工程热力学沈维道_童钧耕主编
工程热力学课后思考题答案--第四版-沈维道-童钧耕主编-高等教育出版社
1word 版本可编辑.欢迎下载支持.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。
2word 版本可编辑.欢迎下载支持.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 =p b +p g (p > p b ), p = p b-p v (p < p b ) 中，当地大气压是否必定是环境大气压？ 当地大气压p b 改变，压力表读数就会改变。
当地大气压p b 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The zeroth law of thermodynamics enables us to measure temperature. 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 temperature 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。
工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕主编_高等教育出版社汇总
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。
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 =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b )中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压p b 改变，压力表读数就会改变。
当地大气压p b 不一定是环境大气压。
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。
7．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。
有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。
4题图9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。
取正在使用的家用电热水器为控制体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统？不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a 图）。
包括电加热器则为开口绝热系统（b 图）。
将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部包括在内，构成孤立系统。
或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。
12．图1-22中容器为刚性绝热容器，分成两部分，一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板，（1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？（2）设真空部分装有许多隔板，逐个抽去隔板，每抽一块板让气体先恢复平衡在抽p v1a b29题图a b冷水 冷水热水传热 传热 热水 电流下一块，则又如何？（3）上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在p -v 图上表示？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。
工程热力学课后思考题参考答案__第四版_沈维道_童钧耕主编_高等教育出版社
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。
24p=p b+p g中，压p b67．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。
有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。
9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。
取正在使用12（1（2）体先恢复平衡在抽下一块，则又如何？（3）上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在p-v图上表示？p14．一刚性容器，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？ 能在。
89．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。
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∆U CV =0、∆H CV =0、∆S CV=0?控制体的∆U CV=0、∆H CV=0、∆S CV=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∆U CV=0、∆H CV=0、∆S CV=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。
13.1-1、2-2h3q m3（h3+c f32/2+gz3）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：q m1⋅h1+ q m2⋅h2= q m3⋅h3出口截面上焓值h3的计算式h3=（q m1⋅h1+ q m2⋅h2）/ 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，一般习惯前后反过来写。
第5章工程热力学沈维道童钧耕
流入系统(xìtǒng)熵-流出系统(xìtǒng)熵+熵产=系统 (xìtǒng)熵增
其中
流入 流出
热迁移 造成的 热 熵流
质迁移
质
32
精品资料
δmisi
δW
δmj s j
Ql
Trl
流入
δmisi
δQl Tr,l
t,i
1 TL,i TH,i
1 δq2i δq1i
δq2i δq1i
TL,i
TH ,i
δq1i δq2i 0
T T H,i
L,i
δqi 0 Tr ,i
q 0
Tr
令分割循环的可逆绝热线 无穷大，且任意(rènyì)两线间距离 0
则
20
精品资料
δq Tr
0
δq T
0
令
ds δq T
精品资料
sg—熵产，非负 例：
不可逆 “+” 系统(xìtǒng)进行不可逆过程 可逆 “0” 造成系统(xìtǒng)熵的增加
若TA = TB，可逆，取A为系统(xìtǒng)
2 δQ
Q
SA
1
TA
R
TA
Sf
2 δQ 1 Tr
2 δQ Q Q
1 TB TB
TA
Sg 0
30
精品资料
28
精品资料
5–4 熵方程(fāngchéng)与孤立系统熵 增原理
一、熵方程
(fāngchéng)
1. 熵流和熵产
ds δq Tr
ds
δq Tr
δsg
δsf
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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。
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 =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b )中，当地大气压是否必定是环境大气压？当地大气压p b 改变，压力表读数就会改变。
当地大气压p b 不一定是环境大气压。
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。
7．促使系统状态变化的原因是什么？举例说明。
有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。
4题图9．家用电热水器是利用电加热水的家用设备，通常其表面散热可忽略。
取正在使用的家用电热水器为控制体（但不包括电加热器），这是什么系统？把电加热器包括在研究对象内，这是什么系统？什么情况下能构成孤立系统？不包括电加热器为开口（不绝热）系统（a 图）。
包括电加热器则为开口绝热系统（b 图）。
将能量传递和质量传递（冷水源、热水汇、热源、电源等）全部包括在内，构成孤立系统。
或者说，孤立系统把所有发生相互作用的部分均包括在内。
12．图1-22中容器为刚性绝热容器，分成两部分，一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板，（1）突然抽去隔板，气体（系统）是否作功？（2）设真空部分装有许多隔板，逐个抽去隔板，每抽一块板让气体先恢复平衡在抽p v1 a b29题图下一块，则又如何？（3）上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在p-v图上表示？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。
工程热力学课后思考题答案__第四版_沈维道_童钧耕主编_高等教育出版社
工程热力学课后思考题答案第1章 基本概念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 =p b +p g (p > p b ), p = p b -p v (p < p b )中，当地大气压是否必定是环境大气压？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。
4题图环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
“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”。
当地大气压就是指的所处地点的大气压力. 任何一个地点的大气压不仅是海拔高度的函数, 而且是天气或者说是气候的函数. 也就是说是时间的函数. 但是某地的大气压随时间的变化并不会很大, 也不会非常频繁. 假如当地大气压仅仅是指所处地点地表附近的大气压, 那么所处地点上方空间中的任何一个位置就不能说成是"当地", 而只能说成是"环境",5．温度计测温的基本原理是什么？热力学第零定律如果两个热力系的每一个都与第三个热力系处于热平衡，则它们彼此也处于热平衡。
工程热力学(沈维道_童钧耕主编)第四版-全书完整课件_第九章
2. cV
定容过程 dv=0
若为理想气体
cV
u T
v
u u(T )
u T
v
du dT
cV
du dT
du
cVdT
cV cV (T ) 温度的函数
7
3. cp
据一般表达式
cp
u T
v
u v
T
第三章 气体和蒸气的性质
Properties of gas and vapor
3-1 理想气体 3-2 理想气体的比热容 3-3 理想气体的热力学能、焓和熵 3-4 饱和状态、饱和温度和饱和压力
3-5 水的定压加热汽化过程 3-6 水和水蒸气状态参数 3-7 水蒸气图表和图
1
3-1 理想气体
一、理想气体(perfect gas or ideal gas)的基本假设
加热，使温度升高如 t'，保持定 值，系统建立新的动态平衡。与之 对应，p变成ps'。
所以 Ts ps 一一对应，只有一个独立变量，即 ts f ps
如
ps
ts 100
4
ps atm ts C
28
t/ ℃ p/ MPa
0
20
50
100
120
0.0 006 112 0.0 023 385 0.0 123 446 0.1 013 325 0. 198 483
20
讨论： 如图：
Tb Tc Td
uab uac uad hab hac had
工程热力学沈维道童钧耕主编
•力平衡（ ）： 在无外界作用的条件下，系统内部、系统与外 界处处压力相等。
•热力平衡的充要条件 —系统同时达到热平衡和力平衡。
24
讨论： 1）系统平衡与均匀
2）平衡与稳定
— 平衡可不均匀
— 稳定未必平衡
25
三、纯物质的状态方程 （）
状态方程 fp,v,T0
1．理想气体状态方程 （ ; ’s ）
ppbpe (ppb) ppbpv (ppb)
21
常用压力单位：
1Pa 1mN2 1MPa 1106Pa 1bar 1105Pa 1atm101325Pa 760mmHg 1mmHg 133.32Pa 1mmH2O9.80665Pa
例A4001441
例A4002771
取红线为系统— 闭口系
取喷管为系统—
开口系绝热系?
14
３．A、B两部落“鸡、犬之声相闻， 民至老死不相往来”
A部落为系统
—闭口系 A
部落为系统—孤立系
B
15
1-3 工质的热力学状态和基本状态参数
一、热力学状态和状态参数
热力学状态（ ） —系统宏观物理状况的综合
状态参数（ ） —描述物系所处状态的宏观物理量
第一章 基本概念
1-1 热能和机械能相互转换过程 1-2 热力系统 1-3 工质的热力学状态及其基本状态参数 1-4 平衡状态 1-5 工质的状态变化过程 1-6 功和热量 1-7 热力循环
1
1-1 热能和机械能相互转换的过程
一、热能动力装置( )
定义：从燃料燃烧中获得热能并利用热能得到动力 的整套设备。
• 外界( )： 与体系发生质、能交换的物系。
• 边界()：
系统与外界的分界面（线）。
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b 1 RTcr 8 pcr
R 8 pcrVm,cr 3 Tcr
5
表6-1 临界参数及a、b值
Tcr
物质
pcr
Vm,cr 103
Zcr
pcrVm,cr RTcr
a
b
K MPa m3/mol
m6 Pa mol2 m3 mol1
空气 132.5 3.77 一氧化碳 133 3.50 正丁烷 425.2 3.80 氟利昂12 384.7 4.01
a 0.427480R2Tc2r.5 b 0.08664RTcr
pcr
pcr
7
三、多常数方程
1. B-W-R方程
p
RT Vm
B0
RT
A0
C0 T2
1 Vm2
bRT
a
1 Vm3
a
Vm6
c
1
Vm2
T2
1 eVm2 Vm3
其中B0、A0、C0、b、a、c、α、γ 为常数
B-W-R系数
甲烷 191.1 4.64 氮 126.2 3.39 乙烷 305.5 4.88 丙烷 370 4.26 二氧化硫 430.7 7.88
0.088 3 0.093 0 0.254 7 0.217 9 0.099 3 0.089 9 0.148 0 0.199 8 0.121 7
0.302 0.294 0.274 0.273 0.290 0.291 0.284 0.277 0.268
临界点p、v、T值满足范氏方程
pcr
RTcr Vm,cr b
a V2
m,cr
p
v
Tcr
0
p
v
Tcr
RTcr Vm,cr b
2
2a V3
m,cr
0
2p
v2
Tcr
0
2 p
v2
Tcr
2RTc Vm,cr b
3
6a V4
m,cr
0
a 27 R2Tc2r 64 pcr
8
2. M-H方程
p
RT Vm b
A2
B2T C2 exp
Vm b2
T
Tcr
A3
B3T C3 exp
Vm b3
T
Tcr
A4
Vm b4
A5
B5T
C5
exp
T
Tcr
Vm b5
5.475，A2, A3, A4, A5, B2 , B3, B5, b, C2 , C3, C5 11个常数。
6–1 理想气体状态方程用于实际气体偏差
理想气体 实际气体
pv RgT pv ZRgT
pv 1 RgT
压缩因子(compressibility factor) Z
Z pv
RgT
Z pv v v
>1
RgT RgT vi
=1
p
<1
氢不同温度时压缩因子 与压力关系
1
r r0
f2 f1
r r0
9
6–3 维里型方程
Z pv 1 B C D L
RgT
v v2 v3
第二维里系数 第三维里系数
第四维里系数
特点：
Z pv 1 B ' p C ' p2 D ' p3 L RgT
1）用统计力学方法能导出维里系数；
2）维里系数有明确物理意义；如第二维里系数表示二个分 子间相互作用；
3）有很大适用性，或取不同项数，可满足不同精度要求。
即使压力较高，计 算值与实验值误差 较小。如N2常温下 100 MPa时无显著误 差。在接近液态时， 误差较大，如CO2常 温下5MPa时误差约 4%，100MPa时误差 35%；
3）巨大理论意义。
4
范德瓦尔常数a，b求法： 1）利用p、v、T 实测数据拟合; 2）利用通过临界点 cr 的等温线性质求取:
R 8 pcrVm,cr 3 Tcr
p
a Vm2
Vm
b
RT
代入范氏方程
可导得
pr
3 V2
m,r
3Vm,r 1
8Tr
11
范德瓦尔对比态方程
讨论：
1）对比态方程中没有物性常数，所以是通用方程。
2）从对比态方程中可看出 相同的p，T 下，不同气体的v不同 相同的pr，Tr下，不同气体的vr 相同，即
各种气体在对应状态下有相同的比体积——对应态原理
f (pr,Tr,vr)=0
3）对大量流体研究表明，对应态原理大致是正确的，若采用 “理想对比体积”—Vm'，能提高计算精度。
Vm'
Vm Vm,i,cr
Vm,i,cr 临界状态作理想气体计算的摩尔体积。
12
二、通用压缩因子和通用压缩因子图
1. 压缩因子图
0.135 8 0.146 3 1.380 1.078 0.228 5 0.136 1 0.557 5 0.931 5 0.683 7
0.036 4 0.039 4 0.119 6 0.099 8 0.042 7 0.038 5 0.065 0 0.090 0 0.056 8
6
水 二氧化碳 氧 氢
pVm ZRT
2. 通用压缩因子图
Z pVm / RT Zcr pcrVm,cr / RTcr
prVm,r Tr
对应态原理
Z f1 pr ,Tr ,Vm,r , Zcr
f 0 r0—分子当量作用半径
V0
4 3
r03
4 1030 m3
r r f 0 r—分子有效作用半径
在标3 m3/mol 6.02 1023个分子
V 6.021023 41030 2.4106 m3/mol
V 1.07 104 Vm
所以，可在常温常压下忽略分子间作用力和体积。
2
6–2 范德瓦尔方程和R-K方程
一、范德瓦尔方程
p
a Vm2
Vm
b
RT
a,b—物性常数
a
Vm2
内压力
气态物质较小 液态，如水20℃时,1.05×108Pa
Vm —分子自由活动的空间
3
范氏方程： 1）定性反映气体
p-v-T关系； 2）远离液态时，
临界温度/℃ 临界压力/MPa 临界比体积/ （m3/kg）
374.14
22.09
0.003 155
31.05
7.39
0.002 143
-118.35
5.08
0.002 438
-239.85
1.30
0.003 219 2
二、R-K方程
p RT
a
Vm b
T
V 0.5 m
Vm
b
a,b—物性常数 1）由p，v，T实验数据拟合； 2）由临界参数求取
10
6–4 对应态原理与通用压缩因子图
一、对应态原理(principle of corresponding states)
对比参数(reduced properties)：
pr
p pcr
Tr
T Tcr
Vm,r
Vm Vm,cr
pr Tr Vmr
a 27 R2Tc2r 64 pcr
b RTcr 8 pcr