热工基础思考题答案

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第一章

1.平衡状态与稳定状态有何区分？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光而变化的状态。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光而变化的状态。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举行描述。

2.表压力或真空度能否作为状态参数举行热力计算？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，由于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，由于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分？

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.不行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。不行逆过程是指不论用任何蜿蜒复杂的办法都不能在外界不遗留任何变化的状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，这是什幺缘由？

答：水温较高时，水对热水瓶中的空气举行加热，空气压力上升，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，由于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，它对读数的精确     性影响越大。

其次章

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，空气将弥漫囫囵容器。问：⑴空气的热力学能如何变化？⑵空气是否作出了功？⑶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，由于不是准静态过程。

2.下列说法是否正确？

⑴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。

⑵气体被压缩时一定消耗外功。

对，由于按照热力学其次定律，气体是不行能自压缩的，要想压缩体积，必需借助于外功。

⑶气体膨胀时必需对其加热。

错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。

⑷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。

⑸气体边被压缩边吸入热量是不行能的。

错，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边压缩边吸热。

⑹对工质加热，其温度反而降低，这种状况不行能。

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。

4.“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，由于外功的含义很广，比如电磁功、表面张力功等等，假如只考虑体积功的话，那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。

5.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：⑴W12与W1a2；(2)U12与U1a2；

(3)Q12与Q1a2

答：（1）W1a2大。

(2)一样大。

图2-6思量题4附图

（3）Q1a2大。

6.说明下列各式的应用条件：

⑴wuq+?=

闭口系的一切过程

⑵?+?=pdvuq

闭口系统的准静态过程

⑶)(1122vpvpuq-+?=

开口系统的稳定流淌过程，并且轴功为零

⑷)(12vvpuq-+?=

开口系统的稳定定压流淌过程，并且轴功为零；或者闭口系统的定压过程。

7.膨胀功、轴功、技术功、流淌功之间有何区分与联系？流淌功的大小与过程特性有无关

系？

答：膨胀功是系统因为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，因为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，还包括工质在流淌过程中机械能（宏观动能和势能）的变化；流淌功又称为推动功，1kg工质的流淌功等于其压力和比容的乘积，它是工质在流淌中向前方传递的功，惟独在工质的流淌过程中才浮现。对于有工质组成的容易可压缩系统，工质在稳定流淌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淌功的代数和，一部分用于增强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。对于稳定流淌，工质的技术功等于膨胀功与流淌功差值的代数和。假如工质进、出热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽视不计，则技术功等于轴功。

第三章

1.抱负气体的pc和vc之差及pc和vc之比是否在任何温度下都等于一个常数？答：抱负气体的pc和vc之差在任何温度下都等于一个常数，而pc和vc之比不是。

2.假如比热容是温度t的单调增函数，当12tt>时，平均比热容10|tc、20|tc、21|ttc中哪一

个最大？哪一个最小？

答：由10|tc、20|tc、21|t

tc的定义可知)(d10011?tcttcctt==?，其中10t10|tc，又由于

20221212022120220)()(10212102t

ttttttttttttcctcctcctttctcc>?>-=-?--=故可知21|t

tc最大，

又由于：

)()()()(dd)(dd2101122

11120221211021210202201212

112111

212>--=-+-=+-=-=

-????ttcctttttctttcttttttcttctttttcttctccttttt

tttttttt所以10|t

c最小。

2.假如某种工质的状态方程式遵循TRpvg=，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，比如抱负气体遵循此方程，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：gRT

uTvpTuTwTuTwuTqc+?=+?=+?=+?==ddddddddddd)d(dd由此可以看出，假如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。

2.在vu-图上画出定比热容抱负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。

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。由于可逆定容加热过程容积v不变，过程中系统内能增强，所以为曲线1，从下向上。可逆定压加热过程有：

v

cucuvcccvcudvcdvRcPdvPvTcduPP12212110001====+=?=??

???-=?????-=，所以时，为常数，且考虑到和

所以此过程为过原点的射线2，且向上。抱负气体的可逆定温加热过程有：

加，气体对外做功，体积增0

0>=?=-=?wqwqu

所以为曲线3，从左到右。可逆绝热膨胀过程有：为常数、21211111cccvkcudvv

cpdvdukk+-=?-

=-=-所以为图中的双曲线4，且方向朝右（膨胀过程）。

3.将满足空气下列要求的多变过程表示在vp-图sT-图上

⑴空气升压，升温，又放热；

⑵空气膨胀，升温，又放热；(此过程不行能)

⑶6.1=n的膨胀过程，并推断q、w、u?的正负；

⑷3.1=n的压缩过程，推断q、w、u?的正负。

答：

（1）空气升温、升压、又放热有：

()knnRcTTTTnRcqVVdQ）时，系统的熵必定增强。

10.图3－17所示的管段，在什么状况下适合作喷管？在什么状况下适合作扩压管？

答：当1Ma时，要想使气流的速度增强，要求喷管的截面积沿气流方向逐渐增强，即渐扩喷；而对于先缩后扩的缩放喷管（也称拉戈尔喷管），在最小截面处气流的流速恰好等于当地声速。所以对于亚声速气流，渐缩管适用于做喷管，渐扩管适用于做扩压管，缩放管适用于做喷管；对于超声速气流，渐缩管适用于做扩压管，渐扩管适用于做喷管。

图3-17思量题11附图

第四章

1.循环的热效率公式

121qqt-

=η和121TTt-=η

有何区分？各适用什么场合？答：前式适用于各种可逆和不行逆的循环，后式只适用于可逆的卡诺循环。

2.循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；不行逆循环的热效率一

定小于可逆循环的热效率，这些说法是否正确？为什么？

答：不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。不是全部的可逆循环的热效率都相等，必需保证相同的条件下。在相同的初态和终态下，不行逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。3.热力学其次定律可否表述为“机械能可以所有变为热能，而热能不行能所有变为机械

能”？

答：不对，必需保证过程结束后对系统和外界没有造成任何影响这一条件。否则热能可以所有变为机械能，比如抱负气体的定温膨胀过程，系统把从外界汲取的热量所有转化为机械能，外界虽然没有任何任何变化，但是系统的体积发生转变了。

4.下列说法是否正确？为什么？

⑴熵增大的过程为不行逆过程；

⑵不行逆过程的熵变S?无法计算；

⑶若工质从某一初态经可逆与不行逆途径到达同一终态，则不行逆途径的S?必

大于可逆途径的S?；

⑷

工质经受不行逆循环后0>?S；⑸

自然界的过程都是朝着熵增的方向举行的，因此熵减小的过程不行能实现；⑹工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小。

答：（1）不正确，惟独孤立系统才可以这样说；

（2）不正确，S为状态参数，和过程无关，知道初态和终态就可以计算；

（3）不对，S为状态参数，和过程无关，S?相等；

（4）不对，工质经受可逆和不行逆循环后都回到初态，所以熵变为零。

（5）不对，比如系统的抱负气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减小。

（6）工质被加热熵一定增大，但是系统放热，熵不一定减小。假如是可逆过程，熵

才一定减小。

5.若工质从同一初态动身，分离经受可逆绝热过程与不行逆绝热过程膨胀到相同的终压

力，两过程终态的熵哪个大？对外作的功哪个大？试用坐标图举行分析.

答：不行逆过程熵大，可逆过程作功大

6.假如工质从同一初态动身，分离经受可逆定压过程与不行逆定压过程，从同一热源汲取

了相同的热量，工质终态的熵是否相同？为什么？

答：不相同，由于二者对外所作的功不同，而它们从同一热源汲取了相同的热量，所以终于二者内能的变化不同，故此二者的终态不同，因为熵是状态参数，它们从同一初态动身，故终态的熵不同。

7.工质由初态经过一不行逆绝热过程膨胀到终态，问能否通过一个绝热过程使工质回到初

态？

答：不能，工质由初态经过一不行逆绝热过程膨胀到终态，其熵增强，要想使其回到初态，过程的熵必需削减，而绝热过程是不能使其熵削减的，故不能通过一个绝热过程使其回到初态。

8.系统在某过程中从热源吸热20kJ，对外作功25kJ，请问能否通过可逆绝过程使系统

回到初态？为什么？能否通过不行逆绝热过程使系统回到初态？

答：按照克劳休斯不等式，我们知道系统在过程中的熵变满足：

0)

()(20≥=?≥?KTkJTQS即：系统的熵增强，要想使系统回到初态，新的过程必需使系统熵削减，而可逆绝热过程熵不变，不行逆绝热过程熵增强，因而不行能通过一个可逆过程或者一个不行逆过程使系统回到初态。

9.闭口系统经受了一不行逆过程对外作功10kJ，同时放出热量5kJ，问系统

的熵变是正、是负还是不能确定？

答：熵是状态参数，功和热量都是过程量，所以不能确定系统的熵变。

第五章

1.热水泵必需安装在热水容器下面距容器有一定高度的地方，而不能安装在热水容

器上面，为什么？

答：保证其压力。

2.锅炉产生的水蒸气在定温过程中是否满足的关系？为什么？

答：不对，由于水蒸气不能看作是抱负气体，其内能不仅是温度的函数，还是压力的函数，故此定温过程内能是转变的，U?不等于0。

3.有无0℃或低于0℃的蒸汽存在？有无低于0℃的水存在？为什么？

答：有0℃或低于0℃的蒸汽存在，只要压力足够低就可能，但是没有低于0℃的水存在，由于水的三相点温度为℃，低于三相点温度，只可能是固态或是气态。

4.25MPa的水，是否也象1MPa的水那样经受汽化过程？为什么？

答：不行以，由于水的临界点压力为，故此，当压力高于临界压力时，它的汽化不经过气液两相区，而是由液相延续的到达气相。

5.dTcdhp=适用于任何工质的定压过程。水蒸气定压汽化过程中dT=0，由此得

出结论，水定压汽化时0==dTcdhp，此结论是否正确？为什么？

答：不正确，由于定压汽化过程中发生了相变，上式只适用于不发生相变的过程。

6.试解释湿空气、湿蒸汽、饱和湿空气。

答：湿空气：含水蒸汽的空气；

湿蒸汽：含有液态水的水蒸气；

饱和湿空气：相对湿度为100％的湿空气。

7.对未饱和湿空气与饱和湿空气分离推断干球温度、湿球温度、露点温度三者的大

小。

答：未饱和湿空气：干球温度>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

8.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。

9.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。

10.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11

662.0-=sPPd?，在相同相对湿度的状况下，温度高，Ps大，所以，温度

高含湿量大。

11.清晨有雾，为什么往往是好天气？

答：清晨有雾，说明湿空气中含有许多小水滴，湿空气为饱和湿空气，当温度逐渐升高后，小水滴逐渐汽化，所以往往是好天气。

第六章

1.试画出容易蒸汽动力装置的系统图、容易蒸汽动力循环的p-v图与T-s图。

2.既然利用抽气回热可以提高蒸汽动力装置循环的热效率，能否将所有蒸汽抽出来用于回

热？为什么回热能提高热效率？

答：采纳回热措施，虽然对每kg蒸汽来说做功量削减，但抽汽在凝聚时所放出的潜热却所有得到的利用，进入锅炉给水温度提高了，使每kg工质在锅炉中汲取的热量大为削减，因此，提高了循环效率。但抽汽量不是越多越好，是按照质量守恒和能量守恒的原则确定的。

3.蒸汽动力装置循环热效率不高的缘由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：乏气假如是水汽混合的，