1、工程熱力學思考題參考答案目錄第一章思考題參考答案2第二章思考題參考答案4第三章思考題參考答案9第四章思考題參考答案16第五章思考題參考答案21第六章思考題參考答案25第七章思考題參考答案27第八章思考題參考答案31第九章思考題參考答案34第十章思考題參考答案39第十二章思考題參考答案45第一章思考題參考答案1 .進行任何熱力分析是否都要選取熱力系統？答：是。熱力分析首先應明確研究對象，根據所研究的問題人為地劃定一個或多個任意幾何面所圍成的空間，目的是確定空間內物質的總和。2 .引入熱力平衡態解決了熱力分析中的什么問題？答：若系統處于熱力平衡狀態，對于整個系統就可以用一組統一的并具有確定數值的狀

2、態參數來描述其狀態，使得熱力分析大為簡化。3 .平衡態與穩定態的聯系與差別。不受外界影響的系統穩定態是否是平衡態？答：平衡態和穩定態具有相同的外在表現，即系統狀態參數不隨時間變化；兩者的差別在于平衡態的本質是不平衡勢差為零，而穩定態允許不平衡勢差的存在，如穩定導熱。可見，平衡必穩定；反之，穩定未必平衡。根據平衡態的定義，不受外界影響的系統，具穩定態就是平衡態。在不受外界影響（重力場除外）的條件下，如果系統的狀態參數不隨時間變化，則該系統所處的狀態稱為平衡狀態。4 .表壓力或真空度為什么不能當作工質的壓力？工質的壓力不變化，測量它的壓力表或真空表的讀數是否會變化？答：由于表壓力和真空度都是相對壓

3、力，而只有絕對壓力才是工質的壓力。表壓力Pg與真空度Pv與絕對壓力的關系為：P=PbPgP=Pb-Pv其中Pb為測量當地的大氣壓力工質的壓力不變化，相當于絕對壓力不變化，但隨著各地的緯度、高度和氣候條件的不同，測量當地的大氣壓值也會不同。根據上面兩個關系式可以看出，雖然絕對壓力不變化，但由于測量地點的大氣壓值不同，當地測量的壓力表或真空表的讀數也會不同。5 .準靜態過程如何處理“平衡狀態”又有“狀態變化”的矛盾？答：準靜態過程是指系統狀態改變的不平衡勢差無限小，以致于該系統在任意時刻均無限接近于某個平衡態。準靜態過程允許系統狀態發生變化，但是要求狀態變化的每一步，系統都要處在平衡狀態。6 .準

4、靜態過程的概念為什么不能完全表達可逆過程的概念？答：可逆過程的充分必要條件為：1、過程進行中，系統內部以及系統與外界之間不存在不平衡勢差，或過程應為準靜態的；2、過程中不存在耗散效應。即“無耗散”的準靜態過程才是可逆過程，因此準靜態過程的概念不能完全表達可逆過程的概念。7 .有人說，不可逆過程是無法恢復到起始狀態的過程，這種說法對嗎？答：不對。系統經歷不可逆過程后是可以恢復到起始狀態的，只不過系統恢復到起始狀態后，外界卻無法同時恢復到起始狀態，即外界的狀態必將發生變化。8 .w=jpdv,q=Tds可以用于不可逆過程么？為什么?答：w=pdv計算得到的是準靜態過程的容積變化功，因此僅適用于準靜

5、態過程或可逆過程；對于非準靜態過程，其過程曲線無法在P-V圖上表達，因此也就無法用上面的公式進行計算。q=ds僅用于可逆過程：根據嫡的定義式：ds=1回，對于可逆過程，q=jTds計算出的是傳熱量，此時ds僅表示嫡流dSf;對于不可逆過程，嫡的變化不僅包括嫡流，還包括嫡產，即ds=dsg十dsf,因此q=Tds中的ds不僅包括由于傳熱產生的嫡流，還包括由于不可逆導致的嫡產，因此上式不適用于不可逆過程，例如絕熱過程，系統由于經歷了不可逆過程，嫡增ds>0,但此時傳熱量為零。第二章思考題參考答案1 .工質膨脹時是否必須對工質加熱？工質邊膨脹邊放熱可能否？工質邊被壓縮邊吸入熱量可以否？工質吸熱

6、后內能一定增加？對工質加熱，其溫度反而降低，有否可能？答：由閉口系統熱力學第一定律關系式：Q=UW規定吸熱Qo,對外做功W>0。不一定；工質膨脹對外做功，W>0,由于可以使AU<0,因此可能出現Q<0,即對外放熱；(2)能，如中所示；(3)能；工質被壓縮，對內做功，W<0,由于可以使AU>0,因此可能出現Q>0,即吸入熱量；(4)不一定；工質吸熱，Q>0,由于可以使W>0,即工質對外做功，因此可能出現AU<0,即工質內能減小；(5)可能；對工質加熱，Q>0,由于可以使W>0,即工質對外做功，因此可能出現AU<0,對于

7、理想氣體，其內能僅為溫度的單值函數，因此對于理想氣體來說溫度可能降低。2 .一絕熱剛體容器，用隔板分成兩個部分，左邊貯有高壓氣體，右邊為真空。抽去隔板時，氣體立即充滿整個容器。問工質內能、溫度將如何變化？如該剛體容器為絕對導熱的，則工質內能、溫度又如何變化？答：對于絕熱剛體容器，以高壓氣體為對象：容器絕熱：Q=0；且右邊為真空，高壓氣體沒有對外做功對象，即自由膨脹，有W=0。由閉口系統熱力學第一定律：Q=UW,工質的內能不發生變化，如果工質為理想氣體，那么其溫度也不發生變化。如果該剛體容器為絕對導熱，那么初始狀態下容器內工質與外界環境等溫，而自由膨脹過程終了時容器內工質仍舊與外界環境等溫。當外

8、界環境溫度不發生變化時，容器內工質溫度在整個自由膨脹過程中溫度不變。仍取工質為研究對象，由于工質與外界有熱交換，這里工質溫度高于環境溫度，即對外放熱，Q<0,且自由膨脹W=0,由閉口系統熱力學第一定律，有AU<0。該工質一定為非理想氣體，其勢能變小。3 .圖2-9中，過程1-2與過程1-a-2有相同的初、終點，試比較：川2與Wia2,4Ui2與AUia2,Ql2與Qa2答：根據圖2-9,由于是p-v圖，因此有：0Wi2W1a2（對外做功）；52=切伯2；由閉口系統熱力學第一定律，Q=AU+W,有0Qi2Qia2（吸熱）。4,推進功與過程有無關系？答：推進功是因工質出、入開口系統而傳

9、遞的功。推進功是工質在流動中向前方傳遞的功，并且只有在工質的流動過程中才出現。當系統出口處工質狀態為（Pout,VoUt）時，1kg工質流出系統，系統所需要做出的推進功為Pout山out。推進功的大小僅與選取出口處的壓力和比容數值的乘積有關，因此是狀態參數，且為廣延參數。5 .你認為“任何沒有體積變化的過程就一定不對外做功”的說法是否正確？答：錯誤。體積變化僅產生容積變化功。除了容積變化功外，還有電功、推進功等等，這些功不需要體積發生變化。6 .說明下述說法是否正確：（1）氣體膨脹時一定對外做功。（2）氣體壓縮時一定消耗外功。答：對“功”的理解，功可以分為有用功和無用功，有用功是指有目的且產生

10、有用效果的功。（1）氣體膨脹時不一定對外做功，如氣體的自由膨脹，由于氣體沒有做功對象，因此氣體對外做功為零；（2）不一定。當熱氣體冷卻時，如果外界大氣做的功為有用功，則（2）成立，但是如果外界大氣做的功為無用功，則（2）不成立。7 .下列各式是否正確：6q=du+6w（i）6q=du+pdv（2）6q=du+d（pv）（3）各式的適用條件是什么？答：三個式子都針對1kg工質。（1）式是針對閉口系的能量方程，且忽略閉口系的位能和動能變化，6w為閉口系統與外界交換的凈功。（2）式是針對簡單可壓縮系統準靜態過程（或可逆過程）的能量方程，pdv為系統與外界交換的容積變化功。（3）式是針對技術功為零的穩

11、定流動能量方程，即6q=dh=du+d（pv）,且6wt=08.試寫出表2-1內所列四種過程的各種功計算式母不性w(pv)液體的流動過程(v之const)0-wt-vip氣體的定壓流動過程(p=const)q-upivq-u-pAv液體的定壓流動過程(p=const,v之const)000低壓氣體的定溫流動過程(pv=const)q0q注：低壓氣體可以認為是理想氣體，且內能僅為溫度的單值函數。計算依據：(1)q=uwq二hwt(3) h=u二；pv(4) w-pvwt空氣經過絕熱節流過程，壓力確實下降，但溫度不變：因為絕熱節流過程為一個等給過程，而空氣可視為理想氣體，理想氣體的始為溫度的單值函

12、數，因此溫度不變。但對于非理想氣體和一般液體，經過絕熱節流過程，雖然始不變，但溫度和壓力都要發生變化，壓力減小，但溫度可能升高、不變或者降低。第三章思考題參考答案1.容積為1吊的容器中充滿氮氣N2,其溫度為20C,表壓力為1000mmH回了確定其質量，不同人分別采用了以下幾種計算式得出了結果，請判斷它們是否正確？若有錯誤請改正。答：pVM10001.028m=RmT8.314320=168.4kg錯誤：1)不應直接用表壓計算，應先轉化為絕對壓力；2)壓力應轉換為以Pa為單位，1mmHg=133.3Ra3)R應該用8314J/kmol*K,因為Pa*m3=J;4)溫度的單位應該用Ko100050

13、.9806651051.028m=73=1531.5kgRmT8.314320錯誤：1)不應直接用表壓計算，應先轉化為絕對壓力；2)Rm應該用8314J/kmol*K,因為Pa*m3=J門00015pVMm二RmT.十1k0.980665M105M1.0父28=2658kg1735.6J8.314320錯誤：1)1at=1kgf/cm2=9.80665E04Pa#1atm,因此這里計算絕對壓力時，大氣壓力取錯；2)R應該用8314J/kmol*K,因為Pa*m3=J;1000+11父1.0M28（4）m=PVM=-7356=2.65810”kgRmT1.033282.057293.15錯誤：1

14、）相對壓力單位為工程大氣壓（at）,與標準大氣壓（atm）不同；2）氣體常數R應該用8314J/kmol*K。正確結果：2.695kg2 .理想氣體的Cp與cv之差及Cp與cv之比是否在任何溫度下都等于一個常數？答：根據定壓比熱容和定容比熱容的定義，以及理想氣體狀態方程可以推導出，c-c=R（見課本79頁）。可見，兩者之差為常數。Pv同時，定義k=£pCv對于理想氣體，當不考慮分子內部的振動時，內能與溫度成線性關系，從而根據摩爾定壓和定溫熱容的定義，推導出摩爾定壓和定溫熱容均為定值。但通常只有在溫度不太高，溫度范圍比較窄，且計算精度要求不高的情況下，或者為了分析問題方便，才將摩爾熱容

15、近似看作定值。實際上理想氣體熱容并非定值，而是溫度的單值函數，因此兩者之比在較寬的溫度范圍內是隨溫度變化的，不是一個常數。3 .知道兩個獨立參數可確定氣體的狀態。例如已知壓力和比容就可確定內能和始。但理想氣體的內能和給只決定于溫度，與壓力，比容無關，前后有否矛盾，如何理解？答：不矛盾。理想氣體內能和給只決定于溫度，這是由于理想氣體本身假設決定的。對于理想氣體模型，假設其分子之間沒有相互作用力，也就不存在分子之間的內位能。再結合理想氣體方程，則有：，石u'fh=0=01加”工即八因此，理想氣體的內能和給只決定于溫度，而與壓力、比容無關。4.熱力學第一定律的數學表達式可寫成：q=u+w（i

16、）2q=cv&T+ppdv兩者有何不同。答：（1）式為閉口系統熱力學第一定律方程，是普適式；（2）式適用的范圍為：1）對象理想氣體，內能為溫度的單質函數；2）系統經歷準靜態過程，只做容積變化功。5 .如果比熱容c是溫度t的單調遞增函數，當12A3時，平均比熱容c：、c：、c：2中哪一個最大？哪一個最小？00t1答：由于比熱容c是溫度t的單調遞增函數，且由平均比熱容的定義：2：2（cpdt計C，1t-1-t-tl2121t1t2由作圖法可以清楚地看出，c：最小，c：最大。0116 .如果某種工質的狀態方程遵循pv=RT,這種物質的比熱容一定是常數嗎？這種物質的比熱容僅僅是溫度的函數么？答

17、：這種物質的比熱不一定是常數，至少應該是溫度的函數。對于理想氣體，僅僅對于定壓和定容過程的比熱容才是溫度的單值函數，且為狀態量。而這里所指的比熱容并不是在以上特定過程下的比熱容，因此僅可以表示成為：c=*。可見，這里所指的比熱容是由兩個參cdT數決定的，且是與過程有關的量。7 .理想氣體的內能和始為零的起點是以它的壓力值、還是以它的溫度值、還是壓力和溫度一起來規定的?答：由于理想氣體的內能和給僅為溫度的單值函數，與壓力無關，因此理想氣體的內能和始為零的起點是以它的溫度值(熱力學溫度值)來規定的。8.若已知空氣的平均摩爾定壓熱容公式為p,m0=6.949+0.0005761,現在確定80C-20

18、0C之間的平均摩爾定壓熱人認為Cp,mCp,m200=6.949+0.000576M(220+80),22080=6.9490.00057622080但有人認為你認為哪個正確？答：第一個是正確的由平均摩爾定壓熱容的定義:CPt2t111cpdtht2-t1t2-t1當：Cp,mt二abt0Cp,mtiCP,mtC0t2Cp,mt1X0t1abt2*t2-abt1*t1t2-t1=ab12tl平均摩爾定壓熱容的表達式形式比較特殊的情況下,可以得到一些非rev=cdT(2),以常簡便的求解過程。q9.有人從嫡和熱量的定義式ds=-q"(1),qqT及理想氣體比熱容c是溫度的單值函數等條件

19、出發，導得ds=cdT=f(T),于是他認為理想氣體的嫡應是溫度的單值函T數。判斷是否正確？為什么？答：是不正確的。因為得到結論的條件中有錯誤，理想氣體的比熱容不是溫度的單值函數。對于理想氣體，只有定容和定壓比熱容才是溫度的單值函數。同時，bqv=cdT的表述有問題，因為c=±Q,因此cdT得到的不dT僅是可逆過程的換熱量，而是任意過程的換熱量。因此將(2)代入(1)中是不正確的。10. 在u-v圖上畫出定比熱容理想氣體的可逆定容加熱過程，可逆定壓加熱過程，可逆定溫加熱過程和可逆絕熱膨脹過程。11. 試求在定壓過程中加給空氣的熱量有多少是利用來作功的?有多少是來改變內能?答：由熱一率

20、Q=AU+pdv=AH+jvdp,對定壓過程，技術功為零，則Q=AH=CpAT,可得AU=6VAT=cvQ,W=QAUcp12. 將滿足下列要求的多邊過程表示在p-v圖和T-s圖上(工質為空氣)：(1)工質又升壓、又升溫，又放熱；(2)工質又膨脹、又降溫，又放熱；(3) n=1.6的膨脹過程，判斷q,w,Au的正負；(4) n=1.3的壓縮過程，判斷q,w,Au的正負；答：13. 對于定溫壓縮的壓縮機，是否需要采用多級壓縮？問什么?答：對于定溫壓縮的壓縮機，不需要采用多級壓縮了。因為采用多級壓縮，就是為了改善絕熱或多邊壓縮過程，使其盡量趨緊與定溫壓縮,一方面減少功耗，另一方面降低壓縮終了氣體的

21、溫度。對于定溫壓縮來說，壓氣機的耗功最省，壓縮終了的氣體溫度最低。14. 在T-s圖上，如何將理想氣體任意兩狀態間的內能變化和給的變化表示出來。答：解題思路：T-s圖中容易直接表示的是熱（量），因此應考慮將其他量的變化轉化為相應過程熱量的值。根據熱力學第一定律：g=dU+6W,且對理想氣體，6W=pdv,則對定容過程，3=dU。在T-S圖中，過狀態點1作一定容線，與狀態2的定溫線交與A,則定容過程1A下的面積即為加二的小，對理想氣體內能僅與溫度有關，即為伍=甌12。因此任意兩狀態間的內能變化可用T-s圖中定容過程1A下的面積表示。同理，任意兩狀態間的內能變化可用T-s圖中定壓過程1B下的面積表

22、木O15. 有人認為理想氣體組成的閉口系統吸熱后，溫度必定增加，你的看法如何？在這種情況下，你認為那一種狀態參數必定增加？答：根據閉口系統能量方程，Q=AU+W,系統吸熱，在保持內能不變的情況下，系統可以對外做功。對于理想氣體，內能僅為溫度的單值函數，因此在這種情況下溫度不變。當系統吸熱時，甚至溫度可以降低，分析方法同前。在這種情況下，系統的嫡必定增加。因為有熱量傳入系統，就意味著嫡流大于零，即使對于可逆過程，嫡產為零，系統的嫡也會增大。第四章思考題參考答案1. 若將熱力學第二定律表述為“機械能可以全部變為熱能，而熱能不可能全部變為機械能"，有何不妥？答：有兩點不妥：1）熱能是可以全

23、部變為機械能的，例如理想氣體的等溫過程；但應該注意的是，熱能不可能連續不斷地轉化為機械能；2）沒有提到熱能和機械能之間的轉化過程是否對產生了其它影響，不是說熱不能完全變成功，而是在“不引起其它變化”的條件下，熱不能完全變成功。例如理想氣體等溫過程，引起了“其它變化”，即氣體的體積變大。2. “循環功越大，則熱效率越高”；“可逆循環熱效率都相等”；“不可逆循環效率一定小于可逆循環效率”。這些結論是否正確？為什么？答：1）描述不準確，只有從溫度相同的恒溫熱源中吸相同熱量的情況下，才可以比較熱效率大小。如果滿足前提條件，則循環功越大，熱效率越高。2）描述不準確，只有工作在具有相同溫度的兩個高、低溫恒

24、溫熱源間的可逆熱機，其循環熱效率才相等。3）描述不準確，只有工作在具有相同溫度的兩個高、低溫恒溫熱源間的可逆或不可逆熱機才可以比較循環效率，否則將失去可比性。3. 循環熱效率公式nt=q1q2=1-92(1)和“t=T1T211-T2(2)有何區qi911T1別？各適用什么場合？答：(1)和(2)都是用于計算卡諾熱機效率的公式，區別在于適用范圍不同：式(1)適用于計算一般熱機的效率；式(2)僅適用于計算卡諾可逆熱機的效率。4. 理想氣體定溫膨脹過程中吸收的熱量可以全部轉換為功，這是否違反熱力學第二定律？為什么？答：理想氣體定溫膨脹過程中吸收的熱量可以全部轉換為功，這個過程不違反熱力學第二定律。

25、因為在上述過程中，氣體的體積變大，也就是說這個熱量全部轉換為功的過程引起了其它變化，所以不違反熱力學第二定律。同時，理想氣體定溫膨脹過程僅僅是一個單獨的過程，而不是一個循環，這就意味著這個過程不能連續不斷地將熱量全部轉換為功，因此從這個角度來講上述過程也不違反熱力學第二定律。5. 下述說法是否正確，為什么？(1)嫡增大的過程為不可逆過程；答：錯誤，嫡增可能有兩種可能：嫡流和嫡產。對于可逆過程，雖然嫡產為零，但如果有吸熱過程，則嫡流大于零，導致嫡增。(2)不可逆過程S無法計算；答：錯誤。嫡為狀態參數，只要知道不可逆過程前后足夠的狀態參數，就可以計算出過程的S(3)若從某一初態經可逆與不可逆兩條途

26、徑到達同一終態，則不可逆途徑的AS必大于可逆過程途徑的“S；答：錯誤。由于嫡為狀態參數，由于可逆過程和不可逆過程的初、終態相同，因此兩個過程的AS相同。(4)工質經不可逆循環，SA0;答：由于嫡是狀態參數，工質經不可逆循環，從初態又回到初態，因此S=0。工質經不可逆循環，由于0,所以"dS<0；-t一一“Q，答：錯誤。對于工質經不可逆循環，dS#且有Tr(6)可逆絕熱過程為定嫡過程，定嫡過程就是可逆絕熱過程；答：可逆絕熱過程為定嫡過程，但定嫡過程不一定是可逆絕熱過程。例如：對于任意一個循環，其S=0,但是這個循環可能包含不可逆過程。(7)自然界的過程都是朝著嫡增大的方向進行，因

27、此嫡減小過程是不可能實現的。答：錯誤。自然界中所有的自發過程都是朝著嫡增大的方向進行的，例如熱量從高溫傳向低溫。嫡減小的過程在人為作用下是可以實現的，例如人為地對系統輸入有用功，例如制冷循環，輸入電功使得熱量從低溫傳向高溫的過程。（8） 加熱過程，嫡一定增大；放熱過程，嫡一定減小。答：嫡的變化可以由兩個因素導致：傳熱過程導致的嫡流和不可逆過程導致的嫡產。分可逆和不可逆兩個過程考慮：1）可逆：對于加熱過程，嫡產為零，但由于系統吸熱，嫡流大于零，因此嫡一定增大；對于放熱過程，雖然系統放熱，嫡流為負，2）不可逆過程：由于嫡產大于零，因此不能肯定嫡一定減小。6. 若工質從同一初態經歷可逆過程和不可逆過

28、程，若熱源條件相同且兩過程中吸熱量相同，工質終態嫡是否相同？答：工質終態嫡不相同。雖然兩個過程熱源條件相同且過程中吸熱量相同，即嫡流相同，但是由于不可逆過程的嫡產要大于可逆過程的嫡產（可逆過程嫡產為零），且工質初態相同，即兩個過程工質初始的嫡值相同，因此不可逆過程工質終態的嫡要大于可逆過程終態的嫡。7. 若工質從同一初態出發，分別經可逆絕熱過程與不可逆絕熱過程到達相同的終壓，兩過程終態嫡如何？答：從T-S圖上可以看出，從同一初態出發，達到相同的終壓（注意僅為相同終壓，不是相同狀態）：1）對于可逆絕熱過程，嫡增為零，2）對于不可逆絕熱過程，嫡流為零，嫡產大于零，因此嫡要增大由于工質從同一個初態出

29、發，因此不可逆絕熱過程終態的嫡要大于可逆絕熱過程終態的嫡。8. 閉口系統經歷一個不可逆過程，作功15kJ,放熱5kJ,系統嫡變為正、為負或不能確定？答：不能確定。對于閉口系統，系統嫡的變化僅取決于兩個因素：與外界傳熱引起的嫡流和不可逆過程引起的嫡產。已知系統對外放熱，則嫡流為負，但是由于不能確定過程不可逆的程度，即不能定量計算出該不可逆過程的嫡產，因此不能確定系統的嫡變。第五章思考題參考答案1. 活塞式內燃機的平均吸熱溫度相當高，為什么循環熱效率還不是很好？是否因平均放熱溫度太高所致？答：活塞式內燃機主要有薩巴德循環（混合加熱循環卜奧圖（Otto）循環以及狄塞爾（Diesel）循環。對于活塞式

30、內燃機，雖然平均吸熱溫度相當高，但平均放熱溫度也較高，即平均吸熱溫度和平均放熱溫度之間的差值較小，是導致該循環熱效率不高的一個原因。同時，由于受氣缸材料和混合氣體自燃溫度的限制，壓縮比不能很高，因此循環熱效率有限。2. 如圖5-23所示，若把3-4絕熱膨脹過程持續到p5=R,然后實現定壓放熱過程，這樣在奧圖循環基礎上作了改善之后的新循環，是否可以通過降低平均放熱溫度而提高循環效率？若可以，為何實際上沒有這種發動機。圖5-23答：在T-S圖上可以看出，當氣缸中絕熱膨脹過程持續到p5=p1,然后實現定壓放熱過程，確實可以降低平均放熱溫度，從而提高循環效率。但實際上沒有這種發動機，因為這種做法在經濟

31、上并不值得：a、放熱平均溫度降低量有限，通過這種方法減小的排氣損失量較小。b、要將絕熱膨脹持續到p5=p1,就要增大氣缸容積，增加制造成本。3. 為什么內燃機一般具有體積小、單位質量功率大的特點？答：由于在內燃機循環過程中，循環工質是在封閉的有限空間內燃燒取得熱量的；在做功設備入口處，工質的溫度和壓力水平較外燃機（如朗肯循環）高（即做功能力大），因此內燃機體積小，單位質量功率大。4. 既然壓縮過程需要消耗功，為什么內燃機或燃氣輪機裝置在燃燒過程前要有壓縮過程？答：對于內燃機或燃氣輪機，都是靠高溫高壓的氣體工質推動活塞或葉輪機械來對外做功的（即膨脹降壓過程）。為了連續地輸出有用功，就必須連續地產

32、生高溫高壓的氣體工質，因此在燃燒過程前要進行壓縮過程，主要目的是提高氣體工質的壓力，同時工質溫度也有所提高。5. 在相同壓縮比wv1"的情況下，奧圖循環與卡諾循環有相V2同的熱效率（表達式形式），這是否意味著這種情況下奧圖循環達到了卡諾循環的理想水平答：否。奧圖循環的吸放熱過程為定容過程，是一個變溫過程；而卡諾循環的吸、放熱過程為定溫過程。在相同的壓縮比下，奧圖循環與卡諾循環有雖有形式相同的熱效率表達式，但奧圖循環的吸、放熱溫限不同于卡諾循環（對于奧圖循環，熱效率公式中代入的應是平均吸、放熱溫度，而不是吸、放熱溫限），因此不能說明奧圖循環達到了卡諾循環的理想水平。6. 勃雷登循環采用

33、回熱的條件是什么？一旦可以采用回熱，為什么總會帶來循環效率的提高？答：勃雷登循環采用回熱的條件是：燃氣輪機的排氣溫度高于壓氣機出口的空氣溫度。一旦采用回熱，循環平均吸熱溫度上升，平均放熱溫度下降，既平均吸熱溫度和放熱溫度的溫差加大，則循環效率總會提高。或解釋為：在做出相同功量的前提下，經回熱后，循環從外界吸收的熱量減小，從而循環熱效率將提高。7. 氣體的壓縮過程，定溫壓縮比絕熱壓縮耗功少。但在勃雷登循環中，如果不采用回熱，氣體壓縮過程越趨近于定溫壓縮反而越使循環熱效率降低。這是為什么?答：對于勃雷登循環，從T-S圖中可以看出，如果不采用回熱，當氣體越趨近于定溫壓縮時（12變短），平均吸熱溫度越

34、低，由,在平均放熱溫度不變的情況下，循環熱效率將會降8.低。為什么說從能源問題和環境污染問題出發，斯特林發動機又重新引起人們的重視?答:A、斯特林循環是概括性的卡諾循環，其理想循環的熱效率為同溫限卡諾循環的熱效率，因此能源利用效率高。B、斯特林循環不是通過在氣缸內燃燒取得熱量，而是通過氣缸外高溫熱源取得熱量。這樣可采用價廉易得的燃料，也可用太陽能及原子能作為熱源，這對于節約能源、減少污染是一種很好的途徑。第六章思考題參考答案1. 有沒有500c的水？有沒有0c或負攝氏溫度的蒸汽？有沒有v>0,004m3/kg的水？為什么？答：已知水的臨界參數為Tcr=373.99C,pcr=22,064

35、MPa,vcr=0.003106m3/kg。當水的溫度、壓力或比容任何一個數值大于相應臨界參數，水將從液態轉變為超臨界狀態，水的該狀態既不屬于液態也不屬于氣態。因此，沒有500c的水，也沒有v>0.004m3/kg的水。但是，只要外界壓力足夠低，此壓力下對應的水的升華溫度可以為0C,甚至為負攝氏溫度，因此0c或負攝氏溫度的蒸汽是存在的（升華過程，見水的p-T相圖）。2. 25MPa的水汽化過程是否存在？為什么？答：25MPa已經高于水的臨界壓力pcr=22.064MPa,此狀態下的水處于超臨界區域，其狀態為超臨界狀態，不存在汽化過程3. 在h-s圖上，已知濕飽和蒸汽壓力，如何查出該蒸汽的

36、溫度？答：水在兩相區中經歷的是等溫等壓過程，濕飽和蒸汽的壓力和溫度一一對應，即兩相區內等壓線和等溫線重合。因此，根據已知的飽和蒸汽壓力，找到相應的等壓線，找到等壓線與上界線和下界線的交點，通過該交點和臨近的等溫線可以確定該蒸汽的溫度。4. 在p-v圖，T-s圖、h-s圖上，分別繪出臨界點，下界線、上界線和定壓線、定溫線及定嫡線。答：p-v圖中定上線要陡于定溫線，但要平緩于定容線。水的臨界參數scr=4.4092kJ/(kgk),%=2085.9kJ/kg5.畫出水的相圖，即p-T圖。答:6. 前已學過h=c/T適用于一切工質定壓過程（比熱容為常p數），蒸汽定壓汽化過程中AT=0,由此得出結論：

37、蒸汽汽化時始變化h=c/T=0。此結論是否正確？為什么？p答：此結論并不正確。h=c°aT僅能反映水定壓汽化過程中的顯p熱，而不能反映由于水汽化而帶來的相變潛熱。從水的h-s圖中可以看出，水的定壓汽化過程的始變不為零，其值為水在該壓力下的相變潛熱。第七章思考題參考答案1. 簡單蒸汽動力裝置由哪幾個主要設備組成？畫出系統圖。在p-v圖、T-s圖上如何表示？凝粗器V9*答：簡單蒸汽動力裝置由四部分組成：水泵，鍋爐，蒸汽透平，冷凝器。系統圖請見p233頁圖7-1,p-v圖、T-s圖請見p234圖7-2:1t2汽輪機定s膨脹2T3凝汽器定p放熱3T4給水泵定s壓縮4T1鍋爐定p吸熱2. 卡諾

38、循環效率比同溫限下其它循環效率高，為什么蒸汽動力循環不采用卡諾循環方案?答：與朗肯循環相同溫限下的卡諾循環，吸熱過程將在氣態下進行，事實證明氣態物質實現定溫過程是十分困難的，所以過熱蒸汽卡諾循環至今沒有被采用（圖見p237圖7-4）。對于利用飽和區域定溫即定壓的特性形成飽和區的卡諾循環也不可行，具有兩個關鍵問題：其一，汽輪機出口位于飽和區干度不高處，濕度太大使得高速運轉的汽輪機不能安全運行。同時不可逆損失增大，因此，實際使用的汽輪機出口干度一般限制在不小于0.85-0.88。其二，這樣的卡諾循環，壓縮過程將在濕蒸汽區進行，汽液混合工質的壓縮會給泵的設計與制造帶來難以克服的困難。綜上所述，蒸汽動

39、力循環至今未采用卡諾循環。3. 蒸汽動力循環熱效率不高的原因是冷凝器放熱損失大，能否取消冷凝器而用壓縮機將乏氣送回鍋爐？答：首先，冷凝器放出的熱量數量雖大，但品質很低，其中大部分為An,這部分An不能再轉變為功了。根據熱力學第二定律，對于蒸汽動力循環，要求將這部分低品位的能量釋放出去，才能保證熱量連續不斷地轉化為功（可以從朗肯循環的T-S圖上看出）。其次，乏氣體積大，直接用壓縮機壓縮耗功大，用壓縮機將乏氣送回鍋爐的做法相當于耗功來換功（并非將熱量轉變為功，品位提高），這樣做是不值得的。因此不能取消冷凝器而用壓縮機將乏氣送回鍋爐。4. 上題同樣的原因，能否取消冷凝器，直接將乏氣送回鍋爐加熱，以免

40、冷凝放熱損失？答：不能這樣做。原因有二：第一個原因與上題相同，這是受熱力學第二定律的限制，因此不能取消冷凝器；其次，若直接將乏氣送回鍋爐加熱，勢必將給鍋爐的設計帶來麻煩，使其結構復雜化。5. 蒸汽中間再過熱的主要作用是什么？是否總能通過再過熱提高循環熱效率？什么條件下中間再過熱才能對提高熱效率有好處？答：為了提高循環熱效率，可以提高蒸汽初溫和初壓。但是提高蒸汽初壓將導致乏氣干度下降，而提高初溫又要受到金屬材料的限制，為了解決這一矛盾，常常采用蒸汽中間再過熱的方法，流程圖和T-S圖見p251圖7-15。應該注意的是，再熱循環不一定能夠提高循環熱效率。再熱循環的平均吸熱溫度是再熱前吸熱過程和再熱過

41、程平均吸熱溫度的加權疊加。由于中間再熱壓力不同，再熱循環的平均吸熱溫度可能高于、等于和低于原簡單循環的平均吸熱溫度，進而導致再熱循環熱效率由于中間再熱壓力（即蒸汽膨脹到何程度時抽出再過熱）的不同而可能大于、等于或小于朗肯循環熱效率。只有選擇合適的中間再熱壓力時（一般在蒸汽初壓力的20%-30%）,再熱過程的平均吸熱溫度高于再熱前吸熱過程的平均吸熱溫度，此時再熱循環熱效率高于朗肯循環熱效率。此時，可以達到即提高乏氣干度，又提高循環熱效率的目的。6. 抽氣回熱循環，由于抽出蒸汽，減少了作功，為什么還能提高循環熱效率呢？答：與相同參數的朗肯循環相比，由于部分蒸汽從中間壓力抽出，這就使得回熱循環比功（

42、單位工質做功）小于朗肯循環，導致回熱循環汽耗率增大。但與此同時，抽汽回熱把本來要放給冷源的熱量（抽汽的顯熱和潛熱）利用起來去加熱工質，以減少工質從外界吸收的熱量。對于抽汽回熱循環，沒有被抽出的這部分工質循環熱效率沒有改變，而被抽出的那部分工質在被抽出前做功量沒有變化，同時在被抽出后又將熱量返回給了系統（這部分蒸汽的平均吸熱溫度有所提高，圖7-17所示），這樣必然將提高了循環的整體熱效率。7. 總結蒸汽參數對于循環的影響，有何利弊？答：初參數：提高蒸汽的初溫和初壓可以提高循環的熱效率。因此，現代蒸汽動力循環朝著高參數方向發展。但與此同時，提高蒸汽初壓將導致乏氣干度下降，對汽輪機的安全工作不利；而

43、提高初溫又要受到金屬材料的限制。終參數：降低乏氣壓力可以提高循環熱效率，但乏氣壓力是受環境溫度制約的（除海水冷卻外）。8. 熱效率法和火用效率法有何不同？答：熱效率法和火用效率法的分析結論都反映了系統以及各個部件能量利用的情況。有所不同的是，熱效率法反映了與“能量數量”相關的信息，例如鍋爐的熱效率為92%,表示輸入的能量中有92%被利用。熱效率法沒有考慮能量品質的差異；火用效率法同時反映了與“能量數量”和“能量品質”相關的信息，例如鍋爐的熱效率雖然很高，但其火用效率卻很低。這是由于煤的化學能的品質很高，但最終通過鍋爐轉變為品質相對較低的熱能，轉化過程中由于各種不可逆因素的存在，使得能量品質大為

44、下降。從系統評價的全面性和指導性來看，火用效率法優于熱效率法。第八章思考題參考答案1 .蒸氣壓縮制冷循環與空氣壓縮制冷循環相比有哪些優點？為什么有些時候還要用空氣壓縮制冷循環？答：蒸汽壓縮制冷循環中吸、放熱過程是依靠工質的相變潛熱，通常相變潛熱是比較大的，因此與空氣壓縮制冷循環相比，蒸汽壓縮制冷循環有以下兩個優點：1）工質單位質量的制冷量大，這就決定了在相同的制冷能力下，蒸汽壓縮制冷系統的體積小于空氣壓縮制冷系統；2）由于工質是相變傳熱（工質側溫度在兩相區內恒定），因此縮小了傳熱溫差，減小了溫差傳熱導致的不可逆性。但隨著回熱和葉輪式壓縮機和膨脹機技術的出現，空氣壓縮制冷循環再一次得到了人們的注

45、意。對于采用回熱和葉輪機械的空氣壓縮制冷循環，工質流量大大提高，同時實際循環的制冷系數也有所提高。當制冷溫度不是很低，且對設備體積要求不高時，可以考慮采用空氣壓縮制冷循環。2 .蒸汽壓縮制冷循環可以采用節流閥來代替膨脹機，空氣壓縮制冷循環是否也可以采用這個方法？為什么？答：對于空氣壓縮制冷循環，不能用節流閥代替膨脹機。膨脹機的作用是同時降低空氣的溫度和壓力，使得循環正常運行。如果采用節流閥，考慮空氣通過節流閥是一個等給過程，且將空氣近似視為理想氣體，則經過節流后空氣的壓力雖然下降，但其溫度不變，這樣無法同時達到降溫降壓的目的，不能保證空氣壓縮制冷循環正常工作3 .如圖8-9所示，若蒸汽壓縮制冷

46、循環按照1-2-3-4-6-1運行，循環耗功量沒有變化仍為hi-h2,而制冷量則由hi-h5增大為hi-h6。可見這種循環的好處是明顯的，但為什么沒有被采用？答：如圖8-8,蒸氣壓縮制冷循環一般采用空氣冷卻，冷凝器出口的工質為飽和液體狀態（4點），溫度接近環境溫度。若要實現4-6嫡減過程，需外加溫度低于環境溫度的外加冷源實現4-6的放熱過程，而循環本身目的即是制冷，這樣做是沒有實際意義的。4 .制冷循環與熱泵循環相比，它們之間的異同點是什么？答：制冷循環與熱泵循環相同之處在于它們都是逆循環。不同之處在于工作的溫度水平。制冷循環是在比環境溫度低的某一個工況下（或低溫冷源）吸熱，將熱量釋放到環境（

47、高溫冷源）中,其目的是制冷；熱泵循環則是從環境（低溫熱源）中吸熱，將這部分熱量釋放到比環境溫度高的工況下（高溫熱源），其目的是制熱。由此，制冷循環和熱泵循環的熱工性能系數計算方法也有所不同：COP.=QcW=1COPhWWc5 .逆向卡諾循環的高溫熱源與低溫熱源之間的溫差越大越好，還是越小越好？與正向卡諾循環的情況是否相同？答：逆向卡諾循環與正向卡諾循環情況不同，高溫熱源與低溫熱源溫差越小越好。溫差越小，耗功越小，制冷（熱）系數越大。6 .為什么要首先限產直至禁用CFCs物質？答：主要是出于保護環境，減小臭氧層破壞的目的出發。由于CFCs（氯氟炫類）物質中的氯游離成氯離子并與臭氧發生連鎖反應，

48、使得臭氧的濃度急劇減小，嚴重破環同溫層中的臭氧。7 .吸附式制冷為什么引起人們的注意？答：吸附式制冷是一種利用多孔固體表面吸附現象的制冷系統。該系統不消耗電能、無運動部件、系統簡單、沒有噪聲、無污染、安全可靠、投資回收期短。它可以利用工業余熱、地熱以及太陽能作為熱源。顯而易見這些熱源的溫度都不高，但是即使在冷凝溫度較高的條件下，循環仍然可以獲得比吸收式制冷循環更高的性能系數。隨著能源危機的加劇，吸附式制冷正在引起國內、外科技人員的注意，力求在家用冰箱、空氣調節等方面有所突破。第九章思考題參考答案1 .9-1節所講內容除理想氣體外，對非理想氣體混合物是否適用？答：9-1節中(287-289)所述

49、內容是建立在質量守恒定律基礎上的，與是否為理想氣體無關，因此都適用于非理想氣體。2 .理想混合氣體的比內能是否是溫度的單值函數？答：根據理想氣體比內能的計算公式，u=2物MudT),雖然每一個組元的內能是溫度的單值函數，但是混合氣體的內能還是組元所占份額以及組元種類的函數，因此不是溫度的單值函數。3 .理想混合氣體的-是否仍遵循邁耶公式?dh_dhi-弛'dupv:一C.幽idpvdT-dT-dT-dT-dTdT答：對于一個組分固定不變的理想氣體混合物，有:d"山dTcp其中M為理想氣體混合物的質量分數；R為理想氣體混合物的氣體常數，因此理想混合氣體仍舊遵循邁耶公式。4 .凡

50、質量成分較大的組元氣體，其摩爾成分是否也一定較大答：根據換算公式：XiM對于一個組分固定的氣體混合物，其質量分數M不變，某一個組元的摩爾成分的大小取決于其質量成分和質量分數；若質量成分大，摩爾成分不一定大5 .為什么在計算理想混合氣體中組元氣體的嫡時必須采用分壓力而不能用總壓力？答：根據總參數的加和性：除總容積外，理想混合氣體其他各種總參數都等于各組員氣體在混合氣體溫度下單獨占有混合氣體容積時相應參數的總和。嫡是狀態參數，當其表示為溫度和壓力的函數時，對于理想氣體的任一組元，都是處在混合氣體溫度和分壓力（根據分壓力定律）狀態下，而不是在混合氣體溫度和總壓力狀態下（違背分壓力定律）。6 .解釋降

51、霧，結霜和結露現象，并說明它們發生的條件。答：降霧、結霜和結露的基本原理是相同的。降霧：白天太陽照射地面，地面吸收并積蓄了大量的熱。夜間，熱就開始向空中散發而使地面溫度降低。正常情況下，近地面層的大氣由于吸收地面蒸發的水分，處于未飽和濕空氣狀態。如果近地面層的溫度降至大氣露點以下，就會使接近地面的濕空氣達到飽和狀態，也就是說該濕空氣中水蒸汽含量達到極限。當超過這個極限，處于飽和濕空氣狀態的大氣就會以煙塵為核心，凝結出細小的水滴，浮游于空中,如白氣，是為霧。霧滴的直徑在0.03毫米0.04毫米。霧的形成條件：1）發生在大氣的近地面層；2）空氣必須冷至露點以下；3）必須是無風或風力極微弱的情況下；

52、4）有凝結核；當然，也可以在環境溫度不變的情況下，人為提高環境中水蒸氣的含量，即提高濕空氣中水蒸氣的分壓力，使大氣達到飽和濕空氣狀態，甚至過飽和狀態。進而處于過飽和狀態的濕空氣就會以大氣中的煙塵為核心，形成霧。結露：濕空氣在較冷的物體表面上凝結成的水滴，這一現象多發生在夜間的戶外。例如，天黑后植物或巖石等物體會放出熱量而冷卻。周圍溫暖、潮濕的空氣，與物體相接觸部分，達到飽和狀態而成結晶水，附于其上便為露，它是屬于液化的現象。結露的條件：1）有成露界面；2）界面溫度下降，使得與其接觸的濕空氣達到飽和（濕空氣中水蒸氣的分壓力不變）；3）進一步冷卻，溫度低于濕空氣露點溫度，部分水蒸汽冷凝，從而結露；

53、4）結露是在界面上發生的氣-液相變過程；5）冷凝結露過程中，濕空氣中的水蒸氣的分壓力不斷降低，但隨時處于飽和狀態。結霜：當氣溫降至0c以下，空氣中的水蒸汽不經液態而凝華在地面物體表面呈白色的結晶體，叫做霜。霜一般出現于晴朗天氣無風的夜晚或清晨。早霜多在晚秋出現，而晚霜則在早春時產生。霜的出現一般受局部地區影響很大，盡管在同一地區，同一時間里，不一定處處都見到霜。在有霜季節，往往伴隨霜凍出現。霜是凝華的表現。結霜的條件：1）有成霜界面；2）大氣溫度降到零度以下；3）結霜是在界面上發生的氣-固相變過程；4）結霜比結露時表面溫度要求低。7 .對于未飽和濕空氣，濕球溫度，干球溫度和露點溫度三者哪個大?

54、哪個小？對于飽和濕空氣它們的大小又將如何？答：對于未飽和濕空氣，根據圖9-5所示，干球溫度最大，濕球溫度其次，露點溫度最小；對于飽和濕空氣，三者一樣大。8 .相對濕度越大，比濕度愈高，這種說法對么？答：這種說法不準確。根據相對濕度與比濕度的關聯式：d=0.622=0.622p-=0.622PsP-Pvp-psp-ps根據上式，比濕度除了與相對濕度有關，而且與濕空氣總壓力和濕空氣中水蒸氣的飽和分壓力有關（即與濕空氣的溫度有關）。在濕空氣的溫度和壓力都不變的情況下，相對濕度越大，比濕度越大。9 .冬季室內供暖時，為什么會感到空氣干燥？用火爐取暖時，經常在火爐上放一壺水，目的何在？答：室內空氣是非飽

55、和濕空氣。供暖時，室內干球溫度上升，非飽和濕空氣比濕度不變（濕空氣中水蒸氣的質量沒有增加），但相對濕度減小，因此會感覺空氣干燥。在火爐上放一盆水，目的是增加濕空氣中水蒸氣的含量，使得比濕度增大，從圖9-7中可以看出，干球溫度同樣升高，如果比濕度增大則相對濕度下降相對較小，因此會使人感覺比較舒服。10 .若0一定時，濕空氣的溫度越高，是否其比濕度也越大？若比濕度一定時，濕空氣的溫度越高，是否其相對濕度也越大？答：若相對濕度一定，濕空氣溫度升高，從圖9-7中可以看出，具比濕度也越大，這是典型的加熱加濕問題。若比濕度一定時，濕空氣的溫度越大，其相對濕度應越小，這個與上題第一問情況類似。11 .如果等

56、量的干空氣與濕空氣降低的溫度相同，兩者放出的熱量相等么？為什么？答：兩者放出的熱量應不相等：1）如果同樣為釋放顯熱，干空氣和濕空氣的比熱容不同，雖然等量，且降低相同溫度，但放出的熱量不同；2）因為濕空氣是由干空氣和水蒸氣兩部分構成的，如果水蒸氣在溫度下降過程中發生相變，釋放出的將為潛熱，此時就算是等量干空氣與濕空氣降低的溫度相同，兩者釋放出的熱量也相差很大。第十章思考題參考答案1 .熱力學微分關系式能否指名特定物質的具體性質？若欲知某物質的特性，一般還采取什么手段。答：熱力學微分關系式不能指名特定物質的具體性質，其最主要的作用是建立不可測熱力學參數與可測熱力學參數(壓力、溫度、比容和定壓比熱容)