(完整版)工程热力学思考题答案,第四章

第四章 气体和蒸汽的基本热力过程
4.1试以理想气体的定温过程为例，归纳气体的热力过程要解决的问题及使用
方法解决。

答：主要解决的问题及方法：
(1)根据过程特点（及状态方程）——确定过程方程(2)根据过程方程——确定始、终状态参数之间的关系
(3)由热力学的一些基本定律——计算,,,,,t q w w u h s
∆∆∆(4)分析能量转换关系（P—V 图及T—S 图）（根据需要可以定性也可以定量）
例：1)过程方程式： =常数 （特征） =常数 （方程）
T PV 2)始、终状态参数之间的关系：
=12p p 2
1
v v 3)计算各量：=0 、 =0 、==u ∆h ∆s ∆21p RIn
p -21
v RIn v 2211
v v dv
w pdv pv
pvIn RTIn v v v ====⎰⎰ 2
1
t v w w RTIn
v ==2
1
t v q w w RTIn
v ===4) P −V 图，T − S 图上工质状态参数的变化规律及能量转换情况
A
t h 4.2 对于理想气体的任何一种过程，下列两组公式是否都适用?
21212121(),();(),()v p v p u c t t h c t t q u c t t q h c t t ∆=-∆=-=∆=-=∆=-答：不是都适用。

第一组公式适用于任何一种过程。

第二组公式
适于定容过程, 适用于定压过程。

21()v q u c t t =∆=-21()p q h c t t =∆=-4.3在定容过程和定压过程中，气体的热量可根据过程中气体的比热容乘以温差来计算。

定温过程气体的温度不变，在定温过程中是否需对气体加入热量？如果加入的话应如何计算？
答：定温过程对气体应加入的热量
2211
v v dv
w pdv pv pvIn RTIn v v v ====⎰⎰21
t v w w RTIn
v ==21
t v q w w RTIn
v ===4.4 过程热量 和过程功都是过程量，都和过程的途径有关。

由理想气体
q w 可逆定温过程热量公式可知，故只要状态参数、和确定了， 2
111
v q p v In
v =1p 1v 2v 的数值也确定了，是否 与途径无关？
q q 答：对于一个定温过程，过程途径就已经确定了。

所以说理想气体可逆过程
q
是与途径有关的。

4.5 在闭口热力系的定容过程中，外界对系统施以搅拌功，问这
w δ 是否成立？
v Q mc dT δ=答：成立。

这可以由热力学第一定律知，由于是定容过
为零。

故，它与外界是否对系统2211
v v dv
w pdv pv
pvIn RTIn v v v ====⎰⎰v Q mc dT δ=做功无关。

4.6 绝热过程的过程功和技术功 的计算式：
w t w
=，=w 12u u -t w 12
h h -是否只限于理想气体？是否只限于可逆绝热过程？为什么？
答：不只限于理想气体和可逆的绝热过程。

因为和是通用
q u w =∆+t q h w =∆+公式，适用于任何工质任何过程，只要是绝热过程无论是可逆还是不可逆。

0q =所以=，=不只限于可逆绝热过程。

w 12u u -t w 12h h -4.7 试判断下列各种说法是否正确：
（1）定容过程既无膨胀（或压缩）功的过程；（2）绝热过程即定熵过程；（3）多变过程即任意过程。

答：（1）（×）； （2）（×）； （3）（×）
4.8
参照图4-17：试证明：。

途中1-2、4-3
为定容过程，1-
123143q q ----≠4、2-3 为定压过程。

证明：=，=123q --123123u W ----∆+143q --143143
u W ----∆+因为: 是状态量与过程无关，与起始状态一样，故=，由u ∆123u --∆143u --∆123u --∆143u --∆图知，所以：123143w w ----∆>∆123143
q q ---->
4.9 如图4-18 所示。

今有两个任意过程a-b 及a-c ，b 点及c 点在同一条绝热
线上，试问：（1） 与 哪个大？（2）若b 、c 在同一条定温线上，
ab u ∆ac u ∆结果又如何？
答：b 、c 在同一条绝热线上，若b 、c 在同一条定温线上，二者相
ab ac u u ∆<∆等。

因为，a-b 加上b-c 过程=a-c 过程，而b-c 是个绝热过程，=0=，
u ∆u ∆q b c b c u w --∆+<0,故>0,所以有。

若在定温线上=0，所以。

b c w -b c u -∆ab ac u u ∆<∆b c u -∆ab ac u u ∆=∆4.10 理想气体定温过程的膨胀功等于技术功能否推广到任意气体？
答：不能。

因为它们公式的推导过程中引入了理想气体状态方程式，对于一般
g pv R T =气体一般状态下是不适用的。

4.11 下列三式的使用条件是什么？
，，2211k
k p v p v =11
1122
k k T v
T v --=1111
22
K K K
K
T p T p ---
-
=答：使用条件理想气体可逆绝热过程。

4.12 在T-s 图上如何表示绝热过程的技术功和膨胀功？
t w w 答：绝热过程，不管是否是可逆过程都有，故有：
,t w h w u =-∆=-∆
其中，（图中阴影部分）（1-2绝热线’）及可表示膨胀功和技术功的变化情况。

u ∆h ∆4.13 在p-v 图和T-s 图上如何判断过程中的正负？
,,,,,t q w w u h s ∆∆
∆
4.14试以可逆绝热过程为例，说明水蒸气的热力过程与理想气体热力过程的分析计算有什么异同?
答：对于可逆绝热过程水蒸气和理想气体都有:
,差别在于水蒸气没有适当而简单的
2
12121
0,,t q Tds w u u u w h h h ===-∆=-=-∆=-⎰状态方程，同时也不都是温度的单值函数。

,,,p v c c h u 4.15实际过程都不可逆，那么本章讨论的理想可逆过程有什么意义？
答：意义在与实际过程是很复杂的不可逆过程，我们可以借助理想可逆过程分析、寻找出过程中状态参数变化及能量转化的规律，抓住过程的主要特征。

对于不可逆实际过程，再借助实验和一些经验系数进行修正，及可得到实际气体的规律。