工程热力学第10章-工程热力学(沈维道_童钧耕主编)第四版
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。
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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。
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。
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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。
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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
1.不一定，稳定流动系统内质量也保持恒定。
2．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．平衡状态一定是稳定状态，稳定状态则不一定是平衡状态。
4．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．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.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．有势差（温度差、压力差、浓度差、电位差等等）存在。
8．参加公路自行车赛的运动员是开口系统、运动手枪中的压缩空气是闭口绝热系统、杯子里的热水是开口系统（闭口系统——忽略蒸发时）、正在运行的电视机是闭口系统。
9．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。
10．吸入空气，排出烟气，输出动力（机械能）以克服阻力，发动机水箱还要大量散热。
工程热力学课后试探题答案第四版沈维道童钧耕
1．闭口系与外界无物质互换，系统内质量维持恒定，那么系统内质量维持恒定的热力系必然是闭口系统吗？不必然，稳固流动系统内质量也维持恒定。
2．有人以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，因此开口系统不可能是绝热系。
对不对，什么缘故？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．平稳状态与稳固状态有何区别和联系？平稳状态必然是稳固状态，稳固状态那么不必然是平稳状态。
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，本地大气压是不是必然是环境大气压？本地大气压p b 改变，压力表读数就会改变。
本地大气压p b 不必然是环境大气压。
5．温度计测温的大体原理是什么？热力学第零定律 Thezerothlawofthermodynamics enables us to measure temperature. In order to measure temperature of body A, we compare body C — a thermometer — with body Aand 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．体会温标的缺点是什么？什么缘故？不同测温物质的测温结果有较大的误差，因为测温结果依托于测温物质的性质。
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间壁式
16
二、回热循环计算
1. 抽汽量 能量方程：
1 h4 h01 h01' 0
忽略泵功
h01' h2' h01 h2'
熵方程：
h4 h2'
2. 回热器(regenerator)R
1 s2' s01 s01' Sf Sg sCV 0 Sg s01' s01 1 s2'
>
循环热效率
循环热量利用系数没有区分热能与电能的本质差别； 循环热效率没考虑低温热能的可利用性 热电厂热量利用系数
利用的热量 燃料的总释热量
23
10-5 燃气-蒸汽联合循环
燃-蒸联合循环 （combination steam turbine-gas turbine cycle）
燃气-蒸汽联合循环型式之一 （无补燃）
（h1–h2—理想绝热焓降（ideal enthalpy drop; isentropic enthalpy drop ）
11
b）装置内部热效率（internal thermal efficiency） 忽略水泵功：
i
wnet,act q1
wt,Tact q1
h1 h2act T h1 h2 Tt h1 h2' h1 h2'
12
10-2 再热循环（reheat cycle）
一、设备流程及T-s图
13
二、再热对循环效率的影响
忽略泵功：
wnet h1 h5 h6 h7
q1 h1 h3 h6 h5
wnet h1 h5 h6 h7 t q1 h1 h3 h6 h5
T 放 1 s2 s2' T 放 T放 S2 Q2 1 否 t 1 1 T吸 Q1 T 吸 s1 s01' T吸 S1
2）回热器是间壁式，α怎么求？ 3）回热器中过程不可逆，为什么 循环ηt 上升？
19
例A466266 例A460200
I T0 Sg
17
wnet h1 h01 1 h01 h2
wnet 1 h1 h2 h1 h01
q1 h1 h01'
q2 1 h2 h2'
3. 循环热效率
wnet h1 h01 1 h01 h2 t q1 h1 h01'
考虑机械损失
Pe—有效轴功率 ηm—机械效率
c）装置有效热效率ηe
Pe e Tmt q1
3.实际内部耗汽率di和耗汽量Di
d0 h1 h2 1 1 di h1 h2act h1 h2act h1 h2 T
Di di Pi
实际内部功率
例A466155 例A460299
1 h2 h2' q2 t 1 1 q1 h1 h01'
讨论： 1）抽汽回热ηt 上升； 2）抽汽级数越多ηt 越高 ，若级数趋向无穷， ηt =1？
18
思考：1）抽汽回热循环
T放 t 1 ? T吸 h1 h01' h2 h2' 其中T 吸 T放 s1 s01' s2 s2'
wt,T h1 h2 ? cp T1 T2
wt,P h4 h3
q2 h2 h3 ? c p T2 T3
wnet h1 h2 h4 h3
?Ts s3 s2
q1 h1 h4
wnet q2 h1 h2 h4 h3 t 1 q1 q1 h1 h4
讨论： 我国幅员辽阔，四季温差大，对蒸汽发电机组有什么影响？
例A466167英
例A466167中
9
四、有摩阻的实际朗肯循环
1. T-s图及h-s图
忽略水泵功：
q1 h1 h3 q2 h2act h2'
不变
t
10
2. 不可逆性衡量
a）汽轮机内部相对效率ηT（简称汽机效率）
燃气-蒸汽联合循环型式之二 24 （补燃式）
t 1
Q fa Q51 Q23
25
燃气-蒸汽联合循环型式之三——热电合供
下一章
26
2
二、朗肯循环 (Rankine cycle) 1. 水蒸气的卡诺循环
水蒸气卡诺循环有可能实现，但： 1）温限小 实际并不实行 2）膨胀末端x太小 卡诺循环 3）压缩两相物质的困难
3
2. 水蒸气朗肯循环 1）流程图
2）p-v，T-s及h-s图
4
3）朗肯循环的热效率
wnet q2 t 1 q1 q1 wnet wt,T wt,P
第十章 蒸汽动力装置循环
Vapor power cycles
10-1 简单蒸汽动力装置循环-朗肯循环 10-2 再热循环 10-3 回热循环 10-4 热电合供
10-5 燃气-蒸汽联合循环
1
10-1 简单蒸汽动力装置循环—朗肯循环
一、概述
蒸汽及蒸汽动力装置(steam power plant)
1）蒸汽是历史上最早广泛使用的工质，19世纪后期 蒸汽动力装置的大量使用，促使生产力飞速发展， 促使资本主义诞生。 2）目前世界约75%电力、国内78%电力来自火电厂，绝 大部分来自蒸汽动力。 3）蒸汽动力装置可利用各种燃料。 4）蒸汽是无污染、价廉、易得的工质。
5
wt,P wt,T
wnet wt,T
若忽略水泵功，同时近似取h4h3，则
h1 h2 h1 h2 t h1 h3 h1 h2'
4）耗汽率(steam rate)及耗汽量 理想耗汽率(ideal steam rate) d0 —装置每输出单位功量所消耗的蒸汽量
T
wt,Tact wt,T
h1 h2act h1 h2
近代大功率汽轮机ηT 在0.92左右 h2act的确定方法： 运行中，测出 p2 及 x2，按 hx= x2h″+ (1-x2)h′ 设计中，选定ηT 按
h2act h1 T h1 h2 h2 1 T h1 h2
1 d0 h1 h2
耗汽量
kg/J,工程上用kg/ kW h
D0 d0 P 0
P 0 功率,W
6
三、初参数对朗肯循环热效率的影响
1. 初温t1Biblioteka T 1 T 2不变 t
或 循环1t2t3561t =循环123561+循环11t2t21
t11 2 21 t123561
ηt
？
其他影响：x末上升（根本目的）； d0下降；
复杂化，投资上升。
14
10-3 回热循环（regenerative cycle）
一、抽汽回热循环（regenerative cycle with steam extraction，regenerative cycle with feed-water heater）
20
10-4 热电合供（power-and-heating plant cycle）
一、背压式设备流程及T-s图
特点—发电量受热负荷制约。
21
二、抽汽凝汽式设备流程及T-s图
特点—热负荷变动对电能生产影响较小，热效率较背压机组高。
22
三、热量利用系数
循环热量利用系数
已利用的热量 工质从热源所吸收的热量
t t
t
7
2. 初压力 p1
T 1 , T 2不变 t
但 x2下降且 p太高造成强度问题
8
3. 背压 p2
T 1不变 , T 2 t 但受制于环境温度，不能任意
降低 p2 6kPa, t s 36.17 C; p2 4kPa, ts 28.95 C 同时，x2下降 。