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 下载本文

相保持各自的物性参数没有巨大的变化,临界点的物性参数会产生巨大的峰值变化。三相点和临界点是蒸汽压曲线的两个端点。三相点容易实现,临界点不容易实现。

16.水的汽化潜热是否是常数?有什么变化规律?

水的汽化潜热不是常数,三相点汽化潜热最大,随着温度和压力的提高汽化潜热逐渐缩小,临界点处汽化潜热等于零。

17.水在定压汽化过程中,温度保持不变,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?

不对。?u=cv?T是对单相理想气体而言的。水既不是理想气体,汽化又不是单相变化,所以q=w的结论是错的。

18.有人根据热力学第一定律解析式?q=dh–vdp和比热容的定义c=

?qdT,所以认为?hp?cpT2T1?T是普遍适用于一切工质的。进而推论

T2T1得出水定压汽化时,温度不变,因此其焓变量?hp?cp推论错误在哪里?

c=

?T=0。这一

?qdT是针对单相工质的,不适用于相变过程。

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。

要解决的问题:揭示过程中状态参数的变化规律,揭示热能与机械能之间的转换情况,找出其内在规律及影响转化的因素。在一定工

质热力性质的基本条件下,研究外界条件对能量转换的影响,从而加以利用。

使用的方法:分析典型的过程。分析理想气体的定值的可逆过程,即过程进行时限定某一参数不发生变化。

分析步骤

1) 建立过程方程式;

2) 找出(基本)状态参数的变化规律,确定不同状态下参数之

间的关系;

3) 求出能量参数的变化(过程功、技术功、热力学能、焓、熵、

传热量等等);

4) 画出过程变化曲线(在T-s图、p-v图上)。

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?

?u=cv(t2–t1),?h=cp(t2–t1);q=?u=cv(t2–t1),q=?h=cp(t2–t1) 第一组都适用,第二组不适用。第二组第一式只适用于定容过程,第二式只适用于定压过程。

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,在定温膨胀过程中是否需要对气体加入热量?如果加入的话应如何计算?

需要加入热量。q=?u+w, 对于理想气体,q=w=RT1ln对于理想气体,q =wt=RT1lnv2或q=?h+wt, v1v2。 v14.过程热量q和过程功w都是过程量,都和过程的途径有关。由理想气体可逆定温过程热量公式q=p1v1lnv2可知,只要状态参数p1、v1v1和v2确定了,q的数值也确定了,是否可逆定温过程的热量q与途径无关?

―可逆定温过程‖已经把途径规定好了,此时谈与途径的关系没有意义。再强调一遍,过程热量q和过程功w都是过程量,都和过程的途径有关。

5.闭口系在定容过程中外界对系统施以搅拌功?w,问这时?Q=mcvdT是否成立?

不成立。搅拌功?w以机械能形式通过系统边界,在工质内部通过流体内摩擦转变为热,从而导致温度和热力学能升高。?Q是通过边界传递的热能,不包括机械能。

6.绝热过程的过程功w和技术功wt的计算式

w=u1–u2,wt=h1–h2

是否只适用于理想气体?是否只限于可逆绝热过程?为什么?

两式来源于热力学第一定律的第一表达式和第二表达式,唯一条件就是绝热q=0,与是否理想气体无关,且与过程是否可逆也无关,只是必须为绝热过程。

7.试判断下列各种说法是否正确?

(1) 定容过程即无膨胀(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) 定容过程即无膨胀(或压缩)功的过程; ——正确。

(2) 绝热过程即定熵过程; ——错误,可逆绝热过程是定熵过程,不可逆绝热过程不是定熵过程。

7题图

(3) 多变过程即任意过程。 ——错误,右图中的过程就不是多变过程。

8.参照图4-17,试证明:q1-2-3? q1-4-3。图中1–2、4–3各为定容过程,1–4、2–3各为定压过程。

证明:q1-2-3=q1-2+q2-3,q1-4-3= q1-4+ q4-3

q1-2= cv(T2–T1),

q2-3= cp(T3–T2)= cv(T3–T2)+R(T3–T2), q4-3= cv(T3–T4),

q1-4= cp(T4–T1) = cv(T4–T1)+R(T4–T1)。 ? q1-2-3=q1-2+q2-3= cv(T2–T1)+ cv(T3–T2)+R(T3–T2) = cv(T3–T1)+R(T3–T2)

q1-4-3= q1-4+ q4-3= cv(T4–T1)+R(T4–T1)+cv(T3–T4)

= cv(T3–T1)+R(T4–T1)

于是 q1-2-3–q1-4-3= R(T3–T2)–R(T4–T1)

=R[(T4

p2pp–T12)–(T4–T1)]= R(2–1)(T4–T1)>0 p1p1p1p 2 3 1 4 O v 图4-17

所以,q1-2-3? q1-4-3,证毕。

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,(1) 试问?uab与?uac哪个大?(2) 若b点及c点在同一条定温线上,结果又如何?

p b

a c O v 图4-18

p b Tb Tc a c O v 图4-18题解