨胀过程的多变指数是否相同,都与余隙容积的大小无关。 ( ) 二、选择题二、选择题 1某理想气体，经可逆定压过程对外作功 W，则其内能的变化量和与外界交换的热量分别为。 A 无确定值 B k w u =，wq =； C ， D wu =kwq = ) 1( = w u， ) 1( = w q 2一个橡皮气球在太阳下被照晒，气球在吸热过程中膨胀，气球内的压力正比于气球的容积。则气球内 的气体进行的是。 A 定压过程 B 多变过程 C 定温过程 D 定容过程 3多级（共 Z 级）压气机压力比的分配原则应是（ ） 。 A i = （PZ+1 +P1）/ Z B i = （PZ+1 / P1）1 / Z C i = （PZ+1）/P1 D i = （PZ+1 / P1）/ Z 4系统进行一个不可逆绝热膨胀过程后，欲使系统回复到初态，系统需要进行一个_ 过程 A 可逆绝热压缩 B 不可逆绝热压缩 C 边压缩边吸热 D 边压缩边放热 5理想气体 n 0 w0 u0 B q0 u0 w0 u0 u0。 第第 5 章章 热力学第二定律热力学第二定律 51 本章基本要求本章基本要求 理解热力学第二定律的实质，卡诺循环，卡诺定理，孤立系统熵增原理，深刻理解熵的定义式及其物理意 义。 理解热力学第二定律的实质，卡诺循环，卡诺定理，孤立系统熵增原理，深刻理解熵的定义式及其物理意 义。 熟练应用熵方程，计算任意过程熵的变化，以及作功能力损失的计算，了解熟练应用熵方程，计算任意过程熵的变化，以及作功能力损失的计算，了解火 用火 用、火 无火 无 的概念。的概念。 52 本章重点本章重点: 学习本章应该掌握以下重点内容:, l深入理解热力学第二定律的实质，它的必要性。它揭示的是什么样的规律；它的作用。 2深入理解熵参数。为什么要引入熵。是在什么基础上引出的。怎样引出的。它有什么特点。 课后答案网 w w w .k h d a w .c o m 3系统熵变的构成，熵产的意义，熟练地掌握熵变的计算方法。 4深入理解熵增原理,并掌握其应用。 5深入理解能量的可用性，掌握作功能力损失的计算方法 53 本章难点本章难点 l过程不可逆性的理解，过程不可逆性的含义。不可逆性和过程的方向性与能量可用性的关系。 2状态参数熵与过程不可逆的关系。 3熵增原理的应用。 4不可逆性的分析和火 用 分析. 54 自测题自测题 一、是非题一、是非题 1热力学第二定律可表述成“功可以全部变成热量,但热量不能全部变成功“。( ) 2温度高的热能的品质(或使用价值)优于温度低的热能。( ) 3一桶具有环境温度的河水与一杯沸水,前者的可用能大于后者。( ) 4过程量 Q 和 W 只与过程特性有关。( ) 5过程方程适用于闭口系统和开口系统的可逆过程。( ) 6某热力系统经历一熵增过程，则该系统可经一绝热过程而回复到初态( ) 7系统熵减少的过程，必须是放热过程( ) 8不可逆绝热稳定流动系统中,系统熵的变化 sys s=0 ( ) 9一切实际过程都有熵产。( ) 10孤立系统熵增越大,作功能力损失越多。 （ ） 二、选择题二、选择题 1如果热机从热源取热 100KJ，对外作功 100kJ，则 A）违反第一定律、违反第二定律 B）不违反第一、二定律 C）A 和 B 2闭口系统进行可逆绝热膨胀过程 1-2，则 A.）火 用差膨胀功; B）火 用差膨胀功; C）火 用差=膨胀功; D）不能决定火 用差和膨胀功的大小 3某致冷机在热源 =300K 及冷源T=250K 之间工作，其制冷量为 1000KJ，消耗功为 250kJ,此致冷机 是 1 T 2 。 A）可逆的 B）不可逆的 C)不可能的 D).可逆或不可逆的 4两种性质不同，但状态相同的气体作绝热混合,其熵变为_ A）零 B）负 C）正 D）不确定 5自发过程的特点是 A）系统熵必然减少 B）伴随非自发过程才能进行 C）不可逆 D)可逆 第第 7 章章 水水 蒸蒸 汽汽 71 本章基本要求本章基本要求 课后答案网 w w w .k h d a w .c o m 理解水蒸汽的产生过程，掌握水蒸汽状态参数的计算，学会查水蒸汽图表和正确使用水蒸汽理解水蒸汽的产生过程，掌握水蒸汽状态参数的计算，学会查水蒸汽图表和正确使用水蒸汽 h-s 图。图。 掌握水蒸汽热力过程、功量、热量和状态参数的计算方法。掌握水蒸汽热力过程、功量、热量和状态参数的计算方法。 自学水蒸汽基本热力过程自学水蒸汽基本热力过程(7-4)。 72 本章难点本章难点 1水蒸汽是实际气体，前面章节中适用于理想气体的计算公式，对于水蒸汽不能适用，水蒸汽状态参数 的计算，只能使用水蒸汽图表和水蒸汽 h-s 图。 2理想气体的内能、焓只是温度的函数,而实际气体的内能、焓则和温度及压力都有关。 3查水蒸汽 h-s 图，要注意各热力学状态参数的单位。 75 自测题自测题 一、是非题一、是非题 1在水蒸气的定温过程中，加入的热量等于膨胀功。 （ ） 2水的相图表明，冰点和沸点均随压力的升高而升高。( ) 3对封闭刚性容器中的湿蒸汽加热，总可以使其中的饱和水全部变成饱和蒸汽。( ) 4当压力超过临界压力,温度低于临界温度。则处在液态。( ) OH2 5温度愈高,饱和水蒸汽的熵越大 ( ) 6干饱和蒸汽进行绝热膨胀后，必变为湿饱和蒸汽。( ) 7有 0以下的水蒸汽（ ） 8在一定的压力下， 从 0的水加热到 200的过热蒸汽,其焓变为( ) = 200 0 dtCh p 9过热蒸汽的干度大于 1。( ) 10压力和温度一定，则的状态就确定。( ) OH2 二、选择题二、选择题 1湿蒸汽进行定温膨胀,其内能变化u (A)=0; （B）0 (C) 0 2水蒸汽的汽化潜热随压力升高而 (A)增加; (B)不变; （C）减小; （D）先增后减 3冰的熔解温度随压力升高而 (A)升高 （B）降低 (C)不变; (D)先降后升 4不断对刚性密闭容器中的汽水混合物加热，其结果只能是 (A)全部水变成水蒸汽 (B)部分水变成水蒸汽 (C)部分或全部水变成水蒸汽 （D）不能确定 5在相同温度下,蒸发与沸腾所需要的汽化潜热 (A)沸腾时大于蒸发;（B）沸腾时等于蒸发 (C)沸腾时小于蒸发; (D)不能确定其大小。 6水处在三相点时，其焓与内能的关系是 (A)焓=内能; (B)焓内能; (D)不能确定。 7水在升压发生过程中，则 (A)增大, 增大 （B） 增大, 减小 v v v v (C) 减少, 增大 (D) 减小 v减小 v v v 课后答案网 w w w .k h d a w .c o m 8同一地点，普通锅中的开水与高压锅中的开水 (A)温度相同，压力不同; （B）压力相同,温度不同 (C)压力相同,温度相同; （D）压力不同,温度不同 9发现一热力管道泄漏出蒸汽，则可断定管道中输送的是 (A)蒸汽; （B）高温水(t100);. (C)汽水混合物; （D）上述三者之一 10确定湿蒸汽状态的一组参数是 (A)p、T; (B) , （C）T,X (D)上述三者之一 v v 第第 8 章章 气体和蒸汽的流动气体和蒸汽的流动 81 基本要求基本要求 1深入理解喷管和扩压管流动中的基本关系式和滞止参数的物理意义，熟练运用热力学理论分析亚音速、 超音速和临界流动的特点。 深入理解喷管和扩压