工程热力学思考题及答案
第 一 章 基本概念与定义
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地交换就是绝热系。
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，这是他们的本质区别。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.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?pe (p?pb)，p?pb?pv (p?pb)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。 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。若突然抽去隔板，气体（系统）是否做功？
(2)设真空部分装有许多隔板，每抽去一块隔板让气体先恢复平衡再抽去一块，问气体（系统）是否做功？
(3)上述两种情况从初态变化到终态，其过程是否都可在p?v图上表示？
答：（1）第一种情况如图1-1（a）,不作功（2）第二种情况如图1-1（b）,作功（3）第一种情况为不可逆过程不可以在p-v图上表示出来，第二种情况为可逆过程可以在p-v图上表示出来。
9.经历一个不可逆过程后，系统能否恢复原来状态？包括系统和外界的整个系统能否恢复原来状态？ 答：经历一个不可逆过程后系统可以恢复为原来状态。系统和外界整个系统不能恢复原来状态。 10．系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统和外界有什么变化？若上述正向及逆向循环环中有不可逆因素，则系统及外界有什么变化？
答：系统经历一可逆正向循环及其逆向可逆循环后，系统恢复到原来状态，外界没有变化；若存在不可逆因素，系统恢复到原状态，外界产生变化。
11.工质及气缸、活塞组成的系统经循环后，系统输出的功中是否要减去活塞排斥大气功才是有用功？ 答：不一定。主要看输出功的主要作用是什么，排斥大气功是否有用。
第 二 章 热力学第一定律
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1.刚性绝热容器中间用隔板分为两部分，A中存有高压空气，B中保持真空，如图2-1所示。若将隔板抽去，分析容器中空气的热力学能如何变化？若隔板上有一小孔，气体泄漏入B中，分析A、B两部分压力相同时A、B两部分气体的热力学能如何变化？
答：将隔板抽去，根据热力学第一定律q??u?w其中q?0,w?0所以容器中空气的热力学能不变。 若有一小孔，以B为热力系进行分析
????c2c2f2f1????Q?dEcv?h2??gz2?m2?h1??gz1??m1??Wi????22????
只有流体的流入没有流出，?Q?0,?Wi?0，忽略动能、势能
dECV?h1?m1dU?h1?m1?U?h1m1
B部分气体的热力学能增量为?U，A部分气体的热力学能减少量为?U2.热力学第一定律能量方程式是否可以写成下列两种形式：
q2?q1??u2?u1???w2?w1? 的形式，为什么？q??u?pv
答:热力学第一定律能量方程式不可以写成题中所述的形式。对于q??u?pv只有在特殊情况下，功w可以写成pv。热力学第一定律是一个针对任何情况的定律，不具有w=pv这样一个必需条件。对于公式q2?q1??u2?u1???w2?w1?，功和热量不是状态参数所以不能写成该式的形式。 3.热力学第一定律解析式有时写成下列两种形式：
q??u?w
2q??u??pdV1分别讨论上述两式的适用范围.
21答：q??u?w 适用于任何过程，任何工质。 可逆过程，任何工质
4.为什么推动功出现在开口系能量方程式中，而不出现在闭口系能量方程式中？
答：推动功是由流进（出）系统的工质传递而由工质后面的物质系统作出的。对于闭口系统，不存在工质的流进（出）所以不存在这样进行传递的功。。
5．稳定流动能量方程式是否可应用于活塞式压气机这种机械的稳定工况运行的能量分析？为什么？ 答：可以。稳定流动能量方程式可应用于任何稳定流动过程，对于连续工作的周期性动作的能量转换装置，只要在平均单位时间所作的轴功、吸热量以及工质的平均流量为常量，虽然它内部工质的状态及流动情况是变化的，但这种周期性的变化规律不随时间而变，所以仍然可以利用稳定流动能量方程式分析其能量转换关系
q??u??pdV 2
6. 开口系实施稳定流动过程，是否同时满足下列三式：
?Q?dU??W?Q?dH??Wt?Q?dH?m2dcf?mgdz??Wi2
上述三式中W、Wt和Wi的相互关系是什么？
答：同时满足。进、出口工质的流动动能及重力位能的变化可以忽略不计时，稳定流动的开口系统的
轴功即等于技术功；膨胀功等于技术功与流动功的代数和。
7.几股流体汇合成一股流体称为合流，如图2-2所示。工程上几台压气机同时向主气道送气以及混合式换热器等都有合流的问题。通常合流过程都是绝热的。取1-1、2-2和3-3截面之间的空间为控制体积，列出能量方程式并导出出口截面上焓值h3的计算式。
答：忽略动能影响的稳定流动、且混合过程为绝热
??????Q??H3?H2?H1??Wi??所以
H3?H1?H2qm3h3?qm1h1?qm2h2qm1h1?qm2h2qm3
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0.022414m3/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0.022414m3/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。
h3?
3
???4.如果某种工质的状态方程式为pv?RgT，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。
(c?cv)5.对于一种确定的理想气体，p是否等于定值？是否总是同一定值？
答：对于确定的理想气体在同一温度下不是定值。 6.麦耶公式
cpcv是否为定值？在不同温度下
(cp?cv)cp、cvcp?cvcp为定值，
cv为定值。在不同温度下
cp?cvcp为定值，
cvcp?cv?Rg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.试论证热力学能和焓是状态参数，理想气体热力学能和焓有何特点？
答：在工程热力学里，在无化学反应及原子核反应的过程中，化学能、原子核能都不变化，可以不考虑，因此热力学能包括内动能和内位能。内动能由温度决定，内位能由v决定。这样热力学能由两个状态参数决定。所以热力学能是状态参数。由公式h?u?pv可以看到，焓也是由状态参数决定，所以也是状态参数。对于理想气体热力学能和焓只是温度的函数。
8.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?fu(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。 9.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p0=101325Pa、T0=0K熵值为0
010.气体热力性质表中的u、h及s的基准是什么状态？
0答：气体热力性质表中的u、h及s基准是态是?T0,p0?，T0?0K，p0=101325Pa
11.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？
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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： ?u?cv(T2?T1)?cv(T2'?T1)?qv,1?2
?h?cp(T2?T1)?cp(T2''?T1)?qp,1?2
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。
12.理想气体熵变计算式（3-34a）、(3-35a)、(3-36a)、(3-37a)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。 13. 熵的数学定义式为 ds??qrevT，比热容的定义式为 ?q?cdT，故ds?cdTT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：
ds??qrevT中，?qrev为一微元可逆变化过程中与热源交换的热量，而?q?cdT中?q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。
14.（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）（√） 15.道尔顿分压定律和亚美格分体积定律是否适用于实际气体混合物？ 答：不适用。
16. 混合气体中如果已知两种组分A和B摩尔分数xA?xB，能否断定质量分数也是wA?wB？
xA?答：因为
MeqMeqwAxB?wBMAMB,，混合气体的折合摩尔质量相同，但是组分A和B摩尔的摩尔质量
大小关系不能确定。所以不能断定wA?wB。
第 四 章 理想气体的热力过程
1. 分析气体的热力过程要解决哪些问题？用什么方法解决？试以理想气体的定温过程为例说明之。 答：主要解决的问题及方法：
确定?过程方程 (1) 根据过程特点（及状态方程）????始、终状态参数之间的关系 (2) 根据过程方程???确定?q,?,?t,?u,?h,?s (3) 由热力学第一定律等???计算 5