工程热力学课后思考题案样本.doc

工程热力学课后思考题案第四版 沈维道 童钧耕 主编 高等教育出版社30页思考题1闭口系与外界无物质互换，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。2有人认为开口系统内系统与外界有物质互换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不也许是绝热系。对不对，为什么？不对，绝热系的绝热是指热能单独通过系统边界进行传递（传热量），随物质进出的热能（准确地说是热力学能）不在其中。3平衡状态与稳定状态有何区别和联系？平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态。4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？绝对压力计算公式p2=pg2+p1pbpg2pg1p1=pg1+pb4题图p=pb+pg (p pb), p= pb -pv (p0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。10抱负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=qDu和wt=qDh，非抱负气体的Du和Dh不一定等于零，也不也许相等，所以抱负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？p2v2k=p1v1k，T1v1k-1=T2v2k-1，T1=T2使用条件是：抱负气体，可逆绝热过程。12Ts图上如何表达绝热过程的技术功wt和膨胀功w？p=0v=04-13 在pv和Ts图上如何判断过程q、w、Du、Dh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，系统接受外功，w0；过程指向定压线上侧，系统接受外来技术功，wt0。通过过程的起点划等温线（定温线），过程指向定温线下侧，Du0、Dh0、Dh0。通过过程的起点划等熵线（定熵线），过程指向定熵线右侧，系统吸取热量，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）假如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）工质通过不可逆循环，。答：（1）错。熵是状态参数，只要可以拟定起迄点，就可以拟定熵变DS。（2）错。应为DS不可逆=DS可逆、Sf，不可逆Sg，可逆。由于熵是状态参数，同一初始状态和同一终了状态之间的熵差保持同一数值，与途径无关。（3）错。不可逆绝热压缩过程的终态熵也大于初态熵，S2S1。（4）错。，由于熵是状态参数。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图上表达过程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，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-bqc-a，才干对外输出净功。也就是，qa-bqa-c。sbsacTsba10题图图中，qa-b为absbsaa围成的面积，qa-c为acsbsaa围成的面积。5-11某种抱负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pv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。vs2s1p1sTp2T1不可逆可逆11题图T1p1pp2不可逆可逆答：见图。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后，总能、总熵、总火用都不变。（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 下列命题是否对的？若对的，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， 势能所有是火用，所有转变为火无。（2）在水壶中烧水，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）一杯热水具有一定的热量火用，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长。（5）任一使系统火用增长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(v1v2)，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(s1s2)p0(v1v2)。为什么系统由初态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？P1705-1 et=11.726 Q2=2.5104=22867.99kJ/h N=W/95%=Q1/(0.95et)=2.5104/(0.9511.726)=2244.23kJ/h=0.623kW N电炉= Q1=2.5104kJ/h= 6.944kW5-2 不采用回热p2=p1=0.1MPa, T4=T1=300K, T3=T2=1000K, q23=400kJ/kg, q12=cp(T2-T1)=1.004(1000-300)=702.8kJ/kgq34=cp(T4-T3)=1.004(300-1000)=-702.8kJ/kgq23=RT2ln(p2/p3), q41=RT1ln(p4/p1)=RT1ln(p3/p2)= -RT1ln(p2/p3) q41=-T1 q23/T2= -300400/1000=-120kJ/kght=1-q41+q34/ (q12+q23) =1-702.8-120/ (702.8+400) = 0.2539采用极限回热，过程34放热回热给过程12，q34q12hr=1-q41/q23) =1-120/400=0.70cbapv5-3题图s2s15-3 如图所示，假如两条绝热线可以相交，则令绝热线s1、s2交于a点，过b、c两点作等压线分别与绝热线s1、s2交于b、c点。于是，过程bc、ca、ab组成一闭合循环回路，沿此回路可进行一可逆循环，其中过程ca、ab均为可逆绝热过程，只有定压过程bc为吸热过程，而循环回路围成的面积就是对外净输出功。显然，这构成了从单一热源吸热并将之所有转变为机械能的热力发动机循环，是违反热力学第二定律的。5-4 (1) p1=p2=27.95MPa(2) 见图。5-4题图32sT1(3) q31=cp(T1-T3)=R(T1-T2), q23= RT2ln(p2/p3)= RT2ln(p2/p1) ht=1- =0.59765-5 (1) QH=eWnet=ehtQ1=3.50.40100=140kJ(2) hc=1-, ec=5.14 QH,c=ecWnet,c=echcQ1=5.140.71100=365.14kJ(3) 此复合系统虽未消耗机械功，但由高温热源放出热量Q1作为代价，使得部分热量从低温热源T0传到较高温热源TH，因此并不违反热力学第二定律。5-6 hc=1-=0.85(1) W=hcQ1=0.851=0.85kJ，也许作出的最大功为0.85kJ，所以这种情形是不也许实现的。(2) W=hcQ1=0.852=1.70kJ，Q2=Q1-W=2-1.70=0.30kJ，所以这种情形有实现的也许（假如自然界存在可逆过程的话），