第二章
1.绝热刚性容器，中间用隔板分为两部分，左边盛有空气，右边为真空，抽掉隔板，空气将充满整个容器。问：⑴ 空气的热力学能如何变化？ ⑵ 空气是否作出了功？ ⑶ 能否在坐标图上表示此过程？为什么？
答：（1）空气向真空的绝热自由膨胀过程的热力学能不变。 （2）空气对外不做功。
（3）不能在坐标图上表示此过程，因为不是准静态过程。
根据q= u+w分析 2. 下列说法是否正确？
⑴ 气体膨胀时一定对外作功。
错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，对外不作功。 ⑵ 气体被压缩时一定消耗外功。
对，因为根据热力学第二定律，气体是不可能自压缩的，要想压缩体积，必须借助于外功。 ⑶ 气体膨胀时必须对其加热。
错，比如气体向真空中的绝热自由膨胀，不用对其加热。 ⑷ 气体边膨胀边放热是可能的。
对，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边膨胀边放热。 ⑸ 气体边被压缩边吸入热量是不可能的。
错，比如多变过程，当n大于k时，可以实现边压缩边吸热。 ⑹ 对工质加热，其温度反而降低，这种情况不可能。
错，比如多变过程，当n大于1，小于k时，可实现对工质加热，其温度反而降低。 3“任何没有体积变化的过程就一定不对外作功”的说法是否正确？
答：不正确，因为外功的含义很广，比如电磁功、表面张力功等等，如果只考虑体积功的话，那么没有体积变化的过程就一定不对外作功。
4. 试比较图2-6所示的过程1-2与过程1-a-2中下列各量的大小：⑴ W12与W1a2； (2) ?U12 与 ?U1a2；
(3) Q12与Q1a2
答：（1）W1a2大。(2)一样大。（3）Q1a2大。
5. 说明下列各式的应用条件：
⑴ ⑵ ⑶ ⑷
q??u?w闭口系的一切过程
q??u??pdv闭口系统的准静态过程
q??u?(p2v2?p1v1)开口系统的稳定流动过程，并且轴功为零
q??u?p(v2?v1)开口系统的稳定定压流动过程，并且轴功为零；或者闭口系统的定压过程。
6. 膨胀功、轴功、技术功、流动功之间有何区别与联系？流动功的大小与过程特性有无关系？
答：膨胀功是系统由于体积变化对外所作的功；轴功是指工质流经热力设备（开口系统）时，热力设备与外界交换的机械功，由于这个机械工通常是通过转动的轴输入、输出，所以工程上习惯成为轴功；而技术功不仅包括轴功，还包括工质在流动过程中机械能（宏观动能和势能）的变化；流动功又称为推进功，1kg工质的流动功等于其压力和比容的乘积，它是工质在流动中向前方传递的功，只有在工质的流动过程中才出现。对于有工质组成的简单可压缩系统，工质在稳定流动过程中所作的膨胀功包括三部分，一部分消耗于维持工质进出开口系统时的流动功的代数和，一部分用于增加工质的宏观动能和势能，最后一部分是作为热力设备的轴功。对于稳定流动，工质的技术功等于膨胀功与流动功差值的代数和。如果工质进、出热力设备的宏观动能和势能变化很小，可忽略不计，则技术功等于轴功。
5将满足空气下列要求的多变过程表示在
p?v图T?s图上
n?1.3的压缩过程，判断q、w、?u
⑴ 空气升压，升温，又放热；
⑶ n?1.6的膨胀过程，并判断q、w、?u的正负；⑷
的正负。
答：
p p n=1 p
T n=0 A n=0 n=1 1 qT?t?1?2?t?1?2q1 和 T12. 有何区别？各适用什么场合？ v 第四章 s 答：前式适用于各种可逆和不可逆的循环，后式只适用于可逆的卡诺循环。 1-2 图1-8表示常用的斜管式微压计的工作原理。由于有引风机的抽吸，锅炉设 备的烟道中的压力将略低于大气压力。如果微压机的斜管倾斜角??30?， 管内水 解：根据微压计原理，烟道中的压力应等于环境压力和水柱压力之差 p水柱＝?ghsin??1000?9.8?200?10?3?0.5?980Pa?7.35mmHg p?pb?p水柱?756?7.35?748.65mmHg 1-7解：由于空气压力正比于气球的直径，所以可设p?cD，式中c为常数，D为气球的直径，由题中给定的初始条件，可以得到：c?pp1150000该过程空气???500000DD10.3对外所作的功为 W??pdV??V1V2D2D1D211134cDd(?D)??c?D3dD??c(D2?D14)D16281???5000000?(0.44?0.34)?34.36kJ8 ，所以是压缩过程 2-1 2-2 解：W?Q?ΔU?50?80??30kJ解：W膨?Q吸?W压?Q放?2000?650?1200?1450kJ 2－4解：状态b和状态a之间的内能之差为： ΔUab?Ub?Ua?Q?W?100?40?60kJ 所以，a-d-b过程中工质与外界交换的热量为： Qa?d?b?ΔUab?W?60?20?80kJ 工质沿曲线从b返回初态a时，工质与外界交换的热量为： Qb?a?Ua?Ub?W??ΔUab?W??60?30??90kJ 根据题中给定的a点内能值，可知b点的内能值为60kJ，所以有: ?Uad?Ub?Ud?60?40?20kJ 由于d-b过程为定容过程，系统不对外作功，所以d-b过程与外界交换的热量为： Qd?b?Ud?Ub??Udb?20kJ 所以a-d-b过程系统对外作的功也就是a-d过程系统对外作的功，故a-d过程系统与外界交换的热量为： Qa?d?Ud?Ua?Wa?d??Uad?Wa?d?b?40?(?20)?60kJ 2－5 过程 1-2 2-3 3-4 4-1 Q kJ 1390 0 -1000 0 W kJ 0 395 0 -5 ?U kJ 1390 -395 -1000 5 3-7解：⑴ 定温： T1?T2?303K，由理想气体的状态方程可得到初终态的体积： V1?mRgT1p1V2?所以气体对外所作的功和吸收的热量分别为： mRgT26?287?3036?287?30333 ?1.73922mV???5.21766m2660.3?10p20.1?10 V25.21766?6?287?303?ln?573.22kJ V11.73922Q??W??573.22kJ k?1kW??pdV?mRgT1lnV1⑵ 定熵：相当于可逆绝热过程，气体对外所作的功和热量分别为： W???V2V1pkpdV?p1V1[1?(2)k?1p1]1.4?11.4Q?0 1.41?6?0.287?103?303?[1?()1.4?13k?11.4?1p2k0.11.4终温为：T2?T1()?303?()?221.41K p10.3⑶ n=1.2：为多方过程，根据过程方程可得到气体的终温为： ]?351kJpT2?T1(2)p1n?1n?303?(0.10.2/1.2)?252.3K 0.3n?11.2?1气体对外所作的功和热量分别为： p6?287?3031W?[1?(2)n]?[1?()1.2]?436.5kJ n?1p11.2?13n?k1.2?1.4Q?mcV(T2?T1)?6?0.717?(252.3?303)??218.11kJ n?11.2?1T1?T2150?104-3 解：（1）热效率为 ????33.1% T1423 （2） 吸热 mRgT1Q1?W??2.7?8.16kJ 33.1% 放热： Q2?Q1?W?8.16?2.7?5.46kJ （3）性能系数 ?'?T1150?273??3.02 Q1?W??'??Q1?Q2??'??Q1?4.5??3.02 T1?T2150?10Q1?6.73kJs 得到 所以 W?Q1?Q2?6.73?4.5?2.23kJs 第九章 9-2 炉墙由一层耐火砖和一层红砖构成，厚度都为250 mm，热导率分别为0.6 W/(m?K)和0.4 W/(m?K)，炉墙内外壁面温度分别维持700 ?C和80 ?C不变。（1）试求通过炉墙的热流密度；（2）如果用热导率为0.076 W/(m?K)的珍珠岩混凝土保温层代替红砖层并保持通过炉墙的热流密度及其它条件不变，试确定该保温层的厚度。 解：根据多层复壁导热计算公式: q?tw1?tw2?1?2＋?1?2tw1?tw2＝700?80?595.2W/m2 0.2500.250＋0.60.4700?80?595.2得到： 0.250?2＋0.60.076 由q??1?2＋?1?2＝ ?2?47.5mm 9-7 某过热蒸汽管道的内、外直径分别为150 mm和160 mm ，管壁材料的热导率为45 W/(m?K)。管道外包两层保温材料：第一层厚度为40 mm，热导率为0.1 W/(m?K)；第二层厚度为50 mm，热导率为0.16 W/(m?K)。蒸汽管道内壁面温度为400 ?C，保温层外壁面温度为50 ?C。试求：（1）各层导热热阻；（2） 每米长蒸汽管道的散热损失；（3）各层间的接触面温度。 解： R1?12??11lnd21160?ln?0.000228K?m/W d12??45150d31240?ln?0.64K5?m/W d22??0.1160 R2?2??2ln R3?12??3lnd41340?ln?0.346K?m/W d32??0.16240 根据圆筒壁稳态导热计算公式： ?l?tw1?tw4R1?R2?R3＝400?50?353.1W/m 0.000228?0.645?0.346＝tw1?tw2R1?tw2?tw3R2?tw3?tw4R3得到： 由?l?tw1?tw4R1?R2?R3 tw2?tw1??l?R1?400?401.27?0.000228?399.90C tw3?tw1??l?(R1?R2)?400?401.27?(0.000228?0.645)?141.10C 第六章 6-5 解：（1）循环热效率为： ??1?1?k?1?1?161.4?1?51.16% （2）1到2为可逆绝热过程，所以有： ?v1?T2?T1??v???2?k?1?T1?k?1?333?61.4?1?682K 图2-44 习题2-8附图