山东大学热工基础课后习题解答
p1V10.517?106?0.142nT1??nT1??8830.17(K.mol)R8.314 6pV0.172?10?0.274nT2?22?nT2??5668.51(K.mol)R8.314由于过程的焓变已知，所以可得到该理想气体的摩尔定压热容：
cP,m??H?65400??20.685J/(K.mol) n?T5668.51?8830.17所以气体的摩尔定容热容为：
cV,m?cP,m?R?20.685?8.314?12.371J/(K.mol)
由此可求出该气体的摩尔质量：
M?所以气体的内能变化为：
cV,m12.371??8.837g/mol cV1.4?U?ncV,m?T?12.371?(5668.51?8830.17)??39.11kJ
气体的定压热容为：
cP?
3-26 解： ⑴ 可逆膨胀；
cP,m20.685??2.34kJ/(kg.K) M8.837可逆定温膨胀过程系统对外所作的功及熵变为：
W??PdV??122nRgTV1dV?nRgTlnV2?8314?373?ln10?7140.6kJ V1?S?Rgln⑵ 向真空膨胀；
V2?8314?ln10?1.91kJ/K V1理想气体的绝热真空自由膨胀系统对外不作功W=0，熵变为：
?S?RglnV2?8314?ln10?1.91kJ/K V1⑶ 在外压恒为0.1MPa的环境中膨胀。
此过程系统对外所作的功无法计算，如果过程终态为平衡态，则系统熵变依然为：
?S?RglnV2?8314?ln10?1.91kJ/K V11.411.41?13-27 解：要想判断喷管的形状，必须计算临界压力Pcr，
?2?Pcr?P1??k?1??kk?1?2??0.7???1.41?1???0.368MPa
可见被压大于临界压力，故在出口处没有达到当地声速，所以此喷管为渐缩喷管。
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计算喷管出口截面面积，首先要知道喷管出口截面的参数，
?PRT1?P287?1023?0.7?31?1????v2?v1?????0.532m/kg ??6?P???P0.7?10?0.5?1?P2??2?P2v20.5?106?0.532T2???926.8K
R287c2?1.414cP?T1?T2??1.414?1004.5??1023?926.8??439.6m/s
所以喷管的出口截面面积为：
1k1k11.41A2?qmv20.6?0.532??7.26cm2 c2439.61.41.4?13-28 解：当被压取临界压力时可达到最大质量流量，根据临界压力与初压的关系可得：
?2?Pcr?P1??k?1??最大质量流量为：
kk?1?2??0.6?105???1.4?1??2k?1?0.32?105Pa
qm,max?Amink?2?2??k?1?k?1??4p1k?2??Amin2??v1k?1?k?1?21.4?12k?1p1RT12
?5?103-29 解：首先计算入口参数
1.4?2?2??1.4?1?1.4?1?0.36?1012?0.42kg/s287?8532?c?1ca?1.414cP?T1?Ta??T1?Ta??a??683.9K
1.414c??P?Ta?P?P1a??T???1?所以临界压力，即被压为：
k1?k?673??0.5?106????683.9?k1.41?1.4?0.533MPa
2k?1Pcr?p1()?0.533?0.528?0.281MPa
k?1最大质量流量为：
20.4qmax?Amink22()k?1k?11k2k?1P2.8?2?1?25?10?4???v12.4?2.4?1k11.40.5332?1012?2.1kg/s
287?673由绝热过程方程可得到出口比容为：
?P?P?0.533?1?1?RT1???v2??v?????P?1?P?P0.281??1?2??2?所以出口流速为：
287?683.9?0.582m3/kg 60.533?10c2?qmaxv22.1?0.582??488.88m/s ?4A225?1027
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3-30 解：温度计测量的是空气的滞止温度，所以空气实际温度为：
c21202T?T??60??52.8?C
2CP2?1004*
3-31 解：如果在喷管中气体是理想的流动，即为可逆绝热稳定流动，则根据过程方程，可
得到理论出口参数为：
k?1k1.4?11.4?P2?T2?T1??P???1?所以理论出口流速为：
?1.8??353???2.5???321.38K
c2?1.414cP?T1?T2??1.4141004.5??353?321.38??252m/s
所以实际出口流速为：
?'?c2所以实际出口温度为：
20.9c2?0.9?2522?239.1m/s
?2c2239.12T2??T1??353??324.5K
2cP2?1004.5由理想气体的状态方程可得到：
??v2所以喷管中气体的流量为：
RT2?287?324.5??0.052m3/kg 6P2?1.8?10?A2239.1?16?10?4c2qm???7.36kg/s
?v20.0523-32 解：滞止温度分别为：
c21002T?T??293??297.97K
2cP2?1004.5?c22002T?T??293??312.91K
2cP2?1004.5?c24002T?T??293??372.64K
2cP2?1004.5? 滞止压力分别为：
?T?P??P??T??????kk?1?297.97??0.1?106???293???312.91??0.1?106????293?1.41.4?1??0.106MPa
?T?P??P??T????kk?11.41.4?1??0.126MPa
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?T?P??P??T????
?kk?1?372.64??0.1?106????293?
1.41.4?1??0.232MPa
第四章 思考题
1. 循环的热效率公式
有何区别？各适用什么场合？
和
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。
2. 循环输出净功愈大，则热效率愈高；可逆循环的热效率都相等；不可逆循环的热效率一
定小于可逆循环的热效率，这些说法是否正确？为什么？
答： 不正确，热效率为输出净功和吸热量的比，因此在相同吸热量的条件下，循环输出的出净功愈大，则热效率愈高。不是所有的可逆循环的热效率都相等，必须保证相同的条件下。在相同的初态和终态下，不可逆循环的热效率一定小于可逆循环的热效率。
3. 热力学第二定律可否表述为“机械能可以全部变为热能，而热能不可能全部变为机械
能”？
答： 不对， 必须保证过程结束后对系统和外界没有造成任何影响这一条件。否则热能可以全部变为机械能，比如理想气体的定温膨胀过程，系统把从外界吸收的热量全部转化为机械能，外界虽然没有任何任何变化，但是系统的体积发生改变了。
4. 下列说法是否正确？为什么？
⑴ 熵增大的过程为不可逆过程； ⑵ 不可逆过程的熵变
无法计算；
必大
⑶ 若工质从某一初态经可逆与不可逆途径到达同一终态，则不可逆途径的
于可逆途径的
；
；
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⑷ 工质经历不可逆循环后
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⑸ 自然界的过程都是朝着熵增的方向进行的，因此熵减小的过程不可能实现； ⑹ 工质被加热熵一定增大，工质放热熵一定减小。
答： （1）不正确，只有孤立系统才可以这样说；
（2）不正确，S为状态参数，和过程无关，知道初态和终态就可以计算； （3）不对，S为状态参数，和过程无关，
相等；
（4）不对，工质经历可逆和不可逆循环后都回到初态，所以熵变为零。 （5）不对，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。 （6）工质被加热熵一定增大，但是系统放热，熵不一定减小。如果是可逆过程，熵才一定
减小。
5. 若工质从同一初态出发，分别经历可逆绝热过程与不可逆绝热过程膨胀到相同的终压
力，两过程终态的熵哪个大？对外作的功哪个大？试用坐标图进行分析. 答：不可逆过程熵大，可逆过程作功大
6. 如果工质从同一初态出发，分别经历可逆定压过程与不可逆定压过程，从同一热源吸收
了相同的热量，工质终态的熵是否相同？为什么？
答： 不相同，因为二者对外所作的功不同，而它们从同一热源吸收了相同的热量，所以最终二者内能的变化不同，故此二者的终态不同，由于熵是状态参数，它们从同一初态出发，故终态的熵不同。
7. 工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态，问能否通过一个绝热过程使工质回到初
态？
答：不能，工质由初态经过一不可逆绝热过程膨胀到终态，其熵增加，要想使其回到初态，过程的熵必须减少，而绝热过程是不能使其熵减少的，故不能通过一个绝热过程使其回到初态。
8. 系统在某过程中从热源吸热20 kJ，对外作功25 kJ，请问能否通过可逆绝过程使系统回
到初态？为什么？能否通过不可逆绝热过程使系统回到初态？ 答：根据克劳休斯不等式，我们知道系统在过程中的熵变满足：
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