工程热力学期末.doc

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。4一刚性容器，中间用绝热隔板分为两部分，A中存有高压空气，B中保持真空，如图2-12所示。若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能将如何变化？若在隔板上有一小孔，气体泄漏入B中，分析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=Duw隔板 A B图2-12 自由膨胀q=0，Du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Du =0。5 热力学第一定律的能量方程式是否可写成下列形式？为什么？q=Du+pvq2-q1=(u2-u1)+(w2-w1)不可以。w不可能等于pv，w是过程量，pv则是状态参数。q和w都是过程量，所以不会有q2-q1和w2-w1。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DUCV=0、DHCV=0、DSCV=0?控制体的DUCV=0、DHCV=0、DSCV=0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DUCV=0、DHCV=0、DSCV=0。稳定流动开口系内不同部分工质的比热力学能、比焓、比熵等的改变仅仅是依坐标的改变。8为什么工质的热力学能、焓和熵为零的基准可以任选，所有情况下工质的热力学能、焓和熵为零的基准都可以任选？理想气体的热力学能或焓的参照状态通常选定哪个或哪些个状态参数值？对理想气体的熵又如何？我们经常关注的是工质的热力学能、焓和熵的变化量，热力学能、焓和熵的绝对量对变化量没有影响，所以可以任选工质的热力学能、焓和熵为零的基准。所有情况下工质的热力学能、焓和熵为零的基准都可以任选？不那么绝对，但是在工程热力学范围内，可以这么说。工质的热力学能、焓和熵的绝对零点均为绝对零度（0K），但是目前物理学研究成果表明，即使绝对零度，工质的热力学能、焓和熵也不准确为零，在绝对零度，物质仍有零点能，由海森堡测不准关系确定。（热力学第三定律可以表述为，绝对零度可以无限接近，但永远不可能达到。）标准状态（p=101325Pa，T=273.15K）。（p=101325Pa，T=293.15K）、（p=101325Pa，T=298.15K），水的三相点，等等。11理想气体熵变计算式（3-39）、（3-41）、（3-43）等是由可逆过程导出，这些计算式是否可以用于不可逆过程初、终态的熵变？为什么？可以。熵是状态参数，其变化与过程路径无关。3试判断下列各说法是否正确：（1）气体吸热后熵一定增大；（2）气体吸热后温度一定升高；（3）气体吸热后热力学能一定增加；（4）气体膨胀时一定对外作功；（5）气体压缩时一定耗功。（1）正确；（2）不正确；（3）不正确；（4）正确；（5）正确。18有人根据热力学第一定律解析式dq=dhvdp和比热容的定义c=，所以认为是普遍适用于一切工质的。进而推论得出水定压汽化时，温度不变，因此其焓变量=0。这一推论错误在哪里？c=是针对单相工质的，不适用于相变过程。2对于理想气体的任何一种过程，下列两组公式是否都适用？Du=cv(t2t1)，Dh=cp(t2t1)；q=Du=cv(t2t1)，q=Dh=cp(t2t1)第一组都适用，第二组不适用。第二组第一式只适用于定容过程，第二式只适用于定压过程。4过程热量q和过程功w都是过程量，都和过程的途径有关。由理想气体可逆定温过程热量公式q=可知，只要状态参数p1、v1和v2确定了，q的数值也确定了，是否可逆定温过程的热量q与途径无关？“可逆定温过程”已经把途径规定好了，此时谈与途径的关系没有意义。再强调一遍，过程热量q和过程功w都是过程量，都和过程的途径有关。6绝热过程的过程功w和技术功wt的计算式w=u1u2，wt=h1h2是否只适用于理想气体？是否只限于可逆绝热过程？为什么？7题图两式来源于热力学第一定律的第一表达式和第二表达式，唯一条件就是绝热q=0，与是否理想气体无关，且与过程是否可逆也无关，只是必须为绝热过程。7试判断下列各种说法是否正确？(1) 定容过程即无膨胀（或压缩）功的过程；(2) 绝热过程即定熵过程；(3) 多变过程即任意过程。答：(1) 定容过程即无膨胀（或压缩）功的过程； 正确。(2) 绝热过程即定熵过程； 错误，可逆绝热过程是定熵过程，不可逆绝热过程不是定熵过程。(3) 多变过程即任意过程。 错误，右图中的过程就不是多变过程。8参照图4-17，试证明：q1-2-3 q1-4-3。图中12、43各为定容过程，14、23各为定压过程。p 2 3 1 4O v图4-17证明：q1-2-3=q1-2+q2-3，q1-4-3= q1-4+ q4-3q1-2= cv(T2T1)，q2-3= cp(T3T2)= cv(T3T2)+R(T3T2)， q4-3= cv(T3T4)，q1-4= cp(T4T1) = cv(T4T1)+R(T4T1)。 q1-2-3=q1-2+q2-3= cv(T2T1)+ cv(T3T2)+R(T3T2) = cv(T3T1)+R(T3T2)q1-4-3= q1-4+ q4-3= cv(T4T1)+R(T4T1)+cv(T3T4)= cv(T3T1)+R(T4T1)于是 q1-2-3q1-4-3= R(T3T2)R(T4T1)=R(T4T1)(T4T1)= R(1)(T4T1)0所以，q1-2-3 q1-4-3，证毕。p b Tb Tc a cO v图4-18题解p b a cO v图4-189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Duab与Duac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，TbTc，所以DuabDuac。若b点及c点在同一条定温线上，则Duab=Duac。5-1热力学第二定律能否表达为：“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械能。”这种说法有什么不妥当？答：热能不是不可能全部变成机械能，如定温过程就可以。但想要连续地将热能转变为机械能则是不可能的。5-6下列说法是否有错误：（1）循环净功Wnet愈大则循环热效率愈高；（2）不可逆循环热效率一定小于可逆循环热效率；（3）可逆循环热效率都相等，。（1） 错。（2） 错。应当是在同样的高温热源和低温热源之间。否则没有比较基础。（3） 错。应当是在同样的高温热源和低温热源之间。否则没有比较基础。5-5 试证明热力学第二定律的各种说法的等效性：若克劳修斯说法不成立，则开尔文说法也不成立。答：热力学第二定律的各种说法都是等效的，可以证明它们之间的等效性。Q1T1T2T2T1Q2Q2Q1QQ2WW0REE图4-1 图4-2如图41所示，某循环发动机E自高温热源T1吸热Q1，将其中一部分转化为机械能W0，其余部分Q2=Q1W0排向低温热源T2，如果可以违反克劳修斯说法，即热量Q2可以不花代价地自低温热源传到高温热源，如图中虚线所示那样，则总的结果为高温热源失去热能(Q1Q2)，循环发动机产生了相应的机械能W0，而低温热源并无变化，相当于一台从单一热源吸热而作功的循环发动机。所以，违反克劳修斯说法必然违反开尔文说法，类似地，违反开尔文说法也必然违反克劳修斯说法，两种说法完全等价（图4-2）。5-6下列说法是否有错误：（1）循环净功Wnet愈大则循环热效率愈高；（2）不可逆循环热效率一定小于可逆循环热效率；（3）可逆循环热效率都相等，。5-8下述说法是否正确：（1）熵增大的过程必定为吸热过程；（2）熵减小的过程必为放热过程；（3）定熵过程必为可逆绝热过程；（4）熵增大的过程必为不可逆过程；（5）使系统熵增大的过程必为不可逆过程；（6）熵产Sg0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：（1）不可逆过程的熵变DS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DS不可逆DS可逆，DSf，不可逆DSf，可逆，DSg，不可逆DSg，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S2S1;（4）工质经过不可逆循环，。答：（1）错。熵是状态参数，只要能够确定起迄点，就可以确定熵变DS。（2）错。应为DS不可逆=DS可逆、Sf，不可逆Sg，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，S2S1。（4）错。，因为熵是状态参数。p b a c 0 v图5345-10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两点在同一条绝热线上（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，