工程热力学第四版思考题答案沈维道高等教育出版社

1、 力计算公式 P Pb Pe (P Pb )；P Pb Pv(P Pb ) 工程热力学第四版沈维道 思考题 完整版 第 1 章 基本概念及定义 1. 闭口系与外界无物质交换， 系统内质量将保持恒定， 那么，系统内质量保持恒定的热力系一 定是闭口系统吗 ? 答：否。当一个控制质量的质量入流率与质量出流率相等时（如稳态稳流系统），系统内的质 量将保持恒定不变。 2. 有人认为，开口系统中系统与外界有物质交换， 而物质又与能量不可分割， 所以开口系不可 能是绝热系。这种观点对不对，为什么 ? 答：不对。“绝热系”指的是过程中与外界无热量交换的系统。热量是指过程中系统与外界间 以热的方式交换的能量，

2、是过程量， 过程一旦结束就无所谓 “热量”。物质并不 “拥有”热量 一个系统能否绝热与其边界是否对物质流开放无关。 平衡状态与稳定状态有何区别和联系，平衡状态与均匀状态有何区别和联系 ? 答：“平衡状态”与“稳定状态” 的概念均指系统的状态不随时间而变化， 这是它们的共同点； 但平衡状态要求的是在没有外界作用下保持不变；而平衡状态则一般指在外界作用下保持不 变，这是它们的区别所在。 倘使容器中气体的压力没有改变， 试问安装在该容器上的压力表的读数会改变吗？在绝对压 中，当地大气压是否必定是环境大气压 ? 答：可能会的。因为压力表上的读数为表压力，是工质真实压力与环境介质压力之差。环境介 质压力

3、，譬如大气压力，是地面以上空气柱的重量所造成的，它随着各地的纬度、高度和气候 条件不同而有所变化，因此，即使工质的绝对压力不变，表压力和真空度仍有可能变化。 “当地大气压”并非就是环境大气压。准确地说，计算式中的Pb 应是“当地环境介质”的压 力，而不是随便任何其它意义上的“大气压力”，或被视为不变的“环境大气压力”。 温度计测温的基本原理是什么 ? 答：温度计对温度的测量建立在热力学第零定律原理之上。 它利用了 “温度是相互热平衡的系 统所具有的一种同一热力性质”，这一性质就是“温度”的概念。 经验温标的缺点是什么 ?为什么 ? 答：由选定的任意一种测温物质的某种物理性质， 采用任意一种温度

4、标定规则所得到的温标称 为经验温标。 由于经验温标依赖于测温物质的性质， 当选用不同测温物质制作温度计、 采用不 同的物理性质作为温度的标志来测量温度时， 除选定的基准点外， 在其它温度上， 不同的温度 计对同一温度可能会给出不同测定值 （尽管差值可能是微小的） ，因而任何一种经验温标都不 能作为度量温度的标准。这便是经验温标的根本缺点。 word 可编辑 . 促使系统状态变化的原因是什么 ? 举例说明。 答：分两种不同情况： 若系统原本不处于平衡状态，系统内各部分间存在着不平衡势差，则在不平衡势差的作用 下，各个部分发生相互作用，系统的状态将发生变化。例，将一块烧热了的铁扔进一盆水中， 对于

5、水和该铁块构成的系统说来， 由于水和铁块之间存在着温度差别， 起初系统处于热不平衡 的状态。 这种情况下， 无需外界给予系统任何作用， 系统也会因铁块对水放出热量而发生状态 变化：铁块的温度逐渐降低， 水的温度逐渐升高， 最终系统从热不平衡的状态过渡到一种新的 热平衡状态； 若系统原处于平衡状态，则只有在外界的作用下（作功或传热）系统的状态才会发生变。 (a) (b) 图 1-16 思考题 8 附图 P-v 图上表示？ 图 1-16a 、b 所示容器为刚性容器：将容器分成两 部分。一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板。若 突然抽去隔板，气体 （ 系统） 是否作功？ 设真空部分装有许多隔板，

6、每抽去一块隔板让气体先恢 复平衡再抽去一块，问气体 （ 系统） 是否作功？ 上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在 答：；受刚性容器的约束，气体与外界间无任何力的作用，气体（系统）不对外界作功； b 情况下系统也与外界无力的作用，因此系统不对外界作功； a 中所示的情况为气体向真空膨胀 （自由膨胀 ）的过程，是典型的不可逆过程。过程中 气体不可能处于平衡状态，因此该过程不能在 P-v 图上示出； b中的情况与 a有所不同，若隔 板数量足够多， 每当抽去一块隔板时， 气体只作极微小的膨胀， 因而可认为过程中气体始终处 在一种无限接近平衡的状态中， 即气体经历的是一种准静过程， 这种过程可

7、以在 P-v 图上用实 线表示出来。 9.经历一个不可逆过程后， 系统能否恢复原来状态？包括系统和外界的整个系统能否恢复原来 状态？ 答：所谓过程不可逆， 是指一并完成该过程的逆过程后， 系统和它的外界不可能同时恢复到他 们的原来状态，并非简单地指系统不可能回复到原态。同理，系统经历正、逆过程后恢复到了 原态也并不就意味着过程是可逆的； 过程是否可逆， 还得看与之发生过相互作用的所有外界是 否也全都回复到了原来的状态， 没有遗留下任何变化。 原则上说来经历一个不可逆过程后系统 是可能恢复到原来状态的，只是包括系统和外界在内的整个系统则一定不能恢复原来状态。 系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循

8、环后， 系统和外界有什么变化？若上述正向及逆向 循环中有不可逆因素，则系统及外界有什么变化？ 答：系统完成一个循环后接着又完成其逆向循环时， 无论循环可逆与否， 系统的状态都不会有 什么变化。根据可逆的概念，当系统完成可逆过程（包括循环）后接着又完成其逆向过程时， 与之发生相互作用的外界也应一一回复到原来的状态， 不遗留下任何变化； 若循环中存在着不 可逆因素， 系统完成的是不可逆循环时， 虽然系统回复到原来状态， 但在外界一定会遗留下某 种永远无法复原的变化。 工质及气缸、 活塞组成的系统经循环后， 系统输出的功中是否要减去活塞排斥大气功才是有 用功？ 答：不需要。由于活塞也包含在系统内，既

9、然系统完成的是循环过程，从总的结果看来活塞并 未改变其位置，实际上不存在排斥大气的作用 word 可编辑 . 第二章热力学第一定律 1热力学能就是热量吗？ 答：不是。热力学能是工质的状态参数，是工质的性质，是工质内部储存能量，是与状态变化 过程无关的物理量。 热量是工质状态发生变化时通过系统边界传递的热能， 其大小与变化过程 有关，热量不是状态参数。 2若在研究飞机发动机中工质的能量转换规律时把参考坐标建在飞机上，工质的总能中是否 包括外部储存能？在以氢、氧为燃料的电池系统中系统的热力学能是否应包括氢和氧的化学 能？ 答：无论参考坐标建立在何处， 工质的总能中始终包括外部储存能， 只不过参考坐

10、标建立合适， 工质的宏观动能、宏观势能的值等于零，便于计算。 氢氧燃料电池中化学能变化是主要的能量变化，因而不可忽略。 3能否由基本能量方程式得出功、热量和热力学能是相同性质的参数的结论？ q= uw 不能。基本能量方程式仅仅说明且充分说明功、 热量和热力学能都是能量， 都是能量存在 的一种形式， 在能量的数量上它们是有等价关系的。 而不涉及功、热量和热力学能的其他属性， 也表明功、热量和热力学能的其他属性与能量本质无关。 A B 隔板 图 2-12 自由膨胀 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

11、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？ 答：q= uw ， q=0， u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 u =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= u+pv q2-q 1=(u 2-u 1)+(w 2-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 。 6 热力学第一定律解析式有时写成下列两者形式： 2

12、q= uw q = u pdv 1 分别讨论上述两式的适用范围。 前者适用于任意系统、任意工质和任意过程。 后者适用于任意系统、任意工质和可逆过程。 7为什么推动功出现在开口系能量方程中，而不出现在闭口系能量方程式中？ word 可编辑 . 推动功的定义为，工质在流动时，推动它下游工质时所作的功。开口系工质流动，而闭口 系工质不流动，所以推动功出现在开口系能量方程中，而不出现在闭口系能量方程式中。 我个人认为推动功应该定义为由于工质在一定状态下占有一定空间所具有的能量， 它是工 质本身所固有的性质， 是一个状态参数。 推动功既可以出现在开口系能量方程中， 也可以出现 在闭口系能量方程式中（需要

13、把 w拆开， wwt （pv） ）。占位能 8焓是工质流入（或流出）开口系时传递入（或传递出）系统的总能量，那么闭口系工质有 没有焓值？ 比较正规的答案是，作为工质的状态参数，闭口系工质也有焓值，但是由于工质不流动， 所以其焓值没有什么意义。 焓=热力学能 +占位能 9气体流入真空容器，是否需要推动功？ 推动功的定义为，工质在流动时，推动它下游工质时所作的功。下游无工质，故不需要推 动功。利用开口系统的一般能量方程式推导的最终结果也是如此。 10稳定流动能量方程式 （2-21 ）是否可应用于像活塞式压气机这样的机械稳定工况运行的能 量分析？为什么？ 可以。热力系统的选取有很大的自由度。 一般把

14、活塞式压气机取为闭口系统， 是考察其一 个冲程内的热力变化过程。 如果考虑一段时间内活塞式压气机的工作状况和能量转换情况， 就 需要把它当成稳定流动系统处理，包括进排气都认为是连续的。 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 UCV=0、 HCV=0、 SCV=0? 控制体的 UCV=0、 HCV=0、 SCV=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UCV=0、 HCV=0、 SCV=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。 12开口系实施稳定

15、流动过程，是否同时满足下列三式： Q=dU+W Q=dH+WtQ=dH+m d cf2 +mgdz+ Wi 2 上述三式中， W、Wt和 Wi 的相互关系是什么？ 答：都满足。 W=d（pV）+ Wt= d（pV）+ md c2f +mgdz+Wi 2f Wt= md c2f +mgdz+Wi 13. 几股流体汇合成一股流体称为合流，如图 2-13 所示。 工程上几台压气机同时向主气道送气以及混合式换热器等 都有合流的问题。通常合流过程都是绝热的。取 1-1 、2-2 和 3-3 截面之间的空间为控制体积，列出能量方程式并导 出出口截面上焓值 h3 的计算式。 word 可编辑 . 答：进入系

16、统的能量离开系统的能量 =系统贮存能量的变化 系统贮存能量的变化：不变。 进入系统的能量： qm1带入的和 qm2带入的。没有热量输入。 22 qm1( h1+cf1 /2+gz 1)+ q m2( h2+cf2 /2+gz 2) 离开系统的能量： qm3带出的，没有机械能（轴功）输出 2 qm3 （h3+cf3 /2+gz 3） 如果合流前后流速变化不太大，且势能变化一般可以忽略，则能量方程为： qm1 h1+qm2 h2=qm3 h3 出口截面上焓值 h3 的计算式 h3=(qm1 h1+qm2h2)/ q m3 本题中， 如果流体反向流动就是分流问题， 分流与合流问题的能量方程式是一样的

17、， 一般习惯 前后反过来写。 qm1 h1 =qm2h2+qm3 h3 第三章气体和蒸汽的性质 1怎样正确看待“理想气体”这个概念？在进行实际计算时如何决定是否可采用理想气体的 一些公式？ 第一个问题很含混，关于“理想气体”可以说很多。可以说理想气体的定义：理想气体， 是一种假想的实际上不存在的气体， 其分子是一些弹性的、 不占体积的质点， 分子间无相互作 用力。也可以说，理想气体是实际气体的压力趋近于零时极限状况。还可以讨论什么情况下， 把气体按照理想气体处理， 这已经是后一个问题了。 后一个问题，当气体距离液态比较远时 （此 时分子间的距离相对于分子的大小非常大） ，气体的性质与理想气体相

18、去不远， 可以当作理想 气体。理想气体是实际气体在低压高温时的抽象。 2气体的摩尔体积 Vm是否因气体的种类而异？是否因所处状态不同而异？任何气体在任意状 word 可编辑 . 态下摩尔体积是否都是 0.022414m3/mol ？ 气体的摩尔体积 Vm不因气体的种类而异。所处状态发生变化，气体的摩尔体积也随之发 生变化。任何气体在标准状态（ p=101325Pa，T=273.15K）下摩尔体积是 0.022414m3/mol 。在 其它状态下，摩尔体积将发生变化。 3摩尔气体常数 R 值是否随气体的种类而不同或状态不同而异？ 摩尔气体常数 R 是基本物理常数，它与气体的种类、状态等均无关。

19、4如果某种工质的状态方程式为 pv=RgT，这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的 函数吗？ 是的。 5对于确定的一种理想气体， cpcv是否等于定值？ cp/c v是否为定值？ cpcv、cp/cv是否随温 度变化？ cpcv=Rg，等于定值，不随温度变化。 cp/c v不是定值，将随温度发生变化。 6迈耶公式 cpcv=Rg 是否适用于动力工程中应用的高压水蒸气？是否适用于地球大气中的水 蒸气？ 不适用于前者，一定条件下近似地适用于后者。 7气体有两个独立的参数， u（或 h）可以表示为 p 和 v 的函数，即 u=f（p, v） 。但又曾得出 结论，理想气体的热力学能（或焓）只取决

20、于温度，这两点是否矛盾？为什么？ 不矛盾。 pv=RgT。热力学能（或焓）与温度已经相当于一个状态参数，他们都可以表示为 独立参数 p和 v 的函数。 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

21、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。 9气体热力性质表中的 u、h及 s0的基准是什么状态？ 标准状态 10在图 3-15 所示的 Ts 图上任意可逆过程 12 的热量如何表示？理想气体 1 和 2

22、状态间 热力学能变化量、焓变化量能否在图上用面积表示？若12 经过的是不可逆过程又如何？ 曲线 1-2 下的曲边梯形面积就是任意可逆过程 1 2 的热量。 dQ=TdS沿过程的积分。 Q= U+W，所以 U=QW。不可逆过程传热量不能用曲边梯形面积表达，但是热力学能和焓还可 word 可编辑 . 以用原方式表达，因为热力学能和焓都是状态参数，其变化与过程路径无关 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。 12熵的数学定义式为 ds=dq/T ，又

23、 dq=cdT，故 ds=（cdT）/T 。因理想气体的比热容是温度的 单值函数，所以理想气体的熵也是温度的单值函数， 这一结论是否正确？若不正确， 错在何处？ 不正确。错在 c 不是状态参数，与过程有关。是温度单值函数的是定过程比热。 13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。 14氮、氧、氨这样的工质是否和水一样也有饱和状态的概念，也存在临界状态？ 是的。几乎所有的纯物质

24、（非混合物）都有饱和状态的概念，也存在临界状态。此外的物 质性质更为复杂。 15水的三相点的状态参数是不是唯一确定的？三相点与临界点有什么差异？ 水的三相点的状态参数是唯一确定的， 这一点由吉布斯相律确认： 对于多元（如 k 个组元） 多相（如 f 个相）无化学反应的热力系，其独立参数，即自由度 n =kf + 2。三相点： k =1， f = 3 ，故 n = 0 。 三相点是三相共存点，在该点发生的相变都具有相变潜热。临界点两相归一，差别消失， 相变是连续相变， 没有相变潜热。 三相点各相保持各自的物性参数没有巨大的变化， 临界点的 物性参数会产生巨大的峰值变化。 三相点和临界点是蒸汽压曲

25、线的两个端点。 三相点容易实现， 临界点不容易实现。 16水的汽化潜热是否是常数？有什么变化规律？ 水的汽化潜热不是常数， 三相点汽化潜热最大， 随着温度和压力的提高汽化潜热逐渐缩小， 临界点处汽化潜热等于零。 word 可编辑 . 17水在定压汽化过程中，温度保持不变，因此，根据 q= u+w，有人认为过程中的热量等于 膨胀功，即 q=w，对不对？为什么？ 不对。 u=cv T 是对单相理想气体而言的。水既不是理想气体，汽化又不是单相变化，所 以 q=w 的结论是错的。 18有人根据热力学第一定律解析式 q=dhvdp和比热容的定义 c= q ，所以认为 hp cpTT2 T dT p p

26、T1 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 hp cp T2 T =0。这一推论错误在哪里？ c= dqT是针对单相工质的，不适用于相变过程。 第四章气体和蒸汽的基本热力过程 1试以理想气体的定温过程为例，归纳气体的热力过程要解决的问题及使用方法。 要解决的问题： 揭示过程中状态参数的变化规律，揭示热能与机械能之间的转换情况， 找出其内在规律及影响转化的因素。 在一定工质热力性质的基本条件下， 研究外界条件对能量 转换的影响，从而加以利用。 使用的方法： 分析典型的过程。分析理想气体的定值的可逆过程，即过程进行时限定某 一参数不发生变化。 分析步骤 1) 建

27、立过程方程式； 2) 找出(基本)状态参数的变化规律，确定不同状态下参数之间的关系； 3) 求出能量参数的变化(过程功、技术功、热力学能、焓、熵、传热量等等)； 4) 画出过程变化曲线(在 T-s 图、p-v 图上)。 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？ u=cv(t2t1)， h=cp(t2t1)；q= u=cv(t2t 1)，q= h=cp( t 2t1) 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。 3在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。定温 过程气体的温度不变，在定温膨胀过程中是否需

28、要对气体加入热量？如果加入的话应如何计 算？ 需要加入热量。 q= u+w, 对于理想气体， q=w= RT1 ln v2 或 q= h+wt, 对于理想气体， q v1 v2 =wt = RT1 ln 2 。 v1 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 word 可编辑 . 公式 q= p1v1 ln v2 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 v1 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，

29、都和过程的途径有关。 5闭口系在定容过程中外界对系统施以搅拌功w，问这时 Q=mcvdT 是否成立？ 不成立。搅拌功 w 以机械能形式通过系统边界，在工质内部通过流体内摩擦转变为热， 从而导致温度和热力学能升高。 Q是通过边界传递的热能，不包括机械能。 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？ 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

30、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， 过程。 证明： q1-2-3 =q1-2 +q2-3 ， q1-4-3 = q 1-4+ q 4-3 q1-2= c v(T2 T1) ， q2-3= c p(T3T2)= c v(T3T2)+R(T3T2) ，

31、q4-3= c v(T3 T4) ， q1-4= c p(T4T1) = c v(T4T1)+R(T4T1) 。 q1-2-3 =q1-2+q2-3 = c v( T2T1)+ c v( T3T2)+ R( T3T2) =c v(T3 T1)+ R( T3 T2) q1-4-3 = q 1-4+ q 4-3= c v( T4 T1)+ R( T4T1)+ cv( T3 T4) = c v(T3T1)+R(T4T1) 于是 q1-2-3 q1-4-3 = R( T3T2) R( T4 T1) 1 4、2 3 各为定压 v =R( T4 p2 T1 p2 ) ( T4T1)= R( p2 1)(

32、T4T1)0 p1p1p1 所以， q1-2-3 q 1-4-3 ， 证毕。 word 可编辑 . 9如图 4-18 所示，今有两个任意过程 ab 及 a c，b 点及 c 点在同一条绝热线上， （1） 试 问 uab与 uac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 uab uac。若 b 点及 c 点在同一条定温线上，则 uab= uac。 10理想气体定温过程的膨胀功等于技术功能否推广到任意气体？ 从热力学第一定律的第一表达式和第二表达式来看，膨胀功和技术功分别等于w=q u 和 wt =q h ，非理想气体的 u 和 h 不一定等于零，

33、也不可能相等，所以理想气体定温过程的 膨胀功等于技术功不能推广到任意气体。 11下列三式的使用条件是什么？ k 1 k 1 k k k-1 k-1 k k p2v2 =p1v1 ， T1v1 =T2v2 ，T1 p1 k =T2 p2 k 使用条件是：理想气体，可逆绝热过程 12Ts 图上如何表示绝热过程的技术功 wt 和膨胀功 w？ 13. 在 pv 和 T s 图上如何判断过程 q、w、 u、 h 的正负。 通过过程的起点划等容线（定容线），过程指向定容线右侧，系统对外作功，w0；过程 指向定容线左侧，系统接收外功， w0； 过程指向定压线上侧，系统接收外来技术功， wt 0。 通过过程的

34、起点划等温线（定温线），过程指向定温线下侧，u0、 h0、 h0。 通过过程的起点划等熵线（定熵线），过程指向定熵线右侧，系统吸收热量，q0；过程 指向定熵线左侧，系统释放热量， q0 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

35、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。” word 可编辑 . 6）对 5-9 下述说法是否有错误：（ 1）不可逆过程的熵变 S 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 S 不可逆 S可逆， Sf ，不可逆 Sf ，可逆， Sg，不可逆 Sg， 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 ds 0， q 0 。 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S 2）错。应为 S不可逆= S可逆、Sf

36、 ，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。 ds 0 ，因为熵是状态参数。 c 两点 图上表 5-10 从点 a 开始有两个可逆过程： 定容过程 ab 和定压过程 a c，b、 0 v 在同一条绝热线上（见图 534），问 qab和 qac哪个大？并在 Ts图 534 示过程 a b 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

37、外作功量，过程 a-b 吸热，过程 c-a 放热，根据热力学第 一定律，必然有 qa-b qc-a ，才能对外输出净功。 也就是，qa-bqa-c。 图中， qa-b 为 absbsaa 围成的面积， qa-c 为 acsbsaa 围成的面积。 5-11 某种理想气体由同一初态经可逆绝热压缩和不可逆绝热压缩 两种过程，将气体压缩到相同的终压，在 p v 图上和 Ts 图上画 出两过程，并在 Ts 图上示出两过程的技术功及不可逆过程的 火用 损失。 5-12 孤立系统中进行了（ 1）可逆过程；（ 2）不可逆过程，问孤立系统的总能、总熵、总 火用 各如何变化？ 答：（ 1）孤立系统中进行了可逆过程

38、后，总能、总熵、总 火用都不变。 word 可编辑 . 2）孤立系统中进行了不可逆过程后，总能不变，总熵、总 火用都发生变化 5-13 例 512 中氮气由 0.45MPa、310K可逆定温膨胀变化到 0.11MPa、310K，w12，max=w=129.71 kJ/kg ，但根据最大有用功的概念，膨胀功减去排斥大气功（无用功）才等于有用功，这里是 否有矛盾？ 答：没有矛盾。 5-14 下列命题是否正确？若正确，说明理由；若错误，请改正。 （1）成熟的苹果从树枝上掉下，通过与大气、地面的摩擦、碰撞，苹果的势能转变为环 境介质的热力学能， 势能全部是 火用，全部转变为 火无。 （2）在水壶中烧水

39、，必有热量散发到环境大气中，这就是 火无，而使水升温的那部分称之 为火用。 （3）一杯热水含有一定的热量 火用，冷却到环境温度，这时的热量就已没有 火用值。 （4）系统的 火用只能减少不能增加。 （5）任一使系统 火用增加的过程必然同时发生一个或多个使 火用减少的过程。 5-15 闭口系统绝热过程中，系统由初态 1 变化到终态 2，则 w=u1u2。考虑排斥大气作功，有 用功为 wu= u1u2p0（v 1 v2） ，但据 火用的概念系统由初态 1 变化到终态 2 可以得到的最大有用 功即为热力学能 火用差： wu,max=ex,U1exU2= u1u2T0（s 1s2）p0（v 1v2）。为

40、什么系统由初态 1 可逆变化到终态 2 得到的最大有用功反而小于系统由初态 1不可逆变化到终态 2 得到的有用功 小？两者为什么不一致？ 第六章实际气体的性质及热力学一般关系式 1. 实际气体性质与理想气体性质差异产生的原因是什么？在什么条件下才可以把实际气体 作理想气体处理？ 答：差异产生的原因就是理想气体忽略了分子体积与分子间作用力。当p0 时，实际气 体成为理想气体。 实际情况是当实际气体距离其液态较远时， 分子体积与分子间作用力的影响 很小，可以把实际气体当作理想气体处理。 2. 压缩因子 Z 的物理意义怎么理解？能否将 Z 当作常数处理？ 答：由于分子体积和分子间作用力的影响， 实际

41、气体的体积与同样状态下的理想气体相比， 发生了变化。变化的比例就是压缩因子。 Z 不能当作常数处理。 3. 范德瓦尔方程的精度不高，但是在实际气体状态方程的研究中范德瓦尔方程的地位却很 高，为什么？ 答：范德瓦尔方程是第一个实际气体状态方程，在各种实际气体状态方程中它的形式最简 单；它较好地定性地描述了实际气体的基本特征； 其它半理论半经验的状态方程都是沿范德瓦 尔方程前进的。 4. 范德瓦尔方程中的物性常数 a 和 b 可以由实验数据拟合得到，也可以由物质的 Tcr 、pcr 、vcr 计算得到，需要较高的精度时应采用哪种方法，为什么？ 答：实验数据来自于实际，而范德瓦尔临界压缩因子与实际的

42、压缩因子误差较大，所以由 试验数据拟合得到的接近于实际。 word 可编辑 . 5. 如何看待维里方程？一定条件下维里系数可以通过理论计算，为什么维里方程没有得到广 泛应用？ 答：维里方程具有坚实的理论基础，各个维里系数具有明确的物理意义，并且原则上都可 以通过理论计算。 但是第四维里系数以上的高级维里系数很难计算， 三项以内的维里方程已在 BWR方程、MH方程中得到了应用， 故在计算工质热物理性质时没有必要再使用维里方程， 而是 在研究实际气体状态方程时有所应用。 6. 什么叫对应态定律？为什么要引入对应态定律？什么是对比参数？ 答：在相同的对比态压力和对比态温度下，不同气体的对比态比体积必

43、定相同。引入对应 态原理，可以使我们在缺乏详细资料的情况下， 能借助某一资料充分的参考流体的热力性质来 估算其它流体的性质。 某气体状态参数与其临界参数的比值称为热力对比参数。 (对比参数是 一种无量纲参数) 7. 物质除了临界状态、 pv 图上通过临界点的等温线在临界点的一阶导数等于零、 两阶导数 等于零等性质以外，还有哪些共性？如何在确定实际气体的状态方程时应用这些共性？ 答： 8. 自由能和自由焓的物理意义是什么？两者的变化量在什么条件下会相等？ 答：H=G + TS，U=F + TS。 dg =dhd(Ts) =dhTdssdT，简单可压缩系统在可逆等温等压条件下，处于平衡状态： dg

44、 =Tds，ds=0 dg=0。若此时系统内部发生不可逆变化 (外部条件不变) ，则 ds0， dg0。 例如系统内部发生化学反应，化学能转化为内热能(都是热力学能)，必要条件是dg0，否 则过程不能发生。 类似地，简单可压缩系统在等温等容条件下，内部发生变化的必要条件是：dfxB，能否断定质量分数也是 A B？ xi Mi 质量分数还与各组分的摩尔质量有关。 eq 5. 可以近似认为空气是 1 mol氧气和3.76 mol氮气混合构成(即 xO2=0.21、xN2=0.79)，所以 0.1 MPa、20C的4.76 mol空气的熵应是 0.1 MPa、20C的1 mol氧气的熵和0.1 MP

45、a、20C的3.76 mol氮气熵的和，对吗？为什么？ 答：不对。计算各组分熵值时，应该使用分压力，即 si f (T,pi ) 。 6. 为什么混合气体的比热容以及热力学能、 焓和熵可由各组成气体的性质及其在混合气体中的 混合比例来决定？混合气体的温度和压力能不能由同样方法确定？ 答：根据比热容的定义，混合气体的比热容是 1kg混合气体温度升高 1C所需热量。理想气体 混合物的分子满足理想气体的两点假设，各组成气体分子的运动不因存在其他气体而受影响。 混合气体的热力学能、 焓和熵都是广延参数， 具有可加性。 所以混合气体的比热容以及热力学 能、焓和熵可由各组成气体的性质及其在混合气体中的混合

46、比例来决定。 混合气体的温度和压力是强度参数，不能由同样方法确定。 7. 为何阴雨天晒衣服不易干，而晴天则容易干？ 答：阴雨天空气的湿度大，吸取水蒸气的能力差，所以晒衣服不易干。晴天则恰恰相反，所以 容易干。 8. 为何冬季人在室外呼出的气是白色雾状 ?冬季室内有供暖装置时，为什么会感到空气干燥？ 用火炉取暖时，经常在火炉上放壶水，目的何在 ? 答：人呼出的气体是未饱和湿空气。 当进入外界环境时， 外界环境的温度很低使得呼出的气体 得到冷却。在冷却过程中，湿空气保持含湿量不变，温度降低。当低于露点温度时就有水蒸气 不断凝结析出，这就形成了白色雾状气体。 冬季室内有供暖装置时，温度较高，使空气含

47、湿量减小。因此会觉得干燥。放一壶水的目 的就是使水加热变成水蒸气散发到空气中增加空气的含湿量。 9. 绝对湿度是 1 m3的湿空气中所含水蒸气的质量，它非常直接地指出了湿空气中水蒸气的量， 能不能用绝对湿度衡量湿空气的吸湿能力？ 答：绝对湿度并不能完全说明湿空气的潮湿程度和吸湿能力。 因为同样的绝对湿度， 若空气温 度不同， 湿空气吸湿能力也不同。 所以绝对湿度不能完全说明湿空气的吸湿能力， 由此而引入 了相对湿度的概念。 10. 何谓湿空气的露点温度 ?解释降雾、结露、结霜现象，并说明它们发生的条件 word 可编辑 .答：露点：湿空气中水蒸气的分压力所对应的饱和温度称为湿空气的露点温度，或

48、简称露点。 a）雾是近地面空气中的水蒸气发生的凝结现象。白天温度比较高，空气中可容纳较多的水汽。 但是到了夜间，地面温度较低，空气把自身的热量传给地面，空气温度下降，这时湿空气随温 度降低呈现出过饱和状态， 就会发生凝结， 当足够多的水分子与空气中微小的灰尘颗粒结合在 一起，同时水分子本身也会相互粘结，就变成小水滴或冰晶，这就形成了雾。雾的形成基本条 件，一是近地面空气中的水蒸气含量充沛， 二是地面气温低。 三是在凝结时必须有一个凝聚核， 如尘埃等。 b）露是水蒸气遇到冷的物体凝结成的水珠。 露的形成有两个基本条件： 一是水汽条件好， 二是 温度比较低的物体（低，指与露点温度比较）。温度逐渐降

49、低且保持含湿量不变。当温度低于 露点温度时就有水珠析出，这就形成露。 c）霜是近地面空气中的水蒸气在物体上的凝华现象。 霜的形成有两个基本条件， 一是空气中含 有较多的水蒸气， 二是有冷 （OC以下 ）的物体。湿空气与温度较低物体接触达到水汽过饱和的 时候多余的水汽就会析出。如果温度在 0 C以下，则多余的水汽就在物体表面上凝华为冰晶， 形成霜。 11. 何谓湿空气的含湿量？相对湿度愈大含湿量愈高，这样说对吗？ 答：含湿量 d：1 千克干空气所带有的的水蒸气的质量。相对湿度是湿空气中实际包含的水蒸 气量与同温度下最多能包含的水蒸气量的百分比。 相对湿度是一个比值， 不能简单的地说相对 湿度愈大

50、含湿量愈高，他与同温度下最多能包含的水蒸气量是相关的。 12. 刚性容器内湿空气温度保持不变而充入干空气， 答： 减小， d 减小， pv 减小。 问容器内湿空气的 、 d、 pv 如何变化？ 13. 若封闭汽缸内的湿空气定压升温，问湿空气的 、d、h如何变化？ 答： 减小， d 不变， h 变大。 14. 湿空气节流后， pv、 、d、h如何变化？ 答：pv 增大， 增大，d 增大，h 不变。 15. 有人说热水流经冷却塔后，温度可以降到低于冷却塔的进气温度（即环境大气温度）对不 对？为什么？ 答：对。热水的冷却实质是蒸发散热，接触传热和辐射传热三个过程的共同作用。在某些条件 下，热水的冷却

51、主要靠蒸发散热， 所以热水流经冷却塔后， 温度可以降到低于冷却塔的进气温 度（即环境大气温度）。 16. 某项工程中需使用高纯度的氮气，为防止因杂质水蒸气冻结而堵塞管道，要求该气体在 0.1MPa条件下的露点不高于 -40 C。测试过程在 0.2MPa下进行，测得露点为 -50 C，请问这批 气体是否合格？为什么？ 答：合格。在0.2MPa下的露点为 -50 C，由湿空气中水蒸气状态的 p-v图和T-s图知，在0.1MPa 下的露点小于 0.2MPa下的露点-50 C，显然不高于 -40 C，所以合格。 word 可编辑 . 17. 我国大部分地区水资源不足，严重制约我国经济发展和人民生活提高

52、。冷却塔是利用蒸发 冷却原理， 使热水降温以获得工业用循环冷却水的节水装置。 所以我国缺水地区， 甚至像地处 江南水乡的上海地区也在火力发电厂建设冷却塔达到节水和降低热污染的目的。 为了进一步节 水有些地方利用强电场让已蒸发到空气中的水蒸气凝结，回收，你对此有什么看法？ 答：从火力发电厂冷却塔蒸发出来的水雾是由无数微小水粒构成。 当这些微小水粒子经过高压 电场时被荷电并成为带电水粒子。在电场的作用下 , 荷电微水粒子向异性电极移动并最终到达 异性电极 , 当到达电极的荷电微水粒子到一定浓度时 , 形成水薄膜直至开始流动 , 这样可以用 容器或管道回收这些在电极上的水。电极可以设在冷却塔内部和

53、/ 或冷却塔的外部。这种方法 能够很好地节约发电厂因蒸发而造成的水耗。 第十三章 化学热力学基础 1. 在无化学反应的热力变化过程中， 如果有两个独立的状态参数各保持不变， 则过程就不可能 进行。在进行化学反应的物系中是否受此限制？ 答：否。对于发生化学反应的物系，参与反应的物质的成分或浓度也可变化，故确定其平衡状 态往往需要两个以上的独立参数。 2. 化学反应实际上都有正向反应与逆向反应在同时进行， 化学反应是否都是可逆反应？怎样的 反应才是可逆反应？ 答：一切含有化学反应的实际过程都是不可逆的。 并不是能够逆向进行就是可逆过程。 如果在 完成某含有化学反应的过程后， 当使过程沿相反方向进行

54、时， 能够使物系和外界完全恢复到原 来状态，不留下任何变化，这样的理想过程是可逆过程。 3. 反应热和反应热效应的关系是什么？它们是否是性质相同的量？ 答：反应热是指化学反应中物系与外界交换的热量。 若反应在定温定容或定温定压下不可逆地 进行，且没有作出有用功(这时反应的不可逆程度最大)，则这时的反应热称为反应热效应。 否。反应热是过程量， 与反应过程有关， 而热效应是专指定温反应过程中不作有用功时的 反应热，是状态量。 4. 反应焓、燃烧焓、生成焓、标准生成焓、标准燃烧焓相互间是什么关系？它们与热效应有何 联系？ 答：定温定压反应的热效应等于反应前后物系的焓差( Qp H 2 H 1 )，这个焓差叫做“反应 word 可编辑 . 焓”。燃料的燃烧反应是不作有用功的反应， 1mol燃料完全燃烧时的定压热效应常称为“燃烧 热”其绝对值称为热值。由一些单质（或元素）化合成 1mol化合物时的热效应称为该化合物的 “生成热”，定温定压的热效应等于焓差，故定温定压