工程热力学第五章思考题
工程热力学-第五章 习题课
3
简答题（1）
• 若工质从同一初态，分别经可逆和不可逆
6
2、系统从初态1经过可逆和不可逆过程达到相同
终态，则两过程中外界熵的变化S, S有' 什么关系
取系统与外界则组成孤立系统
Siso S12 S 0, Si'so S12 S ' 0 S S '
2
3、如果热源温度不变，增大卡诺循环输出功，则 卡诺循环热效率将: B 卡诺循环效率公式 A 增大 B 不变 C 减少 D 不定
过程，到达同一终态，已知两过程热源相 同，问传热量是否相同？对外做功？
s
q
T
=：可逆过程 >：不可逆过程
相同初终态，s相同
热源T相同
D S1- 2 = S g + Sf ,Q
qR qIR
q u w 相同 wR wIR
4
简答题（2）
ห้องสมุดไป่ตู้
• 若工质从同一初态出发，从相同热源吸收
相同热量，问末态熵可逆与不可逆谁大？
s
q
T
=：可逆过程 >：不可逆过程
相同热量，热源T相同
D S1- 2 = S g + Sf ,Q
相同初态s1相同
sIR sR
s2,IR s2,R
5
简答题（3）
• 理想气体绝热自由膨胀，熵变？
Siso
S2
S1
m cv
ln
工程热力学第五版思考题
工程热力学第五版思考题工程热力学是一门研究能量转化和能量流动规律的学科，涉及到了热力学的基本原理和应用技术。
在《工程热力学第五版》中，作者提出了一些思考题，让读者更好地理解和应用热力学的知识。
以下将就一些重要的思考题展开讨论。
第一道思考题是关于热工作的。
热工作指的是通过热能转化产生的功。
在实际应用中，热工作往往用于驱动各种机械设备。
思考题中要求读者思考热工作的最低温度限制。
通过深入思考，我们可以得出结论：根据热力学第二定律，热工作的最低温度限制是绝对零度，即0K。
因为在0K时，系统的熵为最小值，此时不可能进行任何热能转化。
接下来是关于热机效率的思考题。
热机效率是指热机从热源吸收的热量中转化为机械功的比例。
思考题中要求读者思考为什么热机效率不可能达到100%。
我们可以从热力学第二定律的角度来解答这个问题。
根据热力学第二定律，热机效率的上限是由卡诺循环所决定的，而卡诺循环中的热机效率是由热源温度和冷源温度的比值所决定的。
实际情况下，热源温度无法达到无限高，冷源温度也无法达到无限低，因此热机效率必然小于100%。
第三道思考题是关于热机节气效应的。
热机节气效应指的是对于一定的热机，当其工作温度升高时，工作流体的流量也会增加。
思考题中要求读者思考热机节气效应的原因。
通过分析我们可以得出结论：热机节气效应的原因在于热机的输出功率和输入热量之间的关系。
当工作温度升高时，输出功率增加，而输入热量保持不变，为了维持热平衡，工作流体的流量也会增加。
最后一道思考题是关于热交换器的。
热交换器是一种用于热能传递的设备，广泛应用于各种工业领域。
思考题中要求读者思考如何提高热交换器的传热效率。
通过思考我们可以找到一些方法，比如增加热交换器的热传导面积，改善热交换器的流体流动情况，提高热交换器的换热系数等等。
这些方法都可以有效地提高热交换器的传热效率。
通过这些思考题，我们可以更加深入地了解和应用工程热力学的知识。
热力学是一门非常重要的学科，它不仅可以帮助我们更好地理解能量转化和能量流动的规律，还可以指导我们在实际应用中进行能量转化和能量流动的优化设计。
第五章课后习题
第五章课后习题5-1利用逆向卡诺循环机作为热泵向房间供热，设室外温度为5C -︒ ，室内温度保持20C ︒ ，要求每小时向室内供热42.510KJ ⨯ ，试问：〔1〕每小时从室外吸收多少热量？ 〔2〕此循环的供暖系数多大？〔3〕热泵由电动机驱动，如电动机效率为95% ，电动机的功率多大？〔4〕如果直接用电炉取暖，每小时耗电多少〔kW h 〕?解：已知 1412273202935273268 2.510/Q T K T K q KJ h =+==-+==⨯〔1〕是逆向卡诺循环时，1212Q Q q q T T =2144212682.510 2.28710/293Q Q T q q KJ h T ==⨯⨯=⨯ 〔2〕循环的供暖系数 '11229311.72293268T T T ε===-- 〔3〕每小时耗电能()12442.5 2.287100.21310/w Q Q q q q KJ h =-=-⨯=⨯。
电机效率为95%，因而电机功率为：40.213100.623360095%N KW ⨯==⨯ 〔4〕假设直接用电炉取暖，则42.510/KJ h ⨯的 热能全部由电能供应，耗电力 442.5102.510// 6.943600P KJ h KJ s KW ⨯=⨯== 5-2 设有一由两个定温过程和两个定压过程组成的热力循环，如图5-34所示。
工质加热前的状态为110.1,300p MPa T K == ，定压加热到 21000T K = ，再在定温下每千克工质加热400KJ 。
试分别计算不采用回热和采用极限回热循环的热效率，并比较它们的大小。
工质的比热容 1.004/()p c KJ kg K =。
解：〔1〕不回热时〔2〕采用极限回热时，1-2 过程所需热量由 3-4 过程供应，所以或5-3 试证明：同一种工质在参数坐标图〔例如图〕上的两条绝热线不可能相交。
〔提示：假设相交的话，将违反热力学第二定律。
工程热力学第五章(2)作业答案
题5-11 某气缸中气体，首先经历一个不可逆过程，从温度600K 的气源中吸取100kJ 的热量，使热力学能增加30kJ ，然后在通过一可逆过程，使气体恢复到初始状态。
该过程只有气体与600K 热源发生热交换，已知热源经历上述两个变化过程后熵的变化为0.026kJ/K 。
求（1）不可逆过程气体对外所做的功。
（2）可逆过程中气体与热源交换的热量，气体所完成的功量。
解：（1）由热力学第一定律1003070q w du w q du kJ δδδδ=+⇒=-=-=（2）根据熵方程，两个过程中热源和气体之间交换的总热量为：6000.02615.6t q Tds kJ δ==⨯=不可逆过程热源向气体放出热量为100kJ ，故可逆过程中，气体热量变化：15.6100115.6re total q q q kJ δδδ=-=--=-（负号表示可逆过程中气体放热）由热力学第一定律，可逆过程气体完成的功量：115.6(30)85.6q w du w q du kJ δδδδ=+⇒=-=---=-新题5-12 有一台可逆热机，工质为理想气体，在其循环1-2-3-1中，1-2为定容加热过程，2-3为绝热膨胀过程，3-1为定压放热过程，证明该循环的热效率，并将该循环的过程表示在p-v 及T-s 图上。
证明：过程1-2工质吸热量：()121v q c T T =- 过程2-3工质做功：()231Rw T T k =-- 过程3-1工质放热：()231p q c T T =- 该循环的效率为：()()313131211211212111111111p p t v v c T T c T T v v q T k q c T T c T T T p p η---=-=-=-⋅⋅=-⋅---新题5-13 在热源T1和冷源T2之间进行1-2-3-4-1循环，其中1-2为定温吸热过程，2-3为定容放热过程，温度由T1将为T2,3-4为定温放热过程，4-1为定熵压缩过程，求该循环效率的计算式，并将该循环的过程表示在p-v 及T-s 图上。
工程热力学第5章 火用分析基础
(4) 不同形态的能量或物质，处于不同状态时， An 和 Ex 比例不同
(5) 引入 火用 参数的意义：
☆ 为评价能量的 “量” 和 “质” 提供了一个统一尺度；
☆ 形成了热系统火用平衡分析法，比能量平衡法更科学、更合理
§5.2 火用 值的计算
§5.2.2 热量 火用 和冷量 火用 1、热量 火用
§5.3 火用效率
1、定义：
ex
实际利用火用 的值 所能提供火用 的值
2、与热效率的关系：
热力循环： exQ
W E xQ
Q Q
W Q
热效率：
T
W Q
热量火用： ExQ(1TT0)Q
1
E xQ
exQ
Q
ExQ Q
(1T0 T
)
c
t c
作业
P131：思考题 1~5 P131：习题：1、2
习题3： P39 第11题 求同时存在温差和摩擦情况下的： （1）各温度下热量的火用值； （2）各不可逆过程的熵产和火用损失； （3）总熵产和总火用损失。
S
பைடு நூலகம்
（1）热量 火用取决于： Q 、T、T0
S
（2）热量 火用 为过程量
（3）热量 火无 除与环境温度有关外，还与S有关。
（4）热量 火用的正、负号与Q相同：吸热，系统获得了火用
例1 热量火用 值计算
空气冷却器将200℃的空气定压冷却到40℃，问：每 kg空气放出的热量最多能做多少功？（环境温度为 25℃, 空气Cp=1.004kJ/kg K为定值，）
第五章 分析基础
§5.1
热一律：揭示能量转换中的数量守恒关系
热二律：各种能量不但有“量”的差别，还有“质”的差别.
工程热力学课后思考题答案
工程热力学课后思考题答案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，随物质进出的热能不在其中。
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 pb -pv (p pg2 p2=pg2+p1 pg1 中，当地大气压是否必当地大气压pb改境大气压。
定是环境大气压？变，压力表读数就会改变。
当地大气压pb不一定是环p1=pg1+pb 5．温度计测温的基本4题图原理是什么？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。
工程热力学第五版思考题
工程热力学第五版思考题《工程热力学（第5版）》是由陈世安、王恩东、张继荣等人合著的一本研究工程热力学的教材。
本书内容非常丰富，涵盖了热力学的基本概念、热力学第一、第二定律的应用、工作物质的热力学性质、节能与能量分析等方面的内容。
本书给出了大量的例题和习题，并通过思考题的形式帮助读者深入理解、巩固知识。
以下是本书中的一些思考题及其答案和解析的相关内容的摘录：思考题1：对于一个具体的热力学系统，什么是其状态方程？状态方程与状态方程系数有什么关系？答案及解析：状态方程是描述一个热力学系统状态的方程，通常可以写为p = f(V,T)，其中p为系统的压力，V为系统的体积，T为系统的温度。
状态方程系数即为状态方程中的系数，如V为体积时，p、T为状态方程系数。
状态方程与状态方程系数是密切相关的，状态方程中的系数是由系统的物理特性决定的，它们可以通过实验测量或理论推导来得到。
思考题2：什么是热力学第一定律？如何通过热力学第一定律来分析能量的转化和传递？答案及解析：热力学第一定律是能量守恒定律的数学表达式，它表示了能量在系统中的守恒性。
根据热力学第一定律，系统的内能变化等于热量和功的代数和，即ΔU = Q + W，在这个等式中，ΔU表示系统的内能变化，Q表示系统吸收的热量，W表示系统对外界做的功。
通过热力学第一定律，我们可以分析能量的转化和传递过程，包括热量的传递、功的产生和传递等等。
思考题3：什么是节能分析？如何进行节能分析？答案及解析：节能分析是对系统中能量利用情况的评价和优化的过程。
它通过分析系统中能量的输入、输出和转化过程，找出能量的浪费和损失，并提出相应的节能措施。
进行节能分析时，首先需要对系统进行能量平衡分析，即列出能量守恒方程，在此基础上进行能量流量分析，找出能量的转化和传递情况，识别能量的浪费和损失，然后提出相应的节能措施。
在实际工程中，节能分析通常需要综合考虑热效益、经济效益和环境效益等因素。
以上介绍了《工程热力学（第5版）》中的部分思考题及其相关内容，这些思考题的相关内容对读者理解和应用热力学的基本原理和方法有很大的帮助。
工程热力学第五版沈维道思考题
工程热力学第五版沈维道思考题
1. 沈维道思考题
(1) 水的弹性定律是什么？
水的弹性定律指的是水管中的流动往往传给管壁的趋于恒定的动压和静压在管壁的不同位置不同方向上有相互之间的各向同性半径和乘积的线性闭合关系。
根据此定律，当水的流量、压力分布和受力的形状不变的情况下，水的流速在管壁的任何点上均具有一定的常数，即相同的勒让斯因子。
(2) 沈维道定律适用范围是什么？
沈维道定律适用于多种流体流动中，其勒让斯因子和摩擦系数与流体的密度、粘度有关，但是与流体流动的物理性质&&速度无关。
因此，它主要用于流量测量，在水管、蒸汽管和空气流管等管道中都有广泛应用。
(3) 沈维道定律有哪些应用？
沈维道定律在各种工程和物理应用中都有广泛的应用。
其中包括： 1）水表流量测量：利用沈维道定律来测量流经水表中的水的流量；2）泵
的设计：利用沈维道定律来设计水泵，以获得最佳性能； 3）流量检测：可以使用沈维道定律来测量管道中的流量。
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工程热力学第五章思考题
5-1 热力学第二定律的下列说法能否成立？
（1）功量可以转换成热量，但热量不能转换成功量。
答：违反热力学第一定律。功量可以转换成热量，热量不能自发转换成功量。
热力学第二定律的开尔文叙述强调的是循环的热机，但对于可逆定温过程，所吸收的热量可以全部
转换为功量，与此同时自身状态也发生了变化。从自发过程是单向发生的经验事实出发，补充说明
热不能自发转化为功。
（2）自发过程是不可逆的，但非自发过程是可逆的。
答：自发过程是不可逆的，但非自发过程不一定是可逆的。
可逆过程的物理意义是：一个热力过程进行完了以后，如能使热力系沿相同路径逆行而回复至原
态，且相互作用中所涉及到的外界也回复到原态，而不留下任何痕迹，则此过程称为可逆过程。自
发过程是不可逆的，既不违反热力学第一定律也不违反第二定律。根据孤立系统熵增原理，可逆过
程只是理想化极限的概念。所以非自发过程是可逆的是一种错误的理解。
（3）从任何具有一定温度的热源取热，都能进行热变功的循环。
答：违反普朗克-开尔文说法。从具有一定温度的热源取热，才可能进行热变功的循环。
5-2 下列说法是否正确？
（1）系统熵增大的过程必须是不可逆过程。
答：系统熵增大的过程不一定是不可逆过程。只有孤立系统熵增大的过程必是不可逆的过程。
根据孤立系统熵增原理，非自发过程发生必有自发补偿过程伴随，由自发过程引起的熵增大补偿非
自发过程的熵减小，总的效果必须使孤立系统上增大或保持。可逆过程只是理想化极限的概念。
（2）系统熵减小的过程无法进行。
答：系统熵减小的过程可以进行，比如系统的理想气体的可逆定温压缩过程，系统对外放热，熵减
小。
（3）系统熵不变的过程必须是绝热过程。
答：可逆绝热过程就是系统熵不变的过程，但系统熵不变的过程可能由于熵减恰等于各种原因造成
的熵增，不一定是可逆绝热过程。
（4）系统熵增大的过程必然是吸热过程，它可能是放热过程吗？
答：因为反应放热，所以体系的焓一定减小。但体系的熵不一定增大，因为只要体系和环境的总熵
增大反映就能自发进行。而放热反应会使环境获得热量，熵增为ΔH/T。体系的熵也可以减小，只
要减小的量小于ΔH/T，总熵就为正，反应就能自发进行。
（5）系统熵减少的过程必须是放热过程。可以是吸热过程吗？
答：放热的过程同时吸热。
（6）对不可逆循环，工质熵的变化∮ds0。
答：∮ds=0。
（7）在相同的初、终态之间，进行可逆过程与不可逆过程，则不可逆过程中工质熵的变化大于可
逆过程工质熵的变化。
答：熵是状态参数，和过程无关，其变化应该相等。
（8） 在相同的初、终态之间，进行可逆过程与不可逆过程，则两过程中，工质与外界之间传递的
热量不相等。
答：因为热源等条件没有确定。
5－3循环的热效率越高，则循环净功越大；反之，循环的净功越多，则循环的热效率也越高，对
吗？
答：此说法不对。循环净功并不唯一取决于热效率，得综合考虑Wnet和Q
1
。卡诺热机的热效率只
取决于高温热源及低温热源的温度，提高高温热源的温度和降低低温热源的温度均可提高循环热效
率。
5－4两种理想气体在闭口系统中进行绝热混合，问混合后气体的热力学能、焓及熵与混合前两种气
体的热力学能、焓及熵之和是否相等？
答：不相等。熵增加，焓不变，热力学能不变。
5－5任何热力循环的热效率均可用下列公式来表达：t＝1－q2／q1＝1－T1／T2，这一说法对吗？
为什么？
答：此说法不对。前者是用于任何工质、任何循环，后者是用于任何工质、卡诺循环。
5－6与大气温度相同的压缩气体可以从大气吸热而膨胀作功（依靠单一热源作功），这是否违背热
力学第二定律。
答：不违背。对于理想气体的定温过程，从单一热源吸热并膨胀做功，工质的状态发生了变化，所以
不违背热力学第二定律。
5－7闭口系统进行一过程后，如果熵增加了，是否肯定它从外界吸热了热量，如果熵减少了，是否
肯定它向外界外出了热量。
答：不能肯定；肯定。熵增加，δq可能大于0，也可能小于0增加，所以不能判断该过程是否从外
界吸热；熵减少，δq必小于0 减少，所以可以判断该过程向外界放出了热量。
5－8自然界中一切过程都是不可逆过程，那么研究可逆过程又有什么意义呢？
答：研究在不可逆过程中处于非平衡态的物理系统的热力学现象的宏观理论。不可逆过程热力学是一
个宏观理论，它对于非平衡现象的解释终究是有限度的。特别是热力学理论无法阐明各种复杂结构的
形成机制及系统的涨落特性，这些就需要更深入的理论──非平衡态统计物理学（见统计物理学）来
完成。
在物理学、化学系统中，热传导、扩散、电导、化学反应等是一些基本的非平衡现象，应用不可逆过
程热力学的原理讨论这些现象，可以得到有意义的具体结果。
5－9第二类永动机与第一类永动机有什么不同。
答：是否依靠单一热源。第一类永动机：不消耗任何能量而能连续不断做功的循环发动机，称为第一
类永动机。第二类永动机：从单一热源取得热量并使之完全转化为机械能而又不引起其他变化的循环
发动机，称为第二类永动机。
5－10T－s图在热力学应用中有什么重要作用？不可逆过程能否在T－s图熵准确表示出来？
答：以T(气温)为横坐标,，S(熵)为纵坐标的热力图。该图可以同时表示系统所吸的热及所做的功。
不可逆过程无法再在T－s图熵准确表示出来。
5－12闭口系统经历一个不可逆过程，系统对外作功10kJ，并向外放热5kJ，问该系统熵的变化是
正、是负还是可正可负？
答：可正可负。熵是状态参数，功和热量都是过程量，所以系统熵变不能确定。
5－13闭口系统从热源取热5000kJ，系统的熵增加为20kJ／K，如系统在吸热过程中温度保持为
300K，问这一过程是可逆的、不可逆的还是不能实现的。
答：5000/300<20 不可逆。