热工基础思考题答案第1-6章.doc

WORD格式思考题第一章1. 平衡状态与稳定状态有何区别？热力学中为什幺要引入平衡态的概念？答：平衡状态是在不受外界影响的条件下，系统的状态参数不随时间而变化的状态。而稳定状态则是不论有无外界影响，系统的状态参数不随时间而变化的状态。可见平衡必稳定，而稳定未必平衡。热力学中引入平衡态的概念，是为了能对系统的宏观性质用状态参数来进行描述。2. 表压力或真空度能否作为状态参数进行热力计算？若工质的压力不变，问测量其压力的压力表或真空计的读数是否可能变化？答：不能，因为表压力或真空度只是一个相对压力。若工质的压力不变，测量其压力的压力表或真空计的读数可能变化，因为测量所处的环境压力可能发生变化。3当真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈大还是愈小？答：真空表指示数值愈大时，表明被测对象的实际压力愈小。4. 准平衡过程与可逆过程有何区别？答：无耗散的准平衡过程才是可逆过程，所以可逆过程一定是准平衡过程，而准平衡过程不一定是可逆过程。5. 不可逆过程是无法回复到初态的过程，这种说法是否正确？答：不正确。不可逆过程是指不论用任何曲折复杂的方法都不能在外界不遗留任何变化的情况下使系统回复到初态，并不是不能回复到初态。6. 没有盛满水的热水瓶，其瓶塞有时被自动顶开，有时被自动吸紧，这是什幺原因？答：水温较高时，水对热水瓶中的空气进行加热，空气压力升高，大于环境压力，瓶塞被自动顶开。而水温较低时，热水瓶中的空气受冷，压力降低，小于环境压力，瓶塞被自动吸紧。7. 用U形管压力表测定工质的压力时，压力表液柱直径的大小对读数有无影响？答：严格说来，是有影响的，因为U型管越粗，就有越多的被测工质进入U型管中，这部分工质越多，它对读数的准确性影响越大。第二章专业资料整理绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满整个容器。问：空气的热力学能如何变化？空气是否作出了功？能否在坐标图上表示此过程？为什么？答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。（2）空气对外不做功。（3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。3. 下列说法是否正确？气体膨胀时一定对外作功。错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。气体被压缩时一定消耗外功。对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。气体膨胀时必须对其加热。错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。气体边膨胀边放热是可能的。对，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边膨胀边放热。气体边被压缩边吸入热量是不可能的。错，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边压缩边吸热。对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。错，比如多变过程，当n大于1，小于k时，可实现对工质加热，其温度反而降低。8. “任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？答：不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面张力功等等，如果只考虑体积功的话，那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。9. 试比较图2-6所示的过程1-2与过程1-a-2中下列各量的大小：W12与W1a2；(2)U12与U1a2；(3)Q12与Q1a2答：（1）W1a2大。(2)一样大。图2-6思考题4附图（3）Q1a2大。4. 说明下列各式的应用条件：quw闭口系的一切过程qupdv闭口系统的准静态过程qu(p2v2p1v1)开口系统的稳定流动过程，并且轴功为零qup(v2v1)开口系统的稳定定压流动过程，并且轴功为零；或者闭口系统的定压过程。5. 膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系？流动功的大小与过程特性有无关系？答：膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备（开口系统）时，热力设备与外界交换的机械功，由于这个机械工通常是通过转动的轴输入、输出，所以工程上习惯成为轴功；而技术功不仅包括轴功，还包括工质在流动过程中机械能（宏观动能和势能）的变化；流动功又称为推进功，1kg工质的流动功等于其压力和比容的乘积，它是工质在流动中向前方传递的功，只有在工质的流动过程中才出现。对于有工质组成的简单可压缩系统，工质在稳定流动过程中所作的膨胀功包括三部分，一部分消耗于维持工质进出开口系统时的流动功的代数和，一部分用于增加工质的宏观动能和势能，最后一部分是作为热力设备的轴功。对于稳定流动，工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。如果工质进、出热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽略不计，则技术功等于轴功。第三章10. 理想气体的cp和cv之差及cp和cv之比是否在任何温度下都等于一个常数？答：理想气体的cp和cv之差在任何温度下都等于一个常数，而cp和cv之比不是。11. 如果比热容是温度t的单调增函数，当t2t1时，平均比热容tc|1、0tc|2、0tc|2中哪一t1个最大？哪一个最小？答：由tc|1、0tc|2、0tc|的定义可知2t1ct1cdtt1c(t00t1)，其中0t1ct2cdtt2c(t00t2)，其中0t2ct2t1t2t1t2cdtt1c(t)，其中t1t2因为比热容是温度t的单调增函数，所以可知tc|2t1tc|，又因为10ctt21ctct2tt1t0tttt22221220t(cctcct1cctt0t)()02110110tt21tc|最大，故可知2t1又因为：ct20ct10t1t20cdtttt122t10cdt(t1t2)t10cdttt12t1t2t1cdt(t1t2)tc1t10(t2tt12t)tc11t2t1(tt)t(c211tt12t2t1ct10)0所以tc|最小。106. 如果某种工质的状态方程式遵循pvRgT，这种物质的比热容一定是常数吗？这种物质的比热容仅是温度的函数吗？答：不一定，比如理想气体遵循此方程，但是比热容不是常数，是温度的单值函数。这种物质的比热容不一定仅是温度的函数。由比热容的定义，并考虑到工质的物态方程可得到：cddqTd(udTw)dduTdwdTdduTpddvTdduTRg由此可以看出，如果工质的内能不仅仅是温度的函数时，则此工质的比热容也就不仅仅是温度的函数了。12. 在uv图上画出定比热容理想气体的可逆定容加热过程、可逆定压加热过程、可逆定温加热过程和可逆绝热膨胀过程。12u34v答：图中曲线1为可逆定容加热过程；2为可逆定压加热过程；3为可逆定温加热过程；4为可逆绝热膨胀过程。因为可逆定容加热过程容积v不变，过程中系统内能增加，所以为曲线1，从下向上。可逆定压加热过程有：duTcPvPdvPcPR1dvcdv1ucv1c2c和1c为常数，且考虑到2v0时，u0，所以c20ucv1所以此过程为过原点的射线2，且向上。理想气体的可逆定温加热过程有：uqw0qw0气体对外做功，体积增加，所以为曲线3，从左到右。可逆绝热膨胀过程有：dupdvc1c11dvukkvk1v1c2c、1c为常数2所以为图中的双曲线4，且方向朝右（膨胀过程）。7. 将满足空气下列要求的多变过程表示在pv图Ts图上空气升压，升温，又放热；空气膨胀，升温，又放热；(此过程不可能)n1.6的膨胀过程，并判断q、w、u的正负；n1.3的压缩过程，判断q、w、u的正负。答：pTn=0n=0An=1n=1A1nk1nkn=n=kn=n=kvs（1）空气升温、升压、又放热有：qcVRn1T2T10,且T2T1所以：cVRn11nk此多变过程如图所示，在pv图上，此过程为沿着几条曲线的交点A向上，即沿压力和温度增加的方向；在T-s图上此过程为沿着几条曲线的交点A向上。pTn=0n=0An=1n=1A1nk1n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27. 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。28. 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，水蒸气分压力大。29. 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1d0.662，在相同相对湿度的情况下，温度高，Ps大，所以，温度P1Ps高含湿量大。30. 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。第六章15. 试画出简单蒸汽动力装置的系统图、简单蒸汽动力循环的p-v图与T-s图。16. 既然利用抽气回热可以提高蒸汽动力装置循环的热效率，能否将全部蒸汽抽出来用于回热？为什么回热能提高热效率？答：采用回热措施，虽然对每kg蒸汽来说做功量减少，但抽汽在凝结时所放出的潜热却全部得到的利用，进入锅炉给水温度提高了，使每kg工质在锅炉中吸收的热量大为减少，因此，提高了循环效率。但抽汽量不是越多越好，是根据质量守恒和能量守恒的原则确定的。31. 蒸汽动力装置循环热效率不高的原因是冷凝器放热损失太大，如取消冷凝器而用压缩机将乏气直接升压送回锅炉是否可以？答：乏气如果是水汽混合的，则不能进行压缩。如果全部是气体进行压缩，则体积流量太大，需要采用大尺寸的机器设备，是不利的。32. 卡诺循环优于相同温度范围的其它循环，为什么蒸汽动力循环不采用卡诺循环？答：与郎肯循环相同温限的卡诺循环，吸热过程将在气态下进行，事实证明气态物质实现定温过程是十分困难的，所以过热蒸汽卡诺循环至今没有被采用。那么，能否利用饱和区（气液两相区）定温定压的特性形成饱和区的卡诺循环，从原理上看是可能的，但是实施起来，有两个关键问题，一是，汽轮机出口位于饱和区干度不高处，湿度太大使得高速运转的汽轮机不能安全运行，同时不可逆损失增大，其二，这样的卡诺循环，压缩过程将在湿蒸汽区进行，气液混和工质的压缩会给泵的设计和制造带来难以克服的困难，因此迄今蒸汽动力循环未采用卡诺循环。33. 如果柴油机在使用过程中，喷油嘴保养不好，致使燃油雾化不良，燃烧延迟，问此时柴油机的经济性如何？答：燃烧延迟，没有充分膨胀便开始排气，这将使热效率显著降低，且排气冒黑烟，这是很不好的。34. 今有两个内燃机的混合加热循环，它们的压缩比、初态、总的加热量相同，但两者的定容升压比不同，（1）请在p-v图与T-s图上表示出这两个