热能思考题
工程热力学思考题及答案 第十二章
沈维道、将智敏、童钧耕《工程热力学》课后思考题答案工程热力学思考题及答案第十二章制冷循环1.压缩蒸汽制冷循环采用节流阀来代替膨胀机，压缩空气制冷循环是否也可以采用这种方法？为什么？答压缩空气制冷循环不能采用节流阀来代替膨胀机。
工质在节流阀中的过程是不可逆绝热过程，不可逆绝热节流熵增大，所以不但减少了制冷量也损失了可逆绝热膨胀可以带来的功量。
而压缩蒸汽制冷循环在膨胀过程中，因为工质的干度很小，所以能得到的膨胀功也极小。
而增加一台膨胀机，既增加了系统的投资，又降低了系统工作的可靠性。
因此，为了装置的简化及运行的可靠性等实际原因采用节流阀作绝热节流。
2.压缩空气制冷循环采用回热措施后是否提高其理论制冷系数？能否提高其实际制冷系数？为什么？答：采用回热后没有提高其理论制冷系数但能够提高其实际制冷系数。
因为采用回热后工质的压缩比减小，使压缩过程和膨胀过程的不可逆损失的影响减小，因此提高实际制冷系数。
3.参看图12-5，若压缩蒸汽制冷循环按1-2-3-4-8-1运行，循环耗功量没有变化，仍为h2-h1，而制冷量却从h1-h5增大到h1-h8，显见是有利的．这种考虑错误何在？答：过程4-8熵减小，必须放热才能实现。
而4点工质温度为环境温度T，要想放热达到温度Tc （8点），必须有温度低于Tc的冷源，这是不存在的。
(如果有，就不必压缩制冷了)。
4.作制冷剂的物质应具备哪些性质？你如何理解限产直至禁用R11、R12这类工质？答：制冷剂应具备的性质：对应于装置的工作温度，要有适中的压力；在工作温度下气化潜热要大；临界温度应高于环境温度；制冷剂在T-s图上的上下界限线要陡峭；工质的三相点温度要低于制冷循环的下限温度；比体积要小；传热特性要好；溶油性好；无毒等。
限产直至禁用R11和R12时十分必要的，因为这类物质进入大气后在紫外线作用下破坏臭氧层使得紫外线直接照射到地面，破坏原有的生态平衡。
5.本章提到的各种制冷循环有否共同点？若有，是什么？答：各种制冷循环都有共同点。
热力学思考题答案
1．闭口系与外界无物质交换，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交换，而物质又与能量不可分割，所以开口系统不可能是绝热系。
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p=pb+pg (p> pb), p= pb -pv pb pg1 p2=pg2+p1 (p< pb) pg2中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压pb 改变，压力表读数就会改变。
当地大气压pb 不一定是环境大气压。
5．温度计测温的基本原理是什么？热力学第零定律p1=pg1+pb 4 题图The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperatu re. In order to measure temperature of body A, we compare body C —a thermometer —with body A and temperature scales (温度的标尺，简称温标) separately. When they are in thermal equilibrium, they have the same temperature. Then we can know the temperatur e of body A with temperature scale marked on thermometer. 6．经验温标的缺点是什么？为什么？不同测温物质的测温结果有较大的误差，因为测温结果依赖于测温物质的性质。
工程热力学-第四版思考题答案(完整版)(沈维道)(高等教育出版社)
工程热力学-第四版思考题答案(完整版)(沈维道)(高等教育出版社)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，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。
⒊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。
⒋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？在绝对压力计算公式中，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，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P b 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”。
⒌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。
工程热力学第二章思考题
1．热力学能就是热量吗？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？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= u＋w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。
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？q= u＋wq=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-q1=(u2-u1)+(w2-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：q= u＋w q= u＋12pdv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。
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原动机：热能转换为机械能蒸汽机、蒸汽轮机、燃⽓轮机、内燃机⼯作机：消耗机械能⽽使流体获得能量离⼼泵、真空泵螺杆泵、风机、压缩机第⼆章热⼯理论基础1、热量和功量有什么相同的特征？两者的区别是什么？都是过程量热量是能量传递的微观形式2、热量与热能有什么相同的特征？两者的区别是什么？过程量状状态量3、⼀个充⽓的玩具橡胶⽓球放置于⼀真空容器中。
若⽓球突然爆破，试分析所发⽣的能量转换。
⽓体的内能转化为动能和热能4、绝热过程是否⼀定是定熵过程？绝热做功Q不变T增⼤S减⼩5、是否所有的热⼒过程都是多变过程？不是只有当npvC n=0定压、n=1定温、n=k 定熵绝热、n=⽆穷定容6、根据p—v图上四种基本热⼒过程的过程曲线的位置，画出⾃点1出发的下述过程的过程曲线，并指出其变化范围：（1）热⼒学能增⼤及减⼩的过程等温线（2）吸热过程及放热过程绝热线7、根据T—s图上四种基本热⼒过程的过程曲线位置，画出⾃点1出发的下述过程的过程曲线，并指出其变化范围：（1）膨胀作功的过程及压缩耗功的过程；定容线（2）压⼒升⾼的过程及压⼒降低的过程。
定压线8、如下图所⽰。
1-2及1-3为两个任意过程，⽽2-3为⼀多变过程。
当多变过程指数n=0.9或n=1.1时，1-2和1-3两过程的热⼒学能变化2,1u ?和>3,1u ?哪⼀个⼤？N=k>1绝热线上左上端温度⾼所以2>39、根据p —v 图及T —s 图上⾃点1出发的四种基本热⼒过程的过程曲线的位置，在图上画出⾃点1出发的下列各种多变过程：（1）过程中⼯质膨胀作功同时向外放热；右下⼤（2）过程中⼯质吸热、膨胀作功同时压⼒升⾼；右上（3）过程中⼯质受压缩向外放热同时温度升⾼；左上（4）过程中⼯质吸热膨胀同时温度降低。
第4章思考题参考答案_259707009
3． 循环热效率公式
t
q1 q2 q (1)和 T T T (2)有何区别？各 1 2 t 1 2 1 2 q1 q1 T1 T1
适用什么场合？ 答： （1）和（2）都是用于计算卡诺热机效率的公式，区别在于适用范围不同。 式（1）适用于计算一般热机的效率; 式（2）仅适用于计算卡诺可逆热机的效 率。 4． 理想气体定温膨胀过程中吸收的热量可以全部转换为功，这是否违反热力 学第二定律？为什么？ 答：理想气体定温膨胀过程中吸收的热量可以全部转换为功，这个过程不违反 热力学第二定律。因为在上述过程中，气体的体积变大，也就是说这个热量全 部转换为功的过程引起了其它变化，所以不违反热力学第二定律。同时，理想 气体定温膨胀过程仅仅是一个单独的过程，而不是一个循环，这就意味着这个 过程不能连续不断地将热量全部转换为功，因此从这个角度来讲上述过程也不 违反热力学第二定律。 5． 下述说法是否正确，为什么？ (1) 熵增大的过程为不可逆过程； 答：错误，熵增可能有两种可能：熵流和熵产。对于可逆过程，虽然熵产为零， 但如果有吸热过程，则熵流大于零，导致熵增。
(5) 工质经不可逆循环，由于
T
Q
r
0
，所以
dS 0 ；
S dS 0
答：错误。对于工质经不可逆循环，
dS
Q ，且有
Tr
Q 。
Tr
(6) 可逆绝热过程为定熵过程，定熵过程就是可逆绝热过程； 答：可逆绝热过程为定熵过程，但定熵过程不一定是可逆绝热过程。例如：对 于任意一个循环，其 S
第四章 思考题参考答案 1． 若将热力学第二定律表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全 部变为机械能” ，有何不妥？ 答： 有两点不妥： 1) 热能是可以全部变为机械能的， 例如理想气体的等温过程； 但应该注意的是， 热能不可能连续不断地转化为机械能； 2) 没有提到热能和机 械能之间的转化过程是否对产生了其它影响，不是说热不能完全变成功，而是 在“不引起其它变化”的条件下，热不能完全变成功。例如理想气体等温过程， 引起了“其它变化” ，即气体的体积变大。 2.“循环功越大，则热效率越高” ； “可逆循环热效率都相等” ； “不可逆循环效 率一定小于可逆循环效率” 。这些结论是否正确？为什么？ 答：1) 描述不准确，只有从温度相同的恒温热源中吸相同热量的情况下，才可 以比较热效率大小。如果满足前提条件，则循环功越大，热效率越高。2) 描述 不准确，只有工作在具有相同温度的两个高、低温恒温热源间的可逆热机，其 循环热效率才相等。3) 描述不准确，只有工作在具有相同温度的两个高、低温 恒温热源间的可逆或不可逆热机才可以比较循环效率，否则将失去可比性。
_化学能与热能2-1
7、下列关于能量转换的认识中不正确的 、
是（ BD ）
A. 电解水生成氢气和氧气时，电能转 电解水生成氢气和氧气时， 化为化学能 B. 绿色植物进行光合作用时，太阳能 绿色植物进行光合作用时， 转化为热能 C. 煤燃烧时，化学能主要转化为热能 煤燃烧时， D. 白炽灯工作时，电能全部转化为光能 白炽灯工作时，
小组讨论： 通过本节课学习，怎样 判断化学反应是吸热还 是放热？
反应物的能量之和
生成物的能量之和
E反 （1）若E反> E生， ） 放出能量 （2）若E反< E生， ） 吸收能量
E生
放热反应 吸热反应
反应物 的能量
生成物 的能量
能量的释放
反应物的总能量=生成物的总能量+放出的热量 反应物的总能量=生成物的总能量+
石油、 煤、石油、天然气的主要化学成分是烃 类等有机物（煤中含有大量的碳）， ），它们燃 类等有机物（煤中含有大量的碳），它们燃 烧时放出热能。你一定想知道， 烧时放出热能。你一定想知道，这种能量从 何而来? 何而来?它与化学物质和化学反应有什么关 石灰石（主要成分是碳酸钙） 系？石灰石（主要成分是碳酸钙）要经过高 温煅烧才能变成生石灰， 温煅烧才能变成生石灰，高温提供的热能在 石灰石的分解反应中起到什么作用？ 石灰石的分解反应中起到什么作用？
8、甲烷燃烧要放出热量，水的分解要吸收能量， 、甲烷燃烧要放出热量，水的分解要吸收能量， 试从化学键变化的角度分析其原因？ 试从化学键变化的角度分析其原因？ 解析： 解析： 形成4molH－O键和 － 键和 键和2molC＝O键释放的能量 形成 ＝ 键释放的能量 比断裂4molC－H键和 键和2molO＝O键所吸收的能 比断裂 － 键和 ＝ 键所吸收的能 量高，因此放出热量。 量高，因此放出热量。 断裂4molH－O键所吸收的能量比形成 键所吸收的能量比形成2mol 断裂 － 键所吸收的能量比形成 H－H键和 键和1molO＝O键放出的能量高，因此 键放出的能量高， － 键和 ＝ 键放出的能量高 要吸收能量。 要吸收能量。
清华大学工程热力学思考题答案(上)
第一章思考题参考答案1．进行任何热力分析是否都要选取热力系统？答：是。
热力分析首先应明确研究对象，根据所研究的问题人为地划定一个或多个任意几何面所围成的空间，目的是确定空间内物质的总和。
2．引入热力平衡态解决了热力分析中的什么问题？答：若系统处于热力平衡状态，对于整个系统就可以用一组统一的并具有确定数值的状态参数来描述其状态，使得热力分析大为简化。
3．平衡态与稳定态的联系与差别。
不受外界影响的系统稳定态是否是平衡态？答：平衡态和稳定态具有相同的外在表现，即系统状态参数不随时间变化；两者的差别在于平衡态的本质是不平衡势差为零，而稳定态允许不平衡势差的存在，如稳定导热。
可见，平衡必稳定；反之，稳定未必平衡。
根据平衡态的定义，不受外界影响的系统，其稳定态就是平衡态。
在不受外界影响（重力场除外）的条件下，如果系统的状态参数不随时间变化，则该系统所处的状态称为平衡状态。
4．表压力或真空度为什么不能当作工质的压力？工质的压力不变化，测量它的压力表或真空表的读数是否会变化？答：由于表压力和真空度都是相对压力，而只有绝对压力才是工质的压力。
表压力p与真空度v p与绝对压力的关系为：gb g p p p =+b v p p p =-其中b p 为测量当地的大气压力。
工质的压力不变化，相当于绝对压力不变化，但随着各地的纬度、高度和气候条件的不同，测量当地的大气压值也会不同。
根据上面两个关系式可以看出，虽然绝对压力不变化，但由于测量地点的大气压值不同，当地测量的压力表或真空表的读数也会不同。
5．准静态过程如何处理“平衡状态”又有“状态变化”的矛盾？ 答：准静态过程是指系统状态改变的不平衡势差无限小，以致于该系统在任意时刻均无限接近于某个平衡态。
准静态过程允许系统状态发生变化，但是要求状态变化的每一步，系统都要处在平衡状态。
6．准静态过程的概念为什么不能完全表达可逆过程的概念？答：可逆过程的充分必要条件为：1、过程进行中，系统内部以及系统与外界之间不存在不平衡势差，或过程应为准静态的；2、过程中不存在耗散效应。
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定压线8、如下图所示。
1-2及1-3为两个任意过程，而2-3为一多变过程。
当多变过程指数n=0.9或n=1.1时，1-2和1-3两过程的热力学能变化2,1u ∆和>3,1u ∆哪一个大？N=k>1绝热线上左上端温度高 所以2>39、根据p —v 图及T —s 图上自点1出发的四种基本热力过程的过程曲线的位置，在图上画出自点1出发的下列各种多变过程：（1）过程中工质膨胀作功同时向外放热； 右下大（2）过程中工质吸热、膨胀作功同时压力升高； 右上（3）过程中工质受压缩向外放热同时温度升高； 左上（4）过程中工质吸热膨胀同时温度降低。
右下小10、是否热机循环的循环净功越大则循环的热效率越高？12121101q q q q q q w t -=-==η11、正向循环和逆向循环的循环过程各有什么特征？正向 制热循环，逆向 制冷循环12、设有两个可逆循环1-2-3-1及1-3-4-1。
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试求两循环的循环净功的关系及循环热效率间的关系。
1432o Ts1212,11T T q q c t -=-=η13、湿空气的湿球温度和露点温度的数值哪一个大？在什么条件下两者数值相等？对于未饱和空气(<1) ； 露 湿 干 湿空气为饱和湿空气14、湿空气的含湿量大是否一定天气潮湿？不一定 空气潮湿与相对湿度有关 当含湿量不变是 相对湿度仍可以变化15、冬季由室外向室内输送空气时除应加热提高其温度外，还应做何种处理？ 加湿16、热量传递方式有哪几种？导热系数、表面传热系数及传热系数的单位是什么？哪些是物性参数，哪些与过程有关？导热 对流换热 热辐射换热 λ W/m.℃物性 αW/m 2.℃ K W/m 2.℃17、试分析太阳能热水器的工作原理。
太阳照射，集热管吸收热量，然后将其传递给吸热器中的冷水，使其密度减小，冷热水间密度差压力驱动热水上升 ，冷水不断向下远动补充，从而行成循环18、在冬季自然环境下，为什么感觉手摸金属比摸木头要凉？金属的导热系数比木头大，手触碰两者时，热量更快得传递给金属，从而手感觉金属比较凉、19、用铝制水壶烧水时，尽管炉火很旺，但水壶安全。
一旦壶内水烧干后，水壶很快就被烧坏。
试从传热学观点分析这一现象当水壶内有水时，可以对壶底进行很好的冷却。
水对壶底的对流传热系数大，壶底的热量被很快的穿走而不至于温度升高，当没有水时，和壶底发生对流换热的是气体 因为气体的对流换热表面传热系数小。
壶底的热量不能很快的被转走所以壶底的升温很快 容易被烧坏。
20、设冬天室内温度为1f t ，室外温度为2f t ，试分析在两温度保持不变的条件下，下列三种情形从室内到室外大气温度分布情况，并画出示意曲线：（1）室外平静无风； 导热（2）室外冷空气以一定流速吹过砖墙表面； 对流换热（3）除了室外刮风以外，还要考虑砖墙与四周环境间的辐射换热。
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炉膛水冷壁 ：蒸发受热面，水循环回路上升管组成，保护和减轻炉墙的功能 过热器：是将锅炉的饱和蒸汽进一步加热到所需过热蒸汽温度再热器 ：加热从汽轮机引回来的蒸汽省煤器：加热给水，提高进入锅炉的水温，同时把烟气温度进一步降低，提高锅炉热效率，节省燃料空气预热器：吸收烟气热量，使排烟温度降低并减少排烟热损失，提高锅炉效率，同时提高了助燃空气的温度，增强了燃烧稳定性并提高锅炉燃烧效率，提高炉膛内烟气温度，强化炉内辐射换热2、煤的元素分析与工业分析内容。
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表面式：与空气进行热湿交换的介质不与空气直接接触。
空气与介质的接热湿交换是通过设备的金属表面进行的。
第五章动力机械基础1、什么是涡轮级？2、什么是反动度？按反动度分类，涡轮级分为哪几类？各有何特点？3、轴流汽轮机中有哪些损失？4、汽轮机中，什么是鼓风损失，什么是斥汽损失？5、汽轮机功率调节方式有哪几种？简述其工作原理。
5、泵与风机的性能参数有哪些？6、离心式泵与风机的叶片一般可分为哪几种形式？各有何优缺点？7、泵与风机运行时，工作点如何确定？8、泵与风机并联运行的特点是什么？请画出并联运行性能曲线。
9、泵与风机串联运行的特点是什么？请画出并联运行性能曲线。
10、泵与风机工况调节有哪几种？各有何优缺点？第六章热力发电技术1、什么是再热循环？请图示说明再热循环原理。
2、什么是回热循环？请图示说明回热循环原理。
3、什么是热电联产循环？有何优越性？4、什么是发电厂的原则性热力系统与全面性热力系统？5、凝汽式发电厂的热经济性指标有哪些？6、核电站的工质回路有哪几种？7、核电站有哪些堆型，目前应用最广的是哪种？8、凝汽式电厂与热电厂的区别是什么？。