工程热力学思考题答案,第三章
工程热力学思考题答案
工程热力学思考题及答案第一章基本概念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？答：不一定。
稳定流动开口系统内质量也可以保持恒定。
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，所以开口系统不可能是绝热系。
对不对，为什么？答：这种说法是不对的。
工质在越过边界时，其热力学能也越过了边界。
但热力学能不是热量，只要系统和外界没有热量的交换就是绝热系。
3.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：只有在没有外界影响的条件下，工质的状态不随时间变化，这种状态称之为平衡状态。
稳定状态只要其工质的状态不随时间变化，就称之为稳定状态，不考虑是否在外界的影响下，这是它们的本质区别。
平衡状态并非稳定状态之必要条件。
物系内部各处的性质均匀一致的状态为均匀状态。
平衡状态不一定为均匀状态，均匀并非系统处于平衡状态之必要条件。
4.假如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 e(p >p b)，p v=p b−p (p b<p)中，当地大气压是否必定是环境大气压？答：压力表的读数可能会改变，根据压力仪表所处的环境压力的改变而改变。
当地大气压不一定是环境大气压。
环境大气压是指压力仪表所处的环境的压力。
5.温度计测温的基本原理是什么？答：温度计随物体的冷热程度不同有显著的变化。
6.经验温标的缺点是什么？为什么？答：任何一种经验温标不能作为度量温度的标准。
由于经验温标依赖于测温物质的性质，当选用不同测温物质的温度计、采用不同的物理量作为温度的标志来测量温度时，除选定为基准点的温度，其他温度的测定值可能有微小的差异。
7.促使系统状态变化的原因是什么？答：系统内部各部分之间的传热和位移或系统与外界之间的热量的交换与功的交换都是促使系统状态变化。
8.(1)将容器分成两部分，一部分装气体，一部分抽成真空，中间是隔板。
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及答案
⼯程热⼒学课后思考题及答案第⼀章思考题1、如果容器中⽓体压⼒保持不变，那么压⼒表的读数⼀定也保持不变，对吗？答：不对。
因为压⼒表的读书取决于容器中⽓体的压⼒和压⼒表所处环境的⼤⽓压⼒两个因素。
因此即使容器中的⽓体压⼒保持不变，当⼤⽓压⼒变化时，压⼒表的读数也会随之变化，⽽不能保持不变。
2、“平衡”和“均匀”有什么区别和联系答：平衡（状态）值的是热⼒系在没有外界作⽤（意即热⼒、系与外界没有能、质交换，但不排除有恒定的外场如重⼒场作⽤）的情况下，宏观性质不随时间变化，即热⼒系在没有外界作⽤时的时间特征-与时间⽆关。
所以两者是不同的。
如对⽓-液两相平衡的状态，尽管⽓-液两相的温度，压⼒都相同，但两者的密度差别很⼤，是⾮均匀系。
反之，均匀系也不⼀定处于平衡态。
但是在某些特殊情况下，“平衡”与“均匀”⼜可能是统⼀的。
如对于处于平衡状态下的单相流体（⽓体或者液体）如果忽略重⼒的影响，⼜没有其他外场（电、磁场等）作⽤，那么内部各处的各种性质都是均匀⼀致的。
3、“平衡”和“过程”是⽭盾的还是统⼀的？答：“平衡”意味着宏观静⽌，⽆变化，⽽“过程”意味着变化运动，意味着平衡被破坏，所以⼆者是有⽭盾的。
对⼀个热⼒系来说，或是平衡，静⽌不动，或是运动，变化，⼆者必居其⼀。
但是⼆者也有结合点，内部平衡过程恰恰将这两个⽭盾的东西有条件地统⼀在⼀起了。
这个条件就是：在内部平衡过程中，当外界对热⼒系的作⽤缓慢得⾜以使热⼒系内部能量及时恢复不断被破坏的平衡。
4、“过程量”和“状态量”有什么不同？答：状态量是热⼒状态的单值函数，其数学特性是点函数，状态量的微分可以改成全微分，这个全微分的循环积分恒为零；⽽过程量不是热⼒状态的单值函数，即使在初、终态完全相同的情况下，过程量的⼤⼩与其中间经历的具体路径有关，过程量的微分不能写成全微分。
因此它的循环积分不是零⽽是⼀个确定的数值。
习题1-1 ⼀⽴⽅形刚性容器，每边长 1 m ，将其中⽓体的压⼒抽⾄ 1000 Pa ，问其真空度为多少毫⽶汞柱?容器每⾯受⼒多少⽜顿？已知⼤⽓压⼒为 0.1MPa 。
工程热力学思考题答案,第三章
工程热力学思考题答案,第三章TYYGROUP system office room 【TYYUA16H-TYY-TYYYUA8Q8-第三章理想气体的性质1.怎样正确看待“理想气体”这个概念在进行实际计算是如何决定是否可采用理想气体的一些公式答：理想气体：分子为不占体积的弹性质点，除碰撞外分子间无作用力。
理想气体是实际气体在低压高温时的抽象，是一种实际并不存在的假想气体。
判断所使用气体是否为理想气体（1）依据气体所处的状态（如：气体的密度是否足够小）估计作为理想气体处理时可能引起的误差；（2）应考虑计算所要求的精度。
若为理想气体则可使用理想气体的公式。
2.气体的摩尔体积是否因气体的种类而异是否因所处状态不同而异任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是 0.022414m 3 /mol答：气体的摩尔体积在同温同压下的情况下不会因气体的种类而异；但因所处状态不同而变化。
只有在标准状态下摩尔体积为 0.022414m 3 /mol 3.摩尔气体常数 R 值是否随气体的种类不同或状态不同而异？答：摩尔气体常数不因气体的种类及状态的不同而变化。
4.如果某种工质的状态方程式为pv =R g T，那么这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗？答：一种气体满足理想气体状态方程则为理想气体，那么其比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数。
5.对于一种确定的理想气体，()p v C C -是否等于定值？p v C C 是否为定值？在不同温度下()p v C C -、pv C C 是否总是同一定值？答：对于确定的理想气体在同一温度下()p v C C -为定值，pv C C 为定值。
在不同温度下()p v C C -为定值，pv C C 不是定值。
6.麦耶公式p v g C C R -=是否适用于理想气体混合物是否适用于实际气体答：迈耶公式的推导用到理想气体方程，因此适用于理想气体混合物不适合实际气体。
7.气体有两个独立的参数，u(或 h)可以表示为 p 和 v 的函数，即(,)u u f p v =。
工程热力学 第三章答案
活塞距底面高度 h=10cm， 活塞及负载的总质量是 3-6 截面积 A = 100cm 的气缸内充有空气，
2
195kg（见图 3-11）。已知当地大气压力 p0 = 771mmHg ，环 气缸内空气恰与外界处于热力平衡状态， 境温度为 t0 = 27°C ， 现将其负载取去 100kg，活塞将上升，最后与环境重新达到热 力平衡。设空气可以通过气缸壁充分与外界换热，达到热力平 衡时，空气的温度等于环境大气的温度。求活塞上升的距离，空气对外作出的功以及与环境的 换热量。 解：据题意，活塞上负载未取去前气缸内气体的初始状态 为： p1 = pb +
h1 = c p |
207° C 0° C
t1 = 1.0125kJ/(kg ⋅ K) × 207 o C = 209.6kJ/kg t2 = 1.0737kJ/(kg ⋅ K) × 827 o C = 887.9kJ/kg
h2 = c p |
827° C 0° C
∆h = h2 − h1 = 887.9kJ/kg − 209.6kJ/kg = 678.3kJ/kg
17
第三章 理想气体的性质
的热力性质表； (3)若上述过程为定压过程， 即 T1 = 480K，T2 = 1100K，p1 = p2 = 0.2MPa ， 问这时的 u1、u2、∆u、h1、h2、∆h 有何改变？(4)对计算结果进行简单的讨论： 为什么由气体 性质表得出的 u，h 与平均质量热容表得出的 u, h 不同？两种方法得出的 ∆u，∆h 是否相同？ 为什么？ 解：由附表查得空气的气体常数 Rg = 0.287kJ/(kg ⋅ K)
t1 = T1 − 273 = 480 − 273 = 207°C ， t2 = T2 − 273 = 1100 − 273 = 827°C
工程热力学第3章习题答案
可得
p1V1 p0V0
=
T1 T0
，
0.1×106 ×V1
1.01325×105 × 20000 ×10
=
273.15 +150 273.15
，得
V1
= 87.204m3/s
3600
由
π 4
D2
×c
= V1 ，可得烟囱出口处的内径
( ) 可得 p1 = T1 ， ( ) p2 T2
0.1×106 − 60×103 0.1×106 − 90×T2
，得 T2
=
93.29K
需要将气体冷却到−179.86℃
3-5 某活塞式压气机向容积为 10m3 的储气箱中冲入压缩空气。压气机每分钟从压力为 p0=0.1MPa、温度 t0=20℃的大气中吸入 0.5m3 的空气。冲气前储气箱压力表的读数为 0.1MPa， 温度=20℃。问需要多长时间才能使储气箱压力表的读数提高到 0.5MPa，温度上升到 40℃?
T1
T1
根据题意，已知每分钟抽出空气的体积流量为 qV = 0.2m3/min
假设抽气时间为τ分钟，根据已知条件可得 p1V1 = p2 (V1 + qVτ )
质量流量为 qm
=
p2qV RgT1
=
0.1×106 × 5× 0.2
287 × 293.15× (5 + 0.2τ ) kg/min
∫ 因此需要抽气时间的计算为公式
或V = mv = 3× 0.0561 = 0.168m3
3-2 在煤气表上读得煤气的消耗量为 600m3。若在煤气消耗其间，煤气表压力平均值为 0.5 kPa，温度平均为 18℃，当地大气压力为=0.1MPa。设煤气可以按理想气体处理。试计算：
广大复习资料之工程热力学第三章思考题答案
第三章思考题3-1门窗紧闭的房间内有一台电冰箱正在运行,若敞开冰箱的大门就有一股凉气扑面,感到凉爽。
于是有人就想通过敞开冰箱大门达到降低室内温度的目的,你认为这种想法可行吗?解：按题意，以门窗禁闭的房间为分析对象，可看成绝热的闭口系统，与外界无热量交换，Q =0，如图3.1所示，当安置在系统内部的电冰箱运转时，将有电功输入系统，根据热力学规定：W <0，由热力学第一定律W U Q +∆=可知，0>∆U ，即系统的热力学能增加，也就是房间内空气的热力学能增加。
由于空气可视为理想气体，其热力学能是温度的单值函数。
热力学能增加温度也增加，可见此种想法不但不能达到降温目的，反而使室内温度有所升高。
3-2既然敞开冰箱大门不能降温，为什么在门窗紧闭的房间内安装空调器后却能使温度降低呢?解:仍以门窗紧闭的房间为对象。
由于空调器安置在窗上，通过边界向环境大气散热,这时闭口系统并不绝热,而且向外界放热，由于Q<0，虽然空调器工作时依旧有电功W 输入系统，仍然W<0，但按闭口系统能量方程：W Q U -=∆，此时虽然Q 与W 都是负的,但W Q >，所以∆U<0。
可见室内空气热力学能将减少,相应地空气温度将降低。
3-6 下列各式，适用于何种条件？(说明系统、工质、过程)1）δq=du+ δw ；适用于闭口系统、任何工质、任何过程2）δq=du+ pdv ；适用于闭口系统、任何工质、可逆过程3）δq=c v dT+ pdv ；适用于闭口系统、理想气体、任何过程4）δq=dh ；适用于开口系统、任何工质、稳态稳流定压过程5）δq=c p dT- vdp 适用于开口系统、理想气体、可逆过程3-8对工质加热，其温度反而降低，有否可能？答：有可能，如果工质是理想气体，则由热力学第一定律Q=ΔU+W 。
理想气体吸热，则Q>0，降温则ΔT<0，对于理想气体，热力学能是温度的单值函数，因此，ΔU <0。
工程热力学第三章课后答案
第三章 气体和蒸气的性质3−1 已知氮气的摩尔质量328.110 kg/mol M −=×，求： （1）2N 的气体常数g R ；（2）标准状态下2N 的比体积v 0和密度ρ0； （3）标准状态31m 2N 的质量m 0；（4）0.1MPa p =、500C t =D 时2N 的比体积v 和密度ρ； （5）上述状态下的摩尔体积m V 。
解：（1）通用气体常数8.3145J/(mol K)R =⋅，查附表23N 28.0110kg/mol M −=×。
22g,N 3N8.3145J/(mol K)0.297kJ/(kg K)28.0110kg/molR R M −⋅===⋅×（2）1mol 氮气标准状态时体积为22233m,N N N 22.410m /mol V M v −==×，故标准状态下2233m,N 3N 322.410m /mol 0.8m /kg28.0110kg/molV v M −−×===×223N 3N111.25kg/m 0.8m /kgv ρ===（3）标准状态下31m 气体的质量即为密度ρ，即0 1.25kg m =。
（4）由理想气体状态方程式g pv R T=g 36297J/(kg K)(500273)K2.296m /kg0.110Pa R T v p ⋅×+===×33110.4356kg/m 2.296m /kgv ρ===（5）2223333m,N N N 28.0110kg/mol 2.296m /kg 64.2910m /mol V M v −−==××=×3-2 压力表测得储气罐中丙烷38C H 的压力为4.4MPa ，丙烷的温度为120℃，问这时比体积多大？若要储气罐存1 000kg 这种状态的丙烷，问储气罐的体积需多大？解：由附表查得383C H 44.0910kg/mol M −=×3838g,C H 3C H8.3145J/(mol K)189J/(kg K)44.0910kg/molR R M −⋅===⋅×由理想气体状态方程式g pv R T=g 36189J/(kg K)(120273)K0.01688m /kg4.410PaR T v p⋅×+===×331000kg 0.01688m /kg 16.88m V mv ==×=或由理想气体状态方程g pV mR T=g 361000kg 189J/(kg K)(120273)K16.88m 4.410PamR T V p×⋅×+===×3−3 供热系统矩形风管的边长为100mm ×175mm ，40℃、102kPa 的空气在管内流动，其体积流量是0.018 5m 3/s ，求空气流速和质量流量。
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第三章 理想气体的性质
1.怎样正确看待“理想气体”这个概念？在进行实际计算是如何决定是否可采用理想气体的一些公式？
答：理想气体：分子为不占体积的弹性质点，除碰撞外分子间无作用力。
理想气体是实际气体在低压高温时的抽象，是一种实际并不存在的假想气体。
判断所使用气体是否为理想气体（1）依据气体所处的状态（如：气体的密度是否足够小）估计作为理想气体处理时可能引起的误差；（2）应考虑计算所要求的精度。
若为理想气体则可使用理想气体的公式。
2.气体的摩尔体积是否因气体的种类而异？是否因所处状态不同而异？任何气体在任意状态下摩尔体积是否都是 0.022414m 3 /mol? 答：气体的摩尔体积在同温同压下的情况下不会因气体的种类而异；但因所处状态不同而变化。
只有在标准状态下摩尔体积为 0.022414m 3 /mol
3.摩尔气体常数 R 值是否随气体的种类不同或状态不同而异？ 答：摩尔气体常数不因气体的种类及状态的不同而变化。
4.如果某种工质的状态方程式为pv =R g T ，那么这种工质的比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数吗？
答：一种气体满足理想气体状态方程则为理想气体，那么其比热容、热力学能、焓都仅仅是温度的函数。
5.对于一种确定的理想气体，()p v C C 是否等于定值？p
v C C 是否为定
值？在不同温度下()p v C C -、p
v C C 是否总是同一定值？
答：对于确定的理想气体在同一温度下()p v C C -为定值，
p
v C C 为定值。
在不同温度下()p v C C -为定值，p
v C C 不是定值。
6.麦耶公式p v g C C R -=是否适用于理想气体混合物？是否适用于实际
气体？
答：迈耶公式的推导用到理想气体方程，因此适用于理想气体混合物不适合实际气体。
7.气体有两个独立的参数，u(或 h)可以表示为 p 和 v 的函数，即(,)u u f p v =。
但又曾得出结论，理想气体的热力学能、焓、熵只取决于温度，这两点是否矛盾？为什么？
答：不矛盾。
实际气体有两个独立的参数。
理想气体忽略了分子间的作用力，所以只取决于温度。
8.为什么工质的热力学能、焓、熵为零的基准可以任选？理想气体的热力学能或焓的参照状态通常选定哪个或哪些个状态参数值？对理想气体的熵又如何？
答：在工程热力学里需要的是过程中热力学能、焓、熵的变化量。
热力学能、焓、熵都只是温度的单值函数，变化量的计算与基准的选取无关。
热力学能或焓的参照状态通常取 0K 或 0℃时焓时为0，热力学能值为 0。
熵的基准状态取p 0=101325Pa 、T 0=0K 熵值为 0 。
9.气体热力性质表中的h 、u 及s 0的基准是什么状态？
答：气体热力性质表中的h 、u 及s 0的基准是什么状态00(,)T P 00T K =
0101325p =Pa 。
10.在如图 3-1 所示的 T-s 图上任意可逆过程 1-2 的热量如何表示？理想气体在 1 和 2 状态间的热力学能变化量、焓变化量如何表示？若在 1-2 经过的是不可逆过程又如何？
答：图 3-2 中阴影部分面积为多变过程 1-2 的热量。
对于多变过程其热力学能变化量及焓变化量可由下面两式计算得到： *211,122()()v v v u c T T c T T q -∆=-=-=
*211,122()()p p p h c T T c T T q -∆=-=-=
过初始状态点，做定容线 2-2’，图 3-3 中阴影部分面积为多变过程 1-2 的热力学能变化量。
过初始状态点，做定压线 2-2’，图 3-4 中阴影部分面积为多变过程 1-2 的焓变化量 。
若为不可逆过程，热力学能、焓不变如上图。
热量无法在图中表示出来。
11.理想气体熵变计算式（3-39）、(3-41)、(3-43)等是由可逆过程导出的，这些计算式是否可用于不可逆过程初、终态的熵变？为什么？ 答：可以。
因为熵是状态参数，只与初终状态有关，与过程无关。
12.熵的数学定义式为rev q ds T δ=
，比热容的定义式为q cdT δ=，故c d T ds T
=理想气体的比热容是温度的单值函数，所以理想气体的熵也是温度的单值函数。
这一结论是否正确？若不正确，错在何处？ 答rev
q ds T δ=中，rev q δ为一微元可逆变化过程中与热源交换的热量，而
q cdT δ=中 q δ为工质温度升高dT 所吸收的热量，
他们是不能等同的，所以这一结论是错误的。
13.是判断下列说法是否正确：（1）气体吸热后熵一定增大（ ）。
（2）气体吸热后温度一定升高（ ）。
（3）气体吸热后热力学能一定升高（ ）。
（4）气体膨胀时一定对外做功（ ）（5）气体压缩时一定耗功（ ） 答：（1）（×） （2）（×） （3）（×） （4）（×） （5）（√）
14.氮、氧、氨这样的工质是否和水一样也有饱和状态的概念，也存在临界状态？
答：水的汽液饱和状态可以推广到所有的存物质，并且这种液相和气相动态平衡的概念也可以推广到固相和气相及固相和液相，他们的饱和压力与饱和温度也是一一对应的。
因此氮、氧、氨为存物质，也有饱和状态的概念，也存在临界状态。
15．水的三相点的状态参数是不是唯一确定的？三相点与临界点有什么差异？
答：水的三相点状态参数不是唯一的，其中温度、压力是定值而比体积不是定值；临界点是唯一的，其比体积、温度、压力都是确定的；三相点是三相共存的点，临界点是饱和水线与饱和蒸汽线的交点，在该点饱和水线与饱和蒸汽线不再有分别。
16．水的汽化潜热是否为常数？有什么变化规律？
答：水的汽化潜热与压力有关，在一定的范围内压力增加，汽化潜热减小，当压力达到临界点以上时，汽化潜热为0
17．水在定压过程中，温度维持不变，因此，根据q u w =∆+有人认为过程中的热量等于膨胀功，即q w =，对不对？为什么？
答：这种说法是不对的。
因为温度不变不表示热力学能不变。
这里分析的是水，定压汽化有相变，不能作为理想气体来处理，所以0u ∆≠。
不能得到q w =这样的结果。
18．有人认为热力学第一定律解析式q dh vdp δ=-和比热容定义q c dT δ=，所以认为21T T p p h c T ∆=∆是普遍适用于一切工质的。
进而推论得出水定压汽化时，温度不变因此其焓变量2
10T T p p
h c T ∆=∆=。
这一结论错误在哪里？ 答：21T T p p h c T ∆=∆适用于理想气体，不能应用于水定压汽化过程，水
不能作为理想气体来处理。